Data akustik dari split beam echosounder Normalisasi energi echo dasar perairan

4.3. Data akustik dari split beam echosounder

Echogram merupakan hasil rekaman jejak-jejak dari target yang terdeteksi yang dapat dihasilkan dari sistem akustik dimana sumbu x merupakan jumlah ping dan sumbu y merupakan rangekedalaman m. Skala Gray menunjukkan bahwa nilai raw data dari echogram Sv antara -12 sampai -70 dB. Pengembalian yang tinggi secara akustik menunjukkan pemantulan dari sebuah objek atau tipe dasar perairan yang kasar, sementara pengembalian yang lemah menunjukkan pembelokan sinyal akustik yang kembali dan dihubungkan untuk tipe dasar yang halus. Echogram digunakan sebagai fungsi quality control dan analisa data. Intensitas dari tiap variabel dinotasikan sebagai warna pada tiap pixel Gambar 21. Gambar 21. Tampilan contoh echogram Permukaan air Kolom perairan Dasar perairan 1 st echo Dasar perairan 2 nd echo Dasar perairan 3 rd echo

4.4. Komputasi acoustic backscattering dasar perairan

Hasil ekstrak data menggunakan program Echoview 4,0 dongle version dan readEYRaw Matlab menghasilkan tampilan echogram yang merupakan hasil penjabaran dari setiap ping dari nilai volume backscattering strength Sv, dengan unit decibel dB. Komputasi nilai backscattering Sv dan SS dari beberapa tipe substrat dasar perairan diperoleh melalui komputasi echo dasar perairan yang terekam dalam echogram. Semakin besar nilai backscattering yang diberikan oleh dasar perairan maka diduga semakin kasar dan keras pula jenis dasar perairan tersebut. Hal ini disebabkan karena perbedaan material dasar laut.

4.4.1. Volume backscattering strength Sv dasar perairan

Hasil kuantifikasi Sv echo dasar perairan menunjukkan bahwa dari 2 tipe substrat yang ditemukan di lokasi penelitian, substrat pasir memiliki nilai Sv yang berkisar antara -10,25 dB sampai -17,13 dB dan substrat pasir berlumpur memiliki nilai Sv yang berkisar antara -18,25 dB sampai -23,60 dB. Nilai ini diperoleh dengan mengintegrasikan dasar perairan dengan ketebalan lapisan 10 cm dengan nilai minimum threshold minimum yang digunakan sebesar -50 dB dan maksimum 0 dB untuk E1, sedangkan untuk E2 nilai minimum threshold minimum yang digunakan sebesar -70 dB dan maksimum 0 dB. Nilai Sv rata-rata untuk substrat pasir adalah sebesar -13,23 dB dan substrat pasir berlumpur sebesar -21,15 dB. Nilai Sv tertinggi untuk substrat pasir terdapat pada Stasiun 7 sebesar -10,25 dB dan terendah pada Stasiun 8 sebesar -17,13 dB, sedangkan nilai Sv tertinggi untuk substrat pasir berlumpur terdapat pada Stasiun 6 sebesar -18,25 dB dan terendah pada Stasiun 3 sebesar -23,60 dB Tabel 7. Adanya perbedaan nilai Sv pada tiap jenis dasar perairan salah satunya disebabkan karakteristik fisik sedimen tersebut, dimana sedimen yg memiliki kenampakan makroskopis tentunya akan memberikan nilai backscattering yang lebih besar. Selain itu, adanya pori-poriruang yang terdapat antar sedimen dapat menjadi faktor lainnya yang mempengaruhi jenis sedimen tersebut dalam memberikan respon terhadap nilai akustik. Echogram merupakan rekaman dari rangkaian gema. Gambar 22 memperlihatkan tampilan echogram tipe substrat pasir yang mewakili stasiun pengamatan di lokasi penelitian. Substrat pasir yang cenderung memiliki kenampakan makroskopis memiliki kelebihan untuk memantulkan kembali sinyal akustik yang ditembakkan ke dasar perairan. Hal ini yang mengakibatkan second echo yang dihasilkan dari substrat pasir tentunya akan cenderung lebih kuat jika dibandingkan dengan substrat pasir berlumpur. a b Gambar 22. Tampilan echogram tipe substrat pasir di lokasi penelitian a Stasiun 7, b Stasiun 9 Gambar 23 memperlihatkan tampilan echogram tipe substrat pasir berlumpur yang mewakili stasiun pengamatan di lokasi penelitian. Substrat pasir berlumpur cenderung memiliki kandungan fraksi lumpur yang lebih banyak jika dibandingkan dengan lumpur yang terdapat pada substrat pasir. a b Gambar 23. Tampilan echogram tipe substrat pasir berlumpur lokasi penelitian a Stasiun 3, b Stasiun 4

