BAB II KAJIAN PUSTAKA
A. Analisis Bunyi dan Manipulasi Frekuensi 1. Analisis Bunyi Bentuk gelombang suara asli jangkrik (Gryllus assimilis) yang direkam menggunakan program Sound Forge 10.0 dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Bentuk gelombang dari suara asli jangkrik
Gambar 2.1 menunjukkan bentuk gelombang suara jangkrik dalam domain waktu. Sumbu-X adalah waktu, sedangkan sumbu-Y menyatakan
7
8
amplitudo dalam dB. Spektrum sinyal suara asli jangkrik dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Spektrum sinyal dari suara jangkrik
Nilai peak frequency spektrum pada 4.391 Hz. Jika bentuk gelombang dianalisis pada waktu-waktu tertentu akan memiliki nilai peak frequency yang berbeda dikarenakan gelombang yang dihasilkan masih memiliki beberapa puncak. Sehingga untuk mendapatkan kisaran nilai peak frequencynya diperlukan pemotongan-pemotongan gelombang dengan interval waktu 0,04 s yang hasil analisis peak frequency-nya dapat dilihat pada Tabel 2.1.
9
Tabel 2.1 Hubungan antara interval waktu (s) dengan peak frequency (Hz) pada spektrum suara asli jangkrik Interval waktu (s)
Peak Frequency (Hz)
Amplitudo (dB)
0,00-0,04
4376
-44
0,04-0,08
4376
-44
0,08-0,12
4376
-44
0,12-0,16
4376
-44
0,16-0,20
4376
-44
0,20-0,24
4391
-44
0,24-0,28
4391
-44
0,28-0,32
4391
-44
0,32-0,36
4391
-44
0,36-0,40
4391
-44
0,40-0,44
4391
-44
0,44-0,48
4391
-44
0,48-0,52
4391
-44
0,52-0,56
4391
-44
0,56-0,60
4391
-44
0,60-0,64
4391
-44
0,64-0,68
4297
-44
0,68-0,72
4297
-44
0,72-0,76
4297
-44
0,76-0,80
4297
-44
Rata-rata dari peak frequency yang tercantum pada tabel di atas adalah (4,37±0,04) 103 Hz.
10
2. Manipulasi Frekuensi Progam Adobe Audition 1.5 merupakan progam untuk memanipulasi frekuensi suara jangkrik agar mendapatkan frekuensi yang diinginkan, dengan cara menggeser frekuensi tersebut. Selanjutnya, bentuk gelombang
yang
dihasilkan dari manipulasi frekuensi diamati menggunakan Sound Forge Pro 10.0. Hasil bentuk gelombang dengan frekuensi yang telah digeser dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Bentuk gelombang suara “jangkrik” yang telah dimanipulasi
11
Sedangkan spektrum sinyal suara “jangkrik”yang telah dimanipulasi dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Spektrum sinyal dari suara “jangkrik” yang telah dimanipulasi
Suara hasil manipulasi lebih melengking, karena memiliki frekuensi yang lebih tinggi. Sama seperti spektrum pada Gambar 2.2, untuk mendapatkan kisaran nilai peak frequency-nya diperlukan pemotonganpemotongan gelombang dengan interval waktu 0,04 s yang hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2.2, sehingga diperoleh rata-rata peak frequency sebesar (4,43 ± 0,05) 103 Hz.
12
Tabel 2.2 Hubungan antara interval waktu (s) dengan peak frequency (Hz) pada hasil spektrum frekuensi suara “jangkrik” yang dimanipulasi. Interval waktu (s)
Peak Frequency (Hz) Amplitudo (dB)
0,00-0,04
4482
-41
0,04-0,08
4482
-41
0,08-0,12
4482
-41
0,12-0,16
4482
-42
0,16-0,20
4482
-42
0,20-0,24
4391
-42
0,24-0,28
4391
-42
0,28-0,32
4391
-42
0,32-0,36
4391
-41
0,36-0,40
4391
-41
0,40-0,44
4391
-41
0,44-0,48
4391
-42
0,48-0,52
4391
-42
0,52-0,56
4391
-42
0,56-0,60
4391
-42
0,60-0,64
4391
-42
0,64-0,68
4391
-42
0,68-0,72
4493
-43
0,72-0,76
4493
-43
0,76-0,80
4536
-43
Rata-rata dari peak frequency yang tercantum pada tabel di atas adalah (4,43±0,05) 103 Hz.
