Helikopter : Capung

Sayap capung tidak dapat dilipat pada tubuhnya. Selain itu, cara otot terbang digunakan ketika sayap bergerak, berbeda dengan kebanyakan serangga lainnya. Karena sifat ini, para evolusionis menyatakan bahwa capung adalah "serangga terbelakang."

Padahal sebaliknya, sistem terbang makhluk yang disebut "serangga terbelakang" ini tidak lain adalah keajaiban perancangan. Pembuat helikopter terbaik dunia, Sikorsky, menuntaskan perancangan satu dari helikopter mereka dengan menjadikan capung sebagai model. 6IBM, mitra Sikorsky dalam proyek ini memulai dengan menempatkan suatu model capung ke dalam komputer (IBM 3081). Dua ribu jenis penggambaran khusus dilakukan di komputer dalam hal manuver (gerakan jungkir balik) capung di udara. Jadi, model helikopter Sikorsky yang ditujukan untuk pengangkutan tentara dan persenjataan telah dibuat berdasarkan contoh yang berasal dari capung.

Fotografer alam Gilles Martin sedang mengamati capung

illes Martin, seorang fotografer alam, telah melakukan pengamatan 2 tahun untuk meneliti capung, dan dia juga menyimpulkan bahwa makhluk ini memiliki cara terbang yang sangat rumit.

Tubuh capung menyerupai bentuk pilin yang terbungkus logam. Dua sayapnya saling silang pada badannya yang menampakkan bias warna dari biru muda hingga merah marun. Karena bentuk begini, capung dilengkapi dengan kemampuan manuver yang luar biasa. Tak peduli pada kecepatan atau arah bagaimana pun ia telah bergerak, capung dapat mendadak berhenti dan mulai terbang kembali dengan arah berlawanan. Atau, capung dapat tetap diam di udara untuk berburu. Pada kedudukan seperti itu, ia dapat bergerak dengan sangat cepat menuju mangsanya. Ia dapat mempercepat gerakannya hingga kecepatan yang sangat mengejutkan untuk seekor serangga: 25 mil per jam (40 kilometer/jam), yang dapat disejajarkan dengan seorang atlet lari 100 meter di Olimpiade dengan kecepatan 24,4 mil per jam (39 kilometer/jam).

Pada kecepatan ini, capung bertabrakan dengan mangsanya. Guncangan tabrakan ini sangat kuat. Namun, ketahanan capung sangat lentur sekaligus tahan terhadap benturan. Bentuk yang lentur dari tubuhnya meredam guncangan benturan. Sebaliknya, hal yang sama tidak akan terjadi pada mangsanya. Mangsa capung akan kehilangan kesadaran atau bahkan mati karena benturan itu.

Menyusul benturan ini, kaki belakang capung berperan sebagai senjatanya yang paling mematikan. Kaki menjulur ke depan dan menangkap mangsa yang kaget, kemudian dengan tangkas dicabik-cabik dan dimakan dengan rahangnya yang kuat.

Helikopter Sikorsky dirancang dengan meniru rancangan sempurna dan kemampuan manuver dari seekor capung.

Penglihatan capung sama mengesankannya dengan kemampuannya menunjukkan manuver mendadak pada kecepatan tinggi. Mata capung diakui sebagai contoh terbaik di antara semua serangga. Capung memiliki sepasang mata, tiap matanya memiliki sekitar 30 ribu lensa berbeda. Dua mata nyaris bulat, masing-masing hampir separuh ukuran kepalanya, memberi serangga ini wilayah pandang yang sangat luas. Karena mata-mata ini, capung hampir selalu dapat mengetahui keadaan di belakangnya.

Karena itu, capung merupakan gabungan sistem-sistem, yang masing-masingnya memiliki bentuk tersendiri dan sempurna. Tidak berjalannya salah satu saja dari sistem-sistem ini akan merusak sistem yang lainnya juga. Walaupun begitu, seluruh sistem ini diciptakan tanpa cacat, sehingga makhluk ini tetap bertahan.

Sayap Capung

Bagian tubuh yang paling penting dari capung adalah sayapnya. Akan tetapi, tidaklah mungkin menggunakan model evolusi perkembangan untuk menjelaskan cara terbang yang memungkinkan penggunaan sayap ini. Pertama, teori evolusi tidak punya penjelasan tentang masalah asal mula sayap, karena sayap hanya dapat bekerja jika berkembang bersama sekaligus agar dapat bekerja dengan benar.

Mari kita menganggap, untuk sementara, bahwa gen seekor serangga di tanah mengalami mutasi dan beberapa bagian dari jaringan kulit pada tubuhnya menunjukkan perubahan yang tidak pasti. Sangat tidak masuk akal bila menganggap bahwa mutasi lainnya di puncak perubahan ini bisa "secara kebetulan" menjadi sayap. Lebih dari itu, mutasi pada tubuhnya pun tidak akan menghasilkan sayap secara utuh bagi serangga ini atau pun menjadikannya lebih sempurna, malah akan menurunkan daya geraknya. Akibatnya, serangga perlu membawa beban lebih berat, yang tidak memberikan tujuan apa pun yang jelas. Ini akan membuat serangga ini berada pada keadaan yang tidak menguntungkan di hadapan musuhnya. Bahkan, menurut dasar teori evolusi, seleksi alam akan menimpa serangga cacat tersebut dan keturunannya pun punah.

Mata capung dianggap sebagai bentuk mata serangga paling rumit di dunia. Setiap mata memuat sekitar tiga puluh ribu lensa. Mata ini menempati sekitar separuh dari daerah kepala dan memberi sang serangga wilayah penglihatan yang lebar sehingga ia hampir selalu dapat mengetahui apa yang ada di belakangnya. Sayap capung merupakan suatu rancangan yang rumit sehingga menyebabkan segala pendapat tentang adanya ketidaksengajaan sebagai asal-usulnya menjadi tidak masuk akal. Selaput sayapnya yang aerodinamik dan setiap pori pada selaput tersebut adalah akibat langsung dari perencanaan dan penghitungan

Padahal, mutasi sangat jarang terjadi. Mutasi selalu merugikan makhluk hidup, mengakibatkan penyakit mematikan dalam banyak kejadian. Itulah mengapa mustahil suatu mutasi kecil dapat menyebabkan beberapa pembentukan pada tubuh capung untuk berevolusi menjadi suatu gerakan terbang. Setelah semua ini, mari kita tanyakan pada diri sendiri: meskipun kita beranggapan, jika hal-hal lain tak berpengaruh, bahwa jalan cerita yang ditawarkan para evolusionis mungkin saja terjadi, mengapa fosil-fosil "capung terbelakang" yang mendukung jalan cerita ini tidak ada?

Zat kitin yang menyelubungi tubuh serangga cukup kuat bertindak sebagai rangka, yang pada serangga ini, terbentuk dengan warna  yang amat menarik perhatian.

Tidak ada perbedaan antara fosil capung tertua dengan capung di masa sekarang. Tidak ditemukan sisa-sisa "separuh capung" atau seekor "capung dengan sayap yang baru muncul" yang mendahului fosil tertua tersebut.

Layaknya bentuk kehidupan lainnya, capung juga muncul sekaligus dan tidak mengalami perubahan hingga saat ini. Dengan kata lain, capung memang diciptakan oleh Allah dan tidak pernah "berevolusi."

