tugas besar propagasi akustik bawah air

Laporan Tugas Besar

“Propagasi Akustik Bawah Air”

KL3104 – AKUSTIK BAWAH AIR

Dosen : Irsan Soemantri Brodjonegoro, Ph.D

Disusun Oleh :

Sabrina Cita Verawaty Purba – 15512018

Abid Arham – 15512054

Deded Permana – 15512029

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2014

i

Daftar Isi

Daftar Isi ......................................................................................................... i

Daftar Gambar .............................................................................................. iii

Bab I. Latar Belakang .................................................................................... 1

Bab II. Dasar Teori

2.1. Pembagian Lapisan Laut ......................................................................... 2

2.2. Ray Tracing ............................................................................................ 3

2.3. Transmission Loss ................................................................................... 7

Bab III. Metodologi

3.1. Pemilihan Data ........................................................................................ 9

3.2. Pemilihan Transducer .............................................................................. 9

3.3. Ocean Data View (ODV) ...................................................................... 10

3.4. Pendekatan empiris menggunakan Software Matlab ............................. 11

3.5. Pendekatan dengan Metode Polyfit ........................................................ 12

3.6. Ray Tracing .......................................................................................... 12

Bab IV. Hasil

4.1. Ocean Data View (ODV) ...................................................................... 14

4.2. Pendekatan dengan Metode Empiris Medwin, Leroy, Mackenzie .......... 16

4.3. Pendekatan dengan Metode Polyfit dengan menggunakan orde 5, 15, 17, dan

24 ................................................................................................................ 20

4.4. Ray Tracing .......................................................................................... 23

ii

Bab V. Analisis ............................................................................................ 32

Bab VI. Kesimpulan ..................................................................................... 36

Daftar Pustaka .............................................................................................. 38

Lampiran

Coding

Kriteria Transducer/ Catalogue Transducer

iii

Daftar Gambar

Gambar 1. Grafik pembagian layer pada laut berdasarkan suhu dan kedalaman 3

Gambar 2. Atas dan bawah adalah Contoh hasil ray tracing ....................... 4-5

Gambar 3. Jenis – jenis transmission loss ...................................................... 7

Gambar 4. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls .... 10

Gambar 5. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2.xls .... 10

Gambar 6. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls ..... 11

Gambar 7. Flowchart tahap – tahap pengerjaan ............................................ 13

Gambar 8. Hasil ODV data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls 14



Gambar 11. Hasil plot dari stasiun 45, 55, dan 62 ....................................... 15

Gambar 12. Grafik Empiris Stasiun 45 kedalaman terhadap kecepatan suara 16

Gambar 13. Grafik Empiris Stasiun 45 temperatur, salinitas, kecepatan suara

terhadap kedalaman ..................................................................................... 16

Gambar 14. Grafik Empiris Stasiun 55 kedalaman terhadap kecepatan suara . 17


terhadap kedalaman ..................................................................................... 18

Gambar 16. Grafik Empiris Stasiun 62 kedalaman terhadap kecepatan suara 19


terhadap kedalaman ...................................................................................... 19

Gambar 18. Grafik Polifit stasiun 45 ............................................................. 20

Gambar 19. Grafik Polyfit stasiun 55 ........................................................... 21

Gambar 20. Grafik Polyfit stasiun 62 ........................................................... 22

Gambar 21. Grafik SVP dan Ray Tracing Mixed Layer stasiun 45 .............. 23

iv

Gambar 22. Grafik Ray Tacing Mixed Layer stasiun 45 ............................... 23

Gambar 23. Grafik SVP dan Ray Tracing Thermocline stasiun 45 ............... 24

Gambar 24. Grafik Ray Tracing Thermocline stasiun 45 .............................. 24

Gambar 25. Grafik SVP dan Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 45 ........ 25

Gambar 26. Grafik Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 45 ..................... 25

Gambar 27. Grafik SVP dan Ray Tracing Mixed Layer stasiun 55 ................ 26

Gambar 28. Grafik Ray Tracing Mixed Layer stasiun 55 .............................. 26



Gambar 31. Grafik SVP dan Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 55 ....... 28


Gambar 33. Grafik SVP dan Ray Tracing Mixed Layer stasiun 62 ............... 29

Gambar 34. Grafik Ray Tracing Mixed Layer stasiun 62 .............................. 29



Gambar 37. Grafik SVP dan Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 62 ....... 31


KL3104 AKUSTIK BAWAH AIR Laporan Tugas Besar

1

Bab I. Latar Belakang

Akustik bawah air merupakan salah satu aplikasi dari ilmu akustik yang

dipakai pada perairan. Secara teoritis Akustik (acoustic) adalah teori tentang

gelombang suara dan perambatannya di suatu medium. Sementara akustik bawah

air adalah studi ilmiah mengenai suara di bawah air dan berhubungan dengan

suara yang dihasilkan alam maupun buatan manusia, termasuk bagaimana caranya

dihasilkan, pergerakannya, serta pemanfaatannya untuk kepentingan manusia.

