Secara umum sifat gelombang ultrasonik sangat banyak, akan tetapi sifat akustik yang dapat menentukan sifat fisio-kimia bahan pertanian adalah kecepatan
dan atenuasi, karena kedua sifat ini tergantung pada sifat-sifat atau keadaan dari medium yang dilaluinya. Oleh karena gelombang ultrasonik ini tidak boleh
merusak maka digunakan intensitas yang rendah. Prinsip ini dikenal dengan uji tak merusak. Prinsip yang sama dari uji tidak merusak ini dapat dimanfaatkan
pada bidang pertanian, misalnya untuk menetukan sifat buah-buahan dan sayur- sayuran. Sifat-sifat yang ingin diketahui dari buah-buahan antara lain adalah
kandungan gula, kemasaman, kekerasan dan kerusakan. Dalam bidang instrumentasi, gelombang ultrasonik dapat digunakan untuk
mengukur besaran-besaran proses seperti suhu, kecepatan aliran, viskositas cairan, tekanan gas dan sebagainya. Penerapan ultrasonik pada dasarnya sama yaitu
dengan mengamati sifat akustik gelombang ultrasonik yang merambat melalui suatu medium. Sifat-sifat yang biasanya diukur adalah kecepatan gelombang dan
koefisien atenuasi. Kedua parameter ini sangat dipengarui oleh medium yang dilaluinya. Gelombang yang digunakannya biasanya rendah, hal ini dimaksudkan
supaya tidak mengganggu sifat dasar atau merusak medium yang dilaluinya.
2.7 Kecepatan Gelombang Ultrasonik
Kecepatan gelombang ultrasonik dalam medium dapat ditentukan dengan menggunakan rumus kecepatan gelombang suara. Kecepatan gelombang suara
yang melalui sebuah medium dirumuskan sebagai berikut: a
L C
t
1 1
Dimana t
adalah waktu yang dibutuhkan gelombang ultrasonik untuk merambat pada ketebalan L s, C merupakan kecepatan gelombang ultrasonik
yang melewati medium ms, L merupakan ketebalan atau jarak medium yang dilewati gelombang ultrasonik m sedangkan a adalah konstanta.
2.8 Koefisien Atenuasi Gelombang Ultrasonik
Koefisien atenuasi merupakan besaran yang menggambarkan kehilangan suatu energi karena gelombang ultrasonik melewati medium tertentu. Besarnya
energi yang hilang atau diserap oleh suatu medium tergantung pada jenis
mediumnya. Pada buah-buahan berbiji seperti mangga penggunaan kecepatan gelombang dengan keadaan buah memiliki hubungan yang tidak begitu jelas,
sehingga digunakan prinsip atenuasi Juansah, 2005. Tabel 5 Koefisien atenuasi gelombang ultrasonik pada komoditas pertanian
No Komoditas Pertanian Koefisien Atenuasi Npm
1 Belimbing
30 2
Manggis 81
3 Pisang bulu raja
34 4
Beras utuh 26
Koefisien atenuasi pada beberapa komoditas pertanian ditampilkan pada Tabel 5, sementara koefisien atenuasi pada bahan biologis tertera pada Tabel 6.
Koefisien atenuasi komoditas pertanian, khususnya buah-buahan lebih besar dibandingkan koefisien atenuasi lemak dan otot, tetapi koefisien atenuasi lebih
tinggi pada organ yang lebih keras, seperti tulang dan organ jantung. Tabel 6 Koefisien atenuasi gelombang pada bahan biologis
No Lapisan bahan biologis Koefisien atenuasi NpmMHz 1
Lemak 7.3
2 Otot
15.0 3
Tulang 230.3
4 Paru-paru
472.0 Koefisien atenuasi bisa diketahui dengan menggunakan pengonversian
tegangan sinyal yang dikirim dan yang diterima setelah menempuh jarak tertentu. Nilai tegangan dari sinyal ini memperlihatkan besarnya energi gelombang
ultrasonik. Energi yang dimiliki gelombang ultrasonik berbanding lurus dengan amplitudo tegangan sinyal listrik, maka persamaan atenuasi dapat dirumuskan
seperti di bawah ini:
x x
e A
A
2
A adalah amplitudo mula-mula volt, sedangkan A
x,
dan x secara berturut-turut adalah amplitudo setelah menempu jarak x volt, koefisien atenuasi
Npm dan jarak yang ditempuh gelombang m.
Koefisien atenuasi ini dapat lebih disederhanakan dengan menggunakan teknik logaritmik sebagai berikut:
x
A A
x ln
1
3
Satuan koefisien atenuasi adalah Neper per meter Npm. Koefisien atenuasi ini dapat juga ditentukan dengan mengetahui terlebih dahulu moment
spectral density Mo. Mo ini merupakan spektral sinyal hasil dari transformasi fourir fungsi frekuensi. Sinyal dasar yang merupakan fungsi waktu dikonversi ke
sinyal dengan fungsi frekuensi. Koefisien tersebut dirumuskan sebagai berikut:
x
Mo Mo
x ln
1
4
Dimana Mo adalah moment spectral density mula-mula dan Mo
x
adalah moment spectral density setelah melewati jarak x.
2.9 Pemanfaatan Gelombang Ultrasonik
