BIOAKUSTIK

Pengertian Gelombang

Gelombang didefinisikan sebagai gangguan/usikan yang merambat. Berdasarkan

medium perambatan gelombang gelombang dibedakan mejadi

1. Gelombang mekanik, dimana dalam perambatan gelombangnya memerlukan

medium, yang disebut sebagai medium mekanik. Contoh: gelombang tali, air,

bunyi.

2. Gelombang elektromagnetik, dimana gelombang merambat tanpa memerlukan

medium. Contoh: gelombang mikro, gelombang radio, inframerah, cahaya tampak

(visible light), ultraungu, sinar x, sinar .

Berdasarkan arah perambatan gelombang dengan usikan atu simpangan, gelombang

dibedakan menjadi

1. Gelombang transversal, dimana arah perambatan tegak lurus arah simpangan

Contoh: gelombang tali

2. Gelombang longitudinal, dimana arah perambatan searah dengan arah simpangan

Contoh: gelombang bunyi.

Gelombang laut dan gempa tremor memiliki komponen transversal maupun longitudinal.

Persamaan gelombang

Suatu gelombang secara matematis dideskripsikan melalui fungsi gelombang,

dimana fungsi gelombang f(x,t) tersebut harus memenuhi persamaan differensial yang

dituliskan sebagai berikut

dengan v kecepatan perambatan gelombang.

dimana salah satu solusi persamaan gelombang (untuk gelombang mekanik) merupakan

fungsi sinus-cosinus yang dituliskan sebagai suatu fungsi simpangan

f(x,t) = y = A sin (kx-t)

dimana

A = Amplitudo atau simpangan maksimum

1

k = bilangan gelombang ( )

= kecepatan angular (2f)

y = simpangan

x = posisi

t = waktu

Karakteristik gelombang

Kecepatan perambatan gelombang diungkapkan dalam hubungan yang berkaitan

dengan frekuensi dan panjang gelombang.

v = f

dimana v kecepatan perambatan gelombang (m/s), f frekuensi gelombang (Hz) dan

panjang gelombang.

Gelombang Transversal Gelombang Longitudinal

Bunyi

Gelombang bunyi merupakan gangguan/vibrasi mekanik pada gas, zat cair atau zat

padat yang merambat dari suatu sumber dengan kecepatan tertentu.

Berdasarkan frekuensi bunyi diklasifikasikan dalam

1. Infrasonik dengan frekuensi 0-20 Hz

2. Sonik dengan frekuensi 20 – 20.000 Hz (20 kHz)

3. Ultrasonik dengan frekuensi di atas 20.000 Hz

Energi yang dibawa gelombang adalah energi potensial dan kinetik. Intensitas dari

gelombang bunyi (I) banyaknya energi yang melalui suatu permukaan dalam setiap

detiknya

2

rapatan regangan

atau secara matematis

I = dimana E = , S luas permukaan, t waktu (detik)

=

= watt/m2

atau

=

dimana Z = v, impedansi akustik, A merupakan amplitudo simpangan maksimum dari

atom-atom atau molekul-molekul dari posisi kesetimbangannya.

Intensitas bunyi juga dapat dituliskan sebagai hubungan tekanan

I =

dimana P0 perbedaan tekanan maksimum

Hubungan antara intensitas bunyi dari suatu sumber yang diamati dari posisi dengan jarak

yang berbeda dari sumber bunyi dituliskan dalam bentuk

Contoh :

1. Intensitas bunyi maksimum yang dapat ditoleransi pada frekuensi 1000 Hz sekitar

1 watt/m2. Berapakah perpindahan maksimum udara pada intensitas tersebut?

Jawab:

A = = =1,1 x 10-5 m

2. Intensitas bunyi terendah yang dapat didengar telinga pada 1000 Hz sekitar 10-12

watt/m2

3

r1

r2

Sumber bunyi

Jawab:

= 1,1 x 10-3 = 1,1 x 10-11 m

Intensitas bunyi juga dapat ditentukan melalui besaran yang disebut Taraf Intensitas (TI

atau dalam satuan desibel) yang merupakan perbandingan logaritmik intensitas bunyi

terhadap intensitas ambang pendengaran.