Teknologi akustik bawah air biasa disebut hydroacoustic atau underwater

acoustics yang semula ditujukan untuk kepentingan militer telah berkembang

dengan sangat pesat dalam menunjang kegiatan non-militer. Dengan teknologi

mutahir, teknologi akustik bawah air dapat digunakan untuk kegiatan penelitian,

survei kelautan dan perikanan baik laut wilayah pesisir maupun laut lepas

termasuk laut dalam. Teknologi akustik bawah air dapat digunakan untuk

mendeteksi sumberdaya hayati dan non-hayati baik termasuk survei populasi ikan

yang relatif lebih akurat, cepat dan tidak merusak lingkungan dibandingkan

dengan teknik lain.

Pada tugas besar ini kami berperan menjadi kapal selam. Kapal selam pada

saat Perang Dunia I digunakan untuk memata-matai musuh. Karena itu diciptakan

teknologi akustik bawah air untuk mendeteksi keberadaan kapal selam.

Pendeteksian posisi kapal selam dapat berupa deteksi akustik pasif

(mendengarkan) ataupun deteksi akustik aktif (menghasilkan suara). Pada

dasarnya agar kapal selam kita tidak terdeteksi diperlukan penempatan transducer

pada posisi yang menghasilkan shadow zone (daerah bayangan) yaitu daerah atau

wilayah yang bebas dari sinyal akustik bawah air atau tidak terdapat ray tracing.

Untuk itu kita perlu mengerti gambaran Ray Tracing yang dihasilkan pada tiap

kondisi tertentu. Ray Tracing yang dihasilkan bermanfaat untuk mengetahui sifat

sonar yang dipancarkan oleh sumbernya (Source). Dengan mengetahui pola ray

tracing maka kita akan mengetahui penempatan transducer yang akan

menghasilkan shadow zone yang paling besar.

http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_acoustics

http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_acoustics


2

Bab II. Dasar teori

2.1. Pembagian lapisan laut

Untuk memodelkan suatu ray tracing dari sebuah sumber akustik

kita juga memerlukan data kecepatan suara dari setiap kedalaman di

daerah lautan yang akan kita tinjau. Data kecepatan suara juga di

pengaruhi oleh kondisi temperatur dan kedalaman dari laut tersebut.

Lapisan tersebut dibagi menjadi tiga bagian yaitu:

a. Mixed layer adalah lapisan teratas dari suatu lautan, daerah ini

memiliki ketabalan 10 – 200 m dari permukaan laut dan

memiliki suhu yang sama dengan permukaan laut. Kedalaman

dan temperatur dari mixed layer selalu berubah sebagai akibat

dari penyinaran matahari di permukaan dan turbulensi yang di

akibatkan angin dan gelombang di permukaan laut. Hal

tersebut juga memberikan pengaruh pada kecepatan suara di

daerah tersebut.

b. Thermocline adalah Daerah perubahan drastis dari suhu air ini

di sebut dengan thermocline. Posisi thermocline juga berbeda –

beda tergantung dari posisi dan intensitas penyinaran matahari.

Namun kondisi temperatur dari thermocline ini tidak

dipengaruhi oleh turbulensi angin dan gelombang di

permukaan laut.

c. Deep Water Layer (Isoterm) adalah daerah di bawah lapisan

thermocline. Pada daerah ini pengaruh dari penyinaran

matahari dan turbulensi akibat angin dan gelombang di

permukaan sudah tidak lagi memberikan pengaruh pada

temperatur air dan kecepatan suara. Sehingga suhu pada daerah

ini cenderung rendah dan kecepatan suara di daerah ini di

pengaruhi oleh pertambahan kepadatan media rambat berupa

air yang bertambah seiring dengan bertambahnya kedalaman

laut.


3

Gambar 1. Grafik pembagian layer pada laut berdasarkan suhu dan kedalaman

2.2.Ray Tracing

Ray tracing adalah metode untuk mengetahui jalur atau arah

rambat gelombang yang di pancarkan oleh suatu sumber akustik yang

melalui berbagai kecepatan dan bentuk propagasi, penyerapan energi,

dan berbagai pemantulan. Ray tracing bekerja dengan asumsi bahwa

gelombang di gambarkan sebagai suatu bentuk garis yang arah dan

kecepatannya berbeda – beda pada setiap kedalaman laut. Dalam

bidang akustik bawah laut, metode ray tracing berguna sebagai alat

pemetaan arah dan jalur gelombang yang di pancarkan.

Dalam merumuskan atau memetakan ray tracing berikut adalah

formula perhitungan yang dipakai :

]1cos2[cos)1()2(

]1sin2[sin)1()2(

Rzz

Rxx


4

gaR

*

1 ;

3

3sin

2

2sin

1

1sin

CCCa

Keterangan:

R= Radius lingkaran (m)

g= Gradien kecepatan (1/s)

Dalam memodelkan ray tracing, arah dari suatu ray

dipengaruhi oleh sudut datang dan koefisien kecepatan suara pada

suatu kedalaman tertentu. Hal tersebut menyebabkan jalur yang akan

dilewati oleh ray satu dengan ray yang lainnya akan berbeda

tergantung pada sudut datang dan koefisien kecepatan suara pada

suatu kedalaman tertentu. Sudut datang dari suatu ray tracing di

tentukan oleh alat atau sumber yang kita gunakan, berapa lebar beam

pattern utamanya dan juga berapa ray yang akan di hasilkan

merupakan faktor yang menentukan arah dari ray tracing yang akan

terbentuk.

