Materi Kelautan

1. 4/22/2024 1
4/22/2024 1
Teguh Arif Pianto
C552160041
Program Studi Teknologi Kelautan
Departemen ITK
IPB, Bogor
Propagation of Sound in the sea:
Transmission Loss
Part 1
TEK-
IPB
ITK 533
Robert J. Urick

2. 4/22/2024 2
4/22/2024 2
Outline
Absorption of Sound in the sea
Spreading Laws
Pendahuluan
Propagation Theory & Ray Tracing
Velocity Structure of the sea
Velocity of Sound in the sea
The sea bottom
The sea surface
2
3
4
5
6
7
8
1

3. 4/22/2024 3
4/22/2024 3
 Persamaan Sonar : digunakan untuk mempelajari dan
mengungkapkan kemampuan deteksi dan kinerja sounders
gema sebagai fungsi dari kondisi operasi [Urick, 1975].
SL – 2TL + TS = NL – DI + DT
TL = Transmission Loss
Alat Medium Target
Where. SL = Source Level, TL = Transmission Loss , NL = Noise Level,
DI = Directivity Index, DT = Detection Threshold.
PENDAHULUAN

4. 4/22/2024 4
4/22/2024 4
 Propagasi akustik merupakan proses perambatan atau transmisi sinyal akustik
melalui media air. Laut beserta materi-materi dan batas-batasnya, menjadi suatu
media yang kompleks untuk propagasi suara. Bentuk fisik dari lautan seperti
permukaan dan dasar laut memberikan pengaruh pada propagasi dari energi akustik
dibawah laut. Hal ini dikarenakan permukaan dan dasar laut dapat memantulkan,
menyebarkan, dan menyerap energi dari sinyal akustik yang melaluinya. Yang pada
akhirnya dapat menimbulkan rugi transmisi (transmisiion loss).
 Ketika gelombang suara melewati medium, intensitas menurun seiring dengan
bertambahnya jarak dari sumber suara. Fenomena ini dikenal sebagai atenuasi atau
rugi propagasi. Efek atenuasi ini bisa digambarkan dengan menggunakan
transmission loss (dB), yang didefinisikan sebagai :
dB
I
I
TL
I
0
10
log
.
10

PENDAHULUAN

5. 4/22/2024 5
4/22/2024 5
 Transmission Loss merupakan perubahan bentuk kehilangan energi pada saat
gelombang suara mengalami transmisi dalam proses propagasinya dibawah air.
Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi transmisi suara dilaut. Faktor2
tersebut antara lain permukaan laut, dasar laut dan ketidakhomogenan laut.
Permukaan laut mempengaruhi transmisi yang mengakibatkan adanya
refleksi(pantulan) dipermukaan laut.
PENDAHULUAN

6. 4/22/2024 6
4/22/2024 6
 Pengurangan energi transmisi secara kuantitatif menggambarkan pelemahan suara
antara satu titik berjarak 1 m dari sumber dengan satu titik dengan jarak terntentu
di dalam laut. Misal l0 adalah intensitas pada sebuah titik referensi yang berjarak 1 m
dari sumber suara l1 adalah intensitas suara pada satu titik pada jarak tertentu dari
sumber suara, maka pengurangan energi transmisi (TL) antara sumber suara dengan
titik dengan jarak tertentu di rumuskan pasa persamaan :
dimana:
TL : pengurangan energi transmisi
l0 : intensitas sinyal pada jarak 1 m dari sumber
l1 : intensitas sinyal pada target/penerima
dB
I
I
TL
I
0
10
log
.
10

PENDAHULUAN

7. 4/22/2024 7
4/22/2024 7
gbr:Menyebarkan kerugian akibat sinar geometri"
 Transmisi Loss (TL) memperhitungkan kerugian intensitas akustik karena geometri,
yaitu dari penyebaran kerugian, sebanding dengan r2 dan kerugian akibat
penyerapan, sebanding dengan koefisien penyerapan, tergantung pada sifat air laut
fisik dan kimia dan pada frekuensi akustik,(gmr).
 Kerugian menyebar disebabkan oleh geometri balok dengan berbentuk kerucut
(gmr). Peningkatan di daerah menyebabkan penurunan daya per unit wilayah.
PENDAHULUAN

