41

()Oosen Teknik Geomatika, Politeknik Negeri Batam (zainuddinlubiS@polibatam.ac.id)2)Oosen Oepartemen lImu dan Teknologi Kelautan lPB)Mahasiswa Sarjana Departemen I1mudan Teknologi Kelautan

peneliti untuk mengetahui objck yang ada dikolom perairan dan dasar perairan, baik berupaplankton, ikan, kandungan substrat dan bahkanadanya kapal kandas (Simmonds &McLennan,2008). Metode akustik yang digunakan untukmemperoleb data kelimpahan ikan, dapatmenggunakan metode dasar berupa echocounting dan echo integration. Echo countingdapat mengbitung densitas ikan pada saatvolume yang disampling rendah, dimana nilai

Akustik adalah ilmu yang membahastentang gelombang suara dan perambatannyadalam suatu medium. Akustik kelautanmerupakan suatu bidang ilmu kelautan yangberfungsi untuk mendeteksi target di kolomperairan dan dasar peairan, denganmenggunakan gelombang suara. Aplikasi ilmuakustik kelautan akan mempermudah seorang

PENDAHUWAN

APPLICATION OF PASSIVE ACOUSTIC FILED FOR FISHERIES AND MARINESCIENCE. Detects the sound frequency range oj fish, the intensity oj the sound amplitude, soundfluctuations, and shape the sound patterns oj the fish. Passive acoustic methods used to monitormarine mammals expressed. In general, the signal obtained from the ranimal record sounds is poorand difficult to determine from which directions it is produced, thereJore it requires that requireamplification / strengthening. Bioacoustic research is needed to identify the communication language(Acoustic communication) in mammals. Bioacoustic detectmammal-produced frequency ranges ojsound, amplitude intensity oj sound, voicefluctuation, and'form sound patterns oj mammals. Studyingbioacoustic is inseparable from the science oj underwater acoustics, biology oj mammals, and thestudy of mammalian behavior. Generally bioacoustic include physiology oj mamals organ thatproduce sound, earnings voice mechanism, sound characteristics oj mammals, mammals sound­approaching mechanism, the hearing capacity ojfish, and the evolution oj the auditory system, andto obtain the frequency range oj each sound produced by the dolphins (mammals). Environmentalconditions and parameters (salinity and temperature) will greatly affect the value oj the intensityand frequency generatedfrom the target, the more extreme the environmental conditions, the lowervalue oj the intensity and Jrequency generated

ABSTRACT

OlebMuhammad Zainuddin Lubis I, Sri Pujiyati 1Pratiwi DwiWulandariJ,

•

AKUSTIK PASIFUNTUKPENERAPAN DI BIDANGPERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

ISSN 0216-1877Oseana, Volume XLI, Nomor 2, Tabun 2016: 41 - 50

42

neurofisiologi dan aaatomi uotuk produksi dandeteksi suara, serta hubungan sioyal akustikdengan medium dispersioya. Temuan pad abidang ini memberikan bukti bagi kits tentangevolusi mekanisme akustik, dan dari sana,evolusi hewan yang menggunakannya(Simmonds &M.acLerman, 2005). Sistempassivesonar dapa1 dilihat padaGambar 2, yakni teotangmekanisme terjadmya persamaan passive sonar

Penerapan ilmu pasifakustik biasanyadisebut dengan passive sonar, yang penerapan­nya biasanya disebut dengan ilmu Bioakustik(Bioocoustic) . Bioakustik (Bioacoustics) adaJahsuatu disiplin ilmu yang menggabungkan biologidan akustik, yang biasanya merujuk padapenelitian mengenai produksi suara, dispersimelalui media elastis, dan penerimaan padabewan, tennasuk manusia. Hal ini melibatkan

Gambar I.Gelombang suara (Anonim, 20 15)T1i ...

Low

,..Pi II ....