Berikut adalah contoh grafik hasil propagasi kecepatan suara dan

pemetaan ray tracing


5

Gambar 2. Atas dan bawah adalah Contoh hasil ray tracing

Untuk menentukan grafik propagasi kecepatan suara kita dapat

menggunakan tiga persamaan empiris yang berdasarkan pada

percobaan. Ketiga persamaan itu adalah persamaan medwin, leroy,

dan mackenzie. Berikut adalah bentuk dari ketiga persamaan tersebut.

a. Leroy

C = 1492.9 + 3 T − 10 − 6 × 10−3(T − 10)2 − 4 ×

10−2(T − 18)2 + 1.2 S − 35 − 10−2 T − 18 S − 35 +

D

61

b. Medwin

C = 1449.2 + 4.6T − 5.5 × 10−2T2 + 2.9 × 10−4T3 +

1.34 − 10−2T S − 35 + 1.6 × 10−2D

c. Mackenzie

C = 1448.96 + 4.591T − 5.304 × 10−2T2 + 2.374 ×

10−4T3 + 1.340 S − 35 + 1.630 × 10−2D + 1.675 ×

10−7D2 − 1.025 × 10−2T S − 35 − 7.139 × 10−13 TD3


6

Karena ketiga persamaan tersebut adalah persamaan empiris yang

berdasarkan dari percobaan yang telah dilakukan, maka perlu di cari

error untuk melihat selisih antara hasil dari ketiga persamaan tersebut

dengan keadaan sesungguhnya dari data di lapangan. Dengan

perhitungan error sebagai berikut.

1

𝑛Ʃ 𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 − 𝐶𝑒𝑚𝑝𝑖𝑟𝑖𝑠

𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑥 100%

Keterangan:

Cdata = Kecepatan suara data (m/s)

Cempiris = C (kecepatan suara) hasil perhitungan medwin leroy, dan

mackenzie (m/s)

n = jumlah data


7

2.3.Tramission Loss

Gelombang yang di pancarkan juga mengalami transmission loss

yang menyebabkan adanya energi yang hilang akibat adanya gesekan

antara gelombang akustik yang di pancarkan dengan medium rambatnya

yaitu air.

Gambar 3. Jenis – jenis Transmission Loss


8

Dengan nilai atau jumlah energi yang hilang berdasarkan pada

formula perhitungan berikut:

a. Sylindrical spreading loss

210log10 rTL dB

b. Spherical spreading loss

2

210log10 rTL dB

c. Absorption loss

.TL

d. Reflection loss

Reflection loss dibagi menjadi 2 jenis yaitu reflection loss di

permukaan dan di dasar laut

e. Transmiting voltage response (TVR)

voltPaV

PTVR /1 referensidengan log20 10


9

Bab III. Metodologi

3.1. Pemilihan Data

Data yang kami pilih adalah

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls untuk laut dangkal,

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2 untuk laut intermediet

dan data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls untuk laut

dalam. Pemilihan ini didasarkan karena menurut kami, data-data ini dapat

mencakup gambaran ray tracing untuk laut dangkal, intermediet, dan

dalam. Data – data ini diperoleh dari laut di sebelah selatan Pulau Jawa.

3.2. Pemilihan Transducer

Sebelum melakukan proses perhitungan dengan matlab diperlukan

karakteristik alat yang akan dimasukkan dalam matlab seperti beam

pattern dari tranducer tersebut. Pemilihan ini didasarkan pada ketahanan

dan pengoperasian alat. Disini kami memilih tiga transducer untuk setiap

layer, yaitu:

1. Mixlayer TC2024

2. Thermocline TC3027

3. Isoterm TC1026

Keterangan : Untuk profil dan kriteria transducer dapat dilihat di lampiran.


10

3.3. Ocean Data View (ODV)

1. Data yang digunakan adalah pada file excel dengan nama:

a. data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls

Gambar 4. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls

b. data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2

Gambar 5. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2


11

b. data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls

Gambar 6. Stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls

2. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan Ocean Data View

dilakukan pertama-tama dengan memindahkan data ke dalam format

text.

3. Pertama klik File→New lalu ketik nama file yang diiginkan. Setelah

itu akan muncul kotak dialog lalu pilih user specifies variables

manually, lalu klik ok

4. Lalu akan muncul kotak dialog define variable for d, tambahkan

variabel yang belum ada lalu klik ok

5. Data akan di import ke ODV, dengan meilih spreadsheet, lalu pilih

file data yang telah kita ubah tadi dengan format notepad

6. Beberapa variabel harus di associate terlebih dahulu

7. Jika sudah tinggal dilakukan pengaturan gambar sehingga

mendapatkan gambar yang baik di window layout

3.4. Pendekatan empiris menggunakan Software Matlab

Pendekatan empiris ini diperlukan untuk membandingkan grafik

yang didapat dari Software ODV dengan perhitungan empiris

menggunakan metode Medwin, Leroy, dan MacKenzie dengan


12

menggunakan software Matlab. Selanjutnya untuk menghitung error

pendekatan empiris dilakukan di software Matlab di command window

dengan mengetik rumus error 1

𝑛Ʃ

𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 −𝐶𝑒𝑚𝑝𝑖𝑟𝑖𝑠

𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 −𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑥 100%.

