Indera Pendengaran dan Sistem Sonar Pada Makhluk Hidup

BAB IX

INDERA PENDENGAR DAN SISTEM SONAR

PADA MAKHLUK HIDUP

Materi Pembelajaran BAB IX

A.Indera Pendengaran Manusia

B.Mekanisme Pendengaran Pada Manusia

C.Sistem Sonar

D.Pemanfaatan Sistem Sonar

A.  Indera Pendengaran Manusia

Mendengar adalah kemampuan untuk mendeteksi vibrasi mekanis (getaran) yang disebut suara. Dalam keadaan biasa, getaran dapat mencapai indera pendengaran yaitu telinga melalui udara. Ketika kita mendengar, ternyata ada objek atau benda yang bergetar, misalnya senar gitar yang bergetar ketika dipetik, dan bedug atau drum yang dipukul.

Gambar 1.1 Anatomi Telinga Manusia

Sumber: (Dokumen Kemendikbud,2015).

       Gelombang bunyi yang masuk ke telinga luar akan menggetarkan gendang telinga. Getaran-getaran tersebut diterima oleh syaraf auditorius atau receptor pendengar dan selanjutnya dikirim ke otak. Pada sistem pendengaran, telinga akan mengubah energi gelombang menjadi impuls saraf yang diterjemahkan oleh otak sebagai suara. Musik, pembicaraan, atau bunyi berisik di lingkungan sekitar dapat kamu dengar karena adanya reseptor sensorik yang merupakan sel-sel rambut, suatu tipe fonoreseptor. Fonoreseptor merupakan reseptor penerima bunyi atau suara yang ada di organ telinga, yang akan menghantarkan impuls ke otak. Sebelum mencapai ke sel-sel rambut ini, gelombang akan diubah oleh beberapa struktur yang ada di telinga.

               1).  Struktur Indera Pendengaran

Telinga manusia hanya dapat mendengar bunyi yang mempunyai frekuensi tertentu. Bunyi yang dapat kita dengar dinamakan bunyi audiosonik. Bunyi audiosonik mempunyai frekuensi antara 20 Hz sampai 20.000 Hz. Jadi, kita akan dapat mendengar suatu bunyi berkisar 20 Hz –20.000 Hz. Bunyi di bawah 20 Hz atau di atas 20.000 Hz tidak dapat kita dengar.

Telinga dibagi menjadi tiga bagian, yaitu telinga luar, telinga tengah, dan telinga dalam. Bunyi yang terdengar oleh telinga kita memerlukan medium. Jadi, kita tidak dapat mendengar di ruang hampa udara. Telinga luar dan telinga tengah terisi oleh udara dan rongga telinga dalam terisi oleh cairan limfa sebagai medium untuk merambatkan bunyi.

Gambar 1.2 Struktur Telinga Manusia

Sumber: (Dokumen Kemendikbud,2015).

Struktur dan fungsi bagian pada telinga

Bagian penyusun telinga	Fungsi
Bagian luar a.      Daun telinga b. Saluran telinga (menghasilkan minyak serumen)	Mengumpulkan gelombang suara ke saluran telinga. Menangkap debu yang masuk ke saluran telinga. Mencegah hewan berukuran kecil masuk ke dalam telinga.
Bagian tengah a.      Gendang telinga/membran timpani b.      Tulang telinga (maleus/ martil, inkus/landasan, stapes/sanggurdi) c.       Saluran eustachius	Menangkap gelombang suara dan mengubahnya menjadi getaran yang diteruskan ke tulang telinga. Meneruskan getaran dari gendang telinga ke rumah siput. Menghubungkan ruang telinga tengah dengan rongga mulut (faring) berfungsi untuk menjaga tekanan udara antara telinga tengah dengan saluran di telinga luar agar seimbang. Tekanan udara yang terlalu tinggi atau rendah disalurkan ke telinga luar dan akan mengakibatkan gendang telinga tertekan kuat sehingga dapat sobek.
Bagian dalam a.  Rumah siput (koklea)	Koklea merupakan saluran berbentuk spiral yang menyerupai rumah siput. Di dalam koklea terdapat adanya organ korti yang merupakan fonoreseptor. Organ korti berisi ribuan sel rambut yang peka terhadap tekanan getaran. Getaran akan diubah menjadi impuls syaraf di dalam sel rambut tersebut dan kemudian diteruskan oleh syaraf ke otak.
b.  Saluran gelang (labirin)	Terdiri atas saluran setengah lingkaran (semisirkularis) yang berfungsi untuk mengetahui posisi tubuh (alat keseimbangan)

1. Getaran

Semua benda akan bergetar apabila diberi gangguan. Benda yang bergetar ada yang dapat terlihat secara kasat mata karena simpangan yang diberikan besar, ada pula yang tidak dapat dilihat karena simpangannya kecil. Benda dapat dikatakan bergetar jika benda bergerak bolak-balik secara teratur melalui titik kesetimbangan. Orang yang berjalan bolak-balik tidak disebut bergetar karena belum tentu melalui titik kesetimbangan.

Sebuah bandul sederhana mula-mula diam pada kedudukan O (kedudukan setimbang). Bandul tersebut ditarik ke kedudukan A (diberi simpangan kecil). Pada saat benda dilepas dari kedudukan A, bandul akan bergerak bolak-balik secara teratur A-OB-O-A dan gerak bolak balik ini disebut satu getaran. Salah satu ciri dari getaran adalah adanya amplitudo (simpangan terbesar). Jarak OA atau OB merupakan amplitudo.

Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu kali getaran disebut periode getar yang dilambangkan dengan T. Banyaknya getaran dalam satu sekon disebut frekuensi (f). Satuan periode adalah sekon dan satuan frekuensi adalah getaran per sekon atau disebut dengan Hertz (Hz).              

a.    Gelombang

Pada saat kamu memukul panci di dekat plastik yang diatasnya ditaruh segenggam beras, maka beras akan bergetar. Hal itu terjadi karena energi getaran yang dihasilkan dari pukulan panci akan merambat sehingga menyebabkan plastik ikut bergerak. Energi getaran akan merambat dalam bentuk gelombang. Pada perambatan gelombang yang merambat adalah energi, sedangkan zat perantaranya tidak ikut merambat (hanya ikut bergetar). Seperti pada saat kita mendengar getaran akan merambat dalam bentuk gelombang yang membawa sejumlah energi, sehingga sampai ke saraf yang menghubungkan ke otak kita.

Berdasarkan energinya, gelombang dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik. Perambatan gelombang mekanik memerlukan medium, misal gelombang tali, gelombang air, dan gelombang bunyi. Perambatan gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium, misal  gelombang radio, gelombang cahaya, dan gelombang radar. Berdasarkan arah rambat dan arah getarannya, gelombang dibedakan menjadi gelombang transversal dan gelombang longitudinal.

1). Gelombang Transversal

                                  

     Gambar 1.4 Grafik simpangan terhadap arah rambat

Sumber: 4.bp.blogspot.com

Ketika tali diberi simpangan, tali akan bergetar dengan arah getaran ke atas dan ke bawah. Pada tali, gelombang merambat tegak lurus dengan arah getarnya. Bentukan seperti ini disebut gelombang transversal. Contoh lain gelombang transversal ada pada permukaan air dan gelombang cahaya. Panjang gelombang transversal sama dengan jarak satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang (a-b-c-d-e pada Gambar). Panjang satu gelombang dilambangkan dengan λ (dibaca lamda) dengan satuan meter. Simpangan terbesar dari gelombang itu disebut amplitudo (bb’ atau dd’ pada Gambar). Dasar gelombang terletak pada titik terendah gelombang, yaitu d dan h, dan puncak gelombang terletak pada titik tertinggi yaitu b dan f. Lengkungan c-d-e dan g-h-i merupakan lembah gelombang. Lengkungan a-b-c dan e-f-g merupakan bukit gelombang

Waktu yang diperlukan untuk menempuh satu gelombang disebut periode gelombang, satuannya sekon (s) dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1 sekon disebut frekuensi gelombang.Lambang untuk frekuensi adalah f dan satuannya Hertz (Hz). Gelombang yang merambat dari ujung satu ke ujung yang lain memiliki kecepatan tertentu, dengan menempuh jarak tertentu dalam waktu tertentu pula.

2).  Gelombang longitudal

Gelombang longitudinal dapat diamati pada slinki atau pegas yang diletakkan di atas lantai. Ketika slinki digerakkan maju-mundur secara terus-menerus, akan terjadi gelombang yang merambat pada slinki dan membentuk pola rapatan dan regangan.Gelombang longitudinal memiliki arah rambat yang sejajar dengan arah getarannya.

                                    

                             Gambar1.5 rapatan dan regangan pada gelombang longitudinal

Sumber: (Dokumen Kemendikbud,2015).

Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi. Satu gelombang longitudinal terdiri atas satu rapatan dan satu regangan.Seperti halnya pada gelombang transversal, waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang pada gelombang longitudinal disebut periode gelombang dengan satuan sekon (s) dan dilambangkan dengan T. Jumlah gelombang yang terbentuk dalam 1sekon disebut frekuensi gelombang. Lambang untuk frekuensi adalah f dengan satuannya hertz (Hz).

3). Hubungan antara Panjang Gelombang, Frekuensi, Cepat  Rambat, dan  Periode Gelombang

Walaupun guntur dan cahaya kilat muncul dalam waktu yang bersamaan, cahaya kilat lebih dahulu muncul karena cahaya merambat jauh lebih cepat daripada bunyi. Cahaya merambat dengan kecepatan 3 x 108 ms-1, sedangkan bunyi hanya merambat dengan kecepatan 300 ms-1. Cepat rambat gelombang dilambangkan dengan v, dengan satuan ms-1. Kecepatan adalah perpindahan dibagi waktu, atau dapat dirumuskan sebagai berikut.

Jika gelombang itu menempuh jarak satu panjang gelombang (λ), maka waktu tempuhnya adalah periode gelombang itu (T), sehingga rumus di atas dapat ditulis

                                           

                                                                    

Karena T= 1/f, dengan mengganti T pada rumus kecepatan itu,maka cepat rambat gelombang dapat dirumuskan sebagai berikut. 

                                      

           

Dalam medium yang sama, cepat rambat gelombang adalah tetap. Misalnya cepat rambat gelombang pada tali adalah 12m/s, dengan frekuensi gelombang 4 Hz, maka panjang  gelombangnya adalah 3 m ( = 3 m). Namun jika frekuensi diperbesar menjadi 6 Hz, maka panjang gelombangnya menjadi 2m ( = 2 m).

