Ljud, buller vad är det?

Transkript

1 Ljud, buller vad är det? Senaste forskning och redovisning Wind Turbine Noise 2011 Martin Almgren, ÅF Almgren

2 Ljud 2 Almgren

3 Ljud Ljud är ett fysikaliskt fenomen som vi kan uppfatta med hörseln 3 Almgren

4 4 Almgren

5 Ljud Tryckvariationer i luften. Örat registrerar Frekvens Hz Infraljud och ultraljud Ljudets hastighet 340 m/s Almgren

6 Ljud, vad är det? Ljud kan i fysikalisk mening definieras som mekaniska svängningar i ett medium och som regel inskränker vi oss till att enbart avse hörbara svängningar i luft. I den bemärkelsen innebär ljud lokala förtätningar och förtunningar av luftrycket. Vid normala ljudnivåer är variationerna i tryck mycket små i förhållande till det statiska lufttrycket 6

7 Ljud är en vågrörelse Våglängd = avståndet mellan två toppar Ljudhastighet (c= 340 m/s) C= xf 7 Almgren

8 Ljudhastighet Ljudets hastighet, c, är 343 m/s vid rumstemperatur 8 Almgren

9 Buller Buller är icke önskvärt ljud Buller är ljud som vi inte vill höra 9 Almgren

10 Negativa effekter av buller i samhället Allmän störning Sömnstörning Samtalsstörning Koncentrationsstörning Högt blodtryck och hjärtsjukdomar? WHO WHO Fact sheet No WHO Night noise guidelines for Europe Almgren

11 Exempel på reaktioner på ljud från industriverksamheter Var kommer ljudet ifrån? Ljud som man inte vet vad som orsakar det eller som man inte vet var det kommer från är störande. (Informera omgivningen). Arbeten tidiga mornar och kvällstid inverkar fritiden. (Försök begränsa och informera om sådana arbeten tillfälligt ska äga rum) Inte kunna sitta ute i trädgården på grund av buller upplevs jobbigt. Skiftarbetare vill ha tyst på dan. (Detta är ett svårt dilemma) Förändringar uppfattas och stör. Skrotgårdar små enstaka personer klagar begränsar vissa tider. Större industrianläggningar med fragmenterare. Ljudet når längre, särskilt över vatten. Sommargäster klagar Momentana ljud sticker ut Vi gör åtgärder hela tiden jobbar hårt men det blir mycket små förändringar frustrerande att kringboende inte märker skillnad. (Gör prioriteringar genom att sortera bullerkällorna i bullerbidragsordning) Ovanliga ljud alstrar rädsla särskilt vid en farlig verksamhet. (Informera) Många privatpersoner tror att industrin vill bullra. Går till kommunen och klagar. bättre ha en dialog mellan industri och kringboende Tänk på upplägg av information om buller vid samråd för att undvika missförstånd. Man behöver inte redovisa riktvärden på natten om man inte ska jobba på natten Når inte alla vid samråd. Når ägaren till en fastighet men inte hyresgäster som kommer efteråt och klagar Reaktioner oftast negativa inte positiva. Ofta reaktion vid förändring Rädsla. Risk för skador på huset. Oro för försäljningsvärdet. Ej konstanta ljud ger mest klagomål. Intermittenta störande. 11 Almgren

12 Hur karakterisera och mäta ljud? Styrka Nivå Frekvens Tidsvariation Almgren

13 Akustik Ljudnivå Beräkning av ljudnivå: 13 Almgren

14 Akustik Ljudnivå 14 Almgren

15 Beräkningsexempel nivå och frekvens En bil kör en kuperad väg med höjdskillnader 10 m på 100 m med hastigheten 90 km/h 90 km/h = 25 m/s 10 m Lufttryck 1000 mbar = Pa 100 m Pa Tryckskillnad blir p = ρgh = 1,2*9,81*10 = 117 Pa Effektivvärdet av tryckvariationen 117/2,82 = 41 Pa Motsvarar 126 db re 20 µpa Frekvensen i tryckvariationen blir 25/100 = 0,25 Hz 15 Almgren

