Biological Acoustics
Maclennan D.N., E.J. Simmonds. 2006. Fisheries
Acoustics. Theory and Practice
Second Edition. Blackwell Publishing Company.
Biological Acoustics
Sebagian besar hewan air
memiliki organ yang sensitive terhadap gelombang akustik yang berperan dalam
perilaku hewan seperti, komunikasi antar individu, perlaku kawin, deteksi
mangsa, melarikan diri dari predator dan navigasi.
Suara Biologi (biological sounds)
Untuk
mengetahui keadaan suatu perairan menggunakan suara. Kelebihan suara sebagai
alat komunikasi di air antara lain dapat mentebar lebih dari ratusan meter.
Adapun kelompok hewan yang menghasilkan suara dengan karakteristik khas yaitu
crustacean, teleost ikan dengan swimbladders, dan mamalia air. Misalnya
kelompok udang, memiliki
satu cakar besar yang menutup dengan cepat untuk menghasilkan suara yang keras
'Klik'. Spektrum suara ini sangat luas. Puncak suara biasanya antara
2 dan 5 kHz, namun tingkat energi dalam waktu 20 dB maksimum hingga 200 kHz
atau lebih (Readhead 1997; Au dan Bank 1998). Suara itu sangat ketat,
dengan sumber sekitar 180-190 dB re 1 μ Pa pada 1
m. urutan ini sama sebagai sumber tingkat yang diproduksi paus, ini
merupakan suatu perbandingan yang luar biasa mengingat ukuran perbedaan yang
besar antar spesies. Intensitas tinggi dikombinasikan dengan durasi pendek
dari klik menawarkan kemungkinan penempatan konsentrasi udang oleh teknik yang
pasif, demikian untuk menentukan tingkat sumbernya. Ferguson dan Cleary (2001)
menjelaskan bagaimana hal ini dapat dilakukan dengan menghubungkan sinyal yang
diterima pada aperture hidrofon array-lebar. Pada skala yang lebih
lokal, berbagai suara digambarkan sebagai knocks, menggeram dan geram terkait
dengan pemijahan ikan (Hawkins dan Amorim 2000) atau kompetitif makan
(Amorim et al). 2004. Beberapa ikan menghasilkan suara
dengan mekanisme yang tidak melibatkan swimbladder
itu. Mereka mungkin menghasilkan deritan dan rasps dengan menggosok bagian tubuh yang keras bersama-sama (stridulation), berdetak karena makan,
dan suara frekuensi rendah oleh turbulensi hidrodinamik yang terkait dengan
renang. Efek yang terakhir ini dekat dengan schooling yang jelas khususnya perenang cepat seperti
sebagai tuna (Fine et al 1977).
Pendengaran (Hearing)
Ikan dan mamalia laut
memiliki organ yang mempunyai rasa stimulus akustik.
·
Auditori
Kemampuan Deteksi (auditory detection
capability),
Gambar
4.1 menunjukkan bahwa mamalia air memiliki pendengaran yang
baik. Invertebrata sangat sensitive (Offutt 1970). Beberapa ikan
seperti ikan mas, Cyprinus carpio, dikatakan menjadi
'spesialis mendengar' karena mereka sangat sensitif terhadap suara di atas
lebar frekuensi (Popper 1972). Para ahli menyimpulkan adanya hubungan erat
antara otoliths dan swimbladder yang bertindak sebagai alat bantuan efisien
untuk pendengaran. Alat penyambung di spesies tersebut terbuat oleh
jaringan lunak yang relatif miskin mendengar, meskipun swimbladder masih
memiliki peran pendengaran dengan memperkuat partikel kecepatan suara yang
memiliki gelombang dekat otoliths. Cod Atlantics, Gadus morhua, salah satu contoh ikan yang ‘tidak khusus’ mengenai
kemampuan mendengarnya (Chapman dan Hawkins 1973).
Ada dua mekanisme yang memungkinkan ikan
sadar arahnya. Pertama, otolith bergetar ke arah propagasi dari resultan suara
lapangan. Hal ini adalah kombinasi dari gelombang datang dan yang tersebar
oleh yang swimbladder. Kedua, perbedaan fasa antara sinyal di dua ruang
terpisah reseptor sebagian menempatkan sumber (yaitu mengkoordinasikan satu
sudut yang ditentukan). Mekanisme yang baik cukup sendiri untuk menentukan
arah unik, tetapi kemampuan ini dijelaskan jika keduanya terlibat, atau jika
ikan dapat membandingkan beberapa sinyal dari reseptor.
- Masking dan Bandwidth Kritis (Masking and the critical bandwidth)
Ketika sebuah sinyal seperti ledakan diletakkan dekat
dengan hewan, threshold tergantung
pada intensitas noise. Peningkatan noise, juga diiringi threshold, karena noise menghalangi kemampuan
hewan untuk mendeteksi suara (gambar 4.2). Fenomena ini disebut masking
(Tavolga 1974; Coombs dan Fay 1989). Menurut Chapman dan Hawkins (1973),
latar belakang suara alami di laut cukup untuk menyebabkan
masking. Mengingat bahwa kebisingan adalah sangat bervariasi, tergantung
pada keadaan laut misalnya, ini dapat menjelaskan beberapa variasi ditemukannya
dalam eksperimen ambang pendengaran. Ambang pendengaran diukur dalam
serangkaian percobaan dengan kebisingan bandwidth.