Keterangan :

n = jumlah data

Cdata = Kecepatan suara data ( m/s )

Cempiris = Kecepatan suara yang diperoleh dari pendekatan empiris ( m/s)

3.5. Pendekatan dengan Metode Polyfit

Pendekatan dengan metode polyfit ini dilakukan dengan rumusan

𝑦 = 𝑃1 𝐷𝑛 + 𝑃2𝐷

𝑛−2 + 𝑃3𝐷𝑛−3. Semakin besar orde polyfit yang

digunakan semakin maka metode polyfit tersebut akan semakin mendekati

data. Setelah itu dilakukan perhitunan error polyfit setiap orde yang

diinginkan di software Matlab di command window dengan rumus

1

𝑛Ʃ

𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 −𝐶𝑝𝑜𝑙𝑦𝑓𝑖𝑡

𝐶𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 −𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑥 100%. Pada langkah ini juga setiap koefisien polyfit

untuk setiap orde akan disimpan dalam bentuk format text

Keterangan :

n = jumlah data

Cdata = Kecepatan suara data ( m/s )

Cempiris = Kecepatan suara yang diperoleh dari pendekatan polyfit ( m/s )

3.6. Ray Tracing

Untuk menentukan grafik ray dari akustik bawah air dilakukan

dengan menggunakan software Matlab. Pada makalah ini kami

menggunakan file rayf_xx.m sebagai fungsi yang akan dipanggil oleh

rays1.m.

1. Pada rayf_xx.m tulis lagi rumusan polyfit dengan error yang paling kecil

beserta turunannya. Masukkan juga file dengan format text yang berisi

koefisien polyfit yang telah didapat dari langkah sebelumnya.

2. Selanjutnya pada rays1.m memanggil rayf_xx.m yang telah melakukan

perhitungan dan file pada pendekatan dengan metode polyfit sebelumnya.


13

Selain itu, beam pattern pada spek alat yang telah dipilih dimasukkan pada

tahap ini.

Keterangan:

Semua coding pada proses pendekatan empiris, pendekatan polyfit, dan ray

tracing akan dilampirkan di Lampiran.

Secara keseluruhan langkah-langkah pengerjaannya dapat dirangkum

dalam flowchart di bawah ini :

Gambar 7. Flowchart tahap – tahap pengerjaan

Pemilihan Data

Pemilihan Transducer

ODV (Ocean Data

View)

Medwin, Leroy,

Mackenzie

Polyfit

Ray Tracing


14

Bab IV. Hasil

4.1. Ocean Data View (ODV)


Gambar 8. Hasil ODV data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls




15

c. data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls


Gambar 11. Hasil plot dari stasiun 45, 55, dan 62


16

4.2. Pendekatan dengan Metode Empiris Medwin, Leroy, Mackenzie


Gambar 12. Grafik Empiris Stasiun 45 kedalaman terhadap kecepatan suara

Gambar 13. Grafik Empiris Stasiun 45 temperatur, salinitas, kecepatan suara terhadap kedalaman


17

Persentase error yang didapatkan:

Error Medwin : 0.001979764%

Error Leroy : 0.00054092%

Error Mackenzie : 0.728934887%


Gambar 14.Grafik Empiris stasiun 55 kedalaman terhadap kecepatan suara


18


Persentase Error yang didapatkan :





19


Gambar 16. Grafik Empiris Stasiun 62 kedalaman terhadap kecepatan suara



20





4.3. Pendekatan dengan Metode Polyfit dengan menggunakan orde 5, 15,

17, dan 24


Gambar 18. Grafik Polifit stasiun 45


Error polyfit untuk orde 5 : 0.0057%





21


Gambar 19. Grafik Polyfit stasiun 55



Error polyfit untuk orde 15 :0.000083421%




22


Gambar 20. Grafik Polyfit stasiun 62



Error polyfit untuk orde 15 :0.00045823%




23

4.4. Ray Tracing

1. data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls

a. Mixlayer ( zs = 20.273m, C = 1537.34 m/s )

Gambar 21. Grafik SVP dan Ray Tracing Mixed Layer stasiun 45

Gambar 22. Grafik Ray Tacing Mixed Layer stasiun 45


24

b. Thermocline ( zs = 500.149m, C = 1492.41m/s )

Gambar 23. Grafik SVP dan Ray Tracing Thermocline stasiun 45

Gambar 24. Grafik Ray Tracing Thermocline stasiun 45


25

c. Deep Water Layer ( zs = 1500.72m, C = 1489.74m/s )

Gambar 25. Grafik SVP dan Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 45

Gambar 26. Grafik Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 45


26


a. Mixed Layer ( zs = 20.063m, C = 1535.61m/s )

Gambar 27. Grafik SVP dan Ray Tracing mixed layer stasiun 55

Gambar 28. Grafik Ray Tracing mixed layer stasiun 55


27

b. Thermocline ( zs = 500.487m, C = 1490.19m/s )

Gambar 29. Grafik SVP dan Ray Tracing thermocline stasiun 55

Gambar 30. Grafik Ray Tracing thermocline stasiun 55


28


Gambar 31. Grafik SVP dan Ray Tracing deep water layer stasiun 55

Gambar 32. Grafik Ray Tracing deep water layer stasiun 55


29


a. Mixed Layer ( zs = 20.344m, C = 1538.3m/s )

