Auralisering av ljud från vindkraftverk Auralization of sound from wind power plants Examensarbete Maskiningenjörsprogrammet Chalmers Lindholmen Henrik Fyrlund Mattias Svensson Avdelningen för teknisk akustik Institutionen för bygg och miljöteknik CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige, 2009
Bilden på framsidan är tagen 29/8 2008 i Lövstaviken, Falkenberg och föreställer tre vindkraftverk av typen E70, tillverkade av Enercon.
Sammanfattning Examensarbetet handlar om ljud som alstras av vindkraftverk. Syftet är att demonstrera hur ljudet låter från ett modernt vindkraftverk. Rapporten beskriver tillvägagångssättet för hur ett ljuduppspelningsprogram tar form, från inspelningar, beräkningsmetoder för avstånds- och marksimuleringar, mixning och kalibrering till programmeringen av programmet. Genom att beräkna fram och applicera olika filter på det inspelade ljudet ska lyssnaren få uppfattningen av att befinna sig på olika avstånd från vindkraftverket. Dessa ljud samt andra referensljud som kan vara av intresse för en helhetsupplevelse av ett vindkraftverk i naturen, är samlade i ett program kallat iwind. I programmet kan lyssnaren bestämma vilken ljudeffekt det uppspelade vindkraftverket ska ha, hur många vindkraftverk, från ett till tre stycken, samt vilket markförhållande som råder. Då spelas ett vindkraftverksljud upp med valda egenskaper och information visas om vilket avstånd lyssnaren befinner sig i förhållande till vindkraftverket samt ljudtrycksnivån.
Summary This diploma work deals with sounds from wind power plants. The aim of this project is to demonstrate how the sound from a modern wind power plant sounds. The report describes the procedure for how a sound programme is created, from recordings, calculations for distance and ground simulations, mixings and calibration to the creating of the programme. By calculating and applying various filters on the recorded sound the listener will get the perception of being located on different distances from the wind power plant. These sounds and other reference sounds that can be of interest for an experience of a wind power plant being in the nature are summoned in a programme called iwind. In the programme, the listener can decide which sound effect the wind power plant that is being played will have, the number of wind power plants from one to three, and the ground property. Then a wind power plant sound is played with the selected properties and information about which distance the listener is located in relation to the wind power plant and the sound pressure level will be shown.
Förord Detta examensarbete utfördes på uppdrag av ÅF Ingemansson under hösten 2008 och våren 2009. Examensarbetet är sista delen i utbildningen till högskoleingenjör i maskinteknik på Chalmers Lindholmen. Utbildningen omfattar 180 hp och examensarbetet 15 hp. Detta examensarbete handlar om hur ett ljudprogram om vindkraftsverksljud skapas. Slutprodukten är ett program kallat iwind. Kontakta författarna för demonstration av programmet (fyrlund@mail.com eller mattiassvensson.mail@gmail.com). Vi vill först och främst tacka vår handledare på ÅF, Martin Almgren för all hjälp samt för möjligheten att få arbeta med ett intressant och roligt examensarbete. Vi vill även tacka Josef Barsi som hjälpt oss med bland annat mätinstrument på ÅF. Tack till IT-ingenjören Mikael Svensson för oumbärlig hjälp med programmeringen. Vi vill även tacka Professor Mendel Kleiner, vår handledare från Chalmers, för stöd samt för att vi fick möjlighet att läsa kursen Audio Technology and Acoustics.
