Persamaan Sonar

download Persamaan Sonar

of 29

Transcript of Persamaan Sonar

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    1/29

    PERSAMAAN SONARKunci keberhasilan dalam peperangan anti kapal selam adalah deteksi awal. Peralatan

    utama yang digunakan adalah sonar. Untuk memahami sonar maka pengetahuan tentangpersamaan sonar dan figure of merit harus dimiliki.

    Banyak fenomena dan efek propagasi di dalam air yang mempengaruhi dalam

    perhitungan sonar.

    1. Persamaan dasar sonara. Deteksi sonar

    Sebelum masuk ke persamaan sonar, secara ringkas proses deteksi adalahbahwa energi akustik dari sasaran yang diterima receiver sonar dikonversi ke energilistrik kemudian mengalami penguatan dan proses untuk selanjutnya ditampilkan padadisplay. Maka energi akustik yang diterima merupakan fungsi dari deteksi sasaran.Sehingga persamaan sonar menyatakan hubungan antara energi akustik yang diterimaoleh receiver dengan fungsi deteksi sasaran di display sonar.

    b. Komponen energi akustik yang diterimaTotal energi akustik yang bersumber pada energi yang dipantulkan sasaran yang

    disebut sebagai sinyal (S) dan dari lingkungan lingkungan yang disebut sebagai noise(N).

    Kualitas energi yang diterima dinyatakan dengan membandingkan sinyal dannoise yang dinyatakan dalam rasio yaitu S/N atau S N.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    2/29

    c. Implikasi rasio sinyal terhadap noise (S/N)Rasio S/N atau S N yang diterima bisa lebih besar dari 0 dB yang

    menyatakan bahwa tingkatan sinyal lebih kuat dari tingkatan noise atau lebih kecil samadengan 0 dB yang menyatakan bahwa tingkatan sinyal lebih lemah dari tingkatan noise.

    Perlu dicatat bahwa walaupun rasio lebih besar dari 0 dB tidak menjaminbahwa suatu sasaran akan terdeteksi di display sonar.

    d. Detection Threshold (DT)

    Untuk menghitung besarnya deteksi sasaran berdasarkan rasio sinyalterhadap noise dari energi akustik yang diterima dikenal dengan istilah detectionthreshold yang didefinisikan sebagai rata rata rasio sinyal terhadap noise yangdibutuhkan untuk memperoleh kemungkinan deteksi sebesar 50%

    e. Persamaan dasar sonarMaka hubungan antara rasio sinyal terhadap noise dengan detection threshold

    dibuat dalam persamaan sebagai berikut

    S N DT

    2. Parameter sonarDari persamaan S N DT dapat dijabarkan komponen yang mempengaruhi sebagai

    berikut :a. Komponen Sinyal (S) meliputi :

    1) Source level (SL)2) Transmission losses (TL)3) Target strength (TS)

    b. Komponen Noise (N) meliputi :1) Noise level (NL)2) Directivity index (DI)3) Reverberation level (RL)

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    3/29

    Perbedaan kombinasi parameter sonar akan memberikan bentuk persamaan sonar yang

    berbeda antara sonar aktif dan sonar pasif.a. Source level (SL)

    Pada sonar aktif SL bersumber pada intensitas energi akustik yang dihasilkan olehtransducer sedangkan pada sonar pasif SL mengacu pada energi akustik yang berasal /dibangkitkan sendiri oleh sasaran

    b. Transmission losses (TL)

    3 jenis transmission losses yaitu :1) Sperading losses2) Absorption losses3) Transmission losses anomaly

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    4/29

    c. Target strength (TS)Target strength hanya diperhitungkan dalam persamaan sonar atif. Target

    strength didefinisikan sebagai jumlah intensitas energi akustik yang dapatdipantulkan oleh permukaan benda. Faktor yang mempengaruhi adalah sasaran danenergi akustik yang diterima, besar target strength antara 15 25 dB.

    Kapal selam dapat memanfaatkan target strength untuk mengurangi pemantulanyang dilaksanakan melalui :1) Bentuk badan

    Rancangan bentuk kapal selam harus menghindari bentuk bentukpermukaan yang rata / flat atau silinder sehingga akan mereduksi kemampuanpemantulan energi akustik yang diterima2) Anechoic coating

    Lapisan yang digunakan pada lambung untuk menyerap energi akustik yangdatang sehingga memperkecil tingkat pemantulan.3) Active cancellation

    Dengan menggunakan alat untuk membalikkan fase energi akustik yangdatang sehingga energi pantulan akan berbeda fase

    d. Noise level (NL)Noise level adalah energi akustik yang dibangkitkan atau dihasilkan oleh suatu

    obyek, noise level terbagi atas :1) Ambient noise

    Ambient noise terjadi karena :a) suara hewan bawah airb) suara mesinc) suara pendorongan/propelerd) energi akustik yang dipancarkan dari sonar lain

    2) Self noiseSelf noise terjadi karena :a) Sonar sendirib) Mesin dan pendorongan sendiric) Noise dari lambung akibat gesekan arus air dengan badan kapal

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    5/29

    e. Directivity index (DI)Directivity index dinyatakan sebagai kemampuan sonar untuk membedakan arah

    datangnya noise dengan mereduksi noise yang beasal dari arah datangnya padatransducer sonar. Yang mempengaruhi directivity index adalah :

    1) Ukuran elemen pemancarSemakin besar ukuran elemen, semakin sempit beamwidth dan

    mengakibatkan directivity index semakin baik2) Jumlah dan spasi elemen pemancar

    Semakin banyak dan semakin rapat semakin baik directivity indexnya3) Frekuensi energi akustik yang diterima

    Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil beamwidth dan semakin baikdirectivity index

    f. Reverberation losses (RL)

    Mengacu pada tingkat noise dari energi akustik yang dipantulkan yang timbulakibat pemantulan yang tidak serentak. Kombinasi echo pantulan ini dapat menutupsinyal yang diterima secara keseluruhan dari sasaran.