Gambar 33. Grafik SVP dan Ray Tracing Mixed Layer stasiun 62

Gambar 34. Grafik Ray Tracing Mixed Layer stasiun 62


30

b. Thermocline ( zs = 500.332m, C = 1490.28m/s)

Gambar 35. Grafik SVP dan Ray Tracing Thermocline stasiun 62

Gambar 36. Grafik Ray Tracing Thermocline stasiun 62


31


Gambar 37. Grafik SVP dan Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 62

Gambar 38. Grafik Ray Tracing Deep Water Layer stasiun 62


32

Bab V. Analisis

Software ODV digunakan untuk mengetahui memplot grafik

salinitas, temperatur, dan kecepatan suara terhadap kedalaman. Selain itu

software ODV ini juga dapat memplot data lokasi beserta petanya. Dari

hasil yang didapatkan dapat diketahui bahwa salinitas akan semakin besar

seiring bertambahnya kedalaman laut, namun pada kedalaman tertentu

salinitas akan cenderung konstan sehingga hal pada kedalaman tersebut

dinamakan isohalo, sedangkan pada lapisan dimana terjadi gradien

terbesar dinamakan halocline. Sedangkan temperatur akan semakin turun

seiring bertambahnya kedalaman laut sampai temperatur tersebut konstan

pada kedalaman tertentu. Kecepatan suara akan semakin kecil seiring

bertambahnya kedalaman laut. Hal ini dikarenakan suhu pada lautan yang

dalam sangat kecil sedangkan salinitas semakin besar.

Berdasarkan hasil ODV didapat bahwa stasiun

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls memiliki mixed

layer pada kedalaman 0 – 30m, thermocline pada kedalaman 30m –

1000m, dan deep water layer pada kedalaman 1000m – 4000m. Untuk

stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2.xls memiliki

rentang yang sama dengan stasiun 45 yaitu, mixed layer pada kedalaman 0

– 30m, thermocline pada kedalaman 30m – 1000m dan deep water layer

pada kedalaman 1000m – 3000m. Sedangkan stasiun

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls memiliki lapisan

mixed layer pada kedalaman 0 – 100m, thermocline pada kedalaman 100m

– 1000m, dan deep water layer pada kedalaman 1000m – 6000m.

Untuk pengerjaan ray tracing dilakukan dengan metode

pendekatan, salah satu yang dilakukan pada makalah ini adalah

pendekatan dengan metode empiris yaitu medwin, leroy, dan mackenzie.

Berdasarkan grafik yang didapat dari kedua stasiun dapat dilihat bahwa

metode leroy lebih dekat dengan data. Hal ini juga dibuktikan dari hasil


33

perhitungan error setiap metode pendekatan empiris terhadap data,

didapatkan bahwa error metode Leroy lebih kecil dari metode medwin dan

metode mackenzie. Dengan nilai error pada stasiun

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls 0.00054092% ,

stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10055-2.xls

0.00015318%, dan pada stasiun

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls 0.0040%.

Selain itu, juga dilakukan metode pendekatan lain untuk

perbandingan, yaitu metode pendekatan dengan polyfit. Metode polyfit

merupakan suatu fungsi polinomial yang berfungsi agar sesuai dengan

data. Sehingga data tersebut dapat dibentuk didalam sebuah fungsi yang

akan digunakan dalam menentukan ray tracing. Semakin besar pangkat

polinomial yang digunakan maka akan semakin mendekati data. Pada

tugas besar ini kami memakai empat orde polinomial yaitu orde 4, orde 15,

orde 17, dan orde 24. Setelah didapat grafik polyfit, hasilnya bahwa orde

24 lebih dekat ke data daripada orde lainnya. Hal ini juga terbukti dari

perhitungan error polyfit pada kedua stasiun yaitu, 0.00011814% pada

stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls,

0.000076394% pada stasiun

data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls, dan 0.00011689%

pada stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10062-2.xls .

Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah pengerjaan ray tracing

dengan menggunakan program rayf_xx.m dan rays1.m. Pada setiap layer

digunakan transducer yang berbeda sesuai dengan kedalaman transducer

dapat bertahan dan beroperasi. Hal ini tentunya nerpengaruh pada beam

pattern yang digunakan, pada mixed layer digunakan TC2024 dengan

beam width 9.5º, pada thermocline digunakan TC3027 dengan beam width

11.6º, dan pada deep water layer (isoterm) digunakan TC1026 dengan


34

beam width 70º. Hal ini tentunya berpengaruh pada hasil ray tracing, jika

beam width semakin besar maka hasilnya akan semakin tidak fokus,

begitu pula sebaliknya jika semakin kecil beam widthnya maka akan

semakin fokus dan semakin bagus juga hasilnya.

Pada stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls

didapatkan hasil ray tracing yang memiliki daerah shadow zone yang

berbeda, pada mixed layer memiliki shadow zone mulai kedalaman 1800

meter. Pada thermocline terdapat dua shadow zone yaitu 0 – 400meter dan

1800 meter – 4000 meter. Sedangkan pada deep water layer memilki pola

yang berbeda dimana polanya tidak beraturan. Pada deep water layer

stasiun ini memiliki shadow zone mulai 2000 meter sampai 4000 meter.

