Karakterisasi Pantulan Akustik Karang Menggunakan Echosounder Single Beam
Characterization of Coral Acoustics Backscattering Using Single Beam Echosounder
Baigo Hamuna 1 , Sri Pujiyati 2 , Totok Hestirianoto 2
1 Jurusan Teknik Informatika, Politeknik Negeri Batam Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
Email: 1
2 Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor Lingkar Akademik, Kampus IPB Darmaga, Bogor 16680, Indonesia

## ABSTRAK
Echosounder  single  beam  CruzPro  PcFF80 berfrekuensi  200  kHz  digunakan  untuk  perekaman  hambur  balik  akustik karang. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis sinyal hambur balik dan menentukan kekuatan dan karaktersistik hambur balik akustik karang. Pengambilan data dilakukan pada bulan April 2013 yang berlokasi di Kepulauan Seribu. Perekaman  data  akustik  menggunakan  echosounder  single  beam  (SBES)  CruzPro  PcFF80  yang  beroperasi  pada frekuensi  200  dan  50  kHz.  Kamera  bawah  air  digunakan  untuk  memvalidasi  data  hasil  perekaman  akustik.  Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata surface backscattering strength ( SS ) beberapa tipe karang pada frekuensi 200 kHz bervariasi antara -17.99 dB sampai -14.65 dB, sedangkan pada frekuensi 50 kHz bervariasi antara -13.13 dB sampai  -9.22  dB.  Penggunaan  frekuensi  yang  berbeda  akan  sangat  berpengaruh  terhadap  tinggi  rendahnya  tingkat absorbsi, sehingga mempengaruhi kuat hambur balik akustik.
Kata kunci : absorbsi, frekuensi echosounder, karakterisasi, kuat hambur balik

## ABSTRACT
The single beam echosounder CruzPro PcFF80 with 200 kHz of frequencies was used for recordings of coral acoustic backscattering. The objectives of this research are to analyze the backscattered signals and to determine the strength and characteristics of coral acoustic backscatters. Data collection was conducted in April 2013 which located in the Seribu  Island  waters.  Acoustics  data  recording  was  carried  out  in  Seribu  Islands,  using  single  beam  echosounder ( SBES ) CruzPro PcFF80 with operating at 200 and 50 kHz frequencies. An underwater camera was used to validate the acoustic recordings data. The results show that average value of surface backscattering strength (SS) several type of coral at 200 kHz frequency varied between -17.99 dB up -14.65 dB, whereas at 50 kHz frequency varied between - 13.33 dB up -9.22 dB. The use of different frequencies will greatly affect the high and low levels of absorption, so that affecting to acoustic backscatter strength.
Keywords : absorption, echosounder frequency, characterization, backscattering strength
1 Pendahuluan
Konsep scattering  strength dimunculkan untuk  mengkuantifikasi scattering yang  berasal  dari dasar  laut  maupun  permukaan  laut,  sedangkan backscattering  strength merujuk  pada  bagian  dari gelombang  akustik  yang  dipantulkan  kembali  ke  arah pemancar pada sistem sonar monostatik [1]. Kekuatan energi  akustik  yang  dipantulkan  dari  dasar  perairan menggunakan SBES telah digunakan untuk mengklasifikasikan  jenis  dasar  perairan  dalam Acoustics  Discrimination  System (ADS).  Hasil kuantifikasi pantulan akustik dasar perairan menggunakan single  beam  echosounder (SBES) CruzPro  PcFF80  pada  penelitian  [2]  menunjukkan adanya  perbedaan  energi  pantulan  balik  akustik  dari sedimen  dasar  perairan  seperti  pasir,  lumpur  dan lempung.
