Bioakustik merupakan bidang yang mempelajari hubungan antara bunyi dan makhluk hidup. Bunyi tidak hanya berkaitan dengan kemampuan manusia untuk mendengar, tetapi juga memiliki peran penting dalam kehidupan berbagai organisme, seperti komunikasi antar hewan, pencarian pasangan, pertahanan diri, dan navigasi. Kelelawar dan lumba-lumba, misalnya, memanfaatkan gelombang bunyi untuk mengenali lingkungan melalui ekolokasi. Dengan mempelajari bioakustik, mahasiswa dapat memahami bagaimana konsep fisika tentang gelombang bunyi diterapkan untuk menjelaskan berbagai fenomena biologis yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Bioakustik

Bioakustik adalah ilmu yang mempelajari segala hal yang berhubungan dengan bunyi. Bioakustik berasal dari kata bio dan akustika, bio artinya hidup atau hayat dan akustika berarti kajian getaran dan bunyi. Sedangkan menurut istilah akustika berarti bagian pisis pendengaran yang tercakup dalam suatu bidang. Bioakustik adalah suatu perubahan mekanik terhadap zat gas, zat cair atau zat padat yang sering menimbulkan gelombang bunyi. Gelombang bunyi ini merupakan vibrasi atau getaran molekul-molekul dan saling beradu satu sama lain namun demikian zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang, jadi Bioakustik yaitu ilmu yang mempelajari tentang proses penerimaan pendengaran yang timbul oleh mahluk hidup.

A. Bunyi

Bunyi adalah gelombang mekanik yang dalam perambatannya, arahnya sejajar dengan arah getarnya (gelombang longitudinal). Sifat-sifat bunyi yaitu:

• Merambat membutuhkan medium
• Merupakan gelombang longitudinal
• Dapat dipantulkan
• Mengalami pelenturan (difraksi)
• Mengalami perpaduan (infersi)
• Mengalami pembiasan (refraksi)

Mendeteksi bunyi perlu mengkonversikan gelombang bunyi, bentuk vibrasi sehingga dapat dianalisa frekuensi dan intensitasnya dan diperlukan alat seperti mikrofon dan telinga manusia. Pembagian frekuensi bunyi dibedakan dalam tiga daerah frekuensi yaitu:

I. Infrasonik

Infrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi di bawah 20 Hz, sehingga umumnya tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Meskipun tidak terdengar, gelombang infrasonik dapat merambat dalam jarak yang sangat jauh dan dihasilkan oleh berbagai sumber alami maupun biologis, seperti gempa bumi, letusan gunung berapi, petir, gelombang laut, serta aktivitas beberapa hewan. Dalam Biologi, infrasonik menarik untuk dipelajari karena beberapa hewan, seperti gajah dan paus, diketahui dapat memanfaatkan bunyi berfrekuensi sangat rendah untuk berkomunikasi dalam jarak jauh.

II. Audiosonik

Audiosonik adalah gelombang bunyi yang memiliki frekuensi sekitar 20 Hz hingga 20.000 Hz (20 kHz), yaitu rentang frekuensi yang secara umum dapat didengar oleh telinga manusia normal. Bunyi dalam rentang ini sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari, mulai dari suara manusia, musik, suara hewan, hingga berbagai bunyi dari lingkungan. Tinggi rendahnya nada yang kita dengar berkaitan dengan frekuensi, sedangkan kuat atau lemahnya bunyi berkaitan dengan intensitas dan amplitudo gelombang.

Dalam konteks Biologi dan Bioakustik, audiosonik penting untuk memahami bagaimana organisme menghasilkan, menerima, dan merespons bunyi. Pada manusia, gelombang bunyi ditangkap oleh telinga dan diteruskan melalui beberapa bagian sistem pendengaran hingga menghasilkan persepsi suara di otak. Berbagai hewan juga menggunakan frekuensi audiosonik untuk berkomunikasi, mencari pasangan, memberikan peringatan, mengenali individu, dan merespons lingkungan.

Rentang pendengaran setiap organisme tidak selalu sama. Manusia umumnya memiliki rentang pendengaran sekitar 20 Hz–20 kHz, tetapi kemampuan tersebut dapat berubah sesuai usia dan kondisi sistem pendengaran. Banyak hewan memiliki rentang pendengaran yang berbeda. Perbedaan ini merupakan salah satu contoh bagaimana sistem sensorik organisme dapat beradaptasi dengan kebutuhan dan lingkungan hidupnya.

III. Ultrasonik

Ultrasonik adalah gelombang bunyi dengan frekuensi di atas 20.000 Hz (20 kHz), sehingga umumnya tidak dapat didengar oleh telinga manusia. Meskipun tidak terdengar, gelombang ultrasonik tetap dapat membawa energi dan merambat melalui berbagai medium. Gelombang ini memiliki panjang gelombang yang relatif pendek sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi objek atau menghasilkan gambaran bagian tertentu dari suatu objek. Dalam kehidupan sehari-hari, ultrasonik dimanfaatkan dalam berbagai teknologi, termasuk pemeriksaan medis menggunakan USG (ultrasonografi).