8. 4/22/2024 8
4/22/2024 8
 Terlihat pd transmission loss yang dialami saat kedalaman penerima berjarak 5m
dari permukaan laut. Besarnya transmission loss yang dialami sepanjang lintasan
propagasi tidak menunjukkan kenaikan yang besar. Semakin dalam posisi penerima
dari posisi sumber, transmission loss yang dialami akan semakin besar. Gambar 2
menggambarkan transmission loss yang terjadi terhadap kedalaman. Transmission
loss tersebut dialami saat jarak penerima sebesar 1m dari jarak sumber. Pada
kedalaman 40m, transmission loss semakin meningkat seiring dengan bertambahnya
kedalaman.
Gambar 2
PENDAHULUAN

9. 4/22/2024 9
4/22/2024 9
5.1
Pengurangan energi transmisi merupakan jumlah kehilangan energi akibat
penjalaran (spreadin) dan pelemahan (attenuation loss) suara.
Spreading loss merupakan effek geometri yang menandakan pelemahan sinyal
suara karena suara tersebut menjalar menjauhi sumber.
Attenuation loss dapat terjadi karena absorpsi (absorption),
pemantulan(relection), dan kebocoran suara(leakage) dari kanal suara.
~~~~~~~~~~~~~~~~
a. Spherical Spreading loss
sumber suara di letakkan pada medium yang homogen, tidak memiliki batas
dan tidak memiliki kehilangan energi.
b. Cylindrical Spreading loss
ketika medium memiliki batas atas dan bawah, penjalaran tidak lagi berbentuk
bola lagi karena suara tidak dapat menembus batas2 tersebut
Spreading Laws
2

10. 4/22/2024 10
4/22/2024 10
5.1
Penjalaran suara dalam (a) sebuah medium tidak terbatas(sangat luas),
(b) sebuah medium yang sempit dua batas yang paralel
Spreading Laws
2

11. 4/22/2024 11
4/22/2024 11
5.1
Spreading Laws
Tidak adanya kehilangan energi pada medium menyebabkan daya P yang melintasi bola2 tersebut memiliki
besar yang sama. Karena daya yg sama intensitas di kali luas permukaan maka:
Jika r1 sebesar 1m, pengurangan energi TL pada jarak r2 ditunjukkan pada persamaan
Penjalaran tersebut disebut penjalaran bola (Sherical spreading). Intensitas mengalami penurunan
sebanding lurus dengan jarak kuadrat dan pengurangan energi transmisi meningkat sebanding lurus dengan
jarak kuadrat.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Daya yang melintasi silinder dengan jarak r1 dan r2 adalah
Jika r1 sebesar 1m, pengurangan energi transmisi TL pada jarak r2 adalah:
2
2
2
1
2
4
4 1 I
r
I
r
P 
 

2
2
2
2
1
log
20
log
10
log
10 r
r
I
I
TL 


a
b
2
2
1
log
10
log
10 r
I
I
TL 

2
2
1 2
2 1 HI
r
HI
r
P 
 

Penjalaran ini disebut penjalaran silinder(cylindrical spreading). Penjalaran jenis ini terjadi saat suara
terperangkap pada kanal suara di laut
Spreading Laws
2

12. 4/22/2024 12
4/22/2024 12
Absorption of Sound in the sea
3
Berbagai sumber hilangnya gelombang suara dapat dikelompokkan menjadi dua
jenis: spreading loss and attenuation loss
Spreading efek focuss dan defocussing dan digambarkan oleh diagram ray.
Attenuation termasuk kerugian akibat penyerapan,hamburan dan difraksi. semua
proses ini di mana energi yang dipancarkan oleh sumber suara selanjutnya
didistribusikan kolom perairan dan tidak ditampilkan dalam diagram ray.
Dalam medium arbsopti, sebagian dari intensitas suara yang hilang di konversikan
ke panas – dlm jarak tertentu
di mana n adalah koefisien proporsionalitas dan tanda minus menunjukkan
hilangnya intensitas. Integrasi, kami menemukan bahwa di perjalanan dari X!
untuk x2 yang l2 intensitas gelombang pesawat di x2 terkait dengan intensitas l
nya! di Xj oleh
ndx
I
di


 
 
1
2
exp
1
2 x
x
n
l
l 



13. 4/22/2024 13
4/22/2024 13
Absorption of Sound in the sea
3
Gelombang suara yang sedang berpropagasi dilaut sebagian dari energi
akustiknya akan diserap. Proses kehilangan energi ini hanya akn berpengaruh