13
B. Kajian Bawang Merah Bawang merah merupakan tanaman semusim yang berbentuk rumput, berbatang pendek dan berakar serabut. Daunnya panjang serta berongga seperti pipa. Pangkal daunnya dapat berubah fungsi menjadi umbi lapis. Oleh karena itu, bawang merah disebut umbi lapis. Tanaman bawang merah mempunyai aroma yang spesifik yang merangsang keluarnya air mata karena kandungan minyak eteris alliin. Batangnya berbentuk cakram dan di cakram inilah tumbuh tunas dan akar serabut. Bunga bawang merah berbentuk bongkol pada ujung tangkai panjang yang berlubang di dalamnya. Bawang merah berbunga sempurna dengan ukuran buah yang kecil berbentuk kubah dengan tiga ruangan dan tidak berdaging. Dalam dunia tumbuh-tumbuhan, tanaman bawang merah diklasifisikan sebagai berikut: Devisi
: Spermatophyta
Subdivisi
: Angiospermae
Kelas
: Monocotyledon
Ordo
: Liliales
Family
: Liliaceae
Genus
: Alium
Species
: Allium Ascalonium L
(Tim Bina Karya Tani, 2009: 9). Tanaman bawang merah memiliki dua fase tumbuh, yaitu fase vegetatif dan fase generatif. Tanaman bawang merah mulai memasuki fase vegetatif setelah berumur 11-35 HST (hari setelah tanam), dan fase generatif
14
terjadi saat berumur 36 HST (hari setelah tanam). Pada fase generatif, ada yang disebut fase pembetukan umbi 36-50 HST (hari setelah tanam) dan fase pematangan umbi 51-56 HST (hari setelah tanam). Penyiangan pertama dilakukan umur 7-10 HST (hari setelah tanam) dan dilakukan secara mekanik untuk membuang gulma atau tumbuhan liar yang kemungkinan dijadikan inang hama ulat bawang. Pada saat penyiangan dilakukan pengambilan telur ulat bawang. Dilakukan pendangiran, yaitu tanah di sekitar tanaman didangir dan dibumbun agar perakaran bawang merah selalu tertutup tanah. Selain itu bedengan yang rusak atau longsor perlu dirapikan kembali dengan cara memperkuat tepi-tepi selokan dengan lumpur dari dasar saluran. Pemanenan bawang merah dilakukan jika daun telah rebah 60-90 %. Cara pemanenan sangat bervariasi bergantung pada varietas bibit, tingkat kesuburan tanah dan tempat penanamannya. Pada dataran rendah pemanenan biasa dilakukan saat umur 55-70 hari, dan dataran tinggi saat umur 70-90 hari. Pemanenan yang baik dilakukan pada pagi hari dengan cuaca cerah dan tanah tidak becek. Pemanenan dilakukan dengan cara pencabutan batang dan daun-daunnya (Tim Bina Karya Tani, 2009: 81).
C. Kajian Tentang Stomata Stomata berasal dari bahasa Yunani yaitu stoma yang berarti lubang atau porus; jadi stomata adalah lubang-lubang kecil berbentuk lonjong yang dikelilingi oleh dua sel epidermis khusus yang disebut sel penutup (guard
15
cell), dimana sel penutup tersebut adalah sel-sel epidermis yang telah mengalami kejadian perubahan bentuk dan fungsi
yang dapat mengatur
besarnya lubang-lubang yang ada diantaranya (Kartasaputra, 1969: 144-145). Stomata adalah struktur epidermis yang dibentuk oleh dua sel penjaga atau guard cells yang terletak pada pori-pori tanaman. Permukaan epidermis lainnya terdiri atas lapisan lilin yang tidak dapat ditembus. Hal ini menjadikan stomata memiliki peran yang penting dalam mengatur keluar masuknya gas (seperti CO2 dan O2), hormon (seperti ABA) dan air dari dan ke dalam tanaman. Peran tersebut memiliki dampak pada produktivitas dan ketahanan tanaman terhadap cekaman kekeringan atau banjir. Selain itu, stomata juga merupakan pintu masuk bagi bakteri patogen, sehingga mereka berpengaruh pada ketahanan terhadap cekaman biotik. Stoma (jamak: stomata) berfungsi sebagai organ respirasi. Stoma mengambil CO2 dari udara untuk dijadikan bahan fotosintesis. Kemudian stoma akan mengeluarkan O2 sebagai hasil fotosintesis. Stoma ibarat hidung kita dimana stoma mengambil CO2 dari udara dan mengeluarkan O2, sedangkan hidung mengambil O2 dan mengeluarkan CO2. Kadang stoma terletak di permukaan bawah daun, tapi sering di kedua permukaan, walaupun lebih banyak terdapat di bagian bawah (Salisbury dan Ross 1995: 78). Selain stoma, tumbuhan tingkat tinggi juga bernafas melalui lentisel yang terletak pada batang.