Kerangka serangga terbentuk dari zat yang kokoh dan melindunginya, yang disebut kitin. Zat ini diciptakan dengan kekuatan yang cukup untuk membentuk rangka luar. Bahan ini juga cukup lentur untuk digerakkan oleh otot-otot yang digunakan untuk terbang. Sayap-sayap tersebut dapat bergerak maju mundur atau pun atas bawah. Gerak sayap ini didukung oleh suatu bentuk persendian yang rumit. Capung memiliki dua pasang sayap, sepasang di bagian depan pasangan lainnya. Sayap-sayap tersebut bergerak secara berlawanan, yakni, ketika dua sayap di depan terangkat, maka kedua sayap belakangnya bergerak turun. Dua kelompok otot yang berlawanan menggerakkan sayap-sayap tersebut. Otot-otot tersebut terikat pada tuas di dalam tubuh. Ketika satu kelompok otot menarik sepasang sayap dengan mengerut, kelompok otot yang lain membuka sepasang sayap lainnya dengan serta merta. Helikopter naik dan turun dengan cara yang serupa. Hal ini memungkinkan capung untuk diam di udara, bergerak mundur atau seketika mengubah arah.

Gambar di atas menunjukkan pergerakan sayap capung ketika terbang. Sayap depan ditandai dengan bintik merah. Pengamatan lebih dekat memperlihatkan bahwa pasangan sayap depan dan belakang dikepakkan dengan irama yang berbeda, yang memberi sang serangga cara terbang yang luar biasa. Gerakan sayap tersebut dimungkinkan oleh otot-otot khusus yang bekerja dengan selaras.

Sistem Di Balik Gaya Dorong

encarsia

Tidak cukup hanya mengepakkan sayap naik turun untuk menjaga kelancaran terbang. Sayap harus mengubah sudut-sudut selama tiap kepakan untuk menghasilkan gaya dorong serta mengangkat tubuhnya. Sayap memiliki kelenturan tertentu untuk berputar tergantung pada jenis serangganya. Otot terbang utama, yang juga menghasilkan tenaga yang diperlukan untuk terbang, mendukung kelenturan ini

Sebagai contoh, untuk terbang lebih tinggi, otot-otot antara sambungan sayap mengerut lebih jauh untuk meningkatkan sudut sayap. Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan teknik film berkecepatan tinggi mengungkapkan bahwa sayap meninggalkan jejak bulat lonjong ketika terbang. Dengan kata lain, lalat tidak hanya menggerakkan sayapnya naik dan turun, namun juga menggerakkannya dalam gerak melingkar seperti mendayung perahu di air. Gerakan ini dimungkinkan oleh otot-otot utama tadi.

Permasalahan terbesar yang dihadapi jenis serangga dengan tubuh kecil adalah ketidakmampuan mencapai keadaan yang diperlukan ini. Udara bergerak seolah menghambat sayap serangga-serangga kecil ini dan sangat mengurangi efisiensi sayap.

Lalat debu memerlukan banyak energi untuk mempertahankan 1000 kepakan per detik. Energi ini diperoleh dari zat makanan kaya karbohidrat yang mereka kumpulkan dari bunga. Karena garis-garis kuning dan hitamnya serta kemiripan mereka dengan lebah, lalat ini berhasil menghindar dari perhatian banyak penyerang.

Karena itulah, beberapa serangga yang ukuran sayapnya tidak lebih dari satu milimeter, harus mengepakkan sayapnya 1000 kali per detik untuk mengatasi ketidakmampuannya itu.

Para peneliti berpendapat bahwa bahkan kecepatan ini saja tidak cukup untuk mengangkat serangga, sehingga mereka menggunakan sistem lainnya juga.

Sebagai contoh, beberapa jenis hewan pengganggu kecil, Encarsia, menggunakan cara yang disebut "tepuk dan buka." Dengan cara ini, sayap-sayap tersebut ditepuk sekaligus di puncak tekanan dan kemudian dibuka lagi. Sudut depan sayap, tempat pembuluh darah keras berada, mula-mula memisah, yang memungkinkan aliran udara menuju wilayah bertekanan udara di tengahnya. Aliran ini menghasilkan pusaran yang membantu mendapatkan gaya angkat sayap yang bertepuk.

Seekor lalat 100 miliar kali lebih kecil dibandingkan dengan pesawat. Namun demikian, ia dilengkapi dengan peralatan rumit yang berfungsi seperti giroskop dan penyejajar cakrawala, yang amat penting bagi penerbangan. Kemampuan gerak manuver dan teknik terbangnya, di lain pihak, jauh di atas kemampuan pesawat.

Ada sistem khusus lain yang diciptakan bagi serangga untuk mempertahankan posisi yang mantap di udara. Beberapa lalat hanya memiliki sepasang sayap dan alat tubuh berbentuk melingkar di punggungnya yang disebut halter (penyeimbang). Halter ini berdenyut seperti sayap pada umumnya selama terbang namun tidak menghasilkan daya angkat apa pun sebagaimana yang dihasilkan oleh sayap. Halter bergerak ketika arah terbang berubah, dan mencegah serangga kehilangan arah. Sistem ini menyerupai penggunaan giroskop yang digunakan untuk memandu arah penerbangan saat ini.

Banyak serangga yang dapat melipat sayapnya. Sayap dapat dengan mudah dilipat dengan bantuan lempeng kitin pendukung pada pangkalnya. Angkatan Udara Amerika telah memproduksi pesawat penyusup E6B dengan sayap yang dapat dilipat setelah terilhami oleh contoh ini. Sementara lebah dan lalat dapat melipat seluruh sayapnya ke badannya, E6B hanya mampu melipat separuh sayapnya ke atas separuh bagian yang lain.

Gambar di atas memperlihatkan kemampuan manuver dari tiga pesawat yang dianggap terbaik dalam kelompoknya. Namun, lalat dan lebah mampu secara tiba-tiba mengubah arah ke segala penjuru tanpa mengurangi kecepatan. Contoh ini dengan jelas menunjukkan betapa lemahnya teknologi pesawat jet dibandingkan dengan lalat dan lebah.

Gambar ini, yang menunjukkan jalan yang dilalui oleh seekor lebah yang ditempatkan di dalam kotak kaca, memperlihatkan bagaimana lebah itu berhasil terbang ke segala arah termasuk naik, turun, dan dalam mendarat serta lepas landas.

sumber :http://hyahya.org/indo/buku/rancangan01.htm

Makhluk-makhluk Bercahaya

Thomas Edison adalah seorang ilmuwan terbesar di dunia. Sekitar seratus dua puluh tahun telah berlalu sejak ia menemukan bola lampu. Dalam masa ini, bola lampu telah menjadi bagian penting kehidupan manusia. Kini, jutaan bola lampu mungil bersama-sama menerangi kota-kota besar di seluruh dunia.

Penerangan menjadi suatu simbul penting bagi peradaban ini. Namun, ada sumber penerangan lain. Kita tentunya pernah menjumpai cahaya kecil yang menerangi kegelapan malam hari. Cahayanya begitu kuat dan terang, namun sumber penerangan ini sangatlah berbeda dengan bola lampu. Bahkan ia sama sekali bukanlah benda, melainkan makhluk hidup. Ia adalah seekor kunang-kunang. Makhluk kecil ini menghasilkan cahaya dalam tubuhnya meski ia tidak memiliki bola lampu. Meskipun tidak menggunakan listrik, ia memiliki teknologi yang jauh lebih hebat. Teknologi ini lebih efektif dari bola lampu yang mampu merubah sepuluh persen saja dari energinya menjadi cahaya, sedangkan sembilan puluh persen sisanya berubah dan hilang menjadi panas.

Sebaliknya, kunang-kunang mampu menghasilkan hampir seratus persen cahaya dari energi yang ada. Ini dikarenakan disain sempurna pada sistem penghasil cahaya yang dimilikinya. Tubuhnya berisi zat kimia khusus bernama lusiferin, dan enzim yang disebut lusiferase. Untuk menghasilkan cahaya, dua zat kimia ini bercampur, dan percampuran ini menghasilkan energi dalam bentuk cahaya. Molekul kompleks ini telah didisain secara khusus untuk memancarkan cahaya. Penempatan setiap atom yang membentuk molekul tersebut telah ditentukan sesuai dengan tujuan ini. Tidak ada keraguan bahwa disain biokimia ini bukanlah sebuah kebetulan. Ia sengaja diciptakan secara khusus. Sebagaimana Allah telah  memberi semua makhluk hidup ciri mereka masing-masing, Dia juga telah mengajarkan kunang-kunang cara membuat cahaya.