Hasilnya
mengikuti kurva diilustrasikan pada Gambar. 4.3. Meningkatnya threshold pada awalnya, hingga beberapa
batas setelah itu konstan. B diperkirakan sebagai bandwidth di mana ambang
berhenti meningkat, implikasinya adalah bahwa frekuensi luar f ± B / 2
tidak bernada (Fletcher 1940).
namun, teknik ini percobaan
belum berhasil ketika diterapkan untuk ikan. Kurva masking adalah grafik
ambang pendengaran terhadap fi, dinormalkan ke 1 ketika fi = f.
- Ultrasound dan Infrasound
Hasil Mann et al. (2001) menunjukkan
bahwa ultrasound dideteksi oleh clupeiforms adalah terbatas pada satu
sub-keluarga, yang Alosinae. Threshold deteksi ultrasound yang dilaporkan untuk ikan
yang lebih tinggi daripada frekuensi rendah.
Mann et
al. (1998) berspekulasi bahwa pendengaran ultrasonik mungkin telah
berkembang sebagai bantuan untuk menghindari predator. Mereka menunjukkan
bahwa Shad Amerika bisa mendengar simulasi lumba-lumba klik echolocation, dan bahwa ikan harus mampu
mendeteksi Tursiops berburu truncatus pada kisaran
lebih dari 180 m. Astrup dan Møhl (1998) menemukan bahwa cod bisa
membedakan tingkat yang berbeda pengulangan pulsa ultrasonik. Kemampuan ini
juga mungkin relevan untuk menghindari predator. Beberapa lumba-lumba,
setelah terdeteksi adanya mangsa,
meningkatkan laju klik yang ditransmisikan saat mereka dekat.
Gambar 4.6. Dolphin
Ikan
umumnya audiograms mulai dari beberapa puluh Hz dan dapat membunyikan
sensitivitas penurunan tekanan pada akhir spektrum bawah. Namun,
Enger et al. (1993) mengatakan bahwa tekanan
audiogram memberikan kesan
yang salah, karena frekuensi rendah pendengaran tergantung pada
komponen suara kinetik
(yaitu perpindahan partikel, kecepatan atau percepatan). Kemampuan ikan untuk
mendeteksi dan bereaksi terhadap infrasonik bisa berkembang melalui tekanan
seleksi alam di kedua predator dan mangsanya.
- Biological Sonar
Mamalia
air mempunyai kecanggihan dalam bentuk sonar biologisnya. Hidup di dunia
yang didominasi oleh suara dan gema, dimana dalam jangka panjang relatif tidak
berguna, binatang-binatang bisa 'melihat' lingkungan mereka untuk sebagian yang
luar biasa dengan menginterpretasikan refleksi diri menghasilkan suara (Purves
dan Pilleri 1983; Au 1993). Dapat dikatakan bahwa banyak paus dan
lumba-lumba bisa merasakan mangsa dan lingkungan mereka menggunakan gelombang
suara dengan lebih baik dari yang kita bisa.
Dolphin sonar lebih mudah diselidiki
dengan penangkaran hewan. Penting dicatat bahwa kebisingan dalam sebuah kolam mungkin akan sangat berbeda dari yang di
laut. Karena lumba-lumba dapat menyesuaikan amplitudo klik sesuai dengan tingkat
kebisingan, yang dapat menjelaskan beberapa perbedaan dilihat pada tingkat sumber
antara tangki dan pengukuran in situ dari spesies yang sama. Namun demikian, rincian lebih halus dari
sonar lumba-lumba dan kinerja echolocating hanya dapat dipelajari dalam
fasilitas yang dirancang khusus di mana hewan dan geometri tepat sasaran. Hal ini tidak penting untuk menggunakan
target ini. Aubauer dan Au (1998) menggambarkan teknik yang menarik yang disebut
phantom echo generasi. Beberapa jarak di depan hewan subjek adalah penerima kecil yang terhubung
ke proyektor terdekat melalui prosesor sinyal dikontrol oleh eksperimen. Ketika lumba-lumba 142 klik terdeteksi, maka
diproses untuk menghasilkan gema yang mensimulasikan refleksi dengan sasaran
tertentu, pada rentang telah diatur sejak echo dapat ditunda, dan sinyal
tersebut ditransmisikan dengan proyektor untuk dipertimbangkan oleh subjek hewan.
Beberapa spesies menghasilkan medan sonar
lebih rumit. Bidang sonar dari lumba-lumba pelabuhan, Phocoena phocoena, memiliki
karakteristik yang serupa berdasarkan klik dual-frekuensi (Møhl dan Andersen
1973; Goodson dan Sturtivant 1996). Au et al. (1980) dan Nachtigall (1980) telah
menunjukkan bahwa Tursiops truncatus dapat membedakan: (a) bola dan silinder,
(b) aluminium dan cakram tembaga, untuk kekuatan sasaran yang sama; (c) obyek 1
dB berbeda dalam target kekuatan tetapi serupa di bentuk; (d) silinder berongga dengan
ketebalan dinding yang berbeda (Au dan Pawloski 1991), dan (e) silinder
komposisi bahan yang berbeda dan sudut aspek (Au dan Turl 1991). Sebagian besar binatang yang hidup di
lingkungan akuatik sensitif terhadap suara di satu atau lain cara.