Dari hasil ini didapatkan bahwa daerah shadow zone yang paling besar

jika source di thermocline.


didapatkan hasil ray tracing dengan pola yang berbeda pada stiap layer.

Begitu pula dengan daerah shadow zonenya berbeda, pada mixed layer

memiliki shadow zone mulai kedalaman 1250 meter sampai 3000 meter.

Pada thermocline terdapat dua shadow zone yaitu 0 – 150 meter dan 1000

meter – 3000 meter. Sedangkan pada deep water layer memilki pola yang

berbeda dimana polanya tidak beraturan. Pada deep water layer stasiun ini

memiliki shadow zone mulai 2600 meter – 3000 meter. Dari hasil deep

water layer terlihat bahwa shadow zone yang dihasilkan sangat kecil,

karena hampir semua terjangkau oleh transducer, dan kapal selam tidak

bisa diletakkan apabila transducer berada pada deep water layer. Dari

hasil ini didapatkan bahwa daerah shadow zone yang paling besar jika

source di thermocline.


35


didapatkan hasil ray tracing dengan pola yang sama pada mixed layer dan

thermocline,dimana polanya menurun kebawah. Namun daerah shadow

zonenya berbeda, pada mixed layer 3000 meter sampai 6000 meter.

Sedangkan pada thermocline daerah shadow zone di 2000 meter sampai

6000 meter. Dari hasil ini didapatkan bahwa bila source diletakkan

dikedalaman 20 meter maka shadow zone yang terjadi lebih kecil

dibandingkan dengan meletakkan source di kedalaman 500 meter. Ray

tracing yang terjadi pada deep water layer memiliki pola yang menyebar

dan shadow zone yang lebih kecil dibanding di mixed layer dan

thermocline yaitu 3500 meter sampai 6000 meter.


36

Bab VI. Kesimpulan

Berdasarkan pengamatan yang telah dilakukan dengan menggunakan

software ODV (Ocean Data View) dan Matlab dapat diambil beberapa

kesimpulan seperti berikut:

1. Berdasarkan analisis empiris yang telah dilakukan didapat bahwa metode

empiris tersebut dipengaruhi oleh temperatur, salinitas, dan kecepatan

suara. Dengan dilakukan perhitungan error didapat bahwa metode

pendekatan Lerroy memiliki error yang paling kecil dan paling dekat

dengan data.

2. Berdasarkan analisis polyfit yang telah dilakukan didapat bahwa metode

polyfit dipengaruhi oleh koefisien polyfit dan kedalaman. Namun secara

umum hanya dipengaruhi oleh kedalaman saja. Berdasarkan hasil

perhitungan error terhadap metode polyfit didapat bahwa polyfit dengan

orde 24 memiliki error yang paling kecil dibanding polyfit dengan orde 5,

15, dan 17.

3. Dengan membandingkan hasil metode pendekatan empiris dengan metode

pendekatan polyfit maka didapat bahwa metode pendekatan polyfit

memiliki error yang paling kecil dibandingkan dengan metode pendekatan

empiris. Hal ini juga berpengaruh pada program rayf_xx.m dan pada

rays1.m menggunakan rumusan metode polyfit dengan orde 24.

4. Transducer yang digunakan berpengaruh pada beam width yang akan

digunakan pada program rayf_xx.m dan rays1.m. Dimana semakin besar

beam width yang digunakan maka hasilnya akan semakin fokus dan

semakin bagus begitu pula sebaliknya.

5. Pada stasiun data_KS_SONNE05_selatan_jawa_GeoB10045-2.xls

didapatkan hasil shadow zone:

a. Mixed layer pada 1800 meter – 4000 meter.

b. Thermocline pada 0 – 400 meter dan 1800 meter – 4000 meter.

c. Deep water layer pada 2000 meter – 4000 meter.stasiun ini

memiliki shadow zone mulai 2000 meter sampai 4000 meter.


37


didapatkan hasil shadow zone :

a. Mixed Layer pada 1250 meter – 3000 meter.

b. Thermocline pada 0 – 150 meter dan 1000 meter – 3000 meter.

c. Deep Water Layer pada 2600 meter – 3000 meter.


didapatkan hasil shadow zone :

a. Mixed layer pada 3000 meter – 6000 meter.

b. Thermocline pada 2000 meter – 6000 meter.

c. Deep water layer pada 3500 meter – 6000 meter.

8. Dari ketiga stasiun yaitu, stasiun 45, 55, dan 62 memiliki kesamaan pada

daerah shadow zone yang paling luas bila source transducer diletakkan di

thermocline. Sehingga kapal selam akan lebih tidak terdeteksi bila

transducer berada pada lapisan thermocline.