Tapi, untuk apakah kunang-kunang membuat cahaya melalui teknologi yang sedemikian maju. Untuk menemukan jawaban atas pertanyaan ini, kita harus mengamati lebih dekat sekawanan kunang-kunang. Sekelompok kunang-kunang dalam jumlah besar, hingga ratusan ribu, di malam hari memunculkan pemandangan yang membuat kita seolah sedang berjalan di bawah bintang-bintang.

Cahaya ini sangatlah penting bagi kunang-kunang sebagai alat komunikasi. Sepanjang sejarah, manusia telah menggunakan berbagai sarana untuk berkomunikasi. Salah satunya adalah sandi morse, yang terdiri atas kombinasi sinyal panjang dan pendek, dan dipakai pada telegram. Kunang-kunang menggunakan sinyal cahaya untuk berkomunikasi, cara yang menyerupai sandi morse.

Kunang-kunang jantan menyalakan dan memadamkan cahayanya untuk mengirim pesan kepada sang betina. Pesan ini berisi kode tertentu. Dan kunang-kunang betina menggunakan kode yang sama untuk mengirim pesan balasan kepada sang jantan. Sebagai hasil dari pesan timbal-balik ini, sang jantan dan betina mendekat satu sama lain.

Sejak saat ia dilahirkan, tiap kunang-kunang mengetahui bagaimana berkirim pesan dengan cara ini, dan bagaimana memahami pesan yang dikirim oleh yang lain. Singkatnya, masing-masing dari ribuan kunang-kunang yang kita lihat bersama di kegelapan malam adalah sebuah keajaiban penciptaan. Pencipta sistem yang luar biasa ini adalah Allah, Pencipta semua makhluk hidup.

Selama beberapa malam di Segitiga Bermuda, pertunjukan cahaya tengah berlangsung. Beberapa saat setelah matahari tenggelam, cahaya yang mempesona muncul di permukaan laut. Cahaya ini berasal dari cacing laut betina yang sedang berada di permukaan. Sang betina mencampurkan dua cairan kimia yang ia hasilkan dalam tubuhnya. Makhluk ini tahu bagaimana menggunakan bahan-bahan kimia untuk memproduksi cahaya dengan cara yang menakjubkan. Hasil akhirnya adalah sebuah pertunjukan cahaya yang mengagumkan. Cacing betina melakukan ini untuk menarik perhatian sang jantan. Makhluk yang sedang mendekat dengan cahaya kecilnya yang terang adalah cacing laut jantan. Sepuluh menit kemudian, permukaan laut telah tertutupi oleh ratusan betina yang memancarkan cahaya terang. Jika bulan keluar dari balik awan dan menerangi permukaan laut, mereka kembali ke kedalaman lautan. Dua puluh menit kemudian pertunjukan ini berakhir.

Jika kita ingin menyaksikan tempat sesungguhnya, di mana binatang menggunakan cahaya untuk berkomunikasi, maka kita harus pergi ke tempat paling gelap di bumi, yaitu dasar lautan. Kapal selam ini didisain khusus untuk dapat menyelam hingga kedalaman enam ratus meter. Sinar matahari tidak dapat menembus kedalaman di bawah dua ratus meter. Di sinilah tempat paling gelap di bumi. Tekanannya dua puluh kali lebih tinggi dibandingkan di permukaan laut. Anda mungkin berpikir bahwa tak ada yang mampu hidup dalam kondisi ini. Namun sebuah pemandangan menakjubkan muncul ketika terlihat suatu sinyal cahaya dari luar kapal selam. Tiba-tiba muncul cahaya dari kegelapan dasar lautan, dengan kata lain terdapat makhluk-makhluk hidup yang menjawab cahaya dengan cahaya, dan berkomunikasi dengan cara memancarkan cahaya dalam kegelapan ini. Dengan melihat makhluk ini dari dekat, anda akan melihat keagungan ciptaan Allah.

Di dasar lautan terdapat makhluk mengagumkan yang memancarkan cahaya merah. Ia adalah seekor ubur-ubur. Pertunjukan cahaya dari spesies lain yang berada di bagian lebih atas menyerupai pertunjukan karya seni. Pertunjukan ini dapat dinikmati sepenuhnya setelah lampu kapal selam dimatikan. Pemandangan yang muncul adalah beragam makhluk mempesona yang bersinar dengan cahaya yang dihasilkannya sendiri. Terdapat sejenis makhluk laut yang berenang-renang sambil memancarkan cahaya tanpa seorang pun tahu apa fungsi cahaya ini.

Di antara makhluk bercahaya di dasar lautan adalah ubur-ubur, yang memiliki tubuh lunak dan lembut. Tak satu pun dari mereka memiliki akal atau kecerdasaan. Tidak juga mereka tahu bagaimana cahaya dalam tubuh mereka terbentuk. Sungguh tidak rasional untuk berpikir bahwa makhluk yang demikian kompleks dengan sistemnya yang rumit muncul secara kebetulan. Tak ada keraguan bahwa makhluk ini sengaja diciptakan dengan disain khusus. Oleh karenanya, pertunjukan cahaya ini, yang datang dari ratusan meter di bawah permukaan laut, sebenarnya mengungkapkan kepada kita akan kekuasaan Allah. Dia menciptakannya secara khusus. Segala sesuatu di darat dan di laut adalah kepunyaan-Nya. Dan Dia memiliki ilmu dan pengetahuan yang tak terbatas. Dalam sebuah ayat dinyatakan:

“Dialah Allah Yang Menciptakan, Yang Mengadakan, Yang Membentuk Rupa, Yang Mempunyai Nama-nama Yang Paling Baik. Bertasbih kepada-Nya apa yang ada di langit dan dibumi dan Dialah yang Maha Perkasa lagi Maha Bijaksana.” (QS. Al-Hasyr, 59:24)

sumber :http://ervakurniawan.wordpress.com/category/kumpulan-artikel-pengetahuan/

Biofisika Pendengaran Pada Manusia

BAB I
PENDAHULUAN

Proses produksi suara pada manusia dapat dibagi menjadi tiga buah proses fisiologis, yaitu : Pembentukan aliran udara dari paru-paru, Perubahan aliran udara dari paru-paru menjadi suara ( baik voiced maupun unvoiced yang dikenal dengan istilah phonation, dan artikulasi yaitu proses modulasi/pengaturan suara menjadi bunyi yang spesifik.

Organ tubuh yang terlibat pada proses produksi suara adalah : paru-paru, tenggorokan (trachea), laring (larynx), faring (pharynx), pita suara (vocal cord), rongga mulut (oral cavity), rongga hidung (nasal cavity), lidah (tongue), dan bibir (lips).

Pada sistem pengenalan suara oleh manusia terdapat tiga organ penting yang saling berhubungan yaitu : telinga yang berperan sebagai transduser dengan menerima sinyal masukan suara dan mengubahnya menjadi sinyal syaraf, jaringan syaraf yang berfungsi mentransmisikan sinyal ke otak, dan otak yang akan mengklasifikasi dan mengidentifikasi informasi yang terkandung dalam sinyal masukan.