    3. Persamaan sonar pasif dan aktifa. Persamaan sonar pasif

    Sonar pasif bergantung pada sinyal yang diterima yang berasal dari sasaran yangperambatannya dipengaruhi oleh SL dan TL dan noise yang dipengaruhi oleh noise levelyang direduksi dengan directivity index yang keseluruhan dirumuskan sebagai berikut :

    S = SL TL ................(1)N = NL DI ................(2)S N DT ...............(3)

    Persamaan ketiga disubstitusi dengan persamaan pertama dan kedua sebagai

    berikut :SL TL (NL DI) DTSL TL NL + DI DT

    b. Persamaan sonar aktifPada sonar aktif, energi akustik dipancarkan dan diterima oleh sonar, sehingga

    terjadi 2 kali perambatan. Untuk sinyal saat memancar akan dipengaruhi oleh sourcelevel dan transmission losses selama perambatan menuju sasaran. Sedangkan saatmenerima, energi yang dipantulkan dipengaruhi oleh ada atau tidaknya penguatan daritarget strength serta transmission losses yang kedua selama proses menuju receiversonar. Sehingga sinyal untuk sonar aktif dapat dirumuskan sebagai berikut :

    S = SL TL + TS TL

    S = SL 2TL + TS

    Sedangkan uuntuk noise sendiri dipengaruhi oleh :1) Ambient noise dengan rumus yang berlaku adalah N = NL DI2) Reverberation noise dengan rumus N = RL

    Maka persamaan sonar aktif dapat di bedakan atas 2 bergantung jenis noise yang

    mempengaruhi yaitu :S = SL 2TL + TS ................(1)

    N = NL DI atau N = RL................(2)S N DT ...............(3)

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    6/29

    Persamaan ketiga disubstitusi dengan persamaan pertama dan kedua sebagaiberikut :

    SL 2TL + TL (NL DI) DTatau

    SL 2TL + TL RL DT

    4. Figure of merit (FOM)

    Jarak jangkau sonar umumnya digunakan sebagai ukuran kemampuan sonar, namun inisendiri merupakan suatu anggapan yang kurang tepat karena kemampuan deteksi jarak sangatbergantung pada kondisi lingkungan yang berubah ubah.

    Pengukuran kemampuan sonar yang baik adalah kemampuan untuk deteksi tingkatintensitas suara tertentu yang berasal dari luar, karena ini akan mengurangi ketidak pastian yangdisebabkan perubahan lingkungan dan memberikan perbandingan yang tegas antara sonar yangsatu dengan sonar lainnya.

    Pengukuran ini disebut figure of merit (FOM) sonar. FOM merupakan maksimaltransmission losses tunggal pada sonar pasif yang ditoleransi atau maskimum 2 transmissionlosses pada sonar aktif yang ditoleransi unntuk dapat memberikan kemampuan deteksi minimal50%

    FOM dapat dirumuskan sebagai berikut :

    a. a. Untuk sonar pasifSL TL NL + DI = DTMaka,TL = SL NL + DI DTPassive FOM = TLSehingga passive FOM = SL NL + DI DT

    b. b. Untuk sonar aktifSL 2TL + TS NL + DI = DT

    Maka,2TL = SL + TS NL + DI DTActive FOM = 2TLSehingga Active FOM = SL + TS NL + DI DT

    Penggunaan FOM dalam AKS memberikan ukuran kuantitatif perbandingan sonar tanpaperlu mengetahui kondisi operasional atau sasaran. FOM dapat juga menginterpretasikan jarakdimana transmission losses / propagation losses diketahui, namun hal ini tidak mudah dilakukan

    FOM dapat ditingkatkan dengan :

    a. Meningkatkan SL dengan menambah power yang dipancarkan atau memperkuatsensitifitas dengan noise yang diterimab. Mengurangi NL dimana hanya mungkin untuk self noisec. Menambah DI dengan menggunakan frekuensi tinggid. Mengurangi DT dengan meningkatkan false alarmnya.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    7/29

    PROPAGASI BAWAH AIR

    1. IntroduksiPemahaman terhadap penggunaan energi suara secara efektif uuntuk

    melaksanakan deteksi dan penjejakan sasaran bawah air, membutuhkan pemahamanakan sifat sifat / karakteristik perambatannya dalam air.

    2. RefraksiRefraksi terjadi bila suatu gelombang pancaran (cahaya, suara dll) merambat

    melewati 2 media yang berbeda kerapatan / densitasnya, maka akan terjadi pembelokanarah perambatannya yang dikenal dengan istilah refraksi tersebut.

    Di dalam air propagasi suara juga mengalami pembelokan yang disebabkan olehperbedaan karakteristik air laut yang mempengaruhi kerapatan / densitas media.

    Laut bukan merupakan suatu media yang homogen, sebaliknya dalam laut dapatterbentuk lapisan lapisan yang memiliki karakteristik yang berbeda.

    Pembelokan tersebut bergantung juga pada kecepatan suara, dimana bilakecepatan menurun saat melewati batas 2 media yang berbeda maka lintasangelombang suara akan dibelokan mendekati garis normal

    Sebaliknya bila tambah cepat maka akan dibiaskan menjauhi garis normal

    Secara umum, gelombang suara mengalami pembelokan ke daerah yang memilikikarakteristik kecepatan suaranya lebih lambat

    Hukum snellius berlaku untuk perambatan yang melalui 2 medium yang berbeda :V1 = V2 .