IICon"1 n.melon

I

pada area pengu.kuran. Pengukuran tersebutdilakukan dengan mengunakan perangkatlunak, dan juga dengan mendengarkannya.Metode akustik pasifjuga digunakan oleh militerdalam mengembangkan sistem keamanan daripenyerang bawah air pada daerab esruari,dengan melakukan perekaman suara yangditimbulkan oleh penyelam bawah air laut(Borowski et ol; 2008). Akustik pasif tidak lepasdengan adanya suara (Sound). Suara adalahgelombang mekanik dari energi yang mengubahtekanan pada medium (udara atau air) pada saatgelombang tersebut bergerak.Perubahan­perubahan tekanan ini dideteksi olehpendengaran kits, dan dipancarkan ke otakuntuk diinterpretasi. Gelombang suara yangdiinterpratasikan oleh Rarefaction,Condensation, Air pressure, time dapat dilihatpada gambar I.

II". ,.reotlOn

I

echo dari ikan tunggal dapat dengan mudahdipisahkan dan dihitung satu persatu, Metodeecho counting jarang digunakan daJammendugakelimpahan ikan yang bergerombol. Hal inidisebabkan karena densitas ikan tidak homogendan pada umumnya tinggi, sehingga akanmenyebabkan terjadinya overlap dari echo ikan.Echo dari ikan yang berada di dasar perairan,memiliki sinyal yang lebih kuat dibandingkandengan ikan yang berada di dasar perairan(Simmonds &McLennan, 2008).

Zimmer (20 II) menyatakan bahwametode akustik pasif digunakan untukmemonitor mamalia laut. Pada umumnys, sinyalyang didapatkan dari perekaman suara hewanbemilai sangat lemah, sehingga memerlukanamplifikasi/penguatan dan suJitmenentukan darimana datangnya arab suara. Konsep dasar dariakustik pasif pada mamalia adalah denganmencletdcsi suara,ketika mamalia tersebut berada

43

suara stridulatory lainnya memiliki amplitudobesar, yang tersebar secara seragam diseluruhfrekuensi. WiDD (1991) menyatakan bahwafrekuensi yang dicapai dapat berkisar hinggalebih dari 6000 Hz. Lubis & Pujiyati (2015)menyatakan bahwa kondisi lingkungan danparameter (salinitas dan suhu) sangatmempengaruhi nilai intensitas dan frekuensiyang dihasiLkan dari target, semakin ekstrimsuatu lingkungan, maka akan menyebabkanrendahnya nilai intensitas dan frekuensi yangdihasiLkan.

Penerapan ilmu bioakustik dalamperikanan biasanya diterapkan denganmenggunakan rnamalia laut, contohnya padapans yang biasa disebut dengan ekolokasi padapaus. Eko-Iokasi adalah bagaimana pausmenggunakao suara untuk mengetahui lokasiobyek (misalnya mangsa), dan menentukanposisi paus di laut yang luas dalarn tiga dimensi.Apabila waktu suara dipantulkan setelahmembentur target, maka terjadi echo. Pausmengeluarkan suara pendek yang disebut clicks,dan dapat menentukan lokasi obyek melaluiecho yang terbentuk. Jarak dari obyek tersebutdapat diketahui dcngan memperbitungkanlamanya echo kembali ke paus. Skernatisekolokasi paus dapat dilihat pada Gambar 3 .

Source level (SL) adalah jumJah suarayang dipancarkan oleh sebuah transducer.TransmissionLoss (fL) adalah intensitas energisuara yang berkurang saat merambat padamedium. DT (Detection T/treslwld) adalah rasiosinyal-noise yang diperlukan sinyal target danmerupakan fungsi dari receiver (penerima).llmuakustik sangat berkembang pada peoelitianlumba-lumba, peneliti sebelumoya telahmenekankan rekaman dan anal isis vokalisasi(Evans, 1966; Herman &Tavolga, 1980; Norris,1969; Popper, 1980; Watkins &Wartzok, 1985).Penelitian bioakustik ioi dibutuhkao uotuk dapatmengetahui bahasa komunikasi (acousticcommunication)pada mamalia, Bioakustik tidaklepas dari penggunaan hydrophone sebagai alatperekam suara, dengao tekaoan akustik direkarnpada hidrofon adalah sumber waktu gangguantekanan pada laut (AP) yang relatif sangatsensitif terhadap tekaoan latar belakaog laut dikedalaman perekaman pada medium air.