4). Pemantulan gelombang

Pemantulan gelombang adalah peristiwa membaliknya  gelombang setelah mengenai penghalang. Seperti gelombang tali,gelombang yang mencapai ujung akan memberikan gaya ke atas pada penopang yang ada di ujung, sehingga penopang  memberikan gaya yang sama tetapiberlawanan arah ke bawah pada tali. Gaya ke bawah pada tali inilah yang membangkitkan gelombang pantulan yang terbalik.

               2. Bunyi
Bunyi merupakan gelombang longitudinal yang merambatkan energi gelombang di udara sampai terdengar oleh reseptor pendengar. Bunyi dihasilkan oleh benda benda yang bergetar. Contoh: Bunyi garpu tala menuju telinga dihantarkan oleh rapatan dan regangan partikel-partikel udara. Pada waktu bunyi keluar dari garpu tala, langsung akan menumbuk molekul-molekul udara. Molekul udara ini akan menumbuk udara disebelahnya yang mengakibatkan terjadinya rapatan dan regangan demikian seterusnya sampai ke telinga. Molekul udara tidak berpindah, tetapi hanya merapat dan meregang. Bunyi sampai telinga karena merambat dalam bentuk gelombang. Gelombang yang tersusun dari rapatan dan regangan adalah gelombang longitudinal. Tanpa adanya medium atau zat perantara, bunyi tak dapat merambat. Hal ini mengakibatkan bunyi termasuk jenis gelombang mekanik. Begitu pula ketika kita mendengar bunyi akan dirambatkan ke telinga kita melalui udara. Jadi dapat disimpulkan bahwa bunyi dapat terdengar bila ada 1) sumber bunyi, 2) medium/zat perantara, dan 3) alat penerima/pendengar.

Ahli fisika bernama Miller melakukan percobaan untuk mengukur kecepatan bunyi di udara dengan menembakkan peluru sebagai sumber bunyi dan meletakkan detektor pada jarak tertentu. Kecepatan bunyi tergantung pada temperatur. Semakin rendah suhu lingkungan semakin besar kecepatan bunyi. Selain dipengaruhi oleh suhu, cepat rambat bunyi di udara juga dipengaruhi oleh medium.

    

            1.6 Pengaruh Suhu Dengan Cepat Rambat Bunyi

Sumber: (Dokumen Kemendikbud,21015).

a.    Frekuensi bunyi

 

Gambar 1. 7 Frekuensi Bunyi

Sumber:4.bp.blogspot.com

Berdasarkan frekuensinya, bunyi dibagi menjadi tiga, yaitu   infrasonik,  audiosonik, dan ultrasonik. Bunyi infrasonik memiliki frekuensi kurang dari 20 Hz. Bunyi infrasonik hanya mampu didengar oleh hewan-hewan tertentu seperti jangkrik dan anjing. Bunyi yang memiliki frekuensi 20 - 20.000 Hz disebut audiosonik. Manusia dapat mendengar bunyi hanya pada kisaran ini. Bunyi dengan frekuensi di atas 20.000 Hz disebut ultrasonik. Kelelawar, lumba-lumba, dan anjing adalah contoh hewan yang dapat mendengar bunyi ultrasonik. Anjing adalah salah satu contoh hewan yang mampu menangkap bunyi infrasonik, audiosonik, dan ultrasonik (hingga 40.000 Hz). Anjing akan terbangun jika mendengar langkah kaki manusia walaupun sangat pelan.Selain anjing, kelelawar juga mampu memanfaatkan bunyi dengan baik. Pada malam hari, mata kelelawar mengalami disfungsi (pelemahan fungsi). Kelelawar menggunakan indera pendengarannya untuk "melihat". Kelelawar mengeluarkan bunyi ultrasonik sebanyak mungkin. Kemudian, kelelawar mendengarkan bunyi pantul tersebut untuk mengetahui letak suatu benda dengan tepat, sehingga kelelawar mampu terbang dalam keadaan gelap tanpa menabrak benda-benda disekitarnya. Mekanisme untuk memahami keadaan lingkungan dengan bantuan bunyi pantul ini sering disebut dengan sistem ekolokasi.         

a.    Karakteristik bunyi 

Setiap gelombang bunyi memiliki frekuensi dan amplitudo yang berbeda meskipun perambatannya terjadi pada medium yang sama.

1). Tinggi rendah dan kuat lemah bunyi

Pada orang dewasa, suara perempuan akan lebih tinggi dibandingkan suara laki-laki. Pita suara laki-laki yang bentuknya lebih panjang dan berat, mengakibatkan laki-laki memiliki nada dasar sebesar 125 Hz, sedangkan perempuan memiliki nada dasar satu oktaf (dua kali lipat) lebih tinggi, yaitu sekitar 250 Hz. Bunyi dengan frekuensi tinggi akan menyebabkan telinga sakit dan nyeri karena gendang telinga ikut bergetar lebih cepat. Tinggi rendahnya nada ini ditentukan frekuensi bunyi tersebut. Semakin besar frekuensi bunyi, akan semakin tinggi nadanya. Sebaliknya, jika frekuensi bunyi rendah maka nada akan semakin rendah. Kuat lemahnya suara ditentukan oleh amplitudonya. Bunyi yang terdengar pada gitar dapat menghasilkan nada yang berbedabeda. Faktor faktornya yaitu:

·Panjang senar, semakin panjang senar, semakin rendah frekuensi   yang dihasilkan.