    Sin 01 Sin 02

    Apabila sudut datang menghasilkan sudut bias yang lebih besar, dimanapenambahan sudut datang menyebabkan bertambahnya sudut bias, maka pada suatusudut datang tertentu akan menghasilkan sudut bias yang tegak lurus (90 derajat)terhadap garis normal. Sudut datang demikian disebut sudut kritis. Penambahan lagi

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    8/29

    sudut datang akan menyebabkan gelombang pancaran tadi tidak dibiaskan melainkandipantulkan kembali. Fenomena ini disebut total refleksi internal.

    Lintasan perambatan gelombang suara dalam air sendiri bergantung padasejumlah faktor yang mempengaruhi karakteristik fisik air laut dan struktur lapisan lapisan di dalamnya.

    3. Faktor faktor yang mempengaruhi kecepatan suara dalam air

    3 faktor yang mempengaruhi kecepatan perambatan suara dalam air adalah kadargaram / salinitas, tekanan / kedalaman dan suhu.a. SalinitasSalinitas di perairan terbuka rata rata konstan, berkisar antara 32 38 ppt. Perubahan /penambahan 1 ppt akan merubah / menambah kecepatan suara dalam air hinggamencapai 1,3 meter / detik.

    Variasi salinitas terbesar terletak di daerah ocean front yaitu daerah yang memisahkanmassa air laut yang berbeda karakteristiknya, biasanya menunjukan gradien horisontalsuhu dan temperatur yang sangat besar.

    b. TekananFaktor lain yang mempengaruhi kecepatan suara dalam air adalah tekanan. Faktor inilebih dominan mempengaruhi kecepatan suara dalam air dibandingkan dengan salinitas.Penambahan tekanan terhadap penambahan kedalaman relatif konstan dan dapatdiperhitungkan / diprediksi.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    9/29

    Penambahan kedalaman 1 meter akan menambah kecepatan suara hingga mencapai0,017 meter / detikc. SuhuKecepatan suara dalam air akan menurun seiring dengan penurunan suhu air laut pula.Pada kedalaman sampai 1000 meter, suhu air laut menurun terhadap kedalaman dankecepatan suara menurun 3 meter / detik setiap penurunan suhu 1 derajat celcius.

    4. Faktor faktor pembanding

    Dari ketiga faktor, pengaruh suhu terhadap kecepatan paling menentukan dan signifikan,sedangkan salinitas memberikan pengaruh terkecil terhadap kecepatan suara dalam air.Tekanan selalu dihubungkan dengan kedalaman. Untuk kedalaman kurang dari 1000 m,pengaruhnya terhadap kecepatan suara relatif lebih kecil.Sehingga perubahan tekanan pada kedalaman 165 m memberikan pengaruh yang samasetiap perubahan suhu 1 derajat C.

    5. Faktor yang dominan mempengaruhi kecepatan suara dalam airPada kedalaman sampai 1000 m, suhu menurun terhadap kedalaman, sehinggakecepatan suara dipengaruhi terutama oleh penurunan suhu.

    Kedalaman < 1000 mPada kedalaman lebih dari 1000 m, suhu terhadap kedalaman relatif konstan, sehingga

    faktor yang dominan yang mempengaruhi kecepatan suara adalah tekanan

    SalinitasTekanan

    Suhu

    SuhuTekananSalinitas

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    10/29

    Kedalaman > 1000 m

    6. Kombinasi faktor faktorKecepatan suara dalam air sebenarnya merupakan kombinasi dari ketiga faktor tersebutdi atas.

    7. Persamaan WilsonHubungan matematis kombinasi faktor faktor tersebut diatas terhadap kecepatan suaradalam air dirumuskan oleh wilson sebagai berikut :C = 1449 + 4,6T + 0,055T2 + 0,003T3 + (1,39 0,0125T) (S 35) + 0,0178d

    8. Gradien kecepatan suaraGradien kecepatan suara adalah perubahan propagasi suara sebagai akibat perubahankecepatan suara dalam air. Gradien kecepatan suara ini menentukan bentuk lintasanpropagasi suara dalam air.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    11/29

    Secara umum ada tiga jenis gradien yaitu :

    a. a. Gradien kecepatan suara negatif (negative gradient)

    b. b. Gradien kecepatan suara nol (Zero gradient)

    c. c. Gradien kecepatan suara positif (Positive gradient)

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    12/29

    Bentuk profil Kecepatan suara dalam air dipengaruhi oleh ketiga jenis gradien kecepatansuara tersebut di atas.Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa faktor yang dominan mempengaruhikecepatan suara adalah suhu dan tekanan air laut. Bila tekanan bertambah seiringdengan pertambahan kedalaman, maka suhu air laut dapat naik atau turun terhadappenambahan kedalaman, bergantung pada karakteristik air laut, musim dan waktu.

    a. a. Gradien kecepatan suara negatif (negative gradient)

    Gradien negatif terjadi pada saat terjadi penurunan suhu terhadap kedalaman. Dimanapenurunan suhu ini lebih dominan mempengaruhi kecepatan suara dibanding dengan

    peningkatan tekanan terhadap penambahan kedalaman. Pada gradien negatif ini,lintasan suara akan dibelokan / dibiaskan ke arah daerah yang memiliki kecepatan suarayang lebih rendah, sehingga pada gradien negatif, lintasan suara akan dibelokan kebawah.