ketika gelombang berpropagasi pada dasar perairan dan material yang berada
didasar laut. Dengan kata lain absorpsi suara merupakan salah satu bentuk
kehilangan energi yang melibatkan proses pengkonversian energi akustik menjadi
energi panas. Akibatnya gelombang suara yang merambat akan berkurang
intensitasnya.

14. 4/22/2024 14
4/22/2024 14
Velocity of Sound in the sea
4
Kecepatan suara di bawah air laut menentukan banyak perilaku transmisi suara di laut.
Kecepatan suara di permukaan sampai dasar laut sangat bervariasi. Secara empiris
kecepatan suara C merupakan fungsi dan temperatur T, salinitas S, dan kedalaman Z
Kecepatan ini bervariasi tergantung pada lokasi geografisnya. Variasi kecepatan suara
terhadap kedalaman dinamakan Soung Velocity Profile (SVP), SVP dapat di peroleh dengan
observasi hidrografi berupa pengukuran temperatur, salinitas dan kedalaman.
Tiga variabel independen yang dapat menentukan kecepatan suara adalah:
1. suhu
2. salinitas (berat padatan terlarut dalam gram yang terkandung dalam 1 kilogram air laut,
dinyatakan dalam bagian per seribu
(PptorO / 00))
3. tekanan

15. 4/22/2024 15
4/22/2024 15
Velocity of Sound in the sea
4
fungsi dari kecepatan suara dari parameter telah tuang dalam persamaan empiris yang berbeda .
Dalam pmbhsan ini, c adalah kecepatan dalam meter per detik, T adalah suhu dalam derajat C, dan S
adalah salinitas di bagian per seribu. Perbedaan antara berbagai rumus dibahas oleh Mackenzie (16) dan
kurang dari sekitar 3 meter / detik, atau 0,3%.
Berikut adalah tiga persamaan empiris kecepatan suara yang hanya dipengaruhi oleh temperatur T,
salinitas S dan kedalaman Z dimana tidak ada faktor lain yang mempengaruhinya baik itu kecepatan
suara arus laut maupun faktor fisik lainya(di kutip dari urick, Robert J ,……1983).
kecepatan suara yang hanya di
pengaruhi T, S, z

16. 4/22/2024 16
4/22/2024 16
Velocity of Sound in the sea
4
Gambar : kecepatan suara sebagai fungsi kedalaman dan suhu,
inset memberikan koreksi untuk salinitas yang berbeda dari 35 ppt

17. 4/22/2024 17
4/22/2024 17
Ray Tracing
6
Teori ray merupakan metode yang efektif untuk penerapan propagasi akustik
pada medium nonhomogen seperti dilautan. Teori ray erat kaitanya dengan
pengaruh refraksi akustik bawah air dengan di ketahui profil kecepatanya.
Perhitungan garis2 yang aktual/nyata sebagai penentuan dari muka gelombang
pada setiap titik disuatu medium tertentu dinamakan Ray Tracing
Ray tracing atau biasa di sebut penelusuran sinar adalah suatu cara untuk mlhat
penjalaran gelombang akustik dalam suatu media bawah permukaan dengan
mengasumsikanya sebagai pergerakan suatu berkas sinar. Dalam asumsi ini
perubahan amplitude gelombang dan pengaruh penyerapan gelombang diabaikan
,Jadi pengaruh fisik hanya terjadi pada arah dan kecepatan rambatnya saja.
gbr. Sebuah ray tracing, sinar gelombang akustik yang merambat
melalui kepadatan yang berbeda-beda dari laut
kecepatan suara di laut
bervariasi dengan kedalaman
karena perubahan dalam
kepadatan dan suhu.

18. 4/22/2024 18
4/22/2024 18
Ray Tracing
6
Pola propagasi suara bawah air
(gradien) positif
Pola propagasi suara bawah air
(gradien) negatif
Dalam penerapanya, gradien dinyatakan positif
bila kecepatan suaranya bertambah terhadap
bertambahnya kedalaman dan gradien dinyatakan
negatif bila kecepatan suara berkurang terjadap
bertambahnya kedalaman. Untuk gradien positif
arah perambatan gelombang suara adalah keatas
sebaliknya jika negatif maka arah perambatan
gelombang suara adalah kebawah

19. 4/22/2024 19
4/22/2024 19
Ray Tracing
6
Pada lapisan atas laut hangat, suara dibiaskan kepermukaan. Penjalaran gelombang suara lebih jauh
kedalam air dingin memperlambat dan dibiaskan kedasar laut, menciptakan zona bayangan dimana kapal