·Tegangan senar, semakin besar tegangan senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.

    · Luas penampang senar, semakin kecil penampang senar, semakin tinggi frekuensi yang dihasilkan.
2). Nada
Bunyi musik akan lebih enak didengarkan karena bunyi musik memiliki frekuensi getaran teratur yang disebut nada, sebaliknya bunyi yang memiliki frekuensi yang tidak teratur disebut desah.
Beberapa deret nada yang berlaku standar
Deret nada      : c      d        e        f         g        a         b         c
Baca               : do    re     mi        fa      sol      la        si        do
Frekuensi       : 264   297      330   352    396   440   495    528
Perbandingan : 24    27      30       32      36      40     45       48
3). Warna atau kualitas bunyi
Setiap musik akan mengeluarkan suara yang khas. Suara yang khas ini disebut kualitas bunyi atau yang sering disebut timbre. Begitu pula pada manusia, juga memiliki kualitas bunyi yang berbeda-beda, ada yang memiliki suara merdu atau serak.
4). Resonasi
Ikut bergetarnya udara yang ada di dalam kentongan setelah dipukul mengakibatkan bunyi kentongan terdengar semakin keras. Hal inilah yang disebut resonansi. Resonansi dapat terjadi pada kolom udara. Bunyi akan terdengar kuat ketika panjang kolom udara mencapai kelipatan ganjil dari ¼ panjang gelombang (λ) bunyi. Resonansi kolom udara ternyata telah dimanfaatkan oleh manusia dalam berbagai alat musik, antara lain pada gamelan, alat musik pukul, alat musik tiup, dan alat musik petik/ gesek.
Ketika kita berbicara, kita dapat mengatur suara menjadi lebih tinggi atau rendah. Organ yang berperan dalam pengaturan terjadinya suara adalah pita suara dan kotak suara yang berupa pipa pendek. Pada saat kita berbicara pita suara akan bergetar, Getaran itu diperkuat oleh udara dalam kotak suara yang beresonansi dengan pita suara pada frekuensi yang sama. Akibatnya, amplitudo lebih besar sehingga kita dapat mendengar suara yang nyaring. Telinga manusia memiliki selaput tipis. Selaput itu mudah sekali bergetar apabila di luar terdapat sumber getar meskipun frekuensinya tidak sama dengan selaput gendang telinga. Selaput tipis sangat mudah beresonansi, sehingga sumber getar yang frekuensinya lebih kecil atau lebih besar dengan mudah menyebabkan selaput tipis ikut bergetar. Prinsip kerja resonansi digunakan manusia karena memiliki beberapa keuntungan, misal dapat memperkuat bunyi asli untuk berbagai alat musik. Selain itu, ada dampak yang merugikan dari efek resonansi, yaitu bunyi ledakan bom dapat memecahkan kaca walaupuan kaca tidak terkena langsung bom, bunyi gemuruh yang dihasilkan oleh guntur beresonansi dengan kaca jendela rumah sehingga bergetar dan dapat mengakibatkan kaca jendela pecah, serta bunyi kendaraan yang lewat di depan rumah dapat menggetarkan kaca jendela rumah.
5).Pemantulan bunyi
Ketika berada di ruang tertutup suara terdengar lebih keras daripada di ruang terbuka. jika kita berteriak pada tebing seperti ada yang meniru suara kita. Hal ini karena suara dipantulkan.
6). Macam-macam bunyi pantul

     a). Bunyi pantul yang memperkuat bunyi asli

             Apabila kita berbicara di dalam ruangan kecil, suara yang terdengar akan lebih keras dibandingkan dengan berbicara di ruang terbuka, misalnya di lapangan. Hal ini disebabkan jarak sumber bunyi dan dinding pemantul berdekatan sehingga selang waktu antara bunyi asli dan bunyi pantul sangat kecil. Antar bunyi akan terdengar bersamaan dengan bunyi asli dan bunyi asli terdengar lebih keras tetapi tidak jelas.

b).  Gaung atau kerdam

Jika kamu mengucapkan suatu kata dalam ruang gedung yang luas, kamu akan mendengar kata tersebut kurang jelas. Bunyi seperti ini disebut gaung atau kerdam, misalnya ketika kamu mengucapkan fisika.

Bunyi asli                                              : Fi – si – ka

Bunyi pantul                                       : ........Fi.... si..... ka

Bunyi yang terdengar jelas        : Fi .....................ka

Jadi, gaung atau kerdam adalah bunyi pantul yang sebagian terdengar bersama sama dengan bunyi asli sehingga bunyi asli terdengar tidak jelas. Untuk menghindari terjadinya gaung, pada dinding ruangan yang besar harus dilengkapi peredam suara. Peredam suara terbuat dari bahan karet busa, karton tebal, karpet, dan bahan-bahan lain yang bersifat lunak. Biasanya bahan-bahan tersebut sering kita jumpai di gedung bioskop, studio TV atau radio, aula, dan studio rekaman.
c). Gema
Apabila kamu berteriak di lereng gunung atau lapangan terbuka, maka kamu akan mendengar bunyi pantul yang persis sama seperti bunyi asli dan akan terdengar setelah bunyi asli. Hal ini terjadi karena bunyi yang datang ke dinding tebing dan bunyi yang dipantulkannya memerlukan waktu untuk merambat. Jadi, gema adalah bunyi pantul yang terdengar sesudah bunyi asli.