    Perlu diketahui adanya daerah bayangan (shadow zone). Besarnya gradien negatif yangditimbulkan akan menentukan intensitas / jumlah refraksi yang terjadi yang akanmempengaruhi jarak terbentuknya shadow zone tersebut secara langsung. Shadow zoneini dapat digunakan oleh kapal selam untuk mendekati kontak permukaan tanpaterdeteksi.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    13/29

    b. b. Gradien kecepatan suara nol (zero gradient)

    Gradien nol terjadi bila tidak terjadi penurunan / penaikan kecepatan suara dalam air.Pada gradien ini, tidak terjadi perubahan kecepatan suara, sehingga tidak terjadipembiasan sehingga gelombang akan merambat menurut garis lurus. Kondisi ini seringdisebut propagasi iso velocity. Gradien nol ini sangat memungkinkan untuk perambatan

    gelombang suara dalam air sampai jarak yang sangat jauh.

    c. c. Gradien kecepatan suara positif (positive gradient)

    Gradien positif terjadi bila terjadi peningkatan kecepatan suara dalam air terhadappenambahan kedalaman sebagai akibat naiknya suhu terhadap penambahankedalaman. Gradien positif sangat jarang terjadi. Biasanya terjadi di daerah estuari ataudaerah tropis selamamusim dingin. Dimana es yang mencair mengalir menuju daerah /perairan hangat sehingga lapisan atas / permukaan akan lebih dingin dibandingkandengan lapisan dibawahnya.Perambatan suara pada gradien positif ini akan menyebabkan dibelokannya gelombangsuara ke atas, yaitu ke daerah yang memiliki kecepatan suara lebih rendah karena suhuyang dingin dibandingkan dengan suhu air laut di bawahnya.

    Gradien di suatu daerah pada dasarnya merupakan kombinasi dari 3 jenis gradien diatas.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    14/29

    Contoh :

    a. a. Gradien positif di atas gradien negatif

    ..............................

    b. b. Gradien negatif di atas gradien positif

    9. Surface duct / lorong permukaan.

    Jarak pancaran yang jauh dapat diperoleh pada gradien positif yang terjadi dekatpermukaan, dimana propagasi suara akan dibiaskan ke atas permukaan dan setelahmencapai permukaan akan dipantulkan kembali sehingga akan terbentuk surface duct.

    Pada kondisi ini akan sangat baik untuk melaksanakan deteksi kapal selam padakedalaman periskop, namun tidak dapat mendeteksi / sulit mendeteksi kapal selam yangmenyelam dalam.

    10. Isothermal layer

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    15/29

    Adalah lapisan dimana suhu relatif konstan terhadap perubahan kedalaman dimanaterjadi pula gradien suara positif meskipun sangat kecil, yang terjadi akibat peningkatankecepatan akibat penambahan tekanan terhadap kedalaman. Perlu diingat bahwaisotermal tidak sama dengan gradien nol.

    PENGARUH SUHU TERHADAP PROPAGASI SUARA DALAM AIRSeperti yang telah dijelaskan pada bagian awal bahwa dari faktor faktor yang

    mempengaruhi propagasi suara dalam air yaitu salinitas, temperatur dan tekanan, maka yangpaling mempengaruhi adalah temperatur / suhu.

    5. Struktur suhu di lautUntuk mengetahui bentuk perambatan suara dalam air, kita harus mengetahui

    lebih dulu struktur suhu air laut.. Pada bagian ini akan dijelaskan profile suhu dan metodepengukuran suhu sebenarnya dilaut

    a. a. Profil umumSuhu yang terdapat pada air laut merupakan kombinasi dari :

    1. 1. Pemanasan matahari2. 2. Pengadukan oleh pergerakan udara (angin)

    3. 3. Sirkulasi dalam air laut pada skala besarSecara umum dapat disimpulkan suhu menurun terhadap kedalaman.Ini

    terjadi karena massa air laut yang dingin lebih berat daripada massa air laut yangpanas sehingga massa air laut yang dingin ini akan tenggelam

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    16/29

    b. b. IsothermalMerupakan gradient suhu dimana terjadi karena suhu tetap dengan

    bertambahnya kedalaman, hal ini terjadi karena arus konveksi yang terjadimembantu pencampuran lapisan - lapisan sehingga menghasilkan tingkat suhu yangkonstan terhadap seluruh massa air laut.

    Keadaan ini akan lebih cepat terjadi bila terdapat angin di permukaan( bertiup) dan juga gerakan dalam air laut sendiri.

    c. c. ThermoclineAdalah profil suhu dimana suhu air menurun terhadap kedalamanan. Ini

    terjadi pada musim panas atau pada siang hari selama pemanasan atau secarapermanen pada lokasi tertentu di laut dimana terjadi pertemuan dua massa air laupyang panas dan dingin.

    d. d. Seasonal Surface Temperature (Suhu permukaan musiman)Pada perairan iklim sedang pemanasanan permukaan sangat signifikan

    terjadi pada musim panas maupun musim semi. Pengaruh pemanasan permukaansecara kumulatif terjadi terutama pada lapisan permukaan yang lebih panas daripadalapisan di bawahnya.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    17/29

    e. e. Quantity of heatJumlah panas yang diterima di permukaan dapat memberikan nilai yang

    sama di lapisan yang lebih dalam pada suhu yang lebih rendah bila terjadipencampuran / pengadukan permukaan karena angin permukaan.

    f. f. Seasonal thermoclineLapisan suhu yang menurun akan membentuk yang dikenal dengan

    termoklin musiman. Selama musim gugur, dimana udara di atas permukaan lebihdingin dari permukaan laut, lapisan permukaan akan mulai menjadi dingin danseasonal thermocline mulai menghilang.

    g. g. Transient thermoclinePemanasan permukaan setempat (lokal) akibat panasnya matahari siang

    (daerah tropis atau selama musim panas) menyebabkan terjadinya gradient negatifyang kecil di dekat permukaan. Gradien suhu ini dikenal dengan transientthermocline.