TI = 10 log desibel

Dimana

I0 = intensitas ambang pendengaran 10-12 watt/m2

I = intensitas sumber bunyi (watt/m2)

Alat yang digunakan untuk mengukur taraf intensitas bunyi adalah soundlevel meter

Tabel berikut menunjukkan tingkat bunyi dan intensitas berbagai bunyiTingkat Bunyi

(db)Intensitas(watt/m2)

0102030405060708090100110

120

140160

1 x 10-12

1 x 10-11

1 x 10-10

1 x 10-9

1 x 10-8

1 x 10-7

1 x 10-6

1 x 10-5

1 x 10-4

1 x 10-3

1 x 10-2

1 x 10-1

1

1 x 102

1 x 104

Ambang pendengaran pada 1000 Hzdesiran/hembusan anginberbisik-bisik jarak 1 mruangan tenangmusik yang lembutkantor pembicaran normalkantor sibuk, lalu lintas ramaisuara radio, ruangan belajardidalam kereta apikegiatan pabrik, sirene pada 30 mkerusakan jika menerima 30 menit perharikonser musik rock dalam ruangan: ambang sakit, kerusakan dalam beberapa menitpesawat jet pada 30 mpecahnya gendang telinga

Interaksi gelombang bunyi dengan materi

Ketika gelombang bunyi melewati suatu materi/jaringan, terdapat energi yang

hilang akibat gesekan. Energi yang diserap materi menyebabkan pengurangan amplitudo

4

gelombang bunyi. Amplitudo A pada kedalaman x cm dalam materi berkaitan dengan

besarnya amplitudo awal A0 (x=0) melalui hubungan eksponensial

dimana (dalam cm-1) adalah koefisien absorbsi medium pada frekuensi tertentu

untuk hubungan intensitas persamaan di atas dituliskan kembali dalam bentuk

atau

I = intensitas pada kedalam x

I0 = intensitas pada x=0

= koefisien atennuasi (2)

Kebisingan

Bising (noise) merupakan definisi yang diberikan untuk bunyi dari suatu sumber

yang tidak dikehendaki. Berdasarkan tingkat tekanan bunyi, tingkat bunyi dan energi

bunyi, kebisingan diklasifikasikan dam 3 katagori:

1. Audible noise (bising pendengaran), bising yang disebabkan oleh frekuensi bunyi

31,5 – 8.000 Hz

2. Occupational noise (bising yang berhubungan dengan pekerjaan), disebabkan oleh

bunyi mesin di tempat kerja.

3. Impuls noise, terjadi akibat adanya bunyi yang menyentak seperti bunyi pukulan

palu, bunyi meriam, senapan.

Tabel skala kebisinganTingkat Kebisingan Taraf Intensitas

(db)Menulikan 100-120

Sangat hiruk-pikuk 80-100Kuat 60 - 80

Sedang 40 - 60Tenang 20 - 40

Sangat Tenang 0 - 20

Pengaruh Kebisingan Terhadap Kesehatan

Hilangnya pendengaran secara sementara dan dapat pulih kembali apabila

kebisingan tersebut dapat dihindarkan.

Orang menjadi kebal atau imun terhadap bising

Telinga berdengung

Kehilangan pendengaran secara permanen

5

Mengganggu konsentrasi, meningkatnya kelelahan

Menghindari kebisingan untuk pencegahan dari ketulian dapat dilakukan dengan cara

antara lain:

1. Penggunaan pelumas pada mesin-mesin atau alat sehingga gesekan yang

menimbulkan bunyi dapat dikurangi

2. Penggunaan pelindung telinga atau penyumbat telinga

3. Perlindungan pada mesin dengan tembok pemisah atau ruangan khusus atau

penutup mesin.

Telinga

Telinga merupakan salah satu indera tubuh manusia yang berfungsi sebagai alat

pendengaran. Telinga yang kita kenal sebenarnya merupak bagian terluar telinga yang

disebut dengan pinna atau auricle.