Innehåll 1. INLEDNING... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 1 1.3 Mål... 1 1.4 Frågeställning... 1 1.5 Avgränsningar... 2 2. METOD... 3 2.1 Teoretisk studie... 3 2.2 Inspelningsutrustning... 3 2.3 Beräkning... 3 2.4 Mixning... 4 2.5 Uppspelningsprogram... 4 2.6 Uppspelningsutrustning... 5 3. TEORETISK STUDIE... 6 3.1 Ljudemission... 6 3.2 Ljudimmission... 7 3.3 Maskering... 7 3.4 Refraktion... 7 3.5 Reduktion av ljud från vindkraftverk... 8 4. BERÄKNING... 9 4.1 Beräkning av filter för markdämpning och luftabsorption... 9 4.2 Beräkning av avstånd... 11 4.3 Mixning... 14 4.4 Panorering... 14 5. GENOMFÖRANDE... 15 5.1 Inspelning... 15 5.2 Mixning... 16 5.3 Begränsning... 17 5.4 Programmering... 18 6. RESULTAT... 22 DISKUSSION OCH SLUTSATS... 24 FÖRSLAG TILL VIDARE ARBETE... 25 REFERENSER... 26 BILAGOR
1. INLEDNING 1.1 Bakgrund Människor i västvärlden har i princip blivit beroende av el- och strömproduktion, men söker sig mer och mer till energikällor utan miljöpåverkan. För att möta denna efterfrågan byggs vindkraftverk i ökande takt. Vindenergin är förnyelsebar med relativt lite miljöpåverkan. Nackdelen kan vara att människor stör sig på det hörbara svischljud som bildas när vindkraftverk snurrar. Av denna orsak vill ÅF Ingemansson ha ett sätt att visa upp för intressenter vid ett s.k. samrådsmöte hur vindkraftverk kan komma att låta i närområdet i början av ett byggprojekt. De vill ha ett enkelt tillvägagångssätt att spela upp ljud för åhörare i en lokal eller utomhus. 1.2 Syfte Syftet är att spela in ljud från ett modernt vindkraftverk, Enercon E70 (se bild på framsidan), samt att återskapa detta ljud så verklighetstroget som möjligt med hjälp av ett uppspelningsprogram. Lyssnaren ska kunna få höra hur ljudet skiljer sig beroende på vilket avstånd denne befinner sig på, vilken typ av mark samt vilken ljudeffekt vindkraftverket har. Även äldre vindkraftverk kommer det att kunna lyssnas till som referensljud. Andra referensljud så som trafik- och naturljud ska finnas tillgängliga. Lyssnaren ska kunna få en helhetsuppfattning av hur ett vindkraftverk kan komma att låta i en naturtrogen miljö. 1.3 Mål Målet med arbetet är att ett ljuduppspelningsprogram ska skapas. I programmet ska åhöraren kunna lyssna till hur ett vindkraftverk låter. Det simulerade vindkraftverket ska kunna ha ställbar ljudeffektnivå från 90 dba, för att simulera framtidens tystare vindkraftverk, upp till 110 dba för att visa hur befintliga vindkraftverk låter. Lyssnaren ska kunna välja ljudtrycksnivå vid lyssnarposition från 35 dba till 55 dba med fem decibels intervall. Det ska finnas möjlighet till att ändra markegenskap; mjuk eller hård mark. I programmet ska lyssnaren kunna välja att spela upp två eller tre vindkraftverk samtidigt. Sammanlagt ska det alltså finnas fyra variabler i programmet. Utöver detta ska referensljud kunna spelas upp samtidigt som vindkraftverksljudet. 1.4 Frågeställning Teori Hur uppkommer ljud från vindkraftverk? Hur utbreder sig ljud från vindkraftverk? Hur uppfattas ljudet från vindkraftverk? Hur kan man simulera ett ljud från ett annat avstånd än det inspelade? Vilka beräkningsmodeller finns för beräkning av ljud från vindkraftverk? Inspelning Vilket inspelningsavstånd ska användas? Hur ska inspelning ske i förhållande till vindhastighet? Mixning Vilka filter ska användas vid mixning av ljudfiler? Hur ändras frekvens/ljudtryck med avseende på avstånd? 1
Programmet Hur ska uppspelningsprogrammet utformas för god användarvänlighet? Vilka parametrar ska finnas med i programmet? Vilka variabler ska dessa ha? Hur många vindkraftverk ska finnas med samt i vilka positioner? Vilka andra referensljud ska finnas tillgängliga för lyssning? Uppspelning Hur ska uppspelning av programmet ske? 1.5 Avgränsningar Ljudutbredningsberäkningarna avgränsas till att enbart innefatta Naturvårdsverkets beräkningsmodell. Detta är en ljudutbredningsformel med en korrektionsterm för luftabsorptionen. Eftersom det inte handlar om ljud som emitteras från olika håll, kommer bara stereoljud med enkel panorering att behandlas. Kortare avstånd än 130 m har inget filter. Eftersom inspelning skedde på detta avstånd görs antagandet att ljudspektrum inte ändrar sig på kortare avstånd. Ljudeffektnivån sträcker sig från 90 till 110 dba med en decibels intervall. Ljudtrycksnivån för lyssnaren begränsas till att vara från 35 till 55 dba med fem decibels intervall. Felmarginal i ljudtryck är +/- en decibel vid uppspelning. Uppspelningsmediet begränsas till högtalaruppspelning, ingen hänsyn tas till rumsakustiken. 2