16
Gambar 2.5 Bagian dari stomata
D. Mekanisme Membukanya Stomata Walaupun
tidak
ada
ketentuan
umum
tentang
mekanisme
membukanya stomata, akan tetapi kebanyakan teori menganggap bahwa mekanisme ini melibatkan mekanisme turgor (Pandey dan Sinha, 1983: 91). Peningkatan tekanan turgor sel penjaga disebabkan oleh masuknya air ke dalam sel penjaga tersebut. Pergerakan air dari satu sel ke sel lainnya akan selalu terjadi dari sel yang mempunyai potensi air lebih tinggi ke sel dengan potensi air lebih rendah. Tinggi rendahnya potensi air sel akan tergantung pada jumlah bahan yang terlarut (solute) di dalam cairan sel
tersebut.
Semakin banyak bahan yang terlarut, maka potensi osmotik sel akan semakin rendah. Dengan demikian, jika tekanan turgor sel tersebut tetap, maka secara keseluruhan potensi air sel akan menurun. Untuk memacu agar air masuk ke sel penjaga, maka jumlah bahan yang terlarut di dalam sel tersebut harus ditingkatkan (Pandey dan Sinha, 1983: 92).
17
Aktivitas stomata terjadi karena hubungan air dari sel-sel penutup dan sel-sel pembantu. Bila sel-sel penutup menjadi turgid, dinding sel yang tipis menggembung dan dinding sel yang tebal yang mengelilingi lobang (tidak dapat menggembung cukup besar) menjadi
sangat cekung, karenanya
membuka lobang. Oleh karena itu membuka dan menutupnya
stomata
tergantung pada perubahan-perubahan turgiditas dari sel-sel penutup, yaitu kalau sel-sel penutup turgid lobang membuka dan sel-sel mengendor pori/lobang menutup (Pandey dan Sinha, 1983: 92). Stomata membuka karena sel penjaga mengambil air dan menggembung dimana sel penjaga yang menggembung akan mendorong dinding bagian dalam stomata hingga merapat. Stomata bekerja dengan caranya sendiri karena sifat khusus yang terletak pada anatomi submikroskopik dinding selnya. Sel penjaga dapat bertambah panjang, terutama dinding luarnya, hingga mengembang ke arah luar. Kemudian, dinding sebelah dalam akan tertarik oleh mikrofibril tersebut yang mengakibatkan stomata membuka (Salisbury dan Ross, 1995: 84). Pada saat stomata membuka akan terjadi akumulasi ion kalium (K+) pada sel penjaga. Ion kalium ini berasal dari sel tetangganya. Cahaya sangat berperan merangsang masuknya ion kalium ke sel penjaga dan jika tumbuhan ditempatkan dalam gelap, maka ion kalium akan kembali keluar sel penjaga. Ketika ion kalium masuk ke dalam sel penjaga, sejumlah yang sama ion hidrogen keluar, dimana ion hidrogen tersebut berasal dari asam-asam organik yang disintesis ke dalam sel penjaga sebagai suatu kemungkinan faktor penyebab terbukanya
stomata. Asam organik yang disintesis
18
umumnya adalah asam malat dimana ion-ion hidrogen terkandung di dalamnya. Asam malat adalah hasil yang paling umum didapati pada keadaan normal. Karena ion hidrogen diperoleh dari asam organik, pH di sel penjaga akan turun (akan menjadi semakin asam), jika H+ tidak ditukar dengan K+ yang masuk (Salisbury dan Ross, 1995: 86). Stomata tumbuhan pada umumnya membuka pada saat matahari terbit dan menutup saat hari gelap sehingga memungkinkan masuknya CO2 yang diperlukan untuk fotosintesis pada siang hari. Umumnya, proses pembukaan memerlukan waktu