4.4.2. Surface backscattering strength SS dan echo level EL dasar perairan

Nilai Sv yang diperoleh dari echogram melalui software Echoview 4,00 selanjutnya dikuantifikasikan lebih lanjut untuk memperoleh nilai SS. Nilai SS diperoleh menggunakan persamaan yang menghubungkan bottom volume backscattering strength Sv dan surface backscattering strength SS Manik et al. 2006. Proses pengolahan SS dilakukan dengan pemilihan data filtering untuk menghindari data yang tidak diinginkan. Filtering yang dilakukan ini sama halnya seperti yang dilakukan dalam pengolahan dengan software Echoview 4,00 yaitu melalui pemberian batasan nilai threshold minimum sebesar -50 dB dan maksimum pada 0 dB. Hasil yang diperoleh dari hasil komputasi nilai Sv untuk memperoleh nilai SS didapatkan bahwa nilai SS untuk substrat pasir berkisar antara -20,32 dB sampai -27,20 dB dengan nilai rata-rata sebesar -23,30 dB. Substrat pasir berlumpur memiliki nilai SS yang berkisar pada -28,32 dB sampai -33,66 dB dengan rata-rata nilai SS sebesar -31,22 dB. Nilai SS pasir tertinggi terletak pada Stasiun 10 sebesar -20,32 dB dan terendah pada Stasiun 8 sebesar -27,20 dB. Untuk substrat pasir berlumpur, nilai SS tertinggi terdapat pada Stasiun 6 sebesar - 28,32 dB dan terendah pada Stasiun 3 sebesar -33,66 dB Tabel 7. Faktor yang mempengaruhi nilai SS dasar perairan, selain kedalaman adalah ukuran butiran. Hal ini dikarenakan masing-masing tipe substrat juga memiliki diameter ukuran butiran yang berbeda. Umumnya pasir sangat halus memiliki tingkat kekasaran lebih tinggi dibandingkan kekasaran dari susbtrat pasir berlumpur. Hal ini terjadi karena komposisi pasir lebih banyak pada substrat pasir dari pada pasir berlumpur. Demikian pula untuk tingkat kekerasan fraksi pasir lebih keras dari pada fraksi lumpur Pujiyati et al. 2010. Berdasarkan nilai backscattering ini maka dapat disimpulkan bahwa kekasaran, kekerasan dan ukuran butiran substrat sangat mempengaruhi nilai hambur balik dasar perairan. Selain melakukan perhitungan nilai SS, pada penelitian ini dilakukan komputasi nilai echo level dasar perairan dimana nilai echo level berkaitan erat dengan source level dari tipe transducer yang digunakan, sound speed, pulse length, koefisien absorpsi, kedalaman posisi transducer terhadap dasar perairan dan nilai SS dasar perairan. Nilai echo level terbaik dasar perairan dihasilkan oleh transmisi gelombang akustik yang tegak lurus dasar perairan normal incident. Berdasarkan hasil perhitungan nilai echo level EL, maka pada penelitian ini didapatkan bahwa nilai EL untuk substrat pasir memiliki nilai rata-rata sebesar 177,94 ± 8,61 dB dan untuk pasir berlumpur memiliki nilai rata-rata echo level sebesar 167,23 ± 6,07 dB dengan nilai source level SL sebesar 214 dB split beam transducer seri ES 120-7C Tabel 7. Tabel 7. Nilai Sv, SS, dan EL dasar perairan Stasiun Tipe Substrat Depth m Sv dB SS dB EL dB E1 E2 1 Pasir berlumpur 6,29 -22,74 -49,44 -32,81 167,23 ± 6,07 2 Pasir berlumpur 4,07 -22,89 -53,06 -32,97 3 Pasir berlumpur 4,26 -23,60 -57,05 -33,66 4 Pasir berlumpur 4,91 -20,57 -55,18 -30,64 5 Pasir berlumpur 2,13 -21,28 -50,10 -31,34 6 Pasir berlumpur 5,60 -18,25 -49,08 -28,32 7 Pasir 2,79 -10,25 -46,46 -20,32 177,94 ± 8,61 8 Pasir 5,01 -17,13 -50,40 -27,20 9 Pasir 2,33 -15,43 -55,13 -25,49 Gambar 24 dan Gambar 25 menunjukkan contoh stasiun yang menunjukkan pola perambatan pulsa akustik yang diukur dalam Sv dan SS dari dasar perairan pada kedua tipe substrat yang di plot berdasarkan hubungan antara kedalaman dan nilai intensitas acoustic backscattering strength. Pada pola perambatan pulsa akustik yang diukur, puncak nilai Sv atau SS dapat diduga sebagai echo dasar dasar perairan. Puncak yang tertinggi merupakan echo pertama dari dasar perairan sedangkan peak yang selanjutnya puncak yang lebih rendah merupakan echo kedua dari dasar perairan dan seterusnya. a b Gambar 24. Pola SS dan Sv tipe substrat pasir a Stasiun 7, b Stasiun 