Ilmu bioakustik juga mempelajaritentang stridulatory, yaitu suara yangdihasilkan dengan cara menggerakkan ataumenggemeretakkan bagian-bagian tubuh,misalnya: sirip, gigi, dan bagian tubuh lainnyayang keras (Walker, 1997; Pitcher, 1986). Ikanbertulang keras (teleost) memiliki suara yangdihasilkao dari kepakao sirip, dan beberapa jenis

SL-TL-(NL-DI)= urGambar 2. Passive Sonar Equation (Urick, 1975)

~I

44

Gambar4. Hidrofonjenis SQ3 (Anonim, 2015).

Seluruh pengindeaan akustikmenggunakan mikrofon dan transduser untukmendeteksi energi akustik, dan kemudianmengkonversinya menjadi sinyallistrik (Greene,1997), sedangkan untuk perekaman suara bawahair menggunakan bidrofon (Gambar 4). Hidrofonadalah mikrofon bawab air yang menangkapsinyal akustik, kemudian mengubah energitersebut menjadi encrgi listrik dan digunakandalam sistem akustik pasif. Pengukuran sinyalsuara yang ingin diketahui adalah denganmengukur Signal (0 Noise Ratio (SNR), yaiturasio antara level sinyal suara yang diterima(received level of a sound signal) terhadap levelkebisingan latar (background noise level)(Greene, 1997).

SISfEM PEREKAMAN SUARABAWAB AIRPada Gambar 3 menunjukkan waktuenam detik di an tara bunyi click yang sudahkeluar dengan echo yang kembali. Branstetteret 01.,(2016) menyatakan bahwa diperlukansetcngah waktu untuk suara click hinggamencapai obyek, artinya obyek ditempuh dalamwaktu tiga detik. Apabila kecepatan suara didalam air adalab 1500 mis, maka obyek tersebutberada pada jarak 4500 meter dari paus (3seconds rimes 1500 metres/second =450Om).

Eko-Iokasi ini menunjukkan bahwapaus mempunyai produksi suara yang sangatbaik, termasuk sistem penerimaan suara. Sistempencrimaan suara pada cetaceans sudah sangatmaju, karena dari arah dan waktu eeho yangkcmbali, binatang ini dapat mengetahui bentukobyek dan bahannya. Cetaceans dapat me­ngetabui derajat suara, seperti manusia, bahkanhingga sepersepuluh milliseconds, suatu nilaiyang lebib tinggi dari kemampuan manusia,

Gambar 3 Eko-lokasi paus dalam penerapan bioakustik (Branstetter et 01.,2016).-.'1M'Aw'

-

45

dari gangguan (noise),kemudian diolah denganmenggunakan program Wavelab 6.0. Datadilakukan perubahan benmk dari bentuk suarake bentuk angka dengan menggunakan analisadata FFT pad a program Wavelab 6.0 yangkemudian dilakukan pemindahan data daribentuk ekstensi *.WAV menjadi *.txt. Setelahmenjadi bentuk *.txt, data diolab denganmenggunakan program Microsoft Excelmelakukan rataan terhadap angka per 1000 Hz,dan didapat data yang memiliki rentang angkaantara 0 - 22000 Hz. Rataan terse but kemudiandirubah kedalam bentuk desibel denganmenggunakan persamaan :

dB = IOxLog(n) (1)dimana : n=jumlah rataan per 1000Hz

(Au &Martin, 1989)

Data suara yang telah terekam olehdigital voice recorder dalam bentuk fileekstensi *.VY 4, direkarn ulang denganmenggunakan program Advanced SoundRecorder 6.0 yang akan menghasilkan datasuaradalam bentuk ekstensi *.mp3. SeIanjutoyadata suara yang sudah dalam bentnk ekstensi*.mp3 disimpan kedalam bentuk ekstensi*.WAVdenganmenggunakan program Wavelab6.0. Proses analisa data dapat dilihat padaGambar5.