2. METOD 2.1 Teoretisk studie För att få en inblick av vad ljud innebär föreslog vår handledare, professor Mendel Kleiner, att vi skulle läsa kursen Audioteknik och Akustik på Chalmers, för att få kunskap om allmän ljudutbredning samt ljudtrycksberäkningar. Vi genomförde kursen och vi lärde oss väldigt mycket inför det här projektet. För att veta mer om hur ljud från vindkraftverk uppstår, utbreder sig, maskeras samt vilka bestämmelser det råder kring beräkning måste även en teoretisk studie genomföras. 2.2 Inspelningsutrustning Ljudinspelaren/ljudnivåmätaren som ska användas är en Nor140 Sound Analyser (se Figur 1). Ljuddata och ljudfiler från denna sparas på ett 8 GB stort SD minneskort som sedan kan importeras till en PC för analys och lyssning. Då bullermätaren startas börjar den genast visa vilket ljudtryck (dba) som råder i omgivningen. Inspelningen ska ske i motvind på 1.5 meters höjd vid ett lämpligt avstånd från vindkraftverket. Det ska blåsa 8 m/s på 10 meters höjd för att få rätt förhållande mellan vindkraftverksljudet och naturbruset. Det ljud som ska spelas bör vara minst två minuter lång då inget störande ljud finns med. Figur 1. Ljudnivåmätare Nor140 7) 2.3 Beräkning För att veta vilka avståndsfilter som ska skapas måste vi beräkna vilka avstånd som ska simuleras. För att hålla beräkningarna på den nivå som gäller för bestämmelser av ljudtryck vid bostäder användes Naturvårdsverkets beräkningsmodell. För att räkna markfiltrens frekvenskorrigeringsvärden på olika avstånd kommer ÅF Ingemanssons mjukvara General Prediction Method att användas. Denna beräkningsmetod ger värdena i ett 8-bands oktavbandsfilter för önskat avstånd, beroende på höjd på det emitterande ljudet, inspelningsavstånd o.s.v. Då man ska räkna ut markavståndet till ett vindkraftverk (ej avståndet till rotorn), samt när panoreringsvärdet ska räknas ut används Pytagoras sats samt trigonometri. När flera ljuds sammanlagda bidrag ska ge ett visst ljudtryck används additionsformeln för ljudtryck de enskilda källornas ljudtryck. 3
2.4 Mixning På ÅF Ingemansson används Adobe Audition som ljudredigeringsprogram. Från början var det tänkt att vi skulle befinna oss där för att redigera, men efter att vi bekantat oss med programmet visade det sig vara svårt. Tanken slog oss att använda vår egen inspelningsstudio på Kämpegatan, där vi har en dator avsedd för musikinspelning med musikredigeringsprogrammet Cubase 3. Detta är ett program vi sedan tidigare är väl insatta i, för att snabbare och smidigare kunna redigera ljuden. På de inspelade ljuden kommer filter läggas på med hjälp av en equalizer för att simulera olika avstånd eller marktyper. Ljuden kommer även behöva klippas och flyttas något tidsmässigt då flera ljud av samma typ spelas upp samtidigt, samt panoreras då vindkraftverken ska befinna sig på sidorna av ljudbilden. Ljuden ska till sist mixas ner till lämpligt format. Dessa kommandon är vi vana att jobba med då vi redigerar musik i Cubase 3. 2.5 Uppspelningsprogram När inspelning och mixning av ljudfilerna är klara ska en smidig och strukturerad uppspelningsmetod skapas. Möjliga lösningar är att: 1. Göra en presentation med Microsofts Powerpoint mjukvara. 2. Använda en befintlig mediaspelare, t.ex. itunes eller Windows media player. 