9 a b Gambar 25. Pola SS dan Sv tipe substrat pasir berlumpur a Stasiun 3, b Stasiun 4 Nilai SS diperoleh dari puncak nilai Sv echo permukaan. Hasil pengolahan SS dengan menggunakan Matlab terlihat bahwa nilai maksimum dan minimum SS bervariasi untuk beberapa tipe substrat pasir dan pasir berlumpur. Hal ini diduga bahwa nilai SS dipengaruhi oleh impedansi akustik dan kekasaran roughness dari permukaan lapisan dasar perairan. Berdasarkan hasil yang diperoleh maka dapat disimpulkan bahwa hal ini sesuai dengan hasil Siwabessy 2001 yang menjelaskan bahwa nilai backscattering dari dasar yang keras akan lebih besar dibandingkan nilai backsacttering dari dasar perairan yang lunak. Nilai terbesar SS tidak jauh berbeda dengan nilai Sv dasar perairan yang didominasi oleh tipe substrat pasir dan pasir berlumpur. Hal ini sejalan dengan pernyataan Manik et al. 2006 yang menjelaskan bahwa dengan menggunakan nilai SS, nilai backscattering strength substrat pasir lebih besar dari pada nilai SS pada tipe substrat lumpur. Nilai terkecil SS didominasi oleh tipe substrat lumpur berpasir dan lumpur. Menurut Manik et al. 2006, nilai SS meningkat dengan bertambahnya kenaikan diameter partikel dasar laut dan menurun dengan kenaikan frekuensi akustik yang digunakan yang bermanfaat untuk klasifikasi tipe dasar laut. Beberapa penelitian mengenai nilai backscattering strength dasar perairan pada beberapa perairan di Indonesia telah dilakukan. Beberapa diantaranya telah dilakukan oleh Purnawan 2009, Taruk Allo 2008, Pujiyati 2008 dan Manik et al. 2006 dengan menggunakan instrumen scientific echosounder split beam dengan frekuensi 120 kHz Tabel 8. Tabel 8. Beberapa penelitian tentang nilai backscattering strength dasar perairan Peneliti Instrumen Software Lokasi Nilai BS dB Penelitian ini 2011 SIMRAD EY 60Echoview dan Matlab P.Pramuka, P.Panggang, P.Karya, P.Semak Daun – Kep. Seribu Pasir: -13,23 Pasir berlumpur: -21,15 Purnawan 2009 SIMRAD EY 60Matlab P.Pari – Kep. Seribu Pasir: -16,35 Taruk Allo 2008 SIMRAD EY 60Echoview Perairan Sumur – Pandeglang, Banten Pasir: -18,05 Pasir berlumpur: -21,09 Lumpur berpasir: -27,04 Lumpur: -30,02 Pujiyati 2008 SIMRAD EK 500EP 500 Perairan Bangka – Belitung dan Laut Jawa Pasir: -20,00 Lumpur: -35,91 Manik et al. 2006 Quantitative Echo SounderMatlab Samudera Hindia Pasir: -18,30 Lumpur berpasir: -23,40 Lumpur: -29,00 Gambar 26. Perbandingan nilai backscattering strength pada tipe substrat pasir, pasir berlumpur, lumpur berpasir dan lumpur. Penelitian ini. Purnawan. Taruk Allo. × Pujiyati. Manik et al. -40.00 -37.00 -34.00 -31.00 -28.00 -25.00 -22.00 -19.00 -16.00 -13.00 -10.00 B ac k sc at te ri n g s tr e n g th d B Pasir berlumpur Pasir Lumpur berpasir Lumpur Selain itu, beberapa penelitian tentang nilai backscattering strength dengan menggunakan instrumen yang berbeda diperoleh nilai masing-masing backscattering strength yang berbeda meskipun jenis substrat dasar perairannnya sama. Penggunaan frekuensi yang tinggi dengan panjang pulsa yang pendek akan menghasilkan resolusi yang tinggi namun memiliki daya penetrasi yang rendah karena absorpsi medium air laut sebanding dengan frekuensi yang digunakan Tabel 9. Tabel 9. Penelitian dengan beberapa instrumen akustik untuk dasar perairan Peneliti Lokasi Instrumen Frekuensi Nilai BS dB Siemes et al. 2007 Laut Mediterania MBES Simrad EM 3000D 300 kHz Silty clay: -33,2 Clay: -30,1 Clayey silt: -27,9 Kagesten 2008 Storgrundet Teluk Bosnia Simrad EM 3002D 300 kHz Sand: -14,1 Silt: -17,4 Clay: -25 Kondisi perairan yang berbeda akan mempengaruhi intensitas nilai backscattering karena secara tidak langsung berhubungan dengan kecepatan rambat gelombang suara di perairan yang berkaitan erat dengan kondisi suhu, salinitas dan tekanan depth. Selain cepat rambat gelombang suara, panjang pulsa juga mempengaruhi intensitas nilai backscattering dan ini berkaitan erat dengan spesifikasi instrumen akustik yang digunakan dalam penelitian.