16 2 Momentant ljudtryck för ton med frekvens 500 Hz Ljudtryckets toppvärde (peak) 1,4 Pa Effektivvärde ljudtryck (rms) 1 Pa Ljudtryck, Pa 0 Tid, s 0 0,002 0,004 0,006 0,008-2 Momentant ljudtryck +0,44 Pa vid 0,0029 s Momentant ljudtryck -1 Pa vid 0,00325 s 16 Almgren

17 Ljudtryck, Pa 2 0 Momentant ljudtryck för brusartat buller Peak sound pressure 1,2 Pa R.m.s sound pressure 0,3 Pa ,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 Time, s 17 Almgren

18 Ljudets tidsvariation Momentan ljudnivå 18 Almgren

19 19 Almgren

20 20 Almgren

21 Frekvensvägning Vad är dba och dbc? Almgren

22 Hörnivå 22 Almgren

23 A, C vägning, dba, dbc 23 Almgren

24 dba och dbc A filtret utvecklades och standardiserades för att användas vid bedömning av hörbarhet för relativt svaga ljud och C filtret för starka ljud. I Sverige och på de flesta håll i världen har A vägda ljudnivån använts av forskare som undersöker risk för hörselskador och andra effekter av ljud. Därför är många riktvärden satta som ett dbavärde Almgren

25 Frekvensområden Lågfrekvent ljud är ljud med frekvenser från Hz Lite olika definitioner finns 25 Almgren

26 Beräkning lågfrekvent ljud Beräkningspunkt 39 dba SOSFS 2005:6 Beräkningpunkt 35 dba Beräkningpunkt 40 dba LJudtrycknivå i db (rel 2e 5 Pa) , Frekvens i Hz Almgren

27 Hur kan man visa om man klarar riktvärde för lågfrekvent ljud? Vid ansökan: Beräkna ljudtrycksnivån utomhus i tersband utgående från tersbands eller oktavbandsspektrum för vindkraftverken Antag ljudnivåskillnad ute inne Jämför med Socialstyrelsens riktvärde För noggrannare uppskattning mät ljudisolering vid låga frekvenser Vid kontroll: Mät i tersband inomhus enligt metod som tar hänsyn till förstärkning i hörn med verken igång och sedan avstängda Almgren

28 Forskning Energimyndigheten Ljudutbredning från vindkraftverk. Långtidsmätningar. Uppsala universitet Meteorologi, pågår Avancerad modellering av ljudutbredning i komplex terräng. KTH/MWL teknisk akustik, pågår Utbredning av vindkraftljud i skog Mätning och modellering av efterklang, spridning och temperaturgradient. ÅF Ljud & Vibrationer, klart 2011 Låg ljudnivå i vindskyddat läge. ÅF Ljud & Vibrationer, klart 2011 Almgren

29 Forskning examensarbeten ÅF Maskering av vindkraftljud via naturligt bakgrundsljud. KTH 2008 Kvantifiering av områden med lägre bakgrundsnivå. KTH 2008 Equivalent Sound Pressure Level Measurements from Wind Turbines using Microphone Arrays. Umeå universitet 2008 Auralisation av vindkraftverk. CTH 2009 Almgren

30 Forskning examensarbeten ÅF Noise Immission Measurement from Wind Turbines. Investigating different signal analysis Techniques. CTH 2009 Ljudemission från vindkraftverk. Uppsala universitet 2010 Lågfrekvent ljud från vindkraftverk. KTH 2010 Den ljudförstärkande skogen med betoning på ljud från vindkraft. CTH 2010 Almgren

31 Forskning examensarbeten ÅF Mätning av ljudimmission från vindkraft Vidareutveckling av metod för mätning. KTH 2011 Directivity of sound from wind turbines A study on the horizontal sound radiation pattern from a wind turbine. KTH 2011 Amplitudmodulation av vindkraftljud. Mätning och analys. CTH pågår 2011 Ljud vid nedisning av vindkraftverk. KTH påbörjas 2012 Almgren