B. Mekanisme Pendengaran Pada Manusia

Proses mendengar pada manusia melalui beberapa tahap. Tahap tersebut diawali dari lubang telinga yang menerima gelombang dari sumber suara. Gelombang suara yang masuk ke dalam lubang telinga akan menggetarkan gendang telinga (yang disebut membran timpani). Getaran membran timpani ditransmisikan melintasi telinga tengah melalui tiga tulang kecil, yang terdiri atas tulang martil, landasan, dan sanggurdi. Telinga tengah dihubungkan ke faring oleh tabung eustachius. Getaran dari tulang sanggurdi ditransmisikan ke telinga dalam melalui membran jendela oval ke koklea. Koklea merupakan suatu tabung yang bergulung seperti rumah siput. Koklea berisi cairan limfa. Getaran dari jendela oval ditransmisikan ke dalam cairan limfa dalam ruangan koklea. Di bagian dalam ruangan koklea terdapat organ korti. Organ korti berisi carian sel-sel rambut yang sangat peka. Inilah reseptor getaran yang sebenarnya. Sel-sel rambut ini akan bergerak ketika ada getaran di dalam koklea, sehingga menstimulasi getaran yang diteruskan oleh saraf auditori ke otak, secara skematis proses mendengar dapat dilihat

pada Gambar 1.8. 

  

  Gambar 1.8 Mekanisme Pendengaran Pada Manusia

Sumber: (Kemendikbud,2015).

Berikut dapat dilihat video proses mendengar pada manusia.

   C. Sistem Sonar 

1. Sistem sonar
Anjing sering menggerakkan telinga ketika melakukan pelacakan atau berburu. Beberapa  mamalia akan menggunakan daun telinga mereka untuk mengarahkan suara ke dalam saluran pendengarannya. Sistem ini disebut sistem sonar yaitu sistem yang digunakan untuk mendeteksi tempat dalam melakukan pergerakan dengan deteksi suara frekuensi tinggi (ultrasonik). Sonar atau Sound Navigation and Ranging merupakan suatu metode penggunaan gelombang ultrasonik untuk menaksir ukuran, bentuk, dan kedalaman benda benda.

Gambar 1.9. Sistem Sonar Pada Kelelawar dan Lumba-Lumba

Sumber: (Dokumen Kemendikbud,2015).

Daun telinga membantu hewan untuk menentukan arah dari mana suara tersebut datang dan akan dapat mendeteksi suara samar.Untuk terbang dan berburu, kelelawar akan memanfaatkan bunyi yang frekuensinya tinggi, kemudian mendengarkan gema yang dihasilkan. Pada saat kelelawar mendengarkan gema, kelelawar tidak dapat mendengar suara lain selain dari yang dipancarkannya sendiri. Lebar frekuensi yang mampu didengar oleh makhluk ini sangat sempit, yang lazimnya menjadi hambatan besar untuk hewan ini karena adanya Efek Doppler. Berdasarkan Efek Doppler, jika sumber bunyi dan penerima suara keduanya tak bergerak (jika dibandingkan dengan benda lain), maka penerima akan menentukan frekuensi yang sama dengan yang dipancarkan oleh sumber suara. Akan tetapi, jika salah satunya bergerak, frekuensi yang diterima akan berbeda dengan yang dipancarkan. Dalam hal ini, frekuensi suara yang dipantulkan dapat jatuh ke wilayah frekuensi yang tidak dapat didengar oleh kelelawar. Dengan demikian, kelelawar tentu akan menghadapi masalah karena tidak dapat mendengar gema suaranya dari lalat yang sedang bergerak. Berdasarkan kenyataan, kelelawar dapat menyesuaikan frekuensi suara yang dikirimkannya terhadap benda bergerak seolah sang kelelawar telah memahami Efek Doppler. Misalnya, kelelawar mengirimkan suara berfrekuensi tertinggi terhadap lalat yang bergerak menjauh sehingga pantulannya tidak hilang dalam wilayah tak terdengar dari rentang suara. Kelelawar akan dapat mendengar dan menentukan posisi dari berbagai benda yang ada di sekitarnya. Sistem ini juga dimiliki oleh lumba-lumba dan paus.

a. Mekanisme Echolokasi pada Kelelawar

Echolokasi merupakan kemampuan kelelawar menangkap pantulan gelombang ultrasonik dari suara kelelawar yang bersentuhan dengan benda diam atau bergerak. Kelelawar pada saat terbang, mengeluarkan suara berfrekuensi tinggi (ultrasonik) yaitu sekitar 50 Khz yang tidak dapat ditangkap telinga manusia. Suara ultrasonik (panggilan sonar) yang dihasilkan oleh kelelawar dikeluarkan dari Laring. Pada kelelawar terdapat membran vokal (suara) yang merupakan perpanjangan halus dari bagian membran lipatan-lipatan suara. Dalam sebuah eksperimen menunjukkan bahwa kehadiran kedua membran vokal pada kelelawar bukan saja dapat menghasilkan suara yang bernada tinggi, tetapi secara bersamaan dapat menghasilkan suara yang lebih keras dan lebih efisien.