38

Daftar Pustaka

Slide kuliah “Propagasi_ABA_New.pdf”

Slide kuliah “Transmission_Loss_ABA.pdf”

Hx-Tx-Catalogue-_CAT13999-1.pdf

http://www.villasmunta.it/oceanografia/the_three.htm. Diakses pada tanggal 15

Juli 2014 pada pukul 11:14 AM.

http://www.villasmunta.it/oceanografia/the_three.htm

Lampiran

1. Coding Metode Pendekatan Empiris

%clear all

%close all

% Baca EXCEL File

% A = Kedalaman, D (m), Sound Speed C (m/s), Temperatur T (deg C) dan Salinitas S (ppt)

% [A,B] = XLSREAD('suh01_sound_speed_vs_depth','SUH01'); [A,B] = XLSREAD('stasiun_145.xls','geo145');

D = A(:,1); % Kedalaman, D (m)

C = A(:,4); % Kec Suara, C (m/s) T = A(:,2); % Temperatur, T (deg C)

S = A(:,3); % Salinitas, S (ppt)

% Rumus Empiris Medwin

% Medwin

C_Medwin = 1449.2 + 4.6*T - 5.5e-2*T.^2 + 2.9e-4*T.^3 + (1.34 -1e-2*T).*(S

- 35) + 1.6e-2*D;

C_Leroy = 1492.9 + 3*(T - 10) - 6e-3*(T - 10).^2 - 4e-2*(T - 18).^2 + 1.2*(S -

35) - 1e-2*(T -18).*(S -35) + D/61; C_Mckenzie = 1448.96 + 4.591*T - 5.304e-2*T.^2 + 2.374e-4*T.^3 +

1.340*(S - 35) + 1.630e-2*D + 1.630e-2*D + 1.675e-7*D.^2 - 1.025e-2*T.*(S -

35) - 7.139e-13*T.*D.^3;

% Plot T vs D

% figure subplot(1,3,1), plot(T,D)

axis ij

xlabel('Temperatur, T (^oC)') ylabel('Depth, D (m)')

% Plot S vs D

%figure

subplot(1,3,2),plot(S,D)

axis ij xlabel('Salinitas, S (ppt)')

ylabel('Depth, D (m)')

% Plot C vs D

% figure subplot(1,3,3),plot(C,D,'k',C_Medwin,D,'r',C_Leroy,D,'g',C_Mckenzie,D,'b')

axis ij

xlabel('Sound Speed, C (m/s)')

ylabel('Depth, D (m)') % legend('Data','Medwin')

legend('Data','Medwin','Leroy','Mckenzie')

figure(2) plot(C,D,'k',C_Medwin,D,'r',C_Leroy,D,'g',C_Mckenzie,D,'b')

axis ij

xlabel('Sound Speed, C (m/s)') ylabel('Depth, D (m)')

legend('Data','Medwin','Leroy','Mckenzie')

2. Coding Metode Pendekatan Polyfit %clear all

%close all

% Baca EXCEL File

% A = Kedalaman, D (m) dan Sound Speed, C (m/s)

% [A,B] = XLSREAD('suh01_sound_speed_vs_depth','SUH01');

[A,B] = XLSREAD('stasiun_145.xls','geo145');

D = A(:,1); % Kedalaman, D (m)

C = A(:,4); % Sound Speed, C (m/s)

% Polyfit (P(1)X^N + P(2)X^(N-1) + .......

% Orde N=6

% Polyfit Data dgn Persamaan Pangkat N % CN = Sound Speed (m/s) dari Polyfit orde N

[P,S] = POLYFIT(D,C,5); C5 = P(1)*D.^5+P(2)*D.^4+P(3)*D.^3+P(4)*D.^2+P(5)*D.^1+P(6)*D.^0;

save plft_5.txt P -ASCII

[P,S] = POLYFIT(D,C,15); C15 =

P(1)*D.^15+P(2)*D.^14+P(3)*D.^13+P(4)*D.^12+P(5)*D.^11+P(6)*D.^10+P(7

)*D.^9+P(8)*D.^8+P(9)*D.^7+P(10)*D.^6+P(11)*D.^5+P(12)*D.^4+P(13)*D.^3+P(14)*D.^2+P(15)*D.^1+P(16)*D.^0;


[P,S] = POLYFIT(D,C,17); C17=

P(1)*D.^17+P(2)*D.^16+P(3)*D.^15+P(4)*D.^14+P(5)*D.^13+P(6)*D.^12+P(7

)*D.^11+P(8)*D.^10+P(9)*D.^9+P(10)*D.^8+P(11)*D.^7+P(12)*D.^6+P(13)*D.^5+P(14)*D.^4+P(15)*D.^3+P(16)*D.^2+P(17)*D.^1+P(18)*D.^0;


[P,S] = POLYFIT(D,C,24);

C24 =

P(1)*D.^24+P(2)*D.^23+P(3)*D.^22+P(4)*D.^21+P(5)*D.^20+P(6)*D.^19+P(7

)*D.^18+P(8)*D.^17+P(9)*D.^16+P(10)*D.^15+P(11)*D.^14+P(12)*D.^13+P(

13)*D.^12+P(14)*D.^11+P(15)*D.^10+P(16)*D.^9+P(17)*D.^8+P(18)*D.^7+P

(19)*D.^6+P(20)*D.^5+P(21)*D.^4+P(22)*D.^3+P(23)*D.^2+P(24)*D.^1+P(25)*D.^0;


% Plot C1 vs d

% plot(C,D,'o',C17,D,'r',C20,D,'g',C24,D,'k')