Telinga manusia terbagi dalam 3 bagian:

1. Telinga luar, meliputi pinna, saluran telinga yang terhubung dengan gendang telinga

Variasi tekanan gelombang bunyi menghasilkan gaya pada gendang telinga dan

menyebabkannya bergetar.

2. Telinga bagian tengah, meliputi gendang telinga, tiga tulang yaitu hammer, anvil, dan

stirrup (malleus, incus, dan stapes). Ketiga tulang tersebut mentransmisikan gaya (40

kali lebih besar) yang dihasilkan gendang telinga ke telinga bagian dalam melalui oval

window

3. Telinga bagian dalam, yaitu cochlea (rumah siput); organ yang mengkonversikan

gelombang bunyi menjadi sinyal syaraf ke otak.

Kehilangan Pendengaran (Tuli)

Kehilangan pendengaran dapat disebabkan banyak faktor, umumnya faktor usia,

disamping itu juga dapat disebabkan oleh trauma, menerima bunyi dengan tingkat tinggi,

penyakit, cacat lahir.

Tuli terbagi dalam 2 katagori:

1. Tuli konduksi, yang disebabkan kerusakan pada struktur yang meneruskan bunyi ke

telinga bagian dalam, dan dapat diatasi dengan alat bantu pendengaran.

2. Tuli syaraf atau tuli persepsi, disebabkan kerusakan pada cochlea atau neuron yang

mengirimkan informasi bunyi ke otak, dan sulit untuk diperbaiki.

Aplikasi Gelombang Bunyi (Ultrasonik)

6

Jika suatu saat anda menyusuri suatu jalan desa di tengah musim kemarau, anda

akan mendengar bunyi dan suara lebah, belalang atau jangkrik. Bahkan jika lebih cermat,

anda dapat mendengarkan bunyi yang lebih lemah dan halus. Selain dapat mendengarkan

bunyi yang dapat didengar manusia, serangga- serangga juga dapat mendengarkan bunyi-

bunyi yang lain, yang tidak tertangkap oleh telinga manusia yang dinamakan bunyi

ultrasonik.

Telinga manusia normal dapat menangkap bunyi yang mempunyai frekuensi 20 Hz -

20.000 Hz. Perbedaan antara gelombang ultrasonik dan gelombang bunyi biasa adalah

frekuensinya. Bunyi ultrasonik mempunyai frekuensi diatas 20.000 Hz.

Gelombang ultrasonik dimanfaatkan oleh para ahli dalam banyak hal, diantaranya sitem

pengujian tidak merusak (NDT - Non Destructive Testing). Sistem pengujian itu banyak

digunakan dalam dunia industri dan medis.

Penggunaan dalam industri

Suatu alat yang bernama reflektoskop digunakan untuk mendeteksi cacat yang terkandung

dalam besi tuang. Cacat pada velg ban mobil diperiksa dengan menggunakan alat ini.

Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk mempercepat beberapa reaksi kimia. Getaran

kuat pada gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menggugurkan ikatan antara

partikel kotoran dan bahan kain serta menggetarkan debu yang melekat sehingga lepas.

Penggunaan dalam medis

Ultrasonik digunakan untuk mengamati cacat cacat dalam jaringan hidup. Sifat reflektif

jaringan normal dan jaringan abnormal cukup jelas untuk dibedakan secara ultrasonik. Alat

diagnosis dengan ultrasonik digunakan untuk menemukan beberapa penyakit berbahaya di

dada/payudara,hati, otak dan beberapa organ lainnya. Pengamatan ultrasonik pada seorang

wanita hamil dapat memperlihatkan janin di uterus.

Menentukan kedalaman laut

Selain digunakan di dunia industri dan medis , gelombang ultrasonik digunakan pada

dunia kelautan . untuk menduga kedalaman laut, digunakan alat yang dinamakan sonar

(sound navigation ranging). Sonar menghasilkan gelombang suara yang dikirim dari suatu

7

piranti dan dipantulkan kembali oleh dasar samudra. Alat ini juga digunakan untuk

menemukan letak suatu benda di bawah permukaan laut.