Kelelawar dapat memodifikasi sinyal echolocation sesuai dengan yang mereka inginkan. Mereka dapat memodifikasi impuls sesuai dengan lingkungannya, sehingga pada intensitas sedang mereka menggunakan impuls broadband pendek, sedangkan ketika di ruangan terbuka mereka menggunakan impuls dengan durasi panjang dan intensitas yang tinggi. Dalam keadaan terbang Kelelawar dapat menentukan echolocation secara gratis, hal ini dikarenakan ketika terbang inspirasi pernafasan kelelawar terkunci untuk mengepakkan sayap, sehingga yang terjadi hanya peristiwa ekspirasi. Peristiwa ekspirasi yang terjadi langsung di manfaatkan untuk mengeluarkan suara ultra sonik. Denyut ultrasonik yang dipancarkan oleh kelelawar akan dipantulkan apabila terkena mangsanya. Fenomena ini seperti gema dimana bunyi dipantulkan apabila tiba di satu media. Pulsa ini kemudian dianalisis oleh sistem otak kelelawar yang agak kompleks untuk menginterpretasi dan mengetahui posisi mangsanya atau objek lain yang akan diterkam. 

Proses Ekolokasi pada kelelawar dapat lebih jelasnya di amati pada video berikut ini.

1). Sistem Pendengaran Pada Kelelawar

Telinga kelelawar secara umum menyerupai telinga mammalia lainnya dalam bentuk dan fungsi. Namun ada beberapa bentuk adapatasi khusus yang muncul dalam spesies yang berbedaTelinga luar dari kelelawar terdiri dari daun telinga yang lebar dan berbentuk seperti Flap. ukuran daun telinga ini sangat tergantung dengan ukuran kepala setiap organisme. Bagian dasar di dalam daun telinga secara umum terdiri dari gundukan-gundukan berbentuk transversal dan longitudinal yang berperan untuk memberikan dukungan struktur bagi daun telinga(Hill & Smith, 1984).

Komponen lainnya yang terdapat pada telinga luar yaitu tragus sebuah gundukan kecil sedikit memanjang yang terletak di depan saluran telinga berperan penting dalam menangkap suara pantul untuk menetukan suatu objek(Echolocation). Komponen yang kedua yaitu antitragus merupakan bagian flap yang melebar dan berhubungan langsung dengan batas luar dari daun telinga. Antitragus kemungkinan besar berperan dalam mengurangi panas dan kehilangan air terutama ketika sedang beristirahat (bergelantungan dan tidak aktif)Bagian tengah telinga dari kelelawar juga memiliki membran thympani (gendang telinga). Membran thympani pada kelelawar lebih tipis dari pada mammalia lainnya dengan luas area yang sebanding dengan luas telinganya. Luas area membrane thympani berkolerasi dengan suara frekuensi tinggi (50-125KHz). Kelelawar yang mempunyai membran thympani yang lebih kecil mampu mendengar suara frekuensi yang lebih tinggi dari pada lainnya. Terdapat korelasi juga antara mendengar suara frekuensi tinggi dengan massa dari tulang telinga tengah. Semakin tinggi frekuensinya semakin kecil massa dari tulangnya. Pada bagian telinga tengah juga terdapat 2 macam otot yaitu Tensor tympani (yaitu otot yang melekat pada tulang malleus dan berfungsi untuk mengencangkan membran thympani). Otot yang kedua yaitu Stapedius merupakan otot yang melekat pada tulang stapes dan berfungsi untuk mendorong tulang stapes menjauh dari tingkap oval.Otot stapedius digunakan untuk mengontrol sinyal amplitudo yang memasuki koklea dengan mengkontraksikannya 10 mili secon sebelum suara yang lepaskan dan secara bertahap menghilang setelah suara keluar. Kegiatan otot stapedius dapat juga berfungsi sebagai kontrol otomatis untuk sinyal yang memasuki koklea. Kontraksi otot stapedius sangat sensitive terhadapa sinyal yang dipancarkan dan responnya sangat lemah terhadap pantulan suara (gema) dari target terdekat.Jatuhnya energi dari gema sangat tergantung dengan jarak, namun pada kelelawar hal ini dapat di atasi dengan adanya kontrol otomatis oleh otot stapedius, sehingga sinyal echolocation yang masuk ke koklea selalu dalam keadaan tetap (sama).