Parameter fisik dasar perairan yang bervariasi akan  mempengaruhi  pantulan  sinyal  akustik,  seperti tingkat  kekasaran  dan  kekerasan  dasar  perairan, ukuran  butiran  sedimen  dan  relief  dasar    dapat mempengaruhi  proses  hamburan  balik  sinyal  akustik [3] [4] [5]. Ekosistem terumbu karang yang terdiri dari berbagai  bentuk  pertumbuhan  dan  tipe  karang  yang tentunya  akan  memiliki  karakteristik  yang  berbeda pula  antara  karang  yang  satu  dengan  lainnya. Perbedaan karakteristik antar tipe tersebut akan sangat berpengaruh  terhadap  kuat  pantulan  balik  sinyal akustik yang akan diterima transduser. Hasil penelitian [6]  [7]  bahwa  instrumen  hidroakustik split  beam echosounder SIMRAD  EY  60  dapat  digunakan  untuk mengidentifikasi  dan  klasifikasi  lifeform  terumbu karang  dengan  berdasarkan  kuat  hambur  balik akustiknya. Dibandingkan dengan split beam echosounder ,  SBES  merupakan  instrumen  akustik
Article History Received 04 August 2014 Accepted 11 September 2014
Jurnal Integrasi , vol. 6, no. 2, 2014, 129-133
ISSN: 2085-3858 (print version)
yang  paling  sederhana  yang  hanya  memancarkan  bim tunggal untuk mendeteksi target yang dilaluinya . Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui  karakteristik  pantulan  akustik  ( acoustics backscattering )  permukaan  ( surface )  dari  beberapa tipe  karang  menggunakan  instrumen  akustik  SBES CruzPro PcFF80 frekuensi 200 dan 50 kHz. Data yang dihasilkan dapat dijadikan sebagai gambaran karakteristik kuat pantulan akustik karang menggunakan instrumen akustik SBES.

## 2 Metodologi

## 2.1 Pengambilan Data
Pengambilan  data  akustik  berlokasi  di  Pulau Karang  Beras,  Kepulauan  Seribu.  Perekaman  data menggunakan  echosounder  single  beam  CruzPro PcFF80 frekuensi 200 dan 50 kHz (Gambar 1).
Proses  perekaman  data  akustik  dilakukan secara stasioner. Pengambilan gambar karang menggunakan  kamera  underwater  untuk  validasi  data hasil  perekaman  akustik.  Proses  perekaman  data akustik  dilakukan  selama  10  sampai  15  menit  pada tiap  tipe  karang.  Diagram  alir  proses  perekaman  data akustik  dapat  dilihat  pada  Gambar  2.  Spesifikasi  dan setingan alat saat perekaman data akustik dapat dilihat pada Tabel 1.
Gambar 1. Echosounder single beam CruzPro PcFF80
TABEL 1. SPESIFIKASI DAN SETINGAN ALAT PEREKAMAN AKUSTIK
Parameter Nilai 200 kHz 50 kHz Beam width (degree) 11 45 Source level (dB) 163 156 Receiving sensitivity (dB) -185 -173 Array voltase gain (dB) 0 0 Amplifier gain (dB) -20.83 -20.83 Pulse duration (ms) 0.4 0.1 Ping rate (s) 0.334 0.5 Sound speed (m/s) 1516 1516

## 2.2 Pemrosesan dan Analisis Data
Pemrosesan  sinyal  hasil  perekaman  akustik dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  lunak Misrosoft  Excel  dan  Matlab  R2010a.  Data  yang diperoleh  dalam  bentuk raw data  (data  mentah) selanjutnya  diekstrak  dengan  menggunakan  perangkat lunak Microsoft Excel untuk memudahkan pengolahan dan  analisis  data  pada  program  Matlab.  Satuan  dasar pencuplikan  ( Elementary  Sampling  Unit , ESU )  yang digunakan  pada  proses  pengolahan  data  untuk mengetahui  nilai  pantulan  akustik  tiap  tipe  karang berdasarkan waktu perekaman selama 5 detik.