3. Programmera en databas med multimediaplattformen Adobe Flash. Eftersom det kommer att handla om fler än hundra ljud kan det bli olämpligt att använda Powerpoint. En annan lösning på uppspelningsprogram var att använda en befintlig mediaspelare. Genom att namnge ljudfilerna på ett systematiskt sätt skulle det vara enkelt för lyssnaren att veta vilken ljudfil som ska spelas upp. Ett exempel på hur ett sådant filnamn skulle kunna vara: g01p01lw90lp40. Där varje del av namnet har olika betydelse t.ex. g beskriver vilken typ av mark, 01 indikerar att det är hård mark, p visar vilken position vindkraftverket befinner sig i, lw skulle visa vilken ljudeffekt vindkraftverket har och lp vilket ljudtryck som spelas upp i lyssnarposition. Problemet med denna metod är att det inte är möjligt att spela upp två eller flera ljud samtidigt. Eftersom ett av kriterierna var att spela upp flera ljud samtidigt kan en befintlig mediaspelare uteslutas. Möjligheterna i Flash är mycket större men detta innebär också att kunskaperna om detta program måste vara stora, därför kommer utomstående hjälp behövas. 4
2.6 Uppspelningsutrustning Ljuduppspelning via högtalare är att föredra vid auralisering av vindkraft vid samrådsmöten. Främsta anledningen till det är att det ofta är flera personer som samtidigt vill lyssna. Ett annat skäl är att det är svårt att kalibrera ljudnivån i ett par hörlurar. Vid användning av högtalare görs kalibrering av ljudet med hjälp av en ljudmätare som mäter det totala A-vägda ekvivalentvärdet. Ljudet ställs manuellt in mot dba-värdet som programmet uppger att det ska vara. För t.ex. ljud från vindkraftverk är det främst 40 dba som är intressant att spela upp då detta är övre gränsen för ljudnivån från ett vindkraftverk invid bostäder. Uppspelning ska ske med hjälp av bärbar dator samt medhavda högtalare inför en publik som befinner sig vid ljudnivåmätaren, se figur 2. Efter tester visar det sig att hörlurar inte är ett lika bra alternativ för uppspelning av ljud vid samrådsmöten eftersom de har sämre basrespons. Anledningen till det är att det i allmänhet är svårt att få rätt tätning mellan hörlur och huvud. En fördel med hörlurar är att rummet inte påverkar uppspelningen av ljud. En lösning för att undvika rummets påverkan vid uppspelning med högtalare är att hålla presentationen utomhus. Högtalare Mötesdeltagare Bullermätare 40 d Dator Högtalare Figur 2. Uppspelningssituation 5
3. TEORETISK STUDIE 3.1 Ljudemission Ett vindkraftverk alstrar i princip två ljud. Det ena är det aerodynamiska ljudet från när vingarna rör sig genom luften. Det andra är mekaniska ljud från växellåda och generator som utbreder sig till tornet (oftast utformat som en stålcylinder). Den odämpade cylindern fungerar som en resonator för diverse sporadiska ljud vars ursprung vi inte kunde härleda. Dessa ljud uppfattas som mer störande och det ställs högre krav på denna typ av sporadiska ljud. Dessa mekaniska ljud har dock minskat i moderna vindkraftverk, på grund av förbättring samt införandet av steglös växling i generatorn. 1) Det aerodynamiska ljudet, ofta beskrivet som ett svischande brus, är bredbandigt och är mest framträdande inom frekvensintervallet 63 till 4 000 Hz. Därför används främst dessa frekvenser vid beräkning av ljudspektra. Det aerodynamiska ljudet liknar det naturliga vegetations- och havsbruset, varför detta ofta maskeras. 5) Man kan göra antagandet att ett vindkraftverk emitterar ljud som en punktkälla och utbreder sig sfäriskt om det befinner sig på land. Vid varje avståndsdubbling ökar halvsfärens area med 4 gånger och ljudstyrkan minskar därmed 6 db enligt avståndslagen. Det är den geometriska förändringen som är den främsta anledning till att ljudstyrkan minskar då man avlägsnar sig från vindkraftverket. Om vindkraftverket befinner sig ute på vatten kan det betraktas som en linjekälla, ljudet reflekteras i högre grad eftersom vattenytan utgör en akustiskt hård yta. Den effektiva ljudkällan får formen av en linjekälla med en utbredningsdämpning på 3 db per avståndsdubbling. Dessa båda fall gäller för ett avstånd på över 100 meter, eftersom då tas ingen hänsyn till att det emitteras ljud från vingspetsarna. Om ljudet dämpas av vegetation på marken i form av gräs, äng osv. tillkommer en ytterligare markdämpning på upptill 3 db på det reflekterade ljudet. 