Soal Latihan:

1. Bunyi 90 dB diserap oleh gendang telinga dengan diameter 0,75 cm selama 2 jam.

Berapakah besar energi yang diserap gendang telinga pada selang waktu tersebut ?

2. Misalkan suatu sumber bunyi memiliki taraf intensitas 30 dB pada frekuensi 1000 Hz.

Hitunglah taraf intensitas bunyi tersebut pada frekuensi 8000 Hz.

8

USG ( Ultrasonografi)

Pertanyaan yang sering terdengar di ruang praktik seorang dokter ahli kebidanan dan

kandungan.

Dok, anak saya laki-laki atau perempuan?

Bagaimana kondisi janinnya?, sehat-sehat saja, kan?”

Pertanyaan yang hampir selalu ditanyakan oleh para calon ibu yang sedang memeriksakan

kehamilan mereka

Sang dokter kemudian akan menjelaskan keadaan janin dalam kandungan si ibu dengan

bantuan peralatan ultrasonografi (USG). Instrumen medis ini sering dijumpai di ruang

praktik dokter ahli kandungan yang dimanfaatkan dokter dalam menganalisis kondisi janin

dengan tampilan dua dimensi atau tiga dimensi.

Aplikasi pemakaian USG dalam bidang kebidanan dan kandungan/obstetri ginekologi

diprakarsai oleh seorang ilmuwan asal lnggris, Ian Donald. Sesuai dengan namanya,

prinsip kerja USG memanfaatkan sistem kerja gelombang ultrasonik atau gelombang suara

berfrekuensi tinggi.

Ultrasonografi medis (sonografi) adalah sebuah teknik diagnostik pencitraan menggunakan suara ultra yang digunakan untuk mencitrakan organ internal dan otot, ukuran mereka, struktur, dan luka patologi. Teknik pencitraan ini berguna untuk pemeriksaan organ bagian dalam tubuh. Sonografi obstetrik biasa digunakan ketika masa kehamilan.

9

Frekuensi ultrasound menentukan resolusi gambar yang dihasilkan dan penembusan ke dalam tubuh pasien. Diagnostik sonografi umumnya beroperasi pada rentang frekuensi dari 2 sampai 13 megahertz.

Dalam fisika istilah "suara ultra" termasuk ke seluruh energi akustik dengan sebuah frekuensi di atas pendengaran manusia (20.000 Hertz), penggunaan umumnya dalam penggambaran medis melibatkan sekelompok frekuensi yang ratusan kali lebih tinggi.

Gambar sonogram bayi dalam kandungan ibunya.

Gambar sonograf citra kepala janin dalam kandungan.

Kegunaan

Sonograf ini menunjukkan citra kepala sebuah janin dalam kandungan.

Ultrasonografi atau yang lebih dikenal dengan singkatan USG digunakan luas dalam

medis. Pelaksanaan prosedur diagnosis atau terapi dapat dilakukan dengan bantuan

ultrasonografi (misalnya untuk biopsi atau pengeluaran cairan). Biasanya menggunakan

probe yang digenggam yang diletakkan di atas pasien dan digerakkan: gel berair

memastikan penyerasian antara pasien dan probe.

10

Dalam kasus kehamilan, Ultrasonografi (USG) digunakan oleh dokter spesialis kandungan

(DSOG) untuk memperkirakan usia kandungan dan memperkirakan hari persalinan. Dalam

dunia kedokteran secara luas, alat USG (ultrasonografi) digunakan sebagai alat bantu

untuk melakukan diagnosa atas bagian tubuh yang terbangun dari cairan.