Dalam Biologi dan Bioakustik, ultrasonik memiliki peran penting dalam kehidupan beberapa organisme. Kelelawar, misalnya, menghasilkan dan menerima gelombang ultrasonik untuk melakukan ekolokasi, yaitu menggunakan pantulan bunyi untuk mengetahui keberadaan, jarak, dan posisi objek di sekitarnya. Beberapa jenis hewan lain juga mampu menghasilkan atau mendeteksi frekuensi ultrasonik untuk komunikasi dan interaksi dengan lingkungannya. Fenomena tersebut menunjukkan bahwa kemampuan mendengar organisme sangat beragam dan dapat menjadi bentuk adaptasi terhadap lingkungan hidupnya.

B. Karakteristik Bunyi

unyi memiliki beberapa karakteristik yang membedakannya dari gelombang lainnya. Karakteristik tersebut berkaitan dengan frekuensi, amplitudo, panjang gelombang, cepat rambat, intensitas, dan kualitas bunyi. Frekuensi menunjukkan jumlah getaran per detik dan menentukan tinggi rendahnya nada; semakin besar frekuensi, semakin tinggi nada yang dihasilkan. Amplitudo menunjukkan besar simpangan getaran dan berkaitan dengan kuat atau lemahnya bunyi. Panjang gelombang merupakan jarak antara dua titik yang memiliki fase sama, sedangkan cepat rambat menunjukkan seberapa cepat bunyi bergerak melalui suatu medium.

I. Frekuensi

Frekuensi adalah jumlah getaran yang terjadi dalam satu detik dan dinyatakan dalam satuan Hertz (Hz). Frekuensi merupakan salah satu karakteristik penting gelombang bunyi karena menentukan tinggi rendahnya nada yang diterima oleh pendengaran. Semakin besar frekuensi suatu bunyi, semakin tinggi nada yang terdengar, sedangkan semakin kecil frekuensinya, semakin rendah nada tersebut. Secara matematis, frekuensi berhubungan dengan periode melalui persamaan:

dengan f adalah frekuensi (Hz) dan T adalah periode (s). Frekuensi juga berhubungan dengan panjang gelombang dan cepat rambat bunyi melalui:

C	16,35 Hz	32,70 Hz	65,41 Hz	130,81 Hz	261,63 Hz	523,25 Hz	1046,50 Hz	2093,00 Hz	4186,01 Hz
C#/Db	17,32 Hz	34,65 Hz	69,30 Hz	138,59 Hz	277,18 Hz	554,37 Hz	1108,73 Hz	2217,46 Hz	4434,92 Hz
D	18,35 Hz	36,71 Hz	73,42 Hz	146,83 Hz	293,66 Hz	587,33 Hz	1174,66 Hz	2349,32 Hz	4698,63 Hz
D#/Eb	19,45 Hz	38,89 Hz	77,78 Hz	155,56 Hz	311,13 Hz	622,25 Hz	1244,51 Hz	2489,02 Hz	4978,03 Hz
E	20,60 Hz	41,20 Hz	82,41 Hz	164,81 Hz	329,63 Hz	659,25 Hz	1318,51 Hz	2637,02 Hz	5274,04 Hz
F	21,83 Hz	43,65 Hz	87,31 Hz	174,61 Hz	349,23 Hz	698,46 Hz	1396,91 Hz	2793,83 Hz	5587,65 Hz
F#/Gb	23,12 Hz	46,25 Hz	92,50 Hz	185 Hz	369,99 Hz	739,99 Hz	1479,98 Hz	2959,96 Hz	5919,91 Hz
G	24,50 Hz	49 Hz	98 Hz	196 Hz	392 Hz	783,99 Hz	1567,98 Hz	3135,96 Hz	6271,93 Hz
Mengobrol	25,96 Hz	51,91 Hz	103,83 Hz	207,65 Hz	415,30 Hz	830,61 Hz	1661,22 Hz	3322,44 Hz	6644,88 Hz
A	27,50 Hz	55 Hz	110 Hz	220 Hz	440 Hz	880 Hz	1760 Hz	3520 Hz	7040 Hz
A#/Bb	29,14 Hz	58,27 Hz	116,54 Hz	233,08 Hz	466,16 Hz	932,33 Hz	1864,66 Hz	3729,31 Hz	7458,62 Hz
B	30,87 Hz	61,74 Hz	123,47 Hz	246,94 Hz	493,88 Hz	987,77 Hz	1975,53 Hz	3951,07 Hz	7902,13 Hz

II. Amplitudo

Amplitudo adalah simpangan maksimum partikel medium dari posisi keseimbangannya ketika gelombang bunyi merambat. Amplitudo menunjukkan seberapa besar getaran yang terjadi pada medium. Semakin besar amplitudo, semakin besar energi yang dibawa oleh gelombang bunyi dan umumnya bunyi terdengar semakin kuat atau keras. Sebaliknya, amplitudo yang lebih kecil menghasilkan bunyi yang lebih lemah. Amplitudo dapat dinyatakan dalam satuan panjang, seperti meter (m), sedangkan energi atau intensitas bunyi memiliki satuan yang berbeda.