    Transient thermocline memiliki rentang waktu selama beberapa jam sampaidengan beberapa hari, setelah itu akan menyebar dan tenggelam lebih dalam danmemperkuat seasonal thermocline.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    18/29

    h. h. Afternoon effectPemanasan harian pada permukaan dan pembentukan transient thermocline

    menyebabkan terjadinya afternoon effect dimana, efek kumulatif dari afternoon effectini pada musim panas dan dingin menyebabkan terjadinya seasonal thermocline

    i. i. Deep Isothermal LayerAir dingin yang rapat dari wilayah kutub akan tenggelam dan bergerak

    semakin kearah ekuator. Air ini membentuk lapisan isothermal yang dalam dandingin pada perairan hangat.

    j. j. Permanent ThermoclineAntara lapisan isothermal yang dalam dan permukaan laut sebuah lapisan

    transisi dengan gradien suhu negatif yang curam akan terbentuk. Lapisan transisi inidisebut permanent thermocline atau main thermocline. (lihat profil umum, point a.)

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    19/29

    k. k. Localized positive gradientAda saat dimana suhu bertambah terhadap kedalaman. Ini dapat terjadi saat

    hujan sangat lebat dimana air hujan dengan salinitas rendah berada di atas perairanhangat yang rapat (salinitas tinggi) Diperairan beriklim sedang, ini dapat terjadi disekitar iceberg (gunung es di laut) dimana es yang mencair dari iceberg akan beradadi atas lapisan air yang relatif lebih hangat dengan salinitas tinggi.(lihat profilumum,point a.)

    l. l. Contoh profil perambatan suara di Laut Cina SelatanDi Laut Cina Selatan sampai 200 Nm dari Horsburg, sepanjang 020 SLOC

    yang relatif dangkal dengan kedalaman antara 5 0 85 m

    1) 1) Pada bulan maretGradien suhu cenderung negatif, permukaan mulai memanas akibat pergantianmusim setelah musim monsoon. Gradien suhu negatif menyeimbangkanbertambahnya kecepatan suara akibat bertambahnya kedalaman yangmenghasilkan profil kecepatan suara yang sama (iso velocity)

    2) 2) Pada bulan meiIni terjadi pada periode monsoon barat daya dimana udara relatif tenang.Pemanasan permukaan akibat afternoon effect, menyebabkan terjadinyatransient thermocline. Udara yang relatif tenang selama masa ini mencegahterjadinya pengadukan sampai pada kedalaman dasar yang akan menyebabkanterjadinya profil isothermal. Hal ini menyebabkan profil kecepatan suara iso

    velocity menurun pada kedalaman 25 m diikuti dengan gradien negatif

    3) 3) Pada bulan septemberSuhu udara di atas permukaan mulai menurun, ini menyebabkan lapisan

    permukaan menjadi lebih dingin, membentuk gradien suhu positif padakedalaman antara 25 30 m. Di luar itu, lapisan thermocline atau lapisanisothermal dingin di bagian bawahnya terbentuk bergantung pada kedalamanlaut.

    m. m. Profil suhu aktual dan pengukuran profil kecepatan suaraSelama operasi AKS, pengetahuan akan profil struktur suhu pada suatu area

    saja tidak cukup. Suatu profil yang akurat yang merupakan perbandingan antarasuhu dan kedalaman harus diperoleh. Untuk itu dibutuhkan XBT dimana dapat

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    20/29

    dikonversikan membentuk profile kecepatan suara dimana kemudian dapatdigunakan untuk memprediksikan bentuk propagasi suara dalam air

    Metode yang lebih akurat dan langsung merupakan profil kecepatan suaraadalah dengan menggunakan velocimeter suara atau disebut XSV. XSV digunakanuntuk membandingkan dan sebagai pelengkap terhadap hasil yang diperoleh dariXBT

    n. n. Operasional sonarDengan mengetahui profil kecepatan suara, lintasan propagasi suara dalam

    air dapat digambarkan. Sonar kemudian dapat ditempatkan secara taktis unntukmendeteksi sasaran kapal selam dalam operasi AKS

    2. Perambatan / propagasi suara dalam airSelama perjalanannya, suara dapat dibelokkan / dibiaskan akibat adanya

    gradiien kecepatan suara atau gradien kecepatan suhu atau dipantulkan oleh permukaanmaupun dasar laut.

    a. a. Refraksi (pembelokan / pembiasan)Suara dibiaskan / dibelokkan ke arah ruang / area yang memiliki kecepatan

    suara lebih rendah, sehingga suara akan dibelokkan ke atas pada gradien kecepatansuara positif dan ke bawah untuk gradien kecepatan suara negatif(gambar)

    b. b. Refleksi (pemantulan)Suara dipantulkan oleh permukaan dan dasar laut. Pemantulan dapat hampir

    sempurna bila permukaan maupun dasar laut rata / tenang. Permukaan keras akanmemantulkan dengan baik di bandingkan permukaan yang lembut.(gambar)

    c. c. Surface ductTerjadi bila terdapat gradien kecepatan suara positif di permukaan dimana

    saat terjadi profile kecepatan suara positif, lintasan suara akan dibelokkan ke atas kepermukaan, bila permukaan relatif tenang, maka perambatan suara akan dipantulkankembali ke bawah. Bila proses ini berulang maka akan terbentuk lorong suara yangdisebut surface duct.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    21/29

    d. d. Shadow zoneDi lorong suara, suara hanya akan merambat di dalamnya, sehingga suatu

    sasaran yang berada di luar lorong suara tidak dapat dideteksi. Area ini disebutshadow zone.