Ultrasonografi medis digunakan dalam:

* Kardiologi; lihat ekokardiografi

* Endokrinologi

* Gastroenterologi

* Ginekologi; lihat ultrasonografi ginekologik

* Obstetrik; lihat ultrasonografi obstetrik

* Ophthalmologi; lihat ultrasonografi A-scan, ultrasonografi B-scan

* Urologi

* Intravascular ultrasound

* Contrast enhanced ultrasound

[ sumber : Wikipedia ]

11

SEJARAH PERKEMBANGAN

Perkembangan pemakaian ultrasonik di bidang obstetri ginekologi berikutnya juga

tak lepas dan peranan beberapa penemuan berikut

Perkembangan penggunaan USG dalam berbagai bidang ilmu kedokteran saat ini, salah

satunya adalah bidang obstetri ginekologi, berawal dari ditemukannya cara mengukur

jarak di dalam air menggunakan gelombang suara. Pada saat itu dikenal istilah “sonar”

atau Sound Navigation and Ranging.

Lazzaro Spallanzani, seorang ahli biologi Italia, dapat dikatakan sebagai orang yang

mengilhami penemuan tersebut. Sekira tahun 1794 ia mendemonstrasikan kemampuan

seekor kelelawar menentukan arah terbang dan mencari mangsa dalam gelap dengan

menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi (ultrasonik). Kelelawar tersebut

memanfaatkan pantulan suara ultrasonik yang dikeluarkannya setelah menumbuk suatu

objek. Sehingga ia tidak akan menabrak sebuah benda atau sebaliknya dapat menentukan

lokasi mangsanya.

Awal tahun 1826, Jean Daniel Colladon, seorang ahli fisika dari Swiss berhasil

menggunakan sebuah alat yang dinamakan “underwater bell” untuk mendeterminasi

kecepatan suara dalam air di Danau Geneva.

Penemuan tersebut memacu para ahli fisika lainnya untuk meneliti dasar ilmu fisika

mengenai getaran, transmisi, dan refraksi gelombang suara. Salah satu ahli fisika yang

turut andil dalam penelitian itu adalah Lord Rayleigh asal Inggris. Tahun 1877 ia

mengemukakan the Theory of Sound yang intinya menerangkan bahwa gelombang suara

adalah sebuah persamaan matematika. Persamaan mi membentuk dasar teori sistem kerja

akustik.

Sistem deteksi suara dalam air kemudian dikembangkan dan dimanfaatkan untuk

kepentingan navigasi kapal selam selama perang dunia pertama berlangsung, khususnya

setelah kejadian tenggelamnya kapal Titanic pada tahun 1912. Hal itu terjadi berkat

penemuan alat hydrophone oleh seorang ahli fisika Perancis, Paul Langevin. Alat mi juga

memanfaatkan pantulan gelombang ultrasonik

Penemuan radar (radio detection and ranging) pada tahun 1953 oleh Robert Watson-Watt

juga menerapkan sistem kerja gelombang ultrasonik. Seperti sonar, alat ini pun menjadi

12

inspirasi digunakannya ultrasonik dalam bidang obstetri ginekologi kelak. Hanya

pemanfaatannya saat itu lebih banyak digunakan untuk kepentingan pelacakan kapal

musuh di udara.

Sonar merupakan sistem yang menggunakan gelombang suara bawah air yang dipancarkan

dan dipantulkan untuk mendeteksi dan menetapkan lokasi obyek di bawah laut atau untuk

mengukur jarak bawah laut. Sejauh mi sonar telah luas digunakan untuk mendeteksi kapal

selam dan mendeteksi kedalaman, penangkapan ikan komersial, keselamatan penyelaman,

dan komunikasi di laut.

Cara kerja perlengkapan sonar adalah dengan mengirim gelombang suara bawah

permukaan dan kemudian menunggu untuk gelombang pantulan (echo). Data suara

dipancar ulang ke operator melalui pengeras suara atau ditayangkan pada monitor.

13

PRINSIP KERJA ULTRASONOGRAFI

Tes ultrasound yang bersifat noninvasive atau sama sekali tidak berhubungan atau kontak

langsung dengan janin, sehingga tidak membahayakan janin.

Berdasarkan penelitian (Ultrasound-Obstetric. Radiological Society of North America.