Proses  membedakan  echo  dari  beberapa  tipe karang  maka  dilakukan  dengan  kuantifikasi  sinyal echo untuk menghasilkan suatu data berdasarkan nilai rata-rata yang diperoleh. Proses kuantifikasi dilakukan dengan  mengadopsi  persamaan  yang  digunakan  oleh [8] [9]:
SS [dB] = – RS – SL + AR – AVG + AG
+ 40log 10 R + 2αR – 10log 10 A (1)
Dimana, SS adalah surface backscattering strength , RS dan SL adalah sensitivity dan source  level alat  yang digunakan  (dB), AR adalah  amplitudo  atau  echo pantulan  target  (dB), AVG dan AG adalah gain alat
dan  setingan  pada  saat  perekaman  akustik  (dB), R adalah  jarak  target  dari  transduser  (meter), α adalah koefisien absorpsi (dBkm -1 ) dan A adalah luas cakupan beam  transduser  pada  dasar  perairan  yang  diperoleh dengan persamaan:
A = π ( R tan( θ )) 2 . (2)

## 3
Hasil dan Pembahasan 3.1 Surface backscattering strength (SS)
Surface backscattering strength ( SS ) merupakan  perbandingan  antara  kekuatan  intensitas suara  yang  dipantulkan  dengan  intensitas  suara  yang mengenai  permukaan  dasar  perairan.  Nilai SS diperoleh  dari  puncak  nilai  echo  pantulan  pertama permukaan  dasar  perairan.  Keras  atau  lunaknya  dasar perairan akan memberikan pengaruh terhadap intensitas  pantulan  sinyal  akustik  yang  dikembalikan. Gambar  3  menunjukkan  tipe  pertumbuhan  karang pada penelitian ini sedangkan Gambar 4 menunjukkan perbandingan  kuat  pantulan  balik  akustik  beberapa tipe  karang  (sampel  60  ping)  yang  direkam menggunakan frekuensi 200 kHz dan 50 kHz.
Gambar 3. Tipe karang target penelitian
Perbedaan  karakteristik  bentuk  pertumbuhan karang  akan  sangat  berpengaruh  terhadap  kuat pantulan  balik  sinyal  akustik  yang  akan  diterima transduser . Hasil  kuantifikasi  menunjukkan  bahwa nilai  rata-rata SS pada  beberapa  tipe  karang  disajikan pada  Tabel  2. Coral  mushroom (CMR)  dan rubble atau  patahan  karang  (RB)  cenderung  memiliki karakter  pantulan  akustik  yang  lebih  tinggi  baik  pada frekuensi 200 kHz maupun 50 kHz karena dipengaruhi oleh  bentuk  pertumbuhan  CMR  dan  CM  yang  sangat padat  dan  keras.  Hal  ini  sejalan  dengan  pernyataan [10] bahwa CMR salah satu tipe karang yang memiliki bentuk dan komposisi yang lebih padat dan keras dari bentuk  pertumbuhan  lainnya.  Adapun  RB  dapat dipengaruhi oleh komposisi patahan karang yang lebih padat  dan  ukurannya  yang  relatif  besar. Acropora tabulate (ACT)  memiliki  karakter  pantulan  akustik yang  relatif  lebih  rendah  pada  frekuensi  200  kHz, sedangkan Acropora  branching (ACB)  dan Coral massive mati (DC) memiliki nilai pantulan yang lebih rendah  pada  kedua  frekuensi  akustik  yang  digunakan. Rendahnya  nilai  pantulan  akustik  pada  ACT  diduga karena  bentuk  pertumbuhan  yang  ACT  dipengaruhi oleh  tipis.  ACB  dengan  bentuknya  yang  bercabang- cabang sehingga dapat menghamburkan sinyal akustik yang  mengenainya  dan  melemahkan  sinyal  pantulan ke  transduser.  Adapun  DC  dapat  disebabkan  karena struktur kapur pada Coral massive mati tersebut mulai rapuh dan permukaanya cenderung tertutup oleh alga.
Bila  dibandingkan  dengan  nilai SS pada penelitian  yang  dilakukan  oleh  [6]  [7]  pada  beberapa tipe karang yang sama, diperoleh hasil kuantifikasi SS yang berbeda dengan penelitian ini. Manuhutu (2010) memperoleh nilai SS pada tipe karang ACB, CM, ACT dan  CMR  masing-masing  adalah  -32.50  dB,  -30.00 dB,  -27.50  dB  dan  -30.00  dB,  sedangkan  Bemba (2011) memperoleh nilai ACB, CM, ACT,  CMR dan RB masing-masing adalah -27.03 dB,       -24.04 dB, - 25.65 dB, -22.24 dB dan -23.17 dB. Kedua penelitian tersebut  menggunakan  instrumen echosounder  split beam Simrad  EY  60  frekuensi  120  kHz.  Perbedaan nilai SS dengan  penelitian  ini  disebabkan  karena penggunaan  alat  yang  berbeda,  dimana  kedua penelitian  sebelumnya  menggunakan.  Pada  dasarnya bahwa  penggunaan  instrumen  akustik  yang  berbeda akan  memberikan  hasil  yang  berbeda.  Selain  itu, penggunaan algoritma yang berbeda pada data akustik yang  sama  terkadang  akan  memberikan  hasil  yang berbeda  pula  [7].  Faktor  lain  yang  diduga  dapat menyebabkan  perbedaan  nilai SS adalah  kondisi karang seperti usia, ketebalan dan luasan karang.