1 jam dan penutupan berlangsung secara bertahap
sepanjang sore. Stomata menutup lebih cepat jika tumbuhan ditempatkan dalam gelap secara tiba-tiba (Salisbury dan Ross, 1995: 80). Skema mekanisme membukanya stomata : Cahaya
fotosintesis dalam sel-sel mesophyl
dalam ruang antar sel
berkurangnya CO2
menaikan pH dalam sel penutup
amilum secara enzimatik menjadi gula menaikkan tekanan osmotik dari getah sel
perubahan
menaikkan kadar gula menaikkan turgor
stomata
membuka (Pandey dan Sinha, 1983: 92). E. Pengaruh Bunyi/Suara Terhadap Tanaman Kebanyakan suara adalah merupakan gabungan berbagai sinyal, tetapi suara murni secara teoritis dapat dijelaskan dengan kecepatan osilasi atau
19
frekuensi yang diukur dalam hertz (Hz) dan amplitudo atau kenyaringan bunyi dengan pengukuran dalam desibel. Bunyi atau suara adalah kompresi mekanikal atau gelombang longitudinal yang merambat melalui medium. Medium atau zat perantara ini dapat berupa zat cair, padat, atau gas. Jadi, gelombang bunyi dapat merambat misalnya di dalam air, batu bara, atau udara. Zat tersebut terkoordinasi menghasilkan gelombang serta mentransmisikan energi tetapi tidak pernah terjadi perpindahan partikel (Resnick dan Halliday, 1992: 166). Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, yang membawa energi dari satu tempat ke tempat lainnya (Sutrisno, 1979: 140). Gelombang suara merambat secara longitudinal, artinya arah perambatan dan arah getarnya saling sejajar. Dengan demikian, bunyi mempunyai energi, dan merupakan salah satu bentuk gelombang yang memiliki kemampuan untuk menggetarkan partikelpartikel yang dilaluinya. Perambatan energi tersebut memberikan gangguan terhadap tekanan medium, sehingga menyebabkan terjadinya variasi tekanan pada medium dari tekanan seimbangnya.
Energi atau getaran yang dihasilkan oleh sumber
bunyi tersebut mempunyai efek terhadap suatu tanaman, yaitu mampu untuk membantu membukanya stomata daun menjadi lebih lebar karena getaran dari suara akan memindahkan energi ke permukaan daun dan akan menstimulasi stomata daun. Dalam artikel Yannick Van Doorne yang berjudul ”Pengaruh Variabel Frekuensi Bunyi terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman”
20
dijelaskan bahwa ada 5 (lima) penyebab stomata membuka dikarenakan suara, yaitu: 1.
Frekuensi suara tertentu dapat mengaktifkan gen tertentu dalam sel sehingga mempengaruhi pertumbuhan dan ekspresi sel. Ekspresi sel merupakan suatu proses dimana kode-kode informasi yang ada pada gen diubah menjadi protein-protein yang beroperasi di dalam sel.
2.
Frekuensi suara beresonansi dengan objek. Menurut Dan Carlson, frekuensi suara beresonansi dengan rongga stomata, sehingga meningkatkan serapan air. Sedangkan menurut Weinberger (1972) frekuensi suara juga dapat beresonansi dengan organel sel. Frekuensi suara tertentu beresonansi meningkatkan gerakan sitoplasma di dalam sel.
3.