April 12, 2004), ada beberapa keuntungan metode Ultrasound, yaitu:

Ultrasound tidak menggunakan sinar X untuk menghasilkan gambaran janin

sehingga baik ibu maupun janin yang sedang dikandungnya tidak memiliki resiko

untuk terkena dampak radiasi;

Ultrasound telah digunakan untuk mengevaluasi kehamilan selama hampir empat

dekade, dan selama kurun waktu itu tidak ada bukti atau laporan bahwa metode ini

berbahaya bagi pasien, embrio, atau janin. Tetapi meskipun demikian, tidak

menutup kemungkinan bahwa ultrasound harus dilakukan dalam situasi-situasi

klinis tertentu. 

USG atau ultrasonografi adalah alat bantu diagnostik di bidang kedokteran untuk

menampilkan gambaran struktur bagian dalam tubuh manusia yang bekerja dengan

menggunakan bantuan teknologi gelombang suara frekuensi tinggi seperti yang dimiliki

kelelawar. Alat ini terdiri atas monitor dan transducer. Transduser merupakan alat yang

akan mentransfer pantulan gelombang suara menjadi sebentuk gambar yang akan tampil

dilayar monitoir, hasilnya disebut sonogram.

Berdasarkan cara kerjanya dibedakan menjadi dua, yang pertama transduser ditempelkan

di permukaan kulit tubuh (bagian perut) yang disebut USG Transabdominal. Sebelum

transduser ditempelkan dipermukaan perut, permukaan kulit dilapisi dengan suatu

ultrasound gel agar-agar khusus. Lalu transduser digerakkan keatas dan kebawah. Pada

saat itu juga komputer akan menerjemahkan gelombang suara kedalam suatu bentuk

gambar. Sebelum menjalani pemerikasaan ultrasonografi ini, pasien diminta untuk

meminum air putih dalam jumlah yang cukup banyak, untuk memudahkan pemeriksaan

karena gelombang suara merambat lebih baik dalam air.

Cara yang kedua, transduser dimasukkan ke dalam tubuh melalui vagina sehingga disebut

USG Transvaginal. Biasanya cara yang kedua ini dilakukan pada kehamilan muda.

Sebelum menjalani pemeriksaan, pasien diminta untuk mengosongkan kantung kemih

14

sehingga mempermudah masuknya transduser kedalam rahim (Manfaat USG. Femina.

Februari 2001. Vol.29. No:6. p:76-77).  

Pada awalnya, metode Ultrasound yang dikembangkan adalah metode ultrasound dua

dimensi.

Ultrasound Doppler hanya menampilkan gambar hitam putih, dan biasa digunakan untuk

mengamati denyut jantung janin.

Ultrasound dengan warna masih menampilkan gambar dua dimensi, tetapi dalam warna-

warna khusus yang biasanya ditujukan untuk memperbaiki kualitas gambar. Namun bukan

berarti warna organ yang ditampilkan pada monitor adalah warna organ yang

sesungguhnya.

Perkembangan selanjutnya, metode ultrasound yang digunakan adalah ultrasound tiga

dimensi (3D). Ultrasound 3D memberikan gambar yang berkualitas lebih baik, yaitu

memiliki volume. Gambar yang ditampilkan tidak datar (hanya terdiri dari panjang dan

lebar saja), tetapi juga memiliki ketebalan. Oleh sebab itu, jenis ultrasound ini lebih sering

digunakan untuk mengamati organ yang perlu dilihat volumenya, misalnya melihat adanya

anomali atau keanehan congenital atau cacat pada kerangka janin.

Perkembangan terakhir dari metode Ultrasound ini adalah ditemukannya Ultrasound empat

dimensi (4D). Ultrasound 4D merupakan penyempurnaan dari Ultrasound 3D yang tidak

hanya menampilkan gambaran tiga dimensi, tetapi juga menciptakan gambaran yang

bergerak. Teknik Ultrasound 4D menghadirkan perbedaan antara video dengan sekedar

foto. Melalui revolusi teknologi ini, gambaran tiga dimensi janin dikembangkan menjadi

semacam “gambaran hidup”, sehingga perkembangan janin dapat dianalisis dengan jauh

lebih baik (Ultrasound-Obstetric. Radiological Society of North America. April 12, 2004).

15