    e. e. Kedalaman surface ductUmumnya, surface duct akan lebih dangkal (shadow zone membesar) ketika

    gradien kecepatan suara lebih curam karena gradien yang curam akanmembelokkan lintasan suara lebih sehingga lintasan suara akan mencapai criticalangle lebih cepat dan dipantulkan lebih dulu. Untuk atasi hal ini dapat denganmenggunakan VDS (variable Depth Sonar)

    f. f. Reliable acustic pathProfil lorong suara (sound channel) dapat juga dimanfaatkan untuk mode

    propagasi lain dengan transducer ditempatkan didekat critical depth yang disebutReliable Acoustic Path. Suara akan dibelokkan secara langsung ke atas dari sumber.

    g. g. Bottom bounceSuara yang di arahkan ke bawah, pada kondisi tertentu akan dipantulkan

    oleh dasar laut ke permukaan pada jarak yang sangat luas di permukaan. Kondisi inidisebut bottom bounce.Bottom bounce dipengaruhi oleh :

    1) 1) Frekuensi gelombang suara

    2) 2) Sudut pertemuan dengan dasar laut

    3) 3) Kedalaman dasar laut

    4) 4) Kondisi dasar laut

    h. h. Shallow sound channelBila gradien kecepatan suara di bawah dasar dari seasonal thermocline

    adalah positif, sound channel pun dapat terjadi. Perambatan suara yang terjecaktersebut dikenal dengan Shallow Sound Channel

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    22/29

    i. i. Sumbu sound channelTitik dimana kecepatan suara yang paling kecil terjadi disebut sumbu / aksis

    sound channel. Ketika transducer sonar ditempatkan pada atau dekat sumbu soundchannel, jarak deteksi yang baik dapat diperoleh terhadap sasaran yang juga beradadalam sound channel.

    j. j. Downslope couplingPada area sekitar continental slope, suara yang dihasilkan pada perairan

    dangkal dapat di masukkan / digabungkan (dicouple) ke dalam sound channel sepertisurface duct atau shallow sound channel melalui proses yang disebut downslopecoupling. Dalam hal ini, sangat menguntungkan bagi sonar utk deteksi secara pasif.

    k. k. Deep sound channelSebuah sound channel dapat terbentuk dengan sumbu / aksis pada lapisan

    pertemuan antara permanent thermocline dan lapisan isothermal dalam dibawahnya. Kejadian ini akan membentuk sebuah deep sound channel.

    Deep sound channel sangat tebal dan dapat digunakan oleh sonar pasifuntuk deteksi sasaran pada jarak jauh. Peralatan ini dapat digunakan / diletakkan didasar laut untuk kepentingan deteksi strategis.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    23/29

    l. l. Convergence Zone propagationProfil kecepatan suara yang hasilkan deep sound channel dapat digunakan

    untuk pemancaran convergence zone. Ini terjadi di laut dalam. Kondisi yangdibutuhkan untuk terbentuknya convergence zone adalah kedalaman tertentu,

    kecepatan suara akan sama atau mencapai kecepatan suara maksimal di dekatlapisan permukaan, dimana perambatan suara mencapai sudut pertemuan secarahorisontal dengan permukaan untuk selanjutnya mengalami proses refraksi ataupembiasan.

    m. m. Critical depthKedalaman dimana kecepatan suara sama dengan kecepatan maksimal di

    lapisan dekat permukaan disebut critical depth. Pada critical depth, critical ray akanmemperoleh pembelokan penuh / maksimal dan dipantulkan kembali ke permukaan.

    n. n. Depth excessUntuk memperoleh energi yang cukup untuk dipropagasikan, pembelokan

    satu energi lintasan rambatan suara ke permukaan tidak cukup, sehingga untukmemungkinkan terjadinya pembelokkan, dasar laut paling sedikit 500 m dari criticaldepth.

    o. o. Zone rangeSetelah mencapai permukaan, suara akan dipantulkan kembali membentuk

    convergence zone. Jarak dari sumber dimana convergence zone terjadi di sebutzone range. Di samudera Atlantik, zone range pertama dapat mencapai 30 nm, lebarzone range di permukaan biasanya mencapai 10% dari zone range.

    p. p. Convergence zone detectionOperator sonar pasif dapat mendengar noise dengan manfaatkanconvergence zone untuk deteksi sasaran pada jarak jauh.

    q. q. Ping stealingBottom bounce dapat digunakan kapal selam untuk menyadap pancaran

    sonar aktif secara langsung atau melalui pantulan dari dasar laut untuk menentukanlokasi dari sasaran permukaan. Hal ini disebut ping stealing.

    Untuk memperoleh ping stealing yang baik maka dasar laut untukpemantulan harus mampu memberikan pemantulan yang baik / sempurna serta

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    24/29

    ketinggian kapal selam dari dasar minimal 1100 meter. Perlu diketahui bahwa pingstealing tidak pernah dapat dilaksanakan di laut cina selatan.

    Pada saat melaksanakan ping stealing, perbedaan waktu antara datangnyarambatan suara secara langsung dengan yang melalui pemantulan akandibandingkan.

    Perbedaan waktu tersebut merupakan suatu fungsi dari 2 faktor yaitu jarak kapal dan kedalamanair di bawah posisi kapal selam. Pada waktu perbedaan tersebut di ukur, dan kedalamandiketahui maka jarak kapal permukaan dapat dihitung dengan menggunakan trigonometri sederh

    TEORI DASAR SONAREnergi suara telah digunakan secara luas dalam peperangan anti kapal selam,

    komunikasi dan navigasi dalam air. Untuk memahami secara baik prinsip prinsip peperangan antikapal selam, pengertian energi suara dan prinsip prinsip teoritis lainnya yang ada sangatlahpenting.