Fenomena kavitasi, yaitu fenomena yang disebabkan oleh suara dalam cairan. Suara yang keluar dari sumber bunyi akan mengenai sitoplasma. Sitoplasma tersebar di dalam sel, termasuk sel penjaga. Sitoplasma merupakan bagian sel yang terbungkus membran sel, di dalamnya terdapat cairan sitosol yang berupa cairan tempat organel melayang-layang. Sitoplasma berisi 80%
sampai 90% air (Setjo,
2004:22). Frekuensi tertentu yang mengenai sitoplasma menyebabkan timbulnya
microbubbles,
kemudian
microbubbles
tersebut
beresonansi dengan suara dan mendorong dinding sel penjaga. Oleh karena itu tekanan turgorditas mengalami peningkatan dan stomata dapat membuka secara maksimal. Namun belum diketahui ukuran
21
dan jumlah microbubbles yang dibutuhkan untuk mendorong dinding sel penjaga. 4.
Suara berpropagasi melalui zat cair, sehingga merangsang pergerakan molekul seperti proses difusi.
5.
Joel Sthrenheimer seorang fisikawan kuantum mengembangkan metode untuk mempengaruhi biosintesis protein dengan suatu metode yang disebut dengan resonansi skala. Resonansi skala terbentuk dari asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Asam amino ini diperoleh dari makanan dan penyerapan nutrisi tanaman. Asam-asam amino yang membentuk suatu rantai asam amino akan memancarkan sinyal. Sinyal ini merupakan gelombang kuantum yang disebut resonansi skala. Sinyal ini memiliki frekuensi tertentu dan panjang gelombang tertentu. Frekuensi yang terkait pada tiap asam amino akan menghasilkan suatu frekuensi yang dapat didengar. Frekuensifrekuensi
tersebut
disusun
membentuk
suatu
melodi
untuk
merangsang biosintesis protein.
F. Kerangka Berpikir Stomata daun membuka tidak hanya dipengaruhi oleh lingkungan sekitarnya, tetapi juga dapat dipengaruhi oleh bunyi.
Gelombang suara
merupakan gerakan mekanis yang mampu menggetarkan semua materi yang dilaluinya dengan frekuensi yang sama, peristiwa ini dalam ilmu fisika disebut resonansi. Resonansi yang terjadi inilah, yang akan menggetarkan
22
molekul nutrisi di permukaan daun, sehingga mengintensifkan penetrasinya melalui stomata atau mulut daun. Dimulai dari adanya ide bahwa suara dapat membantu tanaman berkembang biak dan menyerap lebih banyak nutrisi, Carlson (1994) melakukan percobaan dengan berbagai macam perlakuan frekuensi yang mirip dengan kicauan burung di pagi hari. Dari percobaan tersebut ternyata suara tadi dapat membantu tanaman dalam membukanya stomata atau mulut daun menjadi lebih besar.
Berdasarkan hasil penelitiannya, ditetapkan
gelombang suara yang paling cocok untuk membantu pembukaan stomata adalah suara yang memiliki frequensi 3.000-5.000 Hz. Gelombang suara ini ditemukan pada tahun 1972 dan dipatenkan dengan nama sonic bloom. Teknologi sonic-bloom merupakan teknologi yang memadukan gelombang suara frekuensi tinggi dan nutrisi organik yang ditujukan untuk membuat tanaman tumbuh lebih baik sehingga mampu meningkatkan produktivitasnya. Berdasarkan teknik sonic bloom tersebut, maka dilakukan penelitian terhadap tanaman bawang merah (Allium Ascalonicum L) dengan menggunakan sumber suara jangkrik (Gryllus assimilis) yang telah dianalisis dan dimanipulasi frekuensinya agar diperoleh kisaran frekuensi yang diinginkan dan tersimpan dalam bentuk MP3 file. Penelitian ini bertujuan untuk mengamati apakah ada pengaruh pemaparan bunyi “jangkrik” termanipulasi pada peak frecuency (4,43 ± 0,05) 103 Hz terhadap pertumbuhan dan produktivitas tanaman bawang merah.
23
Sebagai parameternya, akan dibandingkan antara tanaman perlakuan (yang diberi pemaparan bunyi) dengan tanaman kontrol (yang tidak diberi pemaparan bunyi), melalui kenampakan morfologis yang meliputi panjang daun, diameter daun, dan hasil panen tanaman bawang merah. Selain itu akan diamati pula pengaruh pemaparan suara “jangkrik” termanipulasi pada peak frecuency (4,43 ± 0,05) 103 Hz terhadap luas bukaan stomata daun tanaman bawang merah.