BAB II 

( ISI )

( BUNYI DAN PENDENGARAN PADA MANUSIA )

A. PROSES PRODUKSI SUARA MANUSIA

Proses produksi suara pada manusia dapat dibagi menjadi tiga buah proses fisiologis, yaitu : Pembentukan aliran udara dari paru-paru, Perubahan aliran udara dari paru-paru menjadi suara ( baik voiced maupun unvoiced yang dikenal dengan istilah phonation, dan artikulasi yaitu proses modulasi/pengaturan suara menjadi bunyi yang spesifik. Organ tubuh yang terlibat pada proses produksi suara adalah : paru-paru, tenggorokan (trachea), laring (larynx), faring (pharynx), pita suara (vocal cord), rongga mulut (oral cavity), rongga hidung (nasal cavity), lidah (tongue), dan bibir (lips). Organ tubuh ini dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian utama, yaitu : vocal tract (berawal di awal bukaan pita suara atau glottis, dan berakhir di bibir), nasal tract (dari velum sampai nostril), dan source generator (terdiri dari paru-paru, tenggorokan, dan larynx). Ukuran vocal tract bervariasi untuk setiap individu, namun untuk laki-laki dewasa rata-rata panjangnya sekitar 17 cm. Luas dari vocal tract juga bervariasi antara 0 (ketika seluruhnya tertutup) hingga sekitar 20 cm2. Ketika velum, organ yang memiliki fungsi sebagai pintu penghubung antara vocal tract dengan nasal tract, terbuka, maka secara akustik nasal tract akan bergandengan dengan vocal tract untuk menghasilkan suara nasal.Aliran udara yang dihasilkan dorongan otot paru-paru bersifat konstan. Ketika pita suara dalam keadaan berkontraksi, aliran udara yang lewat membuatnya bergetar. Aliran udara tersebut dipotong-potong oleh gerakan pita suara menjadi sinyal pulsa yang bersifat quasi-periodik. Sinyal pulsa tersebut kemudian mengalami modulasi frekuensi ketika melewati pharynx, rongga mulut ataupun pada rongga hidung. Sinyal suara yang dihasilkan pada proses ini dinamakan sinyal voiced. Namun, apabila pita suara dalam keadaan relaksasi, maka aliran udara akan berusaha melewati celah sempit pada permulaan vocal tract sehingga alirannya menjadi turbulen, proses ini akan menghasilkan sinyal unvoiced. Ketika sumber suara melalui vocal tract, kandungan frekuensinya mengalami modulasi sehingga terjadi resonansi pada vocal tract yang disebut formants. Apabila sinyal suara yang dihasilkan adalah sinyal voiced, terutama vokal, maka pada selang waktu yang singkat bentuk vocal tract relative konstan (berubah secara lambat) sehingga bentuk vocal tract dapat diperkirakan dari bentuk spektral sinyal voiced.

Aliran udara yang melewati pita suara dapat dibedakan menjadi phonation, bisikan, frication, kompresi, vibrasi ataupun kombinasi diantaranya. Phonated excitation terjadi bila aliran udara dimodulasi oleh pita suara. Whispered excitation dihasilkan oleh aliran udara yang bergerak cepat masuk ke dalam lorong bukaan segitiga kecil antara arytenoids cartilage di belakang pita suara yang hampir tertutup. Frication excitation dihasilkan oleh desakan di vocal tract. Compression excitation dihasilkan akibat pelepasan udara melalui vocal tract yang tertutup dengan tekanan tinggi. Vibration excitation disebabkan oleh udara yang dipaksa memasuki rusang selain pita suara, khususnya lidah. Suara yang dihasilkan oleh Phonated excitation disebut voiced. Suara yang dihasilkan oleh Phonated excitation ditambah frication disebut mixed voiced, sedangkan yang dihasilkan oleh selain itu disebut unvoiced. Karakteristik suara tiap individu bersifat unik karena terdapat perbedaan dalam hal panjang maupun bentuk vocal tract.

B. PENGENALAN SUARA PADA MANUSIA

Pada sistem pengenalan suara oleh manusia terdapat tiga organ penting yang saling berhubungan yaitu : telinga yang berperan sebagai transduser dengan menerima sinyal masukan suara dan mengubahnya menjadi sinyal syaraf, jaringan syaraf yang berfungsi mentransmisikan sinyal ke otak, dan otak yang akan mengklasifikasi dan mengidentifikasi informasi yang terkandung dalam sinyal masukan.

 Karakteristik Telinga

Telinga terbagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian luar, tengah, dan dalam. Pinna, sebagai bagian luar telinga berfungsi sebagai corong, untuk mengumpulkan sinyal suara menuju auditory canal sehingga dapat memberikan kesan arah sinyal suara yang diterima.

Auditory canal adalah struktur berbentuk pipa lurus sepanjang 2,7 cm dengan diameter sekitar 0,7 cm yang pada bagian ujungnya terdapat selaput membrane yaitu gendang telinga. Membran ini merupakan pintu masuk telinga bagian tengah, yaitu ruangan berisi udara dengan volume sebesar 2 cm3, yang terdiri dari tiga buah tulang, yaitu malleus (martil), incus (landasan), dan stapes (sanggurdi). Bagian ini terhubung dengan tenggorokan melalui Eustachian tube. Getaran pada gendang telinga ditransmisikan ke malleus melalui incus, dan stapes, yaitu membentuk oval window.

Telinga bagian dalam (labyrinth) memiliki tiga bagian, yaitu vestibule (ruang pintu masuk), semicular canal, dan cochlea. Vestibule terhubung dengan telinga bagian tengah melalui dua jalur, yaitu oval window, dan round window. Keduanya tertutup untuk mencegah keluarnya cairan yang mengisi telinga telinga bagian dalam. Pada cochlea, yang berstruktur seperti rumah siput, terdapat syaraf pendengaran. Syaraf ini memanjang sampai ke basilar membrane. Pada bagian atas basilar membrane terdapat organ of corty yang memiliki empat baris sel rambut (sekitar 3 x 104 sel seluruhnya).

 Proses pendengaran

Proses pendengaran pada telinga manusia dijelaskan sebagai berikut :

1. Sinyal suara memasuki saluran telinga dan variasi tekanan yang dihasilkannya menekan gendang telinga. Karena sisi bagian dalam dari gendang telinga mempunyai tekanan yang nilainya dijaga konstan maka gendang telinga akan bergetar. 

2. Getaran dari gendang telinga disalurkan pada tiga rangkaian tulang yaitu; martil, incus dan stapes. Mekanisme ini dirancang untuk mengkopel variasi suara dari udara luar ke telinga bagian dalam. Karena luas permukaan penampang yang ditekan stapes lebih kecil dari luas penampang gendang telinga maka tekanan suara yang sampai ke telinga bagaian dalam bertambah besar. 

3. Cairan pada cochlea bergetar dengan frekuensi yang sama dengan gelombang yang datang. Basilar membrane kemudian memisahkan sinyal berdasarkan frekuensinya. Basilar membrane berstruktur kuat dan panjang di daerah sekitar oval window namun bersifat lentur pada bagian ujungnya. Frekuensi resonansi yang dihasilkan membrane tersebut berbeda sepanjang dimensi basilar membrane. Dimana resonansi frekuensi tinggi terjadi pada bagian bagian basilar membrane yang berada dekat dengan oval window, sedangkan resonansi frekuensi rendah terjadi pada daerah ujung lainnya. Syaraf yang berada pada mambran kemudian mendeteksi posisi terjadinya resonansi yang juga akan menentukan frekuensi suara yang datang. Ukuran dari basilar membrane rata-rata sekitar 35 mm. Dari ukuran panjang tersebut dapat dihasilkan 10 resolusi frekuensi, sehingga pada setiap 3.5 mm panjang membran terdapat 1 oktaf frekuensi resonansi. 

 Sinyal Suara Ucapan

Sinyal suara ucapan manusia dapat dipandang sebagai sinyal yang berubah lambat terhadap waktu (slowly time varying signal), jika diamati pada selang waktu yang singkat yaitu 5-100 ms. Pada selang waktu tersebut, katakteristik sinyal suara ucapan dapat dianggap stasioner. Untuk selang waktu yang lebih panjang (dengan orde 0.2 detik atau lebih), karakteristik sinyal berubah untuk merefleksikan suara berbeda yang diucapkan.

 Klasifikasi berdasarkan sinyal eksitasi

Berdasarkan sinyal eksitasi yang dihasilkan pada proses produksi suara, sinyal suara ucapan dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu silence, unvoiced, dan voiced:

1. Sinyal silence : sinyal pada saat tidak terjadi proses produksi suara ucapan, dan sinyal yang diterima oleh pendengar dianggap sebagai bising latar belakang.