4.5. Normalisasi energi echo dasar perairan

Tingkat energi dasar perairan dapat digambarkan berdasarkan hubungan antara intensitas echo dasar perairan terhadap kedalaman dalam memberikan respon terhadap sinyal akustik yang mengenai dasar perairan. Hal ini ditandai dengan adanya anggapan bahwa dasar perairan yang keras akan menghasilkan intensitas echo yang tajam berupa nilai amplitudo yang tinggi, sementara bagian dasar perairan yang lunak akan menghasilkan echo yang lemah yang ditandai dengan rendahnya nilai respon amplitudo yang dihasilkan. Dasar perairan cenderung memiliki karakteristik memantulkan dan menghamburkan kembali gelombang suara dari sinyal akustik seperti halnya permukaan perairan laut. Efek yang dihasilkan lebih kompleks karena sifat dasar laut yang tersusun atas beragam unsur mulai dari bebatuan yang keras hingga lempung yang halus serta lapisan-lapisan yang memiliki komposisi yang berbeda- beda Urick, 1983. Menurut Pujiyati 2008, selain dipengaruhi oleh ukuran partikel, diduga ada faktor lain yang mempengaruhi nilai backscattering seperti porositas, kandungan zat organik dan biota yang berada dalam substrat. Gambar 27 dan Gambar 28 menunjukkan hasil normalisasi echo dasar perairan yang diperoleh dari data echogram untuk melihat tingkat intensitas energi dari beberapa tipe substrat dasar perairan pasir dan pasir berlumpur di lokasi penelitian. Echo envelope dari intensitas energi ini merupakan interpretasi dari dasar perairan dalam meresponi sinyal akustik yang memperlihatkan sinyal echo yang berasal dari first bottom dan second bottom. Echo dasar perairan ini merupakan nilai backscattering volume Sv yang merupakan nilai yang menggambarkan nilai Sv tertinggi untuk masing-masing peak echo, dimana peak pertama diindikasikan sebagai echo yang berasal dari noise permukaan yang disebabkan proses transmisi sinyal akustik dan gangguan lainnya seperti angin ataupun gelembung bubble. Peak kedua merupakan gema yang berasal dari dasar perairan yang langsung diterima transducer, sedangkan peak kedua dan seterusnya merupakan gema yang berasal dari dasar perairan kemudian tidak langsung kembali ke transducer tetapi dipantulkan oleh permukaan perairan atau kapal dan kembali ke dasar perairan dan kemudian kembali ke transducer. Berdasarkan kurva energi tersebut dapat dilihat bahwa substrat pasir cenderung memberikan respon backscattering yang lebih kuat dibandingkan dengan substrat pasir berlumpur yang ditandai dengan nilai amplitudo yang tinggi yang terdapat pada substrat pasir. Rendahnya intensitas energi echo pada substrat pasir berlumpur dikarenakan substrat yang memiliki kandungan lumpur cenderung untuk menyerap gelombang suara yang ditransmisikan ke dasar perairan sehingga echo yang kembali dari dasar akan mengalami pelemahan. Hal ini berbeda dengan pasir, karena pasir akan memantulkan gelombang suara lebih kuat. a b Gambar 27. Echo envelope yang mengindikasikan tingkat intensitas energi tipe substrat pasir a Stasiun 7, b Stasiun 9 a b Gambar 28. Echo envelope yang mengindikasikan tingkat intensitas energi tipe substrat pasir berlumpur a Stasiun 3, b Stasiun 4

4.6. Acoustic reflection R dan bottom loss BL dasar perairan