% figure(1) subplot(1,2,1),plot(C,D,'o',C5,D,'m',C15,D,'r',C17,D,'g',C24,D,'k')

axis ij

xlabel('Sound Speed, C (m/s)') ylabel('Depth, D (m)')

legend('Data','N=5','N=15','N=17','N=24',5)

3. Coding Rayf_xx function xdot = f( s, x )

% Munk sound speed profile

% eps = 0.00737;

%c0 = 1500;

z = x( 2 );

% xt = 2 * ( z - 1300 ) / 1300; % c = c0 * ( 1 + eps * ( xt - 1 + exp( -xt ) ) );

load plft_24.txt

P = plft_24; D=z;

c =

P(1)*D.^24+P(2)*D.^23+P(3)*D.^22+P(4)*D.^21+P(5)*D.^20+P(6)*D.^19+P(7)*D.^18+P(8)*D.^17+P(9)*D.^16+P(10)*D.^15+P(11)*D.^14+P(12)*D.^13+P(

13)*D.^12+P(14)*D.^11+P(15)*D.^10+P(16)*D.^9+P(17)*D.^8+P(18)*D.^7+P

(19)*D.^6+P(20)*D.^5+P(21)*D.^4+P(22)*D.^3+P(23)*D.^2+P(24)*D.^1+P(25

)*D.^0; c2 = c^2;

% we also need derivatives of sound speed

% dxtdz = 2 / 1300;

% cz= c0 * eps * dxtdz * ( 1 - exp( -xt ) ); cz =

24*P(1)*D.^23+23*P(2)*D.^22+22*P(3)*D.^21+21*P(4)*D.^20+20*P(5)*D.^1

9+19*P(6)*D.^18+18*P(7)*D.^17+17*P(8)*D.^16+16*P(9)*D.^15+15*P(10)*D.^14+14*P(11)*D.^13+13*P(12)*D.^12+12*P(13)*D.^11+11*P(14)*D.^10+1

0*P(15)*D.^9+9*P(16)*D.^8+8*P(17)*D.^7+7*P(18)*D.^6+6*P(19)*D.^5+5*P

(20)*D.^4+4*P(21)*D.^3+3*P(22)*D.^2+2*P(23)*D.^1+P(24)*D.^0; cr = 0;

% here's the RHS

xdot = zeros( 4, 1 );

xdot( 1 ) = c * x( 3 );

xdot( 2 ) = c * x( 4 );

xdot( 3 ) = -cr / c2;

xdot( 4 ) = -cz / c2;

4. Coding Rays1 % ****************************************************** % Rays

% ******************************************************

% The equations we're solving are: % r' = c rho

% z' = c zeta

% rho' = -c_r / c2 % zeta' = -c_z / c2

clear all

close all

%send = 100000; % arclength for rays

send = 3000; % arclength for rays

%ntheta = 31; % number of rays

ntheta = 51; % number of rays

%theta = pi / 180 * linspace( -14.0, 14.0, ntheta );

theta = pi / 180 * linspace( -35, 35, ntheta );

%theta = pi / 180 * (-5.1281); %theta = pi / 180 * (0.0);

%zs = 1000.0; % source depth zs = 1500.09; % source depth

% plot of sound velocity profile svp_dalam

%c0 = 1501.4; % sound speed at source depth

c0 = 1488.85; % sound speed at source depth

for ith = 1:ntheta % loop over take-off angle

% ray initial condition:

x0 = [ 0 zs cos( theta( ith ) ) / c0 sin( theta( ith ) ) / c0 ];

% now solve the DE to trace the ray % [ s, x ] = ode45( 'rayf', 0.0, send, x0 );

% [ s, x ] = ode45( 'rayf', [0.0 send], x0 );

[ s, x ] = ode45( 'rayf_xx_dalam', [0.0 send], x0 );

% subplot(1,2,2), plot( x( : , 1 ), x( : , 2 ) );

% Take absolute value to flip the negative part to positive part

% to take care the reflection at the water surface

subplot(1,2,2), plot( x( : , 1 ), abs (x( : , 2 ) )); hold on; % hold the old rays on screen when plotting new rays

end

hold off;

% label the plot

xlabel( 'Range (m)' ) ylabel( 'Depth (m)' )

view( 0, -90 ); % flip plot so that z-axis is pointing down

figure(2)

for ith = 1:ntheta % loop over take-off angle

% ray initial condition:

x0 = [ 0 zs cos( theta( ith ) ) / c0 sin( theta( ith ) ) / c0 ];

% now solve the DE to trace the ray % [ s, x ] = ode45( 'rayf', 0.0, send, x0 );

% [ s, x ] = ode45( 'rayf', [0.0 send], x0 );

[ s, x ] = ode45( 'rayf_xx_dalam', [0.0 send], x0 );

% plot( x( : , 1 ), x( : , 2 ) );

% Take absolute value to flip the negative part to positive part

% to take care the reflection at the water surface

plot( x( : , 1 ), abs (x( : , 2 ) )); hold on; % hold the old rays on screen when plotting new rays

end

hold off;

% label the plot

xlabel( 'Range (m)' ) ylabel( 'Depth (m)' )

view( 0, -90 ); % flip plot so that z-axis is pointing down

5. Kriteria Transducer/ Catalogue Transducer

a. TC2024

b. TC 3027

c. TC 1026

tugas besar propagasi akustik bawah air

Documents