2. Sinyal unvoiced : terjadi pada saat pita suara tidak bergetar, dimana sinyal eksitasi berupa sinyal random.

3. Sinyal voiced : terjadi jika pita suara bergetar, yaitu pada saat sinyal eksitasi berupa sinyal pulsa kuasi-periodik. Selama terjadinya sinyal voiced ini, pita suara bergetar pada frekuensi fundamental – inilah yang dikenal sebagai pitch dari suara tersebut.

 Analisis Sinyal Ucapan

Informasi yang terdapat di dalam sebuah sinyal ucapan dapat dianalisis dengan berbagi cara. Beberapa peneliti telah membagi beberapa level pendekatan untuk menggambarkan informasi tersebut, yaitu level akustik, fonetik, fonologi, morfologi, sintatik, dan semantik.

1. Level Akustik

Sinyal ucapan merupakan variasi tekanan udara yang dihasilkan oleh sistem artikulasi. Untuk menganalisa aspek-aspek akustik dari sebuah sinyal ucapan, dapat dilakukan dengan transformasi dari bentuk sinyal ucapan menjadi sinyal listrik dengan menggunakan tranduser seperti microphone, telepon, dan sebagainya. Setelah melalui berbagai pengolahan sinyal digital, maka akan di peroleh informasi yang menunjukkan sifat-sifat akustik dari sinyal ucapan tersebut yang meliputi: frekuensi fundamental (F0), intensitas, dan distribusi energi spektral.

2. Level Fonetik

Level ini menggambarkan bagaimana suatu sinyal suara diproduksi oleh organ-organ di dalam tubuh manusia.

3. Level Fonologi

Di dalam level ini, dikenal istilah fonem yang merupakan unit terkecil yang membentuk sebuah kalimat atau ucapan. Deskripsi ini memuat informasi durasi, intensitas, dan pitch dari fonem-fonem yang membangun kalimat tersebut.

4. Level Morfologi 

Susunan beberapa fonem akan menghasilkan kata. Morfologi menggambarkan berbagai bentukan kata yang terdiri atas awalan (prefiks), sisipan (infiks), dan akhiran (sufiks).

5. Level Sintatik 

Aspek sintatik berfungsi untuk mengatur susunan kata agar membentuk kalimat yang benar.

6. Level Semantik 

Sebuah kalimat bisa jadi tidak mengandung makna sama sekali sehingga seringkali harus dibuat aturan dasar dalam menyusun kalimat yang bisa menghasilkan makna tertentu. Tujuan dari aspek semantik ini adalah untuk meneliti makna kata tertentu di dalam kalimat dan kaitannya satu sama lain. Pada penelitian ini untuk level morfologi, sintatik, dan semantik diabaikan karena penelitian ini hanya menekankan pada analisis karakter suara yang berkaitan dengan parameter-parameter fisis seperti frekuensi fundamental(F0), durasi fonem dan intensitas suara.

 Intonasi Sebagai Aspek Akustik Sinyal Ucapan

Intonasi (prosodi) sebagai aspek akustik sinyal suara sangat membantu di dalam mengidentifikasi setiap segmen akustik dengan fonem. Setiap fonem dihasilkan terutama oleh sistem vokal selama artikulasi yang selanjutnya mempengaruhi dinamika spektrum spektral suara (dalam hal ini formant). Pengucapan suatu kata dapat secara substansial bervariasi di dalam intonasinya mempengaruhi idetitas kata. Fonem dapat menjadi panjang atau pendek, keras atau lemah, dan memiliki pola pitch (nada) yang bervariasi.

Fenomena intonasi dapat direpresentasikan ke dalam beberapa level antara lain adalah sebagai berikut :

1. Level Akustik 

Terdiri atas beberapa komponen penting yaitu Frekuensi Fundamental (F0), amplitudo, dan durasi sinyal.

2. Level Perseptual 

Merepresentasikan fenomena intonasi sebagaimana yang didengar oleh pendengarnya. Beberapa komponennya antara lain pitch (nada), keras atau lemahnya suara, dan panjang atau pendeknya suara.

3. Level Bahasa (Linguistik) 

Merepresentasikan fenomena prosodi ke dalam bentuk simbol atau tanda. Beberapa komponennya antara lain bunyi (tone), intonasi, dan aspek tekanan.

Menonjolkan suku kata yang mendapat tekanan terhadap suku kata yang lain yang tidak mendapat tekanan adalah fungsi utama sebuah intonasi (prosodi). Suku kata yang mendapat tekanan menjadi lebih panjang, lebih intens, dan memiliki pola F0 yang menyebabkan mereka lebih menonjol dibanding suku kata lainnya.

C. PARAMETER-PARAMETER YANG DIPERLUKAN DALAM PENGIDENTIFIKASIAN SUARA MANUSIA 

 Pitch

Pitch digunakan sebagai standar tinggi-rendah dari sebuah tone (suara). Sinyal suara umumnya merupakan proses secara fisis yang terdiri dari dua bagian: yaitu sebagai hasil dari sumber suara (pita suara) dan sebagai hasil dari penyaringan (oleh lidah, bibir, dan gigi). menganalisa pitch berarti mencoba untuk menangkap frekuensi dasar sumber bunyi dari keseluruhan proses pengucapan suara. Frekuensi dasar sendiri merupakan frekuensi yang dominan yang dikeluarkan oleh sumber bunyi. Frekuensi dasar merupakan parameter paling kuat untuk mengetahui korelasi bagaimana suatu suara diterima oleh pendengar ditinjau dari segi intonasi dan tekanan suaranya.

 Formant

Frekuensi fundamental dikenal juga dengan F0 yang koheren dalam bentuk transisi formant F1, F2, dan sebagainya. Komponen frekuensi dominan yang mengkarakterisasi fonem-fonem yang berhubungan dengan komponen frekuensi resonansi dari sistem vokal didefinisikan sebagai formant. Suara yang terucapkan, secara khusus adalah vokal, biasanya memiliki 3 buah formant dan seringkali disebut sebagai formant kesatu, kedua, dan ketiga, dimulai dengan komponen frekuensi terendah. Ketiganya selalu dituliskan sebagai F1, F2, dan F3. formant 4 dan formant 5 dbutuhkan untuk mendapatkan nilai parameter formant yang lebih detail karena bila sinyal suara yang kita olah hanya memiliki formant yang kurang dari 3 buah, maka dapat dipastikan analisa terhadap data tersebut akan gagal.

 Durasi Fonem 

Salah satu komponen terpenting di dalam intonasi adalah durasi sinyal. Setiap fonem yang memberikan kontribusi dalam menentukan pola intonasi suatu kalimat. Durasi fonem ini sangat dipengaruhi oleh tekanan dan kecepatan bicara. Durasi sebuah fonem vokal sangat dipengaruhi oleh tekanan, sementara durasi sebuah konsonan umumnya memiliki variasi tekanan yang lebih kecil.

Menurut Douglas O’Shugnessy(1.200) suatu ucapan dalam percakapan melibatkan 150-250 kata permenit, termasuk jeda yang masing-masing rata-rata sepanjang 6-50 ms. Durasi fonem bervariasi karena faktor seperti gaya bicara (membaca atau bercakap-cakap). Durasi suku kata umumnya sekitar 200ms dengan vokal yang mendapat tekanan sekitar 130 ms dan fonem lain sekitar 70ms. Durasi fonem bermacam-macam untuk fonem yang berbeda karakteristiknya. 