Dalam konteks Biologi dan Bioakustik, amplitudo berkaitan dengan seberapa kuat suatu organisme menghasilkan atau menerima bunyi. Misalnya, suara panggilan hewan dengan amplitudo yang lebih besar dapat menjangkau organisme lain pada jarak yang lebih jauh, meskipun jangkauan sebenarnya juga dipengaruhi oleh frekuensi, medium, dan kondisi lingkungan. Pada sistem pendengaran manusia, perbedaan amplitudo gelombang bunyi berkontribusi terhadap persepsi keras atau lemahnya suara. Oleh karena itu, amplitudo menjadi salah satu karakteristik penting dalam memahami komunikasi suara dan interaksi organisme dengan lingkungannya.

III. Timbre

Timbre atau warna bunyi adalah karakteristik yang memungkinkan kita membedakan dua bunyi yang memiliki frekuensi dan intensitas yang sama tetapi berasal dari sumber yang berbeda. Timbre dipengaruhi oleh bentuk gelombang dan susunan harmonik yang dihasilkan oleh sumber bunyi. Sebagai contoh, nada dengan frekuensi yang sama yang dihasilkan oleh piano dan gitar tetap terdengar berbeda karena masing-masing menghasilkan kombinasi harmonik yang berbeda. Demikian pula, manusia dapat mengenali suara seseorang meskipun orang tersebut mengucapkan kata atau nada yang sama dengan orang lain.

IV. Cepat Rambat Bunyi

Cepat rambat bunyi adalah kecepatan yang diperlukan gelombang bunyi untuk merambat dari satu tempat ke tempat lain melalui suatu medium. Bunyi merupakan gelombang mekanik sehingga membutuhkan medium untuk merambat, seperti gas, cairan, atau padatan. Cepat rambat bunyi berbeda pada setiap medium karena dipengaruhi oleh sifat elastisitas dan kerapatan medium. Secara umum, bunyi merambat lebih cepat pada zat padat, kemudian zat cair, dan paling lambat pada gas. Pada udara, cepat rambat bunyi juga dipengaruhi oleh temperatur; semakin tinggi temperatur udara, umumnya semakin besar cepat rambat bunyi. Hubungan antara cepat rambat, frekuensi, dan panjang gelombang dinyatakan dengan:

Dalam Biologi dan Bioakustik, konsep cepat rambat bunyi penting untuk memahami bagaimana informasi berupa suara dapat berpindah dari satu organisme ke organisme lainnya. Misalnya, suara yang dihasilkan oleh hewan dapat merambat melalui udara dan diterima oleh individu lain pada jarak tertentu. Pada organisme yang hidup di air, seperti ikan dan mamalia laut, bunyi merambat melalui air dengan karakteristik yang berbeda dibandingkan di udara. Perbedaan medium tersebut memengaruhi bagaimana organisme menghasilkan, menerima, dan memanfaatkan bunyi untuk komunikasi, navigasi, mencari makanan, dan mendeteksi lingkungan.

Dalam Biologi dan Bioakustik, timbre berperan penting dalam kemampuan organisme mengenali sumber suara. Manusia dapat membedakan suara anggota keluarga, teman, atau suara hewan berdasarkan karakteristik bunyinya. Pada hewan, perbedaan timbre dapat membantu mengenali individu, kelompok, pasangan, maupun jenis suara tertentu. Dengan demikian, timbre tidak hanya berkaitan dengan persepsi bunyi, tetapi juga memiliki peran dalam komunikasi, pengenalan individu, dan respons perilaku organisme terhadap lingkungan.

C. Resonansi Bunyi

Resonansi adalah fenomena ketika suatu benda atau sistem bergetar dengan amplitudo yang semakin besar karena mendapatkan gaya periodik dengan frekuensi yang sama atau mendekati frekuensi alaminya. Setiap benda memiliki frekuensi alami tertentu, sehingga ketika menerima getaran pada frekuensi yang sesuai, energi dapat ditransfer secara efektif dan menghasilkan getaran yang lebih kuat. Dalam kehidupan sehari-hari, resonansi dapat ditemukan pada alat musik, seperti gitar dan piano, ketika bagian tertentu dari alat tersebut ikut bergetar dan memperkuat bunyi yang dihasilkan.

Dalam Biologi dan Bioakustik, resonansi berperan dalam menghasilkan dan memperkuat suara pada organisme. Rongga tubuh tertentu, seperti rongga mulut, hidung, dan tenggorokan, dapat bertindak sebagai ruang resonansi yang memengaruhi karakter suara manusia. Resonansi juga membantu menjelaskan mengapa suara setiap individu memiliki karakter yang berbeda. Pada beberapa hewan, struktur tubuh tertentu dapat berfungsi sebagai ruang resonansi untuk memperkuat suara komunikasi. Dengan demikian, resonansi menjadi salah satu konsep penting untuk memahami hubungan antara karakteristik fisik bunyi dan proses komunikasi pada makhluk hidup.