32 Ljudutbredning från vindkraftverk Uppsala universitet Conny Larsson och Olof Öhlund Långtidsmätningar Meteorologiska effekter Modellvalidering Tre mätstationer Dragaliden, Ryningsnäs och Burgsvik Almgren

33 Almgren

34 Almgren

35 Almgren

36 UU preliminära resultat Almgren

37 Avancerad modellering av ljudutbredning i komplex terräng KTH Utveckling av metoder för modellering av ljudutbredning från vindkraftverk vid valfri plats och tid med metodik som utnyttjar data om atmosfär, markprofiler och vegetation från en operativ väderprognosmodell resp geografiska databaser Fallstudier av ljudutbredning under lång tid på utvalda platser där vindkraftverk etablerats eller planeras Utvärdering av hur optimal anpassning av effektuttaget till rådande ljudutbredningsförhållanden skulle påverka energiproduktionen Almgren

38 Almgren

39 WTN 2011 Konferens Wind Turbine Noise i Rom april 2011 Amplitudmodulation bör undersökas mer. Infraljud från vindkraftverk är inget problem. Ny revision av ljudemissionsmätningsstandarden IEC på väg. Nytt genomarbetat hälsobaserat riktvärde för vindkraftljud i Nederländerna. Almgren

40 WTN 2011 sessioner Propagation and prediction Standards Long term measurement Assessment Low frequency Amplitude modulation Perception and effects Regulations, policies, planning requirements Noise generation Vibration Almgren

41 WTN 2011 En ny tredje version av ljudemissionsmätningsstandarden IEC är på gång. Högre ordningars regression ska ersättas med BINanalys och bin storleken minskas från 1 till 0,5 m/s Analysen baseras på tersband Hz Medelvärdesbildningstiden är 10 s mot tidigare 60 s Referensvindhastigheten är vid navhöjd Detaljerad analys av osäkerheten i resultaten Alla spektra används i tonalitetsanalysen En bilaga för små vindkraftverk Almgren

42 WTN 2011 Långtidsmätningar Bigot et al. Den franska metoden med mätning i förväg av bakgrundsljud diskuterades. Nya vindkraftverk får ge + 3 dba utomhus på natten och +5 dba på dagen. Krav finns även inomhus. De rekommenderar mätning av bakgrundsljudet i dagar för att minska risken för fel. Dijkstra et al. I Holland har man nya riktvärden baserat på Lden, som är en årsekvivalent ljudnivå där ljud på kvällen straffas med 5 db och ljud på natten med 10 db. Riktvärdet är Lden 47 db. Författarna har mätt under ett år. Även direktiviteten kunde bestämmas. Almgren

43 Almgren

44 WTN 2011 Lågfrekvent ljud Pedersen TH et al. Vindkraftljud kan höras genom bakgrundsljud. Karakteristiskt är toninnehåll från mekaniska delar och aerodynamiskt svischande ljud och till viss del lågfrekvent ljud Mätmetod för toner i vindkraftljud diskuteras. En metod för hörbarhet av svischljudet och av ljud med frekvenser under 500 Hz presenteras. Almgren

45 Almgren

46 WTN 2011 Styles et al. Lågfrekventa vibrationer i marken Låga nivåer som inte är märkbara för människor vid bostäder Böjsvängningar i tornet kan ge markvibrationer även om rotorn parkerats Det räcker om tornet sätts i svängning av vinden Kan störa anläggning för övervakning av kärnvapenprov Almgren

47 Almgren

48 WTN 2011 Turnbull et al Vindkraftverk alstrar infraljud Nivån av infraljudet är långt under hörtröskeln 85 dbg Man uppmätte 6 db dämpning per avståndsdubbling för infraljudet Nivån av infraljud är likartad med nivån av andra av människan skapade ljudkällor och av naturliga källor utmed kusten. Almgren