 Durasi dan Kekerasan Suara

Bagaimana kekerasan suara dari sebuah suara yang bersifat impulsif menyamai kekerasan suara dari suara yang diberikan secara kontinyu pada tingkatan yang sama?. Beberapa eksperimen telah menetapkan bahwa telinga merata-ratakan energi suara sekitar lebih dari 200ms, maka kekerasan suara yang bersifat impulsif akan bertambah dengan durasi hingga mencapai nilai tersebut. Dengan kata lain, tingkat kekerasan suara akan bertambah 10 dB ketika durasi bertambah dengan faktor 10. Dari sini dapat diketahui bahwa berapa lamanya durasi yang dilakukan membantu dalam adaptasi pendengaran terhadap kekerasan suara, terutama untuk suara yang sifatnya impulsif atau muncul tidak kontinyu.

 Durasi dan Pitch

Lamanya durasi dapat mempengaruhi persepsi pitch. Kebergantungan pitch terhadap durasi mengikuti prinsip ketikpastian akustik! Berdasarkan pengamatan yang dilakukan Rossing dan Houtsma pada tahun 1986, ketika durasi pitch jatuh hingga di bawah 25 ms, pitch dirasakan berubah, walaupun batasan ini berbeda untuk beberapa pengamat.

 Durasi dan Timbre

Durasi dari sinyal suara membedakan panjang pendeknya sinyal suara dengan domain waktu. Dalam timbre musikal, lamanya durasi dapat membagi nada ke dalam dua jenis yaitu : nada kontinyu dan nada transien. Persepsi timbre dalam suatu permainan musik yang melibatkan banyak alat musik dipengaruhi oleh durasinya. Seorang pendengar yang diminta untuk menebak jenis alat musik akan menebak dengan benar untuk alat musik yang dimainkan dengan durasi yang lebih lama dibandingkan dengan alat musik yang dimainkan hanya sesaat (transien).

 Intensitas Suara

Intensitas bunyi menentukan keras lemahnya suara pada bagian tertentu dari suatu kalimat. Telinga kita sangat peka (sensitive) dan dapat mendeteksi intensitas-intensitas suara dalam orde 10-13 W/m2. Ini setara dengan gerakan selaput telinga sebesar 10-12 m. Intensitas suara minimum yang masih dapat didengar dinamakan ambang pendengaran (threshold of hearing). Intensitas suara biasanya dinyatakan dalam desibel di atas ambang pendengaran karena kekerasan suara (loudness) kira-kira adalah sebanding dengan logaritma dari intensitas. Pedoman nol desibel untuk intensitas suara sudah ditentukan standarnya yaitu pada 10-12W/m2 pada 1000 Hz (yaitu ambang pendengaran pada 1000Hz). [6]

 Spektogram

Spektogram suara melukiskan variasi-variasi dalam batas yang pendek yaitu variasi intensitas dan frekuensi dalam bentuk grafik. Variasi tersebut memberikan banyak informasi yang bermanfaat tentang artikulasi suara. Pola spektogram yang dihasilkan untuk setiap ucapan akan memiliki perbedaan. Bahkan ketika dua orang mengucapkan kata yang sama artikulasi mereka sama, namun tidak identik. Sehingga spektogram mereka akan menunjukkan kemiripan juga perbedaan.

 Metode Principal Component Analysis (PCA)

Principal Component Analysis (PCA) merupakan suatu metode reduksi variabel-variabel dalam suatu matrik. Data-data suara yang telah ditentukan nilai-nilai parameternya dibentuk menjadi sebuah matrik. Metode ini digunakan untuk mencari distribusi sinyal suara dan parameter fisis yang paling dominan pada sinyal suara tersebut.

sumber : http://laolhakhaila.blogspot.com/2011/02/biofisika-pendengaran-pada-manusia.html

KEUNIKAN IRAMA GELOMBANG OTAK MANUSIA

Otak Adalah pusat sistem saraf manusia yang paling canggih dan melebihi kecanggihan komputer. Otak memiliki berbagai macam gelombang otak jika diukur menggunakan alat EEG (ElectroEncephaloGram). Gelombang tersebut memiliki getaran atau frekuensi yang artinya jumlah pulsa (impuls) per detik dengan satuan Hz. Ahli neurosains meneiliti selama puluhan tahun untuk mengetahui macam-macam gelombang otak manusia berdasarkan aktivitas manusia. Gelombang otak manusia tersebut ada empat, yakni beta, alpha, theta, dan delta. Adapun penjelasan ke empat gelombang otak adalah sebagai berikut:

BETA (14 – 100 Hz)
Dalam frekuensi ini manusia berada dalam kondisi terjaga atau sadar penuh dan didominasi otak kiri yang penuh dengan logika, analitis, prasangka, dan pikiran sadar, kognitif. Pada saat ini otak akan menghasilkan hormon kortisol dan norepinefrin yang menyebabkan emosi cemas, khawatir. 

ALPHA (8 – 13,9 Hz)
Frekuensi ini di dominasi oleh otak kanan yang bersifat khusyu’ relaksasi, tenang, imajinasi, dan merupakan pintu pikiran bawah sadar. Dalam keadaan ini otak akan menghasilkan hormon serotonin dan endorphin yang memberikan efek ketenangan dan kedamaian.

THETA (4 – 7,9 Hz)
Pada level ini seseorang sedang dalam keadan sangat khusyu’, mimpi, dan penuh dengan intuisi. 

DELTA (0,1 – 3,9 Hz)
Merupakan geombang tidur tanpa mimpi, tidak sadar, pulas, dan tidak berpikir. Dalam keadaan ini otak menghasilkan hormone pertumbuhan (Growth Hormone/GH).

Gambar 2. Macam-macam gelombang otak.

Entrainment Gelombang Otak

Entrainment merupakan prinsip alam yang mengatakan bahwa sesuatu yang bergetar akan menyebabkan suatu yang lainnya bergetar di frekuensi yang sama. Hubungan timbal balik yang berlaku pada semua benda-benda di alam semesta ini banyak dijumpai pada alat musik dan terjadi pula pada tubuh manusia. Tuhan juga telah menciptakan hubungan timbal balik antara gelombang otak dan panca indra yang sedemikian canggih. Istilah lain untuk proses entrainment (singkronisasi gelombang frekuensi) ini adalah frequency following response (FFR). Berikut adalah beberapa contoh entrainmet gelombang otak melalui panca indra:

Indra Peabaan

Berbagai seni pemijatan adalah ekspresi sentuhan kasih sayang yang mampu membuai orang dari kepenatan (beta) menuju relaksasi (alpha hingga delta). Perintah wudhu sebelum shalat memanfaatkan efek hydrotheraphy sentuhan air pada kulit yang bisa menghantarkan gelombang otak menuju alpha agar lebih siap untuk khusyu dalam berdoa.

Indra Pengelihatan

Anjuran untuk mencintai keindahan dan hanya melihat yang baik-baik bertujuan untuk menjaga gelombang alpha yang sejuk dan damai. perintah untuk menjaga pandangan dari keburukan karena bisa membuat otak terlalu aktif di gelombang beta yang membuatnya sulit berpikir jernih.

Indra Pengecapan

Perintah untuk selalu menjaga asupan makanan dan minuman yang sehat, segar dan halal termasuk tuntunan berpuasa serta pola makan vegetarian erat kaitannya dengan pola gelombang otak, tingkat kesehatan dan kesadaran serta kebahagiaan yang dituju.

Indra Penciuman

Dengan menggunakan wewangian dari yang tradisional seperti bunga setaman atau dupa kemenyan, hinga aroma therapy yang modern untuk berbagai kegiatan yang membutuhkan gelombang alfa dan theta yang khidmat.

Indra Pendengaran

Medengarkan suara desir angin, gemericik air disungai, ataupun suara rintik hujan. Kicau burung dipagi hari serta derik jangkrik dan orkestra katak dimalam hari adalah terapi musik yang disediakan melimpah oleh alam untuk kita. Begitupun kombinasi dari alunan suara yang bercampur dengan makna bacaan yang dilagukan ketika berdoa, berzikir, dan mengaji bersifat menentramkan hati. Semua berhubungan dengan keseimbangan irama gelombang otak manusia.