1). Sistem Pendengaran Lumba-Lumba
Lumba-lumba memiliki indra pendengaran jauh lebih tajam daripada manusia,mereka dapat mendengar dengan frekuensi jauh lebih luas. Manusia mendengar suara dari 20 Hz hingga 20 KHz sedangkan lumba-lumba dapat mendengar 20Hz sampai 150 KHz. Ini berarti lumba-lumba dapat mendengar tujuh kali lebih baik daripada manusia.Suara berfrekuensi tinggi tidak berarti mampu menghantarkan suara jauh di dalam air.Karena ini memiliki panjang gelombang lebih panjang dan energi lebih besar.Suara berfrekuensi lebih rendah mampu menghantarkan lebih jauh.Karenanya lumba-lumba yang sering berkomunikasi dengan suara berfrekuensi rendah mampu berkomunikasi dengan jarak lebih jauh (bahkan ratusan kilometer jauhnya) dibandingkan lumba-lumba yang biasanya berkomunikasi dengan frekuensi tinggi.
Lumba-lumba dapat menghasilkan suara di dalam air maupun di atas air. Lumba-lumba menggunakan kemampuan sonar mereka untuk menghasilkan suara hanya di dalam air. Mereka bisa mengeluarkan suara yang beragam seperti klik, siulan, dan dengkuran. Suara ini digunakan untuk berkomunikasi dengan temannya dan melacak lingkungan sekitar.Suara berasal dari sistem hidungnya. Menurut Dolphin Research Center, ada dua teori yang menjelaskan bagaimana lumba-lumba membuat suara di dalam air.
Teori pertama menyatakan bahwa kantung udara lumba-lumbadianggap sebagai "cerminan akustik", jadi suara yang dihasilkan itu berasal dari bagian kecil jaringan lemak, yang berada dibawah lubang udara. Pergerakan udara terakhir di jaringan ini dapat menciptakan tekanan yang mengirimkan gelombang suara ke dalam laut.
Teori kedua menyatakan bahwa lumba-lumba menggunakan kantung udaranya untuk membuat suara didalam air. Kantung kecil ini berada di bawah lubang udara. Ketika mereka keluar permukaan untuk mengambil napas, mereka mengambil sejumlah udara yang akan masuk ke lubang udara (blow hole) mereka. Udara yang dihirup ini akan mengisi kantung dan menyebabkan tekanan untuk membuat suara, artinya kantung itu berfungsi sebagai resonator. Mereka membuat suara dari pergeseran udara belakang dan depan diantara kantung udaranya. Suara tersebut kemudian disalurkan melalui lemak didalam melon yang nantinya akan dikeluarkan ke dalam air. Untuk mendengar suara di dalam air, mereka menggunakan tulang rahang bawah mereka, dimana nantinya gelombang suara alam dikirimkan ke telinga tengah kemudian dikirimkan ke otak untuk diterjemahkan.

Gambar 1.10 Proses Menghasilkan Suara pada Lumba-Lumba

Sumber: http://1.bp.blogspot.com

a). Organ Pendengaran Lumba-Lumba

Lumba-lumba menggunakan bukaan telinga kecil di kedua sisi kepala mereka untuk mendengarkan gelombang suara.Lubang kecil ini biasa mereka gunakan untuk mendengar ketika mereka tidak berada di dalam air.Untuk mendengar suara di dalam air, mereka menggunakan tulang rahang bawah mereka, dimana nantinya gelombang suara alam dikirimkan ke telinga tengah dan diteruskan ke otak.

Lumba-lumba mempunyai sistem yang memungkinkan untuk berkomunikasi dan menerima rangsangan, yaitu sistem sonar. Sistem ini berguna untuk mengindera benda benda di lautan, mencari makan, dan berkomunikasi. Lumba-lumba bernapas melalui lubang yang ada di atas kepalanya. Tepat di bawah lubang ini, terdapat kantung-kantung kecil berisi udara. Dengan mengalirkan udara melalui kantung-kantung ini, lumba-lumba menghasilkan bunyi dengan frekuensi tinggi. Kantung udara ini berperan sebagai cermin akustik yang memfokuskan bunyi yang dihasilkan gumpalan kecil jaringan lemak yang berada tepat di bawah lubang pernapasan. Kemudian, bunyi ini dipancarkan ke arah sekitarnya secara terputus-putus. Gelombang bunyi lumba-lumba segera memantul kembali bila membentur suatu benda. Pantulan gelombang bunyi tersebut ditangkap di bagian rahang bawahnya yang disebut “jendela akustik”. Dari bagian tersebut, informasi bunyi diteruskan ke telinga bagian tengah, dan akhirnya ke otak untuk diterjemahkan. Pantulan bunyi dari sekelilingnya memberi informasi rinci tentang jarak benda-benda dari mereka, ukuran dan pergerakannya. Dengan cara tersebut, lumba-lumba mengetahui lokasi mangsanya. Lumba-lumba juga mampu saling berkirim pesan walaupun terpisahkan oleh jarak lebih dari 220 km. Lumbalumba berkomunikasi untuk menemukan pasangan dan saling mengingatkan akan bahaya.

Gambar 1.11 Struktur Organ Pendengaran Lumba-Lumba

Sumber:http://2.bp.blogspot.com

b). Ekolokasi Lumba-lumba

Echolocation atau ekolokasi merupakan lacak gaung seperti yang juga dilakukan kelelawar.Lumba-lumba dan paus menggunakan ekolokasi air. Ekolokasi memungkinkan mereka untuk mencari benda-benda bawah air dengan memancarkan gelombang suara. Mereka menghasilkan gelombang suara bernada tinggi atau suara "klik" dari lubang udara (blow hole) yang terletak pada bagian dahi, mereka yang mengirimkan sinyal suara ke dalam air. Ketika suara yang dikeluarkan (emission) tersebut mengenai sebuah objek, maka suara tersebutakan memantul (Echo) dari objek dan lumba-lumba menerimanya dengan bantuan tulang rahang bawahnya. Suara pantulan yang diterima oleh lumba-lumba memberikan informasi mengenai objek (bisa makanan, suatu benda atau musuh) dan jarak dari objek tersebut. ini membantu lumba-lumba menemukan lokasi objek tadi, bahkan mereka bisa menentukan seberapa jauh obyek berada. Objek atau hewan bawah air mengirimkan gema yang berbeda, sehingga lumba-lumba dapat membedakan keduanya.Ekolokasi membantu lumba-lumba tidak hanya menentukan jarak suatu objek tetapi juga tekstur, bentuk dan ukuran objek. Ekolokasi di sini bekerja sangat maksimum karena air merupakan penghantar gelombang suara yang sangat baik, yang dapat mengirimkan suara lima kali lebih cepat dibandingkan di udara.
Proses ekolokasi pada lumba- lumba dapat dilihata pada video dibawah ini.

