Kecepatan
suara
Kecepatan suara adalah istilah yang digunakan untuk menyebut
kecepatan gelombang suara yang melalui medium elastis. Kecepatan ini dapat
berbeda tergantung medium yang dilewati (misalnya suara lebih cepat melalui air
daripada udara), sifat-sifat medium tersebut, dan suhu. Namun, istilah ini
lebih banyak dipakai untuk kecepatan suara di udara. Pada ketinggian air laut,
dengan suhu 21 °C dan kondisi atmosfer normal, kecepatan suara adalah 344
m/detik (1238 km/jam). Kecepatan suara akan lebih cepat melaju di air dan di
benda padat. Kecepatan suara di air adalah 4.3 kali lipat kecepatan di udara,
yaitu 1.484 m/detik. Kecepatan suara di besi adalah 15 kali lipat kecepatan di
udara, yaitu 5.120 m/detik.
Namun pada umumnya kedalaman perairan berdasarkan kecepatan
suara dibagi dalam 3 zona, yaitu :
a. Zona 1 (mix layer) : Kecepatan suara cenderung meningkat
akibat faktor perubahan tekanan mendominasi faktor perubahan suhu
b. Zona 2 (termoklin) : Kecepatan suara menurun dan menjadi
zona minimum kecepatan suara akibat terjadinya perubahan suhu yang sangat
drastis dan mendominasi faktor perubahan tekanan.
c. Zona 3 (deep layer) : Kecepatan suara meningkat kembali
akibat faktor perubahan tekanan mendominasi kembali faktor perubahan suhu.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan suara di kolom
perairan :
1. Suhu
Suhu merupakan salah satu karakter fisik dari air laut yang
penting. Di wilayah lintang sedang dan
rendah (dekat dengan wilayah tropis), suhu merupakan faktor penting yang
mempengaruhi densitas dan kecepatan suara di dalam air. Suhu di daerah tropis pada wilayah permukaan
laut berkisar 26-29oC yang dipengaruhi oleh musim.
Pada kondisi perairan laut yang mempunyai suhu
berbeda-beda menimbulkan variasi
kecepatan suara yang menyebabkan refraksi atau pembelokan perambatan gelombang
suara. Perubahan suhu yang sangat cepat
pada lapisan termoklin menyebabkan pembelokan gelombang suara yang tajam dan
pada lapisan ini bertindak sebagai bidang pantul.
2. Salinitas
Salinitas adalah jumlah zat-zat terlarut dalam 1 kg air laut,
dimana semua karbonat telah diubah menjadi oksida, bromide dan iodide diganti
oleh klorida dan semua bahan organik telah dioksidasi sempurna. Pada umumnya perairan laut lepas memiliki
kadar salinitas 35 psu, yang berarti dalam 1 kg air laut mengandung
elemen-elemen kimia terlarut seberat 35 gram.
Dimana komposisi air laut tersebut terdiri atas 3,5% elemen-elemen kimia
terlarut dan 96,5% kandungan airnya.
Salinitas dapat mempengaruhi kecepatan suara di dalam air,
teutama di wilayah lintang tinggi (dekat kutub) dimana suhu mendekati titik
beku, salinitas merupakan salah satu paling faktor penting yang mempengaruhi
kecepatan gelombang suara di dalam air.
Distribusi vertikal salinitas
pada wilayah tropis, ekuator, dan sub tropis mengalami nilai yang paling kecil
pada kedalaman 600-1000 m (34-35 pratical salinity unit/psu). Di wilayah tropis nilai salinitas pada
permukaan berkisar 36-37 psu. Salinitas maksimun pada wilayah perairan
tropis terjadi pada kedalaman 100-200 m dekat dengan lapisan termoklin dimana
kadar salinitas dapat mencapai lebih dari 37 psu. Di daerah laut dalam, kadar salinitas
relatif seragam dengan nilai 34,6-34,9 psu.
Salinitas di samudera seperti Atlantik, Pasifik, dan Hindia rata-rata 35
psu, di wilayah laut yang tertutup, nilai salitas rata-rata tidak jauh dari
kisaran 35 psu tergantung dari penguapan yang terjadi.
3. Lapisan Termoklin
Lapisan termoklin merupakan lapisan yang berada dalam kolom
perairan di laut yang dimana pada lapisan ini mengalami perubahan suhu
yang drastis dengan lapisan yang berada
dan di bawah lapisan termoklin. Di laut, termoklin seperti lapisan yang
membagi antara lapisan pencampuran (mixing layer) dan lapisan dalam (deep
layer). Tergantung musim, garis lintang
dan pengadukan oleh angin, lapisan ini bersifat semi permanen. Faktor yang menentukan ketebalan lapisan ini
di dalam suatu perairan seperti variasi cuaca musiman, lintang, kondisi lingkungan
suatu tempat (pasang surut dan arus).
Penurunan suhu berbanding lurus dengan penambahan kedalaman
dan salinitas. Pada daerah dimana
terjadi penurunan suhu secara cepat inilah dinamakan lapisan termoklin. Di laut terbuka, lapisan ini berkarakter
sebagai gradient kecepatan suara negative dimana dapat memantulkan gelombang
suara. Secara teknik lapisan ini
membendung dari impendansi akustik yang terputus-putus (diskontinu) yang
tercipta dari perubahan densitas secara mendadak. Karateristik yang unik inilah yang membuat
pentingnya lapisan termoklin untuk diketahui, terutama dibidang pertahanan dan
keamanan (kapal selam). Lapisan termoklin mempunyai karateristik mampu
memantulkan dan membelokan gelombang suara yang datang.
4. Kedalaman
Perairan
Kedalaman mempengaruhi cepat rambat suara di dalam air laut.
Bertambahnya kedalaman, maka kecepatan suara akan bertambah karena adanya
tekanan hidrostatis yang semakin besar dengan bertambahnya kedalaman. Rata-rata
terjadi peningkatan kecepatan suara sebesar 0, 017 m/detik setiap kedalaman
bertambah 1 meter.
Permukaan laut merupakan pemantul dan penghambur suara yang
mempunyai efek yang sangat besar dalam perambatan suara ketika sumber atau
penerima berada di perairan dangkal.
Jika permukaan halus sempurna, maka ia akan menjadi pemantul suara yang
nyaris sempurna. Sebaliknya jika
permukaan laut kasar kehilangan akibat pantulan mendekati nol.
Kecepatan suara diperoleh dengan menggunakan rumus :
C = 1449,2 + 4,6T - 0,055T2 + 0,00029T3 + (1,34 - 0,010T)(S-35)
- 0,016Z
dengan : C = Kecepatan suara (m/s)
T = Suhu
(oC)
S =
Salinitas (psu)
Z =
Kedalaman (m)
dengan begitu, dapat dikatakan bahwa kecepatan suara di laut
dipengaruhi oleh suhu, salinitas, dan kedalaman laut.