Sejak hal diatas ditemukan para ilmuan menghabiskan puluhan tahun mencari cara untuk membuat efek terapi yang terjadi di alam ini supaya bisa dinikmati orang yang hidup di kota melalui teknologi gelombang otak (brainwave) yang mampu meng-upgrede otak manusia. Bahkan untuk kehidupan zaman sekarang, otak manusia paling tidak butuh waktu 8-12 tahun untuk meng-upgrade otaknya dengan menggunakan teknologi brainwave. Beberapa contoh brainwave dapat dilihat di Digital Prayer (http://digitalprayers.com/store/).

Gambar 3. Hasil EEG dengan menggunakan teknologi gelombang otak.

Kategori Biofisika

sumber :http://biology-community.blogspot.com/2011/07/keunikan-irama-gelombang-otak-manusia.html

Biofisika: Warna Pelangi dalam Tubuh Manusia

Dalam ilmu fisika, sinar yang nampak oleh mata adalah sinar putih. Newton menemukan sinar putih pada cahaya matahari memiliki spektrum bias 7 warna, yakni merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu yang sering kali disingkat menjadi me-ji-ku-hi-bi-ni-u (gambar 1). Warna tersebut dapat kita lihat ketika ada pelangi atau sinar putih yang dibiaskan melalui kaca prisma.

Gambar 1. Spektrum sinar putih. 

Warna-warna pelangi tersebut juga dapat kita jumpai pada tubuh manusia. Ketujuh warna tersebut berasal dari 7 titik cakra yang ada di sepanjang tulang belakang manusia(gambar 2). Chakra adalah pusat pusaran pintu masuknya energi yang berfungsi menyerap energi prana. Pusaran cakra memiliki bentuk yang berbeda yang dapat dibedakan berdasarkan kelopaknya (gambar 3). Gelombang elektromagnetik yang dilalui oleh cakra tersebut akan menghasilkan warna aura yang berpendar disekitar tubuh. Di pusat-pusat energi inilah, pikiran dan perasaan pertama kali berperan secara langsung mempengaruhi dan mengatur seluruh fungsi tubuh. 

Gambar 2. Posisi 7 titik cakra di sepanjang tulang belakang

Gambar 3. Bentuk 7 cakra dalam tubuh manusia 

Ketika energi-energi dalam cakra mengalir bebas dan terbuka, seseorang menciptakan suatu keadaan seimbang dan sehat dalam sistem tubuhnya. Ketika semua warna bervibrasi menurut frekuensinya yang sempurna, maka aura menjadi cahaya putih yang merupakan penggabungan dari tujuh warna. Cahaya ini beradiasi dari inti kristal atau inti diri seseorang. 

Adapun identitas 7 cakra adalah sebagai berikut:

1. Cakra Dasar/Akar (Warna: Merah) 
2. Cakra Abdominal (Warna: Jingga) 
3. Cakra Solar Plexus (Warna: Kuning) 
4. Cakra Jantung/Green Heart (Warna: Hijau) 
5. Cakra Tenggorokan (Warna: Biru) 
6. Cakra Mata ketiga/Ajna (Warna: Nila) 
7. Cakra Mahkota/Ubun-ubun (Warna: Ungu) 

sumber : http://biology-community.blogspot.com/2011/03/biofisika-warna-pelangi-dalam-tubuh.html

BIOFISIKA “FOTOSINTESIS”

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang Masalah

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi.

 Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Semakin jauh pembahasan mengenai fotosintesis, semakin menarik untuk mengupas lebih dalam biofisika nyata dalam dunia ini khususnya fotosintesis. Oleh karena itulah penyusun mengambil sebuah tema Fotosintesis dalam penyusunan makalah ini.

B.     Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, penulis dapat merumuskan permasalahan ke dalam beberapa point di bawah ini, antara lain:

1.      Sejarah

2.      Pigmen

3.      Fotosistem

4.      Fotosintesis pada tumbuhan

5.      Fotosintesis pada alga dan bakteri

6.      Proses Fotosintesis

7.      Faktor penentu laju fotosintesis

C.    Tujuan Penulisan Makalah

Berdasarkan rumusan masalah di atas, dalam penyusunan makalah ini bertujuan untuk:

1.      Mengetahui Sejarah penemuan fotosintesis

2.      Mengetahui Pigmen dalam fotositensis

3.      Memahami Fotosistem

4.      Mengetahui Fotosintesis pada tumbuhan

5.      Mengetahui Fotosintesis pada alga dan bakteri

6.      Mengetahui Proses Fotosintesis

7.      Mengetahui Faktor penentu laju fotosintesis

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Sejarah

Meskipun masih ada langkah-langkah dalam fotosintesis yang belum dipahami, persamaan umum fotosintesis telah diketahui sejak tahun 1800-an. Pada awal tahun 1600-an, seorang dokter dan ahli kimia, Jan van Helmont, seorang Flandria (sekarang bagian dari Belgia), melakukan percobaan untuk mengetahui faktor apa yang menyebabkan massa tumbuhan bertambah dari waktu ke waktu. Dari penelitiannya, Helmont menyimpulkan bahwa massa tumbuhan bertambah hanya karena pemberian air. Namun, pada tahun 1727, ahli botani Inggris, Stephen Hales berhipotesis bahwa pasti ada faktor lain selain air yang berperan. Ia mengemukakan bahwa sebagian makanan tumbuhan berasal dari atmosfer dan cahaya yang terlibat dalam proses tertentu.Pada saat itu belum diketahui bahwa udara mengandung unsur gas yang berlainan.

Pada tahun 1771, Joseph Priestley, seorang ahli kimia dan pendeta berkebangsaan Inggris, menemukan bahwa ketika ia menutup sebuah lilin menyala dengan sebuah toples terbalik, nyalanya akan mati sebelum lilinnya habis terbakar. Ia kemudian menemukan bila ia meletakkan tikus dalam toples terbalik bersama lilin, tikus itu akan mati lemas. Dari kedua percobaan itu, Priestley menyimpulkan bahwa nyala lilin telah "merusak" udara dalam toples itu dan menyebabkan matinya tikus. Ia kemudian menunjukkan bahwa udara yang telah “dirusak” oleh lilin tersebut dapat “dipulihkan” oleh tumbuhan. Ia juga menunjukkan bahwa tikus dapat tetap hidup dalam toples tertutup asalkan di dalamnya juga terdapat tumbuhan.

Pada tahun 1778, Jan Ingenhousz, dokter kerajaan Austria, mengulangi eksperimen Priestley. Ia memperlihatkan bahwa cahaya matahari berpengaruh pada tumbuhan sehingga dapat "memulihkan" udara yang "rusak".Ia juga menemukan bahwa tumbuhan juga 'mengotori udara' pada keadaan gelap sehingga ia lalu menyarankan agar tumbuhan dikeluarkan dari rumah pada malam hari untuk mencegah kemungkinan meracuni penghuninya.

Akhirnya di tahun 1782, Jean Senebier, seorang pastor Perancis, menunjukkan bahwa udara yang “dipulihkan” dan “merusak” itu adalah karbon dioksida yang diserap oleh tumbuhan dalam fotosintesis. Tidak lama kemudian, Theodore de Saussure berhasil menunjukkan hubungan antara hipotesis Stephen Hale dengan percobaan-percobaan "pemulihan" udara. Ia menemukan bahwa peningkatan massa tumbuhan bukan hanya karena penyerapan karbon dioksida, tetapi juga oleh pemberian air. Melalui serangkaian eksperimen inilah akhirnya para ahli berhasil menggambarkan persamaan umum dari fotosintesis yang menghasilkan makanan (seperti glukosa).