Setelah data suara berada dalambentuk ekstensi *.WAV, suara selanjutnyadilakukan proses menghilangkan gangguan(noise) dengan menggunakan program CoolEditPro 2.0. Data suara yang telah dibersihkan

PENGOLAHAN DATASUARA

Gambar 5. Set alat perekam suara, (a) Hidrofon, (b) Headphone, (c) catu daya/baterai, dan (d) laptopuntuk data logging dan data processing (Lubis, 2014).

(d)(c)

Hydrophonemampu mendeteksi frekuensi suarapada 1-2 Hz. Ambang batas terendahpendengaran manusia hanya mampumendengarkan suara hingga frelcuensi 18-20 Hz.Suara-suara di luar ambang batas pendengarannormal manusia, dapat didengar menggunakanDolphin EAR Hydrophone yang dilengkapidengan Raven lite 1.0 software. Gambar 5,merupakan contoh satu set alat perekamandalam bioacoustics hydrophone .

(0)(a)

Bioakustik menggunakan instrumenpasif yang biasa disebut dengan hydrophone,yang berfungsi untuk mendengarkan suarabawab air. Alat ini mengkonversi suara yangdatang dari dalam air yang menjadi sinyal eletrik,dan kemudian dapat diamplifikasi, dianalisis,atau diperdengarkan di udara (Urick, 1983dalamPitcher, 1986). Hydrophone biasanya berupasuatu lempengan piezo-electric ceramic(Simmonds & Mcl.ennan, 2008). Dolphin EAR

46

&Umbux adalabwaktu dengan maksimal waktu1'dalab6OOms, dan smnbu ymerupakan frekueosidengan fteknensi maksimum adalah 22.000 Hz.Proses analisa data spektrom dan karak.teristikdari suatu objet aIaU target dalam penerapanilmu bioakm;tik, biasaDya tidak lepas dari aspekfourier Ircmsjomtali01l dan power spectraldensity yang biasa dignnakan untuk melibatbubuogaD beriJcut :

Gambar 6 meropabn basil spekb:umsuara lumba-lumba jantan hidung botol yangdiperoleb deogan melakubn proses mengguna­bn perangkat lunak Raven Pro 1.0, denganpanjang waktu perekaman yaitu 700 IDS, dandengan smnbu y adalab besamya frelrueosi yangdihasilkan dari data spektrum yang diolah..Gambar 7 lib......bnspektrum basil pett'iamalisuam yang cbDasilbn daD lumba-lumba, dengall

(jm.,,-, 7. Pseudogram spektrum ibnludJa lumbajanaanhiduog botol (Tuniops oduncus) (Lubis eIaL.2016b).

Gambar 6. Spektrum suara ibn lumba-lumbajantan hiduog botol (TlUSiops odJIIrCIIS)(Lubis et al.•201(8).

dihasilbn dari Raven lite 1.0 software dapatdiljhat pada Gambar 6, sedangkan Gambar 7memmjukbnspebogram basil perebman suarayang berasaI dari spektrom lwnba-lumba dandiolah dengan menggunabn S/G Yiew 2.7.1

Kemudian dari data yang diperolehdapat ditampilkan kedalam bentuk grafik yangdiinginkan, yaitu grafik diagram batang dangrafik diagram stock untuk bagian Iriri dan Iamandatasuara. Gambar cootob spektrum suara yang

Oleb karena pada penelitiao laju suarayang digunakan pada medium zat cair, yaitu airlaut,maka laju suara di udara yang dilambangkandengan (v), dapat dirubab dengan laju suara di

(4)

frekuensi sumber. Laju gelombang melaluisebuah medium ditentukan oleb sifat-sifatmedium. Sekali frekuensi (f) dan laju suara (v),dari gelombang sudah ditentukan, maka panjanggelombang (I) dapat ditetapkan. Denganhubungan f= Iff (Halliday & Resnick, 1978),makadapat diperoleb persamaan (4).