5) I de flesta av de ljudtryckberäkningar som görs över ett område, räknar man alltid med värsta-fall-scenariot. Vilket innebär att man räknar alltid med att vindkraftverksljudet har medvind i sin utbredningsriktning. Vindriktning påverkar ljudstyrkan och skillnaden kan vara 10-15 db beroende på mot- eller medvind. Naturvårdsverkets beräkningsmodell utgår ifrån detta fall. 5) Märkvind, kallas den vindhastighet som vindkraftverket är inställt på för att fungera optimalt. För de flesta vindkraftverk är det mest intressanta vindförhållandet vid 8 m/s vindhastighet, då är vindkraftverkets ljudstyrka relativt omgivningen som högst. Vid lägre vindstyrka snurrar ett vindkraftverk inte så mycket så att det kommer upp i några högre ljudtryck, och över 8 m/s maskeras ljudet av omgivande vegetation. 5) De riktlinjer som gäller för avståndet mellan vindkraftverk och närmaste bebyggelse är 40 dba för bostäder och 35 dba för planlagda fritidsbebyggelser och områden för rörligt friluftsliv där naturupplevelsen är en viktig faktor. 1) Ljudeffektnivån för ett vindkraftverk anges ofta av tillverkaren. Ljudeffekten (L w ) är ett beräknat värde som verket alstrar vid en vindhastighet på 8 m/s, mätt på 10 m höjd. Detta värde ligger oftast mellan 95 och 105 dba. Ljudeffekten på vindkraftverkstypen E70 är ca 103 dba. 8) 6
Tabell 1 visar ungefärligt avstånd beroende på immission (L p ) och emission (L w ). 2) L p 45dBA 40 dba 35 dba L w 105 dba 350 m 575 m 775 m 100 dba 200 m 350 m 575 m 95 dba 120 m 200 m 350 m Tabell 1. Förhållandet mellan L p och L w i meter 3.2 Ljudimmission Mätningar av ljudimmission är svårt att genomföra då det nästan är omöjligt att få ett "rent" ljud från vindkraftverkets buller. Bakgrundsljud från omgivning så som industri, skog, trafik, m.m. maskerar ljudet från vindkraftverket. En lösning på problemet är att mäta ljudimmissionen då vindkraftverket är avstängt och sedan mäta en gång till då de är i drift. Efter det kan vindkraftverkens ljudtryck beräknas. Mätningarna måste ske i följd så att lika väder/vind -förhållande gäller. 1) 3.3 Maskering När vind strömmar genom löv, byggnader och terräng uppstår ett ljud som liknar vindkraftverkets sus. Detta har en maskerande effekt på vindkraftverkets ljud. Vid höga vindhastigheter är maskeringen stor eftersom bakgrundsljudet dominerar ljudbilden. Givetvis ökar både vindkraftverksljudet och bakgrundsljudet med ökad vindhastighet. Dock är bakgrundsljudets ökning större än vindkraftverkets, och på så vis maskeras vindkraftverksljudet. Ljudet från vindkraftverket är som tydligast vid 8 m/s. Därför görs ljudmätningar vid denna vindhastighet. 1) Vid stora, höga vindkraftverk kan det råda skillnad i vindhastighet vid rotorn och på mark. Då det blåser mycket vid rotorn hörs vindkraftverket tydligare eftersom det inte maskeras lika mycket av markbruset. Den maskerande effekten av vindkraftverksljudet är alltså inte att räkna med då ljud från vindkraftverk ska undersökas. 1) Ett liknande fenomen som bör betraktas är då ett vindkraftverk befinner sig på ett berg eller en kulle. Om lyssnaren är placerad nedanför kullen kan det uppstå "lä" och ljudet från vindverket hörs tydligt även om det är inom reglerna för vad ett vindkraftverk får emittera. 1) 3.4 Refraktion På grund av olika temperaturer i luften och vid marken sprids ljudvågor på olika vis. Ljudets hastighet ökar om temperaturen sjunker med växande avstånd från marken. Under t.ex. dagtid då solen värmt marken sjunker temperaturen med växande avstånd från den. Detta gör att ljudvågorna böjs uppåt eftersom ljudet transporteras snabbast där det är kallast. Detta ger en dämpande effekt då avståndet från ljudkällan ökar. Figur 3 är en bild på hur ljudet böjer sig i förhållande till temperaturen och avståndet från marken. 6) 7