B.     Pigmen

Proses fotosintesis tidak dapat berlangsung pada setiap sel, tetapi hanya pada sel yang mengandung pigmen fotosintetik. Sel yang tidak mempunyai pigmen fotosintetik ini tidak mampu melakukan proses fotosintesis. Pada percobaan Jan Ingenhousz, dapat diketahui bahwa intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini dapat terjadi karena perbedaan energi yang dihasilkan oleh setiap spektrum cahaya. Di samping adanya perbedaan energi tersebut, faktor lain yang menjadi pembeda adalah kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya yang berbeda tersebut. Perbedaan kemampuan daun dalam menyerap berbagai spektrum cahaya tersebut disebabkan adanya perbedaan jenis pigmen yang terkandung pada jaringan daun.

Di dalam daun terdapat mesofil yang terdiri atas jaringan bunga karang dan jaringan pagar. Pada kedua jaringan ini, terdapat kloroplas yang mengandung pigmen hijau klorofil. Pigmen ini merupakan salah satu dari pigmen fotosintesis yang berperan penting dalam menyerap energi matahari.

Kloroplas

Kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau, termasuk batang dan buah yang belum matang.[9] Di dalam kloroplas terdapat pigmen klorofil yang berperan dalam proses fotosintesis. Kloroplas mempunyai bentuk seperti cakram dengan ruang yang disebut stroma.Stroma ini dibungkus oleh dua lapisan membran.Membran stroma ini disebut tilakoid, yang didalamnya terdapat ruang-ruang antar membran yang disebut lokuli.Di dalam stroma juga terdapat lamela-lamela yang bertumpuk-tumpuk membentuk grana (kumpulan granum). Granum sendiri terdiri atas membran tilakoid yang merupakan tempat terjadinya reaksi terang dan ruang tilakoid yang merupakan ruang di antara membran tilakoid. Bila sebuah granum disayat maka akan dijumpai beberapa komponen seperti protein, klorofil a, klorofil b, karetonoid, dan lipid. Secara keseluruhan, stroma berisi protein, enzim, DNA, RNA, gula fosfat, ribosom, vitamin-vitamin, dan juga ion-ion logam seperti mangan (Mn), besi (Fe), maupun perak (Cu).Pigmen fotosintetik terdapat pada membran tilakoid. Sedangkan, pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia berlangsung dalam tilakoid dengan produk akhir berupa glukosa yang dibentuk di dalam stroma.Klorofil sendiri sebenarnya hanya merupakan sebagian dari perangkat dalam fotosintesis yang dikenal sebagai fotosistem.

C.    Fotosistem

Fotosistem adalah suatu unit yang mampu menangkap energi cahaya matahari yang terdiri dari klorofil a, kompleks antena, dan akseptor elektron. Di dalam kloroplas terdapat beberapa macam klorofil dan pigmen lain, seperti klorofil a yang berwarna hijau muda, klorofil b berwarna hijau tua, dan karoten yang berwarna kuning sampai jingga. Pigmen-pigmen tersebut mengelompok dalam membran tilakoid dan membentuk perangkat pigmen yang berperan penting dalam fotosintesis.

Klorofil a berada dalam bagian pusat reaksi. Klorofil ini berperan dalam menyalurkan elektron yang berenergi tinggi ke akseptor utama elektron. Elektron ini selanjutnya masuk ke sistem siklus elektron. Elektron yang dilepaskan klorofil a mempunyai energi tinggi sebab memperoleh energi dari cahaya yang berasal dari molekul perangkat pigmen yang dikenal dengan kompleks antena.

Fotosistem sendiri dapat dibedakan menjadi dua, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Pada fotosistem I ini penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm sehingga klorofil a disebut juga P700. Energi yang diperoleh P700 ditransfer dari kompleks antena. Pada fotosistem II penyerapan energi cahaya dilakukan oleh klorofil a yang sensitif terhadap panjang gelombang 680 nm sehingga disebut P680. P680 yang teroksidasi merupakan agen pengoksidasi yang lebih kuat daripada P700.Dengan potensial redoks yang lebih besar, akan cukup elektron negatif untuk memperoleh elektron dari molekul-molekul air.

D.    Fotosintesis Pada Tumbuhan

Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas. klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis.Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.

E.     Fotosintesis Pada Alga Dan Bakteri

Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi. Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.

F.     Proses Fotosintesis

Hingga sekarang fotosintesis masih terus dipelajari karena masih ada sejumlah tahap yang belum bisa dijelaskan, meskipun sudah sangat banyak yang diketahui tentang proses vital ini. Proses fotosintesis sangat kompleks karena melibatkan semua cabang ilmu pengetahuan alam utama, seperti fisika, kimia, maupun biologi sendiri.

Pada tumbuhan, organ utama tempat berlangsungnya fotosintesis adalah daun.Namun secara umum, semua sel yang memiliki kloroplas berpotensi untuk melangsungkan reaksi ini. Di organel inilah tempat berlangsungnya fotosintesis, tepatnya pada bagian stroma. Hasil fotosintesis (disebut fotosintat) biasanya dikirim ke jaringan-jaringan terdekat terlebih dahulu.

Pada dasarnya, rangkaian reaksi fotosintesis dapat dibagi menjadi dua bagian utama: reaksi terang (karena memerlukan cahaya) dan reaksi gelap (tidak memerlukan cahaya tetapi memerlukan karbon dioksida).

Reaksi terang terjadi pada grana (tunggal: granum), sedangkan reaksi gelap terjadi di dalam stroma. Dalam reaksi terang, terjadi konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).Sedangkan dalam reaksi gelap terjadi seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH). Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini diperoleh dari reaksi terang. Pada proses reaksi gelap tidak dibutuhkan cahaya matahari. Reaksi gelap bertujuan untuk mengubah senyawa yang mengandung atom karbon menjadi molekul gula. Dari semua radiasi matahari yang dipancarkan, hanya panjang gelombang tertentu yang dimanfaatkan tumbuhan untuk proses fotosintesis, yaitu panjang gelombang yang berada pada kisaran cahaya tampak (380-700 nm). Cahaya tampak terbagi atas cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet (< 400 nm).Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis.[20] Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis.[20] Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Kloroplas mengandung beberapa pigmen. Sebagai contoh, klorofil a terutama menyerap cahaya biru-violet dan merah. Klorofil b menyerap cahaya biru dan oranye dan memantulkan cahaya kuning-hijau. Klorofil a berperan langsung dalam reaksi terang, sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperan dalam reaksi terang. Proses absorpsi energi cahaya menyebabkan lepasnya elektron berenergi tinggi dari klorofil a yang selanjutnya akan disalurkan dan ditangkap oleh akseptor elektron. Proses ini merupakan awal dari rangkaian panjang reaksi fotosintesis.

G.    Faktor Penentu Laju Fotosintesis

Proses Fotosintesis Dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat mempengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang tidak mempengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi organ yang penting bagi proses fotosintesis. Proses fotosintesis sebenarnya peka terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya matahari, suhu lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2). Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis.

Faktor pembatas tersebut dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas tersebut sangat mempengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju optimum fotosintesis. Selain itu, faktor-faktor seperti translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi mempengaruhi fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut mempengaruhi laju fotosintesis.

Berikut adalah beberapa faktor utama yang menentukan laju fotosintesis :

1.      Intensitas cahaya

Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.

2.      Konsentrasi karbon dioksida

Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

3.      Suhu

Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

4.      Kadar air

Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

5.      Kadar fotosintat (hasil fotosintesis)

 Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

6.      Tahap pertumbuhan

Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

B.     Saran

Saya sebagai pembuat makalah Biofisika ini menyadari, bahwa masih banyak sekali kekurangan dan mungkin masih ada yang salah. Saya seagai pembuat makalah ini mengharapkan adanya kritik dan saran, yang sifatnya membangun. Supaya kedepannya kita semua dapat membuat contoh-contoh Biofisika yang lebih baik, dan semoga apa yang telah saya buat ini bermanfaat.

DAFTAR PUSTAKA

Annonimus. 2010. Fotosintesis. (Online) http://id.wikipedia.org/wiki

http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis

sumber:http://mrsboys.blogspot.com/2012/01/biofisika-fotosintesis.html