49 Almgren

50 Almgren

51 27 verk totalt 56,7 MW Almgren

52 WTN 2011 Frits van der Berg. Kapitel om hälsa i bok Wind turbine noise som utkommer hösten 2011, redaktörer Bowdler och Leventhall Buller påverkar människor på flera sätt. Att bli irriterad och störd i sömnen är de vanligaste effekterna eftersom de kan uppträda vid relativt låga ljudnivåer. Effekter på blodtryck, inlärning, arbetsprestation, stress och psykologiska effekter är till viss del ett resultat av irritation och sömnstörning och inträffar vanligen vid högre ljudnivåer. Trots att vindkraftverk har relativt låga källjudnivåer jämfört med trafikerade vägar och flygplatser, har måttliga hälsoeffekter observerats. Dessa effekter kan relateras till akustiska (nivå, ljudkaraktär och tidsmönster), icke akustiska (ekonomisk avkastning, synlighet, oförutsägbarhet, attityd, personliga (hälsa, ålder, ljudkänslighet) och sociala (rättvisa, attityd) faktorer. Almgren

53 Frits konstaterar att om man lägger på 5 db på Lden för vindkraft, se den gråa kurvan i figuren, så stämmer andelen störda ganska bra med andra samhällsbullerkällor under 50 db. Det är ljudets amplitudmodulering som gör att man lägger märke till det. Almgren

54 Van der Berg forts Undersökningar har visat att A vägd ljudnivå hittills räckt för att förklara störning. Infraljud har inte varit ett problem. Kanske har det faktum att amplitudmodulationens frekvens också mäts i Hz, lett till en sammanblandning med infraljudsfrekvenser. Han lämnar en brasklapp för framtida utveckling av stora vindkraftverk och hänvisar till Møller och Pedersens rapport från universitetet i Ålborg 2010 om att skillnaden vid låga frekvenser mellan stora och små vindkraftverk är liten, 3 db, men kan befaras växa för nyare kraftfullare verk Det finns ingen grund att anta att ohörbart lågfrekvent ljud kan ha några somatiska effekter Han kommenterar flera andra påstådda effekter såsom Pierponts VVVD (snarare stressymtom än vindkraftbullersymtom) och Alves Pereiras VAD (osannolikt att lågfrekvent vindkraftljud kunnat ge sådana fysiologiska skador) Almgren

55 WTN 2011 Martin van der Berg. Nya hälsobaserade riktlinjer i Nederländerna Så här gjorde man nya riktvärden: bedöm effekten på befolkningen utvärdera effekten bedöm möjligheterna att undvika eller reducera oönskade effekter kostnads nyttoanalys för de olika möjligheterna eller en blandning av möjligheter bedömning av den föredragna möjligheten genomförande Almgren

56 Förslaget blev till slut: Gränsvärde 47 Lden Ingen bestämmelse om bakgrundsljud Ny beräkningsmetod baserad på vindhastighet vid navhöjd Varje nytt vindkraftverk måste redovisa en akustisk rapport till behörig myndighet Mätningar görs bara för att kontrollera ljudeffektnivå (vindhastighetsberoende) Verksägaren måste bokföra ljudeffektproduktionen Almgren

57 M van der Berg forts Vindkraftbranschen ville ha Lden 48 och motståndarna 40 eller 35. Beaktande att få påverkas (810 bostäder), högst 9% mycket störda och att ge utrymme för en utbyggnad med 2 GW, befanns 47 Lden vara acceptabelt. Om utbyggnadskravet inte fanns, skulle man troligen valt ett lägre värde. Beslutet i parlamentet blev till slut 47 Lden med tillägget 41 Lnight för att minska risken för sömnstörningar och för att närma sig WHOs långsiktiga mål med 40 Lnight. Enligt författaren klarar man 41 Lnight om man klarar 47 Lden. Min kommentar är att om ett vindkraftverk ger 40 dba ekvivalent ljudnivå dygnet och året runt motsvarar 46,4 Lden. 47 Lden motsvarar 40,6 dba ekvivalent ljudnivå dygnet och året runt vid en bostad. Lden är ett årsmedelvärde där man tar hänsyn till att vindkraftverket ibland står stilla och att det blåser i olika riktning. Almgren