3.2 Perbandingan surface backscattering strength ( SS ) frekuensi 200 dan 50 kHz
Setiap  sinyal  echo  yang  diterima  dari  dasar perairan  tergantung  dari  jenisnya  akan  memiliki respon  akustik  yang  berbeda  terhadap  frekuensi tertentu.  Menurut  [11]  bahwa  pengaruh  relief  dasar perairan  pada  gelombang  akustik  yang  datang  sangat dipengaruhi  oleh  penggunaan  frekuensi  akustik. Penggunaan  berbagai  frekuensi  yang  berbeda  pada instrumen akustik akan didapatkan hasil yang berbeda pula.
Perbedaan  nilai SS antara  frekuensi  tinggi 200  kHz  dan  frekuensi  rendah  50  kHz  dapat disebabkan  karena  respon  akustik  tiap  tipe  karang yang berbeda terhadap frekuensi yang berbeda. Selain itu, penggunaan frekuensi akan berhubungan langsung dengan  absorpsi  dalam  medium  (ait  laut).  Absorpsi dapat  memberikan  pengaruh  terhadap  kuat  atau lemahnya pantulan akustik dari target. Frekuensi yang lebih tinggi akan memiliki tingkat absorpsi yang lebih tinggi,  sehingga  energi  pantulan  dari  dasar  perairan lebih  sedikit  dibandingkan  energi  pantulan  pada frekuensi  rendah  dengan  tingkat  absorpsi  yang  lebih kecil  [12].  Hasil  serupa  pada  penelitian  [8]  yang menunjukkan  bahwa  penggunaan  dual  frekuensi instrumen  akustik  akan  memberikan  hasil  yang berbeda, frekuensi yang rendah akan memberikan nilai pantulan  akustik  yang  lebih  tinggi  dibandingkan frekuensi yang tinggi pada dasar perairan yang sama.
3.3 Uji ragam nilai rata-rata surface backscattering strength ( SS )
Berdasarkan  Tabel  2  terlihat  bahwa  nilai SS tiap tipe karang pada kedua frekuensi akustik memiliki perbedaan  nilai  yang  sangat  kecil  sehingga  perlu dilakukan pengujian statistik untuk mengetahui ragam nilai rata-rata SS yang diperoleh. Tabel 3 menunjukkan  hasil  pengujian  statistik  menggunakan metode  analisis  Tukey  HSD.  Hasil  uji  ragam menunjukkan bahwa perbedaan nilai rata-rata SS antar tipe  karang  pada  frekuensi  200  dan  50  kHz  berbeda signifikan 100%, dimana nilai hasil uji ( sig ) lebih kecil dari  nilai  taraf  uji  ( sig <  0.05).  Artinya  bahwa  nilai rata-rata SS pada kedua  frekuensi berbeda nyata antar tipe  karang  pada  penelitian  ini.  Hasil  uji  statistik tersebut  menandakan  bahwa  respon  akustik  antar  tipe karang  dan  pasir  yang  berbeda  satu  dan  lainnya, sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  instrumen single beam echosounder CruzPro  PcFF80  dapat  digunakan untuk  membedakan  nilai  pantulan  akustik  berbagai tipe karang.