kallt Höjd (m) varmt skugga Ljudkälla Temp ( Figur 3. Bild över refraktion vid hög marktemperatur Då temperaturen är som lägst vid marken t.ex. över vatten på kvällstid refrakteras ljudvågorna neråt eftersom det är kallast där. Detta leder till att ljudet propagerar över längre sträckor. Ljudet har även en tendens till att studsa mot vatten och hårdmark vilket gör att det kan transporteras ännu längre sträckor. I figur 4 ser vi hur ljudvågorna böjs mot marken. 6) varmt Höjd (m) kallt Ljudkälla Temp ( Figur 4. Bild över refraktion vid låg marktemperatur 3.5 Reduktion av ljud från vindkraftverk Då ljud från befintliga vindkraftverk ska reduceras är det viktigt att ta reda på var det mest störande ljudet kommer ifrån, vingarna, växellådan eller generatorn m.m. Åtgärder som går att genomföra efter det att vindkraftverket står klart är t.ex. att minska det aerodynamiska ljudet genom att ljudoptimera vingarnas vinkel. Om det är mekaniska problem så som gnissel går det att undvika genom reparationer och kontinuerligt underhåll. 1) Problem kan uppstå under kvällstid på sommaren då vinden har en tendens att lugna sig vid marken men fortfarande blåsa stark vid vindkraftverkets rotor. Den maskerande effekten från vinden vid marken försvinner då och ljudet från vindkraftverket hörs tydligare. Vid tillfällen som detta kan en lösning på problemet vara att begränsa vindkraftverkets gång eller helt stänga av det. 1) 8
4. BERÄKNING 4.1 Beräkning av filter för markdämpning och luftabsorption Då ett filter för mark- och luftabsorption ska beräknas är det av intresse att veta avståndet från inspelningsplatsen till vindkraftverket samt höjden på det, man måste även veta på vilken höjd mikrofonen placerats. Ljudeffektnivån på vindkraftverket måste anges samt ett A-vägt spektrum för oktavbanden 63-8000 Hz (. Ändringen i ljudtryck ( ) med avseende på avstånd räknas sedan ut med ekvation 1. 10 10 4, db re 1 pw (ekvation 1) 3) d är avståndet från vindkraftverket och beräknas i ekvation 2. r = Avstånd från rotor till mikrofon. h = Höjd på torn. m = Mikrofonplacering. (ekvation 2) Luftabsorptionen är beroende av avståndet från vindkraftverket och beräknas i ekvation 3., db re 1 pw (ekvation 3) 3) är hämtad ur tabell 2 nedan och är angivna för relativ fuktighet 70 % och 15 ºC. Oktavband (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 (db/m) 0 0 0.001 0.002 0.004 0.007 0.017 0.056 Tabell 2. Dämpningen för varje oktavband 3) För att beräkna markdämpning runt immissionspunkten (, och källpunkten, ) krävs följande parametrar: Immissionsdelen är den del av markytan med bredden ( mätt horisontellt från den vertikala projektionen av källan. är definierat som minsta värdet utav d och 30 h i. Källdelen är den del av markytan med bredden ( mätt horisontellt från den vertikala projektionen av källan. är definierat som minsta värdet utav d och 30 h s. G s är dämpkoefficienten vid ljudkällan och G i är dämpkoefficienten vid immissionspunkten. Dämpkoefficienten är ett värde från 0 till 1. Mycket hård mark så som asfalt eller vatten har dämpkoefficienten 0, porös mark har dämpningen 1, och, beräknas separat för varje oktavband med hjälp av tabell 3. Sedan adderas, och, för varje oktavband för att resultera i en slutgiltig markdämpning. 3) 9
Oktav [Hz],, [db] 63 1,5 125 1,5 G 250 1,5 G 500 1,5 G 1000 1,5 G 2000 1,5 1 G 4000 1,5 1 G 8000 1,5 1 G 1,5 3, 1 5,7, 1, 1,5 8,6, 1 1,5 14, 1 1,5 5, 1 I ekvation 4 beräknas totala ljudtrycket. Tabell 3. Uträkning för markdämpning 3) = ekvation 4 3) För att beräkna ett filter subtraheras med för varje oktavband. Då det inte är möjligt eller lämpligt att spela in vindkraftverket på ett mycket nära håll från vingarna gjordes detta på ett avstånd på 130 meter. Inspelningspunkten blev på så vis utgångspunkten för beräkning av filter. Därför bör först ett filter för avståndet 130 meter beräknas som sedan subtraheras med det nya filtret för ett avstånd större än 130 meter. Beräknade filter finns att beskåda i bilaga 1 och 2. filter = filter >130m filter 130m ekvation 5 10