VA=-f

ProgramWavelab 6.0 digunakan untukmemasukan dan memproses data dari suarayang dihasilkan dari perekaman, yaitu PowerSpectral Density (PSO) dan Fast FourierTransform (FFT).Power Spectral Densitydiproses dengan memasukan data suara yangberbentuk ·.WAV dan memproses data melaluiperintah Analysis dan memasukan perintah 3DFrequency Analysis sehingga akan tampaksuatu grafik yang memperlihatkan bubunganintensitas dengan frekuensi. Pada grafik akanmuncul bentuk seperti gunung, bagian yangtertinggi akan ditentukan sebagai frekuensioptimum dan dilakukan perbitungan, Frekuensisebuah gelombang secara alaroi ditentukan oleb

POWER SPECTRAL DENSITY

Gambar 8. Fast Fourier Transformsuara ikan lumba-lumba jantan bidung botol (Tursiopsaduncus)(data pnbadi).

dengan noise (Krauss et.al 1995) denganpersarnaan sebagai berikut :

S=fft (y) (2)S=fft(Y,n) (3)

Bentuk periotah (1) dan (2) hampirsarna, yakni menghitung OFT dari vektor x,banya pada perintah (2) ditambah denganpengguoaan parameter panjang FFT (n). Contohbasil data yang dihasil.lcanoleb Wavepadsoftwaredengan FFT dapat dilihat pada Gambar 8.

Dasar dari k:.arakteristikfrekuensi padasinyal adaIahfourier transformation (Brook &Wynne, 1991).Fast Fourier Transform (FFT)merupakan suatu algoritma untuk menghitungDiscrette Fourier Transform (OFT). Fungsiumum darifourier transformation adalah men­can komponen frekuensi sinyal yang terpendamoleh suatu sinyal domain waktu yang penuh

FOURIER TRANSFORMATION

•

48

Anonim. 2015. Hydrophones. www. sensortech.ca. Diakses pada tanggal26 Juli 2015.

Anonim. 2015. The Physics of sound. http://www.podcomplex..com/guide/pbysics.html. Diakses pada tanggal15 Juli 2015.

DAFfAR PUSTAKA

sumber suara dengan melakukan analisaspektrum menggunakan metode bioalcustik,contohnya pada mamalia laut.Tulisan ini menunjukkan bahwa

studi tentang akustik pas if diterapkan denganmetode bioakustik yang sering dilakukan padamamalia dan biotal hewan laut lainnya, dapatsebagai acuan atau referensi yang saogatalcurat, tidak berbahaya dan merusak biotalhewan yang akan dijadikan sebagai target.Metode ini sangat berguna untuk duniakelautan dalam menghasilkan kisaranfrekuensi dan nilai intensitas suara, dari

Oambar 9. PowerSpectralDensity (PSO) suara lumba-Iumba jantan hidung botol (Tursiopsaduncus)(Lubis etal., 20 16b).

....