    3. Suara sebagai energi pilihanSistem deteksi dan penjejakan seperti radar dan sonar bekerja dengan cara

    mendeteksi energi yang dipantulkan oleh suatu obyek yang berada pada bidang / areapencarian. Energi yang digunakan oleh radar atau peralatan elektro optik adalah denganmenggunakan energi gelombang elektromagnetik atau cahaya, sedangkan untuk sonardan echo sounder menggunakan energi gelombang akustik / suara.

    Dalam penggunaan gelombang akustik, terdapat dua mode antara lain :

    a. a. Mode aktif

    Mode aktif adalah suatu mode deteksi dimana terdapat pemancaran danpenerimaan gelombang akustik / suara yang dipantulkan oleh suatu sasaran.

    Dalam mode ini, posisi dan jarak sasaran diperoleh dengan mendeteksiarah datangnya gelombang pantulan serta waktu yang dibutuhkan energigelombang akustik / suara untuk memancar dan kembali ke receiver /penerima setelah dipantulkan oleh suatu obyek / sasaran. Oleh karena itusistem / mode aktif ini digunakan untuk akurasi penjejakan sasaran.

    b. b. Mode Pasif

    Mode pasif adalah suatu mode deteksi sasaran tanpa menggunakanpemancaran gelombang akustik / suara, melainkan memanfaatkan energisuara / akustik yang dihasilkan oleh sasaran itu sendiri. Dalam mode pasifhanya dapat diperoleh data arah sasaran, sedangkan unntuk menentukan

    jarak tidak dapat dilaksanakan secara langsung. Mode ini digunakan bilamelaksanakan pendadakan atau mengutamakan faktor kerahasiaan.

    3 Faktor yang harus dipertimbangkan, berkaitan dengan bentuk energi yang digunakanuntuk melaksanakan deteksi dan penjejakan harus memenuhi hal hal sebagai berikut :

    1. Kemampuan membedakan obyek obyek yang bervariasi untuk menghasilkandiskriminasi / pembeda sasaran yang baik.2. Pemancaran dengan kecepatan tinggi untuk menghasilkan kecepatan dalam tentukan

    posisi akhir sasaran.3. Mampu bekerja dengan baik pada media penghantar yang dilaluinya untukmemberikan jarak deteksi yang baik.

    Gelombang elektromagnetik memiliki kemampuan pembeda sasaran yangsangat baik serta memiliki kecepatan pemancaran yang sangat tinggi, namun di dalamair, gelombang elektromagnetik, hanya mampu mencapai jarak pancaran puluhan meter,sehingga sangat tidak tepat untuk digunakan melaksanakan pendeteksian danpenjejakan sasaran di bawah permukaan.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    25/29

    Sebaliknya karena gelombang suara / akustik mampu dipancarkan sampai padajarak yang signifikan dalam penjejakan dan deteksi, maka energi suara / akustik lebihdigunakan dalam peperangan anti kapal selam, komunikasi dan navigasi bawah air.

    4. Gelombang suaraGelombang suara / akustik timbul / terjadi sebagai akibat adanya sumber suara yang

    bergetar menghasilkan efek kompresi dan dekompresi media sekitar yang menggetarkanmolekul / partikel media disekitarnya. Gelombang suara / akustik sering digambarkan /dijelaskan dengan menggunakan parameter seperti frekuensi, periode, panjanggelombang atau kecepatan rambat gelombang.Gelombang ada 2 jenis yaitu :

    a. a. Gelombang longitudinal

    Gelombang longitudinal adalah gelombang yang arah getaran (partikel) searahdengan arah perambatan gelombang. Gelombang suara merupakan salah satucontoh gelombang longitudinal.

    b. b. Gelombang transversal

    Gelombang transversal adalah gelombang yang arah getaran (partikel) tegak lurusdengan arah perambatan gelombang. Gelombang elektromagnetik merupakan salahsatu contoh gelombang transversal.

    Parameter parameter gelombang suara adalah sebagai berikut :a. a. Periode

    Periode adalah waktu yang dibutuhkan untuk terbentuknya 1 cycles / 1 gelombang.

    b. b. Frekuensi

    Frekuensi adalah banyaknya cycles / gelombang yang terbentuk selama 1 menit.

    c. c. Panjang gelombang

    Panjang gelombang adalah jarak yang terbentuk dalam 1 cycles / gelombang.

    d. d. Kecepatan rambat gelombang

    Kecepatan rambat gelombang adalah kecepatan gerak dari gelombang.Kecepatan rambat rata rata adalah 1500 m/s, namun kecepatan tersebut minimal akanmenjadi 1420 m/s dan maksimal 1560 m/s bergantung pada kondisi cuaca saat itu.

    5. Pengukuran suaraSalah satu cara untuk mengukur jumlah / besaran energi suara yang terdapat pada suatutitik adalah dengan mengukur amplitudo / penyimpangan getaran dari partikel pada titiktertentu tersebut. Semakin kuat energi suara / akustik, semakin besar amplitudo /penyimpangan getaran. Kita ketahui bahwa amplitudo getaran partikel air berhubungansecara langsung dengan tekanan pada titik tertentu , sehingga merupakan suatu metodeyang dapat dilaksanakan dalam mengukur besar energi suara pada suatu titik tertentu.