D. Pemanfaatan Sistem Sonar

Konsep sonar pada saat ekolokasi kelelawar memanfaatkan gelombang ultrasonik. Berikut beberapa pemanfaatan gelombang ultrasonik pada kehidupan manusia.

a). Gelombang Ultrasonik

Gelombang ini  dimanfaatkan untuk mengamati janin bayi dalam kandungan,  yang dikenal dengan ultrasonografi (USG). Alat ini akan memancarkan berkas ultrasonik ke rahim ibu hamil, kemudian melacak perubahan frekuensi bunyi mantul dari jantung yang berdenyut dan darah yang beredar. Pancaran pendek dari ultrasonik akan menghasilkan gambar penampang badan manusia. Denyut yang menabrak janin dan tulang belakang akan terpantul. Komputer menyimpan intensitas setiap denyut dan waktu arah gemanya. Berdasarkan data, komputer akan menghitung kedalaman dan lokasi setiap benda yang menghasilkan gema, lalu menampilkan titik cerah pada monitor.

b).Gelombang ultrasonik 

Bunyi ultrasonik digunakan dalam bidang kedokteran dengan menggunakan teknik pulsa-gema. Pulsa bunyi dengan frekuensi tinggi diarahkan ke tubuh, dan pantulannya dari batas atau pertemuan antara organ-organ dan struktur lainnya dan luka dalam tubuh kemudian dideteksi. Gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi adanya penyakit pada manusia, seperti mendeteksi adanya kista pada ovarium. 

c). Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menentukan kedalaman dasar lautan yang diperoleh dengan cara memancarkan bunyi ke dalam air. Gelombang bunyi akan merambat menurut garis lurus hingga mengenai sebuah penghalang, misalnya dasar laut. Ketika gelombang bunyi itu mengenai penghalang, sebagian gelombang itu akan dipantulkan kembali ke kapal sebagai gema. Waktu yang dibutuhkan gelombang bunyi untuk bergerak turun ke dasar dan kembali ke atas diukur dengan cermat.

d). Menentukan Kedalaman Laut

Gelombang ultrasonik juga digunakan untuk menentukan kedalaman dasar lautan yang  diperoleh dengan cara memancarkan bunyi ke dalam air. Gelombang bunyi akan merambat menurut garis lurus hingga mengenai sebuah penghalang, misalnya dasar laut. Ketika gelombang bunyi itu mengenai penghalang, sebagian gelombang itu akan dipantulkan kembali ke kapal sebagai gema. Waktu yang dibutuhkan gelombang bunyi untuk bergerak turun ke dasar dan kembali ke atas diukur dengan cermat.

Gambar 1.12 Mengukur Kedalaman Laut 

Sumber:1.bp.blogspot.com

Dengan menggunakan data waktu dan cepat rambat bunyi di air laut, orang dapat menghitung jarak kedalaman laut dengan persamaan.

Dengan:

s = kedalaman lautan,

v = kecepatan gelombang ultrasonik, dan

t = waktu tiba gelombang ultrasonik

       Alat pada kapal yang disebut transduser akan mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke dasar laut. Pantulan dari gelombang tersebut akan menimbulkan efek gema (echo) dan akan dipantulkan kembali ke kapal dan ditangkap oleh alat detektor. Sistem kapal selam modern yang dikembangkan manusia saat ini juga meniru sistem yang telah digunakan lumba-lumba sejak jutaan tahun lalu.

berikut dapat ditampilkan video pada penentuan kedalaman laut 

Berikut soal mengenai indera pendengaran dan sistem sonar pada makhluk hidup.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad Lubab Hidayat.2012.Alat Indera Manusia.Diunduh pada http://www.gurukita.com/2012/10/alat-indra-manusia-pendengar-telinga_5.html, tanggal 25 Maret 2016 pukul 10.00 WIB.

Halliday, D. dan Resnick, R.1991.Fisika(Terjemahan). Jakarta: Erlangga.Diunduh pada http://siapbelajar.com/wp-content/uploads/2014/10/Pembelajaran_IPA_SMP_di_LPTK-C.pdf, tanggal 25 Maret 2016 pukul 10.25 WIB.

Nanang Ajim.2016. Diunduh pada http://www.mikirbae.com/2016/01/sistem-sonar-dan-pemanfaatannya.html, tanggal 30 Maret 2016 pukul 11.03 WIB.

 Windia Agustin.2015.Indera Pendengar dan Sistem Sonar Pada Makhluk Hidup. Diunduh pada https://windiagustineipa13.files.wordpress.com/2015/03/bab-9.pdf, Tanggal 24 Maret 2016 pukul 11.04 WIB.