slam dapat bersembunyi. Gbr:milik NAS

20. 4/22/2024 20
4/22/2024 20
Ray Tracing
6
Ketika kecepatan akustik bervariasi terhadap kedalaman, medium tersebut dapat dibagi menjadi lapisan2
horizontal yang tak terhingga jumlahnya dan masing2 dpat di asumsikan sebagai lapisan homogen. Hal
ini dengan tujuan untuk memperhitungkan perambatan gelombangnya. Hukum snellius memegang
peranan yang sangat penting sebagai syarat batas bagi tiap2 lapisan. Hukum snellius menyatakan
bahwa terdapat hubungan antara sudut gelombang yang terbentuk dengan kecepatan suaranyuntuk
media yang mempunyai lapisan dengan kecepatan konstan.
Dimana C1, C2, C3 adalah kecepatan akustik pada tiga lapisan medium 1 sd 3 adalah sudut inklimasi
dari ray akustik. Dan a merupakan sebuah konstanta.
gambar: pembelokan suara pada medium yang
berlapis

21. 4/22/2024 21
4/22/2024 21
The sea bottom
8
Dasar laut memiliki banyak efek yang sama pada propagasi suara seperti halnya permukaan laut. Hal ini
mencerminkan proses menyebarkan suara, memproduksi gema bawah melemparkan bayangan di air ke
posisi gradien positif. Ini menghasilkan pola interferensi pada radiasi dari sumber; pola directivity -
gangguan yang disebabkan oleh refleksi bawah air seperti telah dihitung oleh persamaan Mackenzie,
untuk batu, pasir dan lumpur dasar.
Tapi kembalinya suara dari dasar laut jauh lebih kompleks daripada dari permukaan laut karena
beberapa alasan.
- Pertama, bagian bawah adalah lebih bervariasi dalam sifat akustik, karena mungkin bervariasi dalam
komposisi dari hard rock ke lumpur lunak.
- Kedua, dengan kepadatan dan kecepatan suara yang berubah secara bertahap terhadap kedalaman.
- Ketiga, homogen, dengan karakteristik yang berbeda dari jarak yang relatif singkat.
- Keempat, suara mudah dapat terserap kedalam bawah sedimen dan dipantulkan kembali ke laut oleh
lapisan sub-bottom, atau dibiaskan kembali oleh gradien dengan kecepatan curam dalam sedimen.
Untuk alasan ini, hilangnya intensitas yang diderita oleh suara menghadapi dasar laut kurang mudah
diprediksi daripada kerugian pada permukaan laut

22. 4/22/2024 22
4/22/2024 22
The sea bottom
8
`
gbr: diagram ray untuk sumber pada ketinggian 100 kaki di atas bagian bawah dalam air isotermal.
profil kecepatan suara adalah menunjukkan di sebelah kanan. daerah stipplet adalah zona bayangan bawah

23. 4/22/2024 23
4/22/2024 23
The sea bottom
8
`
gbr: profil kecepatan dan diagram ray, menunjukkan pembiasan atas di bagian bawah. panah yang
menunjukkan di mana kedatangan dibiaskan dari tembakan pertama kali diamati pada catatan. Referensi

24. 4/22/2024 24
4/22/2024 24
The sea bottom
8
`
gbr: kurva halus kekuatan backscattering bawah laut vs sudut rambatan suara untuk berbagai jenis.
rentang frekuensi 0,5-100 kHz. pengukuran individu menunjukkan penyimpangan rata-rata sekitar 5 db dari
kurva tersebut. Dari data yang dikumpulkan di Referensi 37.
Rock = batu
Sand = pasir
Silt = endapan
Clay = lumpur

25. 4/22/2024 25
4/22/2024 25
The sea bottom
8
gbr :kerugian bawah dibandingkan sudut rambatan suara di berbagai frekuensi

26. 4/22/2024 26
4/22/2024 26
KESIMPULAN
1 8

27. 4/22/2024 27
4/22/2024 27
KESIMPULAN
1 8
2
3
4
5
6
7
8
1

28. 4/22/2024 28
4/22/2024 28

29. 4/22/2024 29
4/22/2024 29
Pertanyaan
~

30. 4/22/2024 30
4/22/2024 30
gmr: Sampel Backscatter
Melihat jejak beam (seperti area di gmr),
daerah ensonified, A adalah fungsi dari
lebar balok ditransmisikan, φT. Jumlah
sampel per balok tergantung pada interval
sampling (τS). ?
Pertanyaan
Deteksi Threshold (DT) adalah
tergantung sistem parameter yang
menetapkan level terendah atas dimana
echo sounder dapat mendeteksi gema
kembali.
~