    Alat yang digunakan adalah hidrophone, yang bekerja dengan mentransformasikantekanan air yang diperoleh ke dalam gelombang elektrik yang berubah ubah.

    a. Satuan tekananTekanan digunakan untuk mengukur besarnya energi yang bekerja pada suatuarea / bidang atau disebut juga energi per satuan bidang / wilayah. Tekanandiukur dalam N/m2 atau dyne / cm3 atau ubar atau upa. Unntuk sistem AKSumumnya digunakan upa1 ubar = 0,1 N/m2

    = 1 dyne /cm2

    = 105 pa1 u pa = 10-6 N/m2

    = 10-5bar= 10-5 dyne / cm2

    b. Intensitas

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    26/29

    Tekanan adalah ukuran statis dan tidak menunjukkan kapasitas / jumlahpemancaran dari serangkaian gelombang suara. Untuk menunjukkan jumlahenergi pemancaran gelombang suara maka energi suara diukur dalam jumlahenergi per detik pada suatu bidang yang dilewati atau disebut juga intensitas.Pengukuran intensitas suara tidak dilaksanakan secara langsung, namun dapatditentukan dengan menggunakan formulasi / rumusan sebagai berikut :I = Pe2/PV (watt M2)

    Pe = Tekanan efektifP = kerapatan mediumV = Kecepatan rambat di medium

    Telinga manusia dapat mendengar suara yang dihasilkan oleh tekanan sebesar100.000.000 upa dan yang paling kecil 10 upa. Perbandingan yang besardisederhanakan dengan menggunakan fungsi logaritma

    Tekanan = 100.000.000 paIntensitas = Log (tekanan)

    Log (100.000.000)

    c. Level intensitasPengukuran intensitas dimanfaatkan untuk menentukan tingkatan intensitas yangdilaksanakan dengan membandingkan intensitas suara pada suatu titik dengansuatu ukuran standar, Io dengan menggunakan rumusan

    IL = 10 Log (I/Io) dbIL = Intensitas LevelI = Intensitas suaraIo = Intensitas standar (10-12 watt/m2) untuk suara

    Satuan pengukuran yang digunakan adalah desibell.

    d. Level tekanan suaraSeperti telh dijelaskan sebelumnya,intensitas gelombang suara pada setiap titikdapat diukur dengan tekanan pada titik tersebut sehingga level intensitas dapatdihitung pula dengan menggunakan persamaan tingkat tekanan suara, denganrumusan sebagai berikut :IL = 10 Log (I/Io)

    = 10 Log (Pe2/Po2) = 20 Log (Pe/Po) = SPL(sound pressure level)

    e. Pengaruh peningkatan tekanan dan intensitasPeningkatan tekanan / intensitas mempengaruhi level intensitas sebagai berikut :

    1) 1) Peningkatan IntensitasIL = SPL

    10 Log (I/Io)10 Log (2I/Io)10(Log 2 + Log(I/Io))10(0,3 + Log (I/Io))3db + 10 Log (I/Io)3db + SPL

    2) 2) Peningkatan tekananIL = SPL

    20 Log (Pe/Po )20 Log (2Pe/Po)20 (Log 2 + Log (Pe/Po))20 (0,3 + Log (Pe/Po))6 + 20 Log (Pe/Po)6db + SPL

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    27/29

    f. Pengaruh penurunan tekanan dan intensitas1) 1) Penurunan Intensitas

    IL = SPL10 Log (I/Io)10 Log (0,5I/Io)

    10(Log 0,5 + Log(I/Io))10(- 0,3 + Log (I/Io))- 3db + 10 Log (I/Io)- 3db + SPL

    2) 2) Penurunan tekananIL = SPL

    20 Log (Pe/Po )20 Log (0,5Pe/Po)20 (Log 0,5 + Log (Pe/Po))20 (- 0,3 + Log (Pe/Po))- 6db + 20 Log (Pe/Po)- 6db + SPL

    g. Perhitungan Intensitas Suara

    Suara Terompet memiliki intensitas 33 db pada saat yang sama terdengar bunyi klaksondengan intensitas 30 db. Intensitas total dapat diperoleh dengan menggunakan diagramnomogram dibawah ini.

    Diketahui bahwa IL1 = 33 db dan IL2 = 30 maka selisihnya adalah 3 db. Dari angka selisih iniditarik garis lurus ke atas hingga menemui garis hitam, kemudian di t arik garis ke kiri. Angkayang ditunjukkan adalah penambahan intensitas suara, sehingga IL3 =

    6. Faktor faktor yang mempengaruhi pancaran / propagasi suara dalam air.a. a. Introduksi

    Laut merupakan media yang sangat kompleks dalam pengaruhhnya terhadapperambatan / propagasi suara. Gelombang suara dalam air akan mengalami

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    28/29

    pembiasan, distrorsi dan pelemahan. Beberapa faktor yang mempengaruhipropagasi adalah kecepatan, kehilangan energi dan noise.

    b. b. Kecepatan suara

    Kecepatan suara dalam air rata rata 1500 m/s dengan interval antara 1420 m/ssampai dengan 1560 m/s. Kecepatan bervariasi bergantung pada komposisi faktor

    berikut :1) 1) Temperatur / Suhu

    2) 2) Salinitas / kadar garam

    3) 3) Kerapatan / kedalaman / densitasDengan kata lain, kecepatan suara bertambah seiring kenaikan suhu, salinitas dankedalaman.

    c. c. Refraksi / pembiasan

    Refraksi adalah suatu fenomena dimana gelombang yang merambat melalui 2medium yang berbeda akan mengalami pembelokan/ pembiasan.

    d. d. Kehilangan energi (Losses)

    Saat energi dipancarkan dari sumber, energi akan mengalami penipisan sebagaiakibat penyebaran dan pelemahan yang menghasilkan hilangnya energi selamaperambatan.

  • 7/22/2019 Persamaan Sonar

    29/29

    e. e. Noise

    Bila sinyal yang tidak diinginkan dari lingkungan sekitar yang menutupi sinyal

    sasaran, deteksi dan penjejakan akan terpengaruh. Sinyal gangguan ini disebutnoise.