TABEL 2. NILAI RATA-RATA SURFACE BACKSCATTERING STRENGTH ( SS )
Tipe karang Kode 200 kHz (dB) 50 kHz (dB) Mean St. Dev Mean St. Dev Coral mushroom CMR -14.65* 0.3018 -9.22 0.7265 Rubble RB -15.66 0.1737 -8.41* 0.7637 Coral massive CM -15.84 0.5730 -11.46 0.6456 Acropora tabulate ACT -16.49 0.3047 -9.79 0.5019 Coral massive mati DC -16.69 0.2611 -12.07 1.4336 Acropora branching ACB -17.99 0.2334 -13.13 0.6105 * Nilai tertinggi
TABEL 3. HASIL UJI TUKEY HSD NILAI RATA-RATA SS ( Α = 0.05)
200 kHz n 50 kHz n 110 109 99 100 104 108 107 102 72 120 113 96 Tipe karang ACB CM ACT CMR RB DC ACB 200 kHz 50 kHz ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ≠
≠ ≠ ≠ ≠ CM ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ACT ≠ ≠ ≠ ≠ ≠ ≠
CMR ≠ ≠ ≠ ≠ RB ≠
≠ DC
≠ nilai rata-rata berbeda nyata

## 4 Kesimpulan
Hasil  kuantifikasi surface  backscattering strength (SS)  menunjukkan  bahwa  tiap  tipe  karang memiliki  karakter  pantulan  akustik  yang  berbeda, dimana  bentuk  pertumbuhan  karang  akan  sangat berpengaruh terhadap kuat lemahnya pantulan akustik. Coral  mushroom (CMR)  dan rubble atau  patahan karang  (RB)  cenderung  memiliki  karakter  pantulan yang  lebih  tinggi  dari  tipe  karang  lainnya,  sedangkan Acropora  branching (ACB)  dan Coral  massive mati (DC)  memiliki  karakter  pantulan  akustik  yang  lebih rendah  pada  kedua  frekuensi.  Penggunaan  frekuensi sangat  berpengaruh  terhadap  tinggi  rendahnya absorpsi  yang  berpengaruh  terhadap  nilai surface backscattering  strength (SS)  yang  diperoleh.  Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa echosounder single beam (SBES) CruzPro PcFF80 dapat digunakan untuk membedakan  pantulan  balik  akustik  ( acoustics backscattering strength ) karang.

## Daftar Pustaka
[1] R.  J.  Urick, Principles  of  Underwater  Sound ,  3rd ed.  New  York,  USA:  McGraw-Hill  Publishing, 1983.
[2] H.  M.  Manik,  "Seabed  identification  and characterization using sonar. Advances in acountics  and  vibration", Hindawi  Publishing Corporation , vol. 2012, 5 pages, 2012.
[3] P.  D.  Thermo,  N.  G.  Pace,  and  Z.  K.  S.  Al- Hamdani, "Laboratory measurements of backscattering  from  marine  sediment", J.  Acoust. Soc. Am , vol. 84, pp. 303-309, 1988.
[4] D. A. Demer, G. R. Cutter, J. S. Renfree, and J. L. Butler,  "A  statistical-spectral  method  for  echo classification", ICES  Journal  of  Marine  Science , vol. 66, pp. 1081-1090, 2009.
[5] S.  Pujiyati,  S.  Hartati,  and  W.  Priyono,  "Efek ukuran  butiran,  kekasaran  dan  kekerasan  dasar perairan  terhadap  nilai  hambur  balik  hasil  deteksi
hidroakustik," E-jurnal  Ilmu  dan  Teknologi Kelautan Tropis , vol. 2, pp. 59-67, Juni 2010 2010.
[6] J.  F.  Manuhutu,  "Klasifikasi  lifeform  terumbu karang  menggunakan  instrumen  hidroakustik SIMRAD EY 60 di Pulau Pari, Kepulauan Seribu", Tesis,  Institut  Pertanian  Bogor,  Bogor,  Indonesia, 2010.
[7] J.  Bemba,  "Identifikasi  dan  klasifikasi  lifeform karang  menggunakan  metode  akustik",  Tesis, Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia, 2011.
[8] B.  Chakraborty  et  al.,  "Acoustics  characterization of  seafloor  habitats  on  the  western  continental shelf  of  India", ICES  Journal  of  Marine  Science , vol. 64, pp. 551-558, 2007.
[9] K.  Haris,  B.  Chakraborty,  B.  Ingole,  A.  Menezes, and  R.  Srivastava,  "Seabed  habitat  mapping employing  single  and  multi-beam  backscatter data", Cont. Shelf Res , vol. 48, pp. 40-49, 2012.
[10] S.  English,  C.  Wilkinson,  and  V.  Baker, Survey Manual  for  Tropical  Marine  Resources ,  2nd  ed. Townsville,  Australian:  Australian  Institute  of Marine Science, 1997.
[11] D.  R.  Jackson  and  M.  D.  Richardson, High- Frequency  Seafloor  Acoustics .  New  York,  USA: Springer Science Busiess Media, LCC, 2007.
[12] M.  Saleh,  "Seabed  classification  using  sub- bottom profiler", Delft University of Technology, Delft, Thesis 2010.