4.2 Beräkning av avstånd L w ska variera mellan 90 och 110 dba för att kunna använda både nya och gamla vindkraftverk. L p ska vara 35, 40, 45, 50, 55 dba för att matcha de ljudnivåkurvor som ofta förekommer i ljudnivåkartor av terräng. Olika varianter av vindkraftsplaceringar är också intressant. Efter diskussion kom vi fram till att följande fem positioneringar av vindkraftverk skulle vara intressanta, (se figur 5); ett (alternativ 1), två lodrätt med 200 meters mellanrum (alternativ 2), två lodrätt med 400 meters mellanrum (alternativ 3), tre lodrätt med 200 meters mellanrum (alternativ 4), tre vågrätt med 200 meters mellanrum (alternativ 5). 200 m 400 m 200 m 200 m 200 m 200 m Alternativ 1 Alternativ 2 Alternativ 3 Alternativ 4 Alternativ 5 Figur 5. De vindkraftspositioneringar som ska vara valbara i programmet Ljudeffektnivån (L w ) är den ljudeffekt ett vindkraftverk alstrar mätt vid 8 m/s vindhastighet och 10 (m) upp. Detta är ett beräknat värde som tillverkaren anger för varje vindkraftverk. Ljudeffektnivån på moderna och nya vindkraftverk har sjunkit på grund av de högre krav som ställs på ljudemission. Gamla vindkraftverk kan ha en ljudeffektnivå på upp till 110 dba medan nyare kan ha ner emot 95 dba. Vårt program ska spela upp ljud med ljudeffektnivå ner till 90 dba för att det ska vara aktuellt för framtidens tystare vindkraftverk. Beräkningarna härstammar från Naturvårdsverkets beräkningsmodell. Formeln innehåller vanlig avståndsdämpning med en korrektionsterm som avser luftabsorptionen: 8 20 log 0.005 ekvation 6 1) L p är ljudtrycksnivån i lyssnarposition, L w är ljudeffektnivån från vindkraftverket och r är avståndet till lyssnarposition. För att få en inblick av vad den sista korrektionstermen har för inverkan, jämfördes vilka avstånd det hade blivit utan hänsyn till luftabsorptionen bilaga 3. Ur formeln sökes vilket avstånd man befinner sig på, givet ljudtrycksnivå och ljudeffektnivå för ett vindkraftverk (alternativ 1). Efter förenkling anger skärningspunkten för följande två linjer avståndet till rotorn bilaga 4: 0,00025 ekvation 7 log ekvation 8 Därefter beräknas det raka avståndet till vindkraftverkets rot (bilaga 5) med hjälp av Pytagoras sats. E70-vindkraftverken är 70 m höga. å 70 ekvation 9 Anledningen till detta är att lyssnaren ska få en uppskattning av vilket avstånd vindkraftverket är placerat på, då det är plan mark mellan lyssnare och vindkraftverk. 11
När man i verkligheten lyssnar på vindkraftverk, är det ofta flera vindkraftverk på samma ställe, i en vindkraftverkspark eller liknande. Detta ska illustreras i programmet genom att erbjuda alternativet att lyssna på två eller tre vindkraftverk samtidigt. På alternativ 3 där det är 400 m mellan vindkraftverken vertikalt ska bara alternativet två vindkraftverk finnas tillgängligt. Ett tredje vindkraftverk på ytterligare 400 m avstånd skulle innebära en försumbart liten ljudtryckshöjning, varför detta alternativ ignoreras. Alternativ 2 och alternativ 3 ska simuleras genom att två inspelningar läggs på varandra. Eftersom de är i linje med lyssnaren antas ljudet komma från samma punkt, med skillnaden att de står på 200 respektive 400 meters avstånd ifrån varandra. Detta innebär att avståndet (r) till det främsta vindkraftverket och ljudtrycket (L p ) förhåller sig som följer: 10 log 10, 10, ekvation 10 Vi söker avståndet för givna värden på L p och L w för det främsta vindkraftverket med ett vindkraftverk som befinner sig 400 meter bakom. Med r som enda okända term löses denna ut och tabelleras i bilaga 6, markavståndet räknas ut och visas bilaga 7. Analogt räknas avståndet då det andra vindkraftverket befinner sig 200 meter ifrån det främsta, se bilaga 8 och 9. För att beräkna ett tredje vindkraftverk på vertikalen med 200 meters mellanrum läggs ytterligare en term till i additionsformeln, som då har avståndet 400 meter från det främsta vindkraftverket. 10 log 10, 10 10,, Dessa avstånd tabelleras i bilaga 10 och markavståndet räknas ut, se bilaga 11. ekvation 11 För att räkna ut ljudtrycket på de yttersta vindkraftverken i fallet då tre vindkraftverk står horisontellt (alternativ 5) med avståndet r till den mittersta, räknas hypotenusan r ut, uttryckt i r, se figur 6. 200 m r r Figur 6. Avståndet till de yttre vindkraftverken i alternativ 5. 40 000 ekvation 12 12