i! !---1·--···········!·__·i i : i......--f _ --t--._ ., I i I

.....=._j ·_ I ··..·_·t- _ ·..·_. ,"---'-"'-1-·---1·__·_-_..·

iii i-+- "'r- .

~~~~~~~~~~--~~~~~~----~------~-----.-------n----------_ ...- .....** .......... -~ -----------_- .... ---------_- ...- ....................... _ ..............

Perhitungan PSO pada Matlabmenggunakan metode Welch (Krauss etal.,1995), yakni mencari OFT (berdasarkanperhitungan dengan algoritma FFT), kemudianmengkuadratkan nilai magnitude tersebut.Contob basil figure PSOdihasilk:an oleb Matlabsoftware dapat dilihat pada Gambar 9.

(6)PSO= Izi c<AMpI';:-O~

Power Spectral Density (PSO)didefenisikan sebagai besarnya power perinterval frelcuensi, dalam bentuk matematik(Brook &Wynne, 1991) pada persamaan(6):

(5)

air yang dilambangkan dengan (C), sebinggadiperoleh persamaan (5) (Halliday & Resnick,1978).

49

Simmonds, J., and D. N. MacLennan,2008. Fisheries acoustics: theory andpractice. John Wiley& Sons.

SimmondsJ. andD.MacLennan 2005.FisheriesAcoustics: Theory and Practice, secondedition. Blackwell.doi : SH344.2.S56639.2~c22 2005005881.

Popper, A. N. 1980. Sound emission anddetection by delphinids. Cetaceanbehavior: Mechanisms andfunctions, 1-52

Pitcher, T. J. 1986. Functions of shoalingbehaviour in teleosts.In The behaviourof teleostfishes. SpringerUS :294-337.

Simmonds, 1., and D. N. MacLennan,2008. Fisheries acoustics: theory andpractice. John Wiley & Sons.

Lubis, M. Z., P. D.Wulandari, T. Hestirianoto,and S. Pujiyati, 2016b. Bioacousticspectral whistle sound and behaviour ofmale dolphin bottle nose (Tursiopsaduncus) at Safari Park Indonesia,Cisarua Bogor. Journal of MarineScience: Research & Development.

Lubis,M. Z., P.D. Wulandari, M. S. Harahap,M. Tauhid, and J. R. Moron, 2016a.Bioacoustic: Percentage Click Soundof Indo-Pacific BottlenoseDolphins (Tursiops Aduncus) inCaptivity, Indonesia. J BiosensBioelectron, (207),2.

Lubis, M. Z. 2014.BioakustikStridulatoryGerakIkan Guppy (Poecilia reticulata) SaatProses Aklimatisasi Kadar Garam.]Skripsi ] Bogor (ID): Institut PertanianBogor.

Krauss,T.P.L. ShureandJ.N.Little 1995.SignalProcessing Toolbox: For Use withMatlab. The Mathworks, Inc.

Herman, L. M. and W, N. W.Tavolga, 1980Communication systems of Cetaceans.Cetacean Behavior: Mechanisms andFunction (ed. L.M. Herman) pp. 149-197.

Evans, W.E. 1966Vocalizationsamong marinemammalsMarine Bioacoustics 2 : 159-185.

Brook,D. and R.J. Wynne. 1991. SignalProcessing: Principples andApplications. EdwardArnold, a divisionof Hodder and Stoughton Limited, MillRoad,DuntonGreen.GreatBritain.

Branstetter, B. K., C.M. DeLong, B. Dziedzic,A. Black, & K. Bakhtiari, 2016.Recognition of Frequency ModulatedWhistle-Like Sounds by a BottlenoseDolphin (Tursiops truncatus) andHumans with Transformations inAmplitude, Duration and Frequency.PloSone, 11(2).

Borowski,B., A.Sutin,H. S.Roh, andB. Bunin,(2008, April).Passive acoustic threatdetection in estuarine environments.In SPIE Defense and SecuritySymposium (pp. 694513-694513).International Society for Optics andPhotonics.

Au, W,W. and D.W. Martin. 1989. Insights intodolphin sonar discrimination capabilitiesfrom human listening experiments. TheJournal of the Acoustical Society ofAmerica,86(5) :1662-1670.

Zimmer, W. M. 2011. Passive acousticmonitoring 0/ cetaceans. CambridgeUniversity Press.

Urick, R,J. 1975.Principles ofilnderwater Sound.Kingsport Press, 384pp,

Wulandari, P.D., Pujiyati, S., Hestirianoto, T.,&Lubis, M. Z. 2016. BioacousticCharacteristic Click Sound andBehaviour of Male Dolphins Bottle Nose(Tursiops aduncus). Joumal of Risheries& Livestock Production, 2016.

Animals Vol2: Vertebrates. Plenum Press.Newyork.

Wmn, H.E. 1991. Acoustic Discrimination ByThe Road FishWith Comments OnSignalSystem. P361-381.In HowardE. Winn,DanBoril. 011a. (ed)Behavioro/Marine

Watkins, W, A and D. Wartzok,.1985 Sensorybiophysics of marine mammals.Mar.Mom. Sci. 1(3):219-260.

Wartzok, D. and D. R Ketten, 1999.Marinemammal sensory systems. Biology ojmarinemammals,I:117-175.

Walker,W.F,lr.I993.FunctionaJAnatomyoJTheVertebrates. CBS College Publishing.United StatesAmerica. ...hal