Vid detta fall är de två yttersta vindkraftverken lika långt ifrån det mittersta vindkraftverket, dvs. en likbent triangel. Då kan man addera 3 db till ljudeffekten. Med additionsformeln för ljudtryck får man ut r som obekant: 10 log 10, De uträknade avstånden visas i bilaga 11 och 12. 10, ) ekvation 13 För att få reda på de olika individuella ljudtrycksnivåerna som måste gälla föra att få ett specifikt ljudtryck i lyssnarposition när flera vindkraftverk har inverkan, måste varje vindkraftverks individuella inverkan lösas ut för sig. Ekvationen för det totala ljudtrycket för alternativ 4 blir: Där 10 ekvation 14 1 8 20 log 0,005 ekvation 15 2 8 20 log 200 0,005 200 ekvation 16 3 8 20 log 400 0,005 400 ekvation 17 Eftersom r (avståndet till det främsta vindkraftverket) är känt från våra tidigare uträkningar och L w är känt, kan varje vindkraftverks bidrag till det totala ljudtrycket räknas ut, se bilaga 14. Dessa adderade ska bli 35 dba. På samma sätt räknas ljudnivåerna ut för alternativ 2 och alternativ 3, se bilaga 15 respektive 16. På liknade sätt räknas de bidrag från tre vindkraftverk som står horisontellt. Eftersom avståndet (r) till det mittersta vindkraftverkets rot är känt och avståndet till ett av de yttre är 40 000 så blir: 1 8 20 log 0,005 ekvation 18 2 3 3 8 20 log 40 000 0,005 40 000 ekvation 19 L p 2 + L p 3 adderas med 3 db eftersom det är två vindkraftverk med samma L w som står på samma avstånd relativt lyssnaren, dessa ljudnivåer visas i bilaga 17. 13
4.3 Mixning För att kunna få fram rätt filter för tre vindkraftverk horisontellt, måste avståndet till de yttre vindkraftverken räknas ut och tabelleras för sig. Detta görs genom att använda Pytagoras sats så som det räknas ut i ekvation 12. Avståndet till det mittersta vindkraftverket är känt och avståndet till de yttre vindkraftverken från det mittersta är 200 m. Dessa värden tabellerades i bilaga 18. 4.4 Panorering När tre vindkraftverk står horisontellt måste panoreringsvinkeln räknas ut. Detta görs genom att avståndet till det mittersta vindkraftverket är känt enligt 4.2 samt att avståndet till de yttersta är 200 m. Vinkeln räknades ut genom: arctan ekvation 20 Eftersom panoreringsskalan i Cubase 3 är uppdelad mellan 0-100 måste en procentuell panorering räknas ut: Dessa värden visas i bilaga 19. 100 ekvation 21 14
5. GENOMFÖRANDE 5.1 Inspelning Vid inspelning monterades bullermätaren på ett 1.4 m högt stativ. Bullermätaren kalibrerades mot 93.6 db samt justerades för 36 db förstärkning. Vindskydd sattes på mikrofonen för att undvika brus från vinden. Vid inspelning användes en enklare vindmätare för att få en uppfattning om vindhastigheten vilken har stor påverkan på ljudet. Det blåste ca 5 m/s på marken när vi spelade in, men på smhi.se stod det att det blåste 8 m/s. SMHI anger vindhastigheten mätt på 10 meters höjd, vilket var bra vindförhållanden för att spela in ljud. Med ett 20 m långt rep mättes avstånd och inspelningsplatser ut. Ett intervall på 50 m mellan platserna valdes med start vid 0 m från vindkraftverket och upp till ca 300 m beroende på hur mycket vindkraftverket bullrade. Ljudinspelningarna pågick under ungefär två minuter. Vid några inspelningstillfällen filmade och fotograferade vi vindkraftverket för att få en visuell uppfattning på vilket avstånd från vindkraftverken ljudfilerna befinner sig på. Vid inspelning av vindkraftverken försökte vi i största möjliga mån undvika bakgrundsljud från träd, hav, trafik och bebyggelse. Vi spelade även in diverse referensljud, bland annat ljud från biltrafik, trädbrus, fåglar, havsbrus m.m. Det första vindkraftverket som vi spelade in ligger ute på Risholmen i Göteborgs hamn, byggt av Bonus. Vindkraftverket är på 450 kw med en navhöjd på 37 m samt en rotordiameter på 37 m. Vindkraftverket är relativt gammalt och det byggdes 1993. Vi spelade även in ett till vindkraftverk ute på Risholmen som kallas för Eivind och det kommer ifrån vindkraftverksleverantören Windworld. Detta vindkraftverk är på 600 kw och tornet är 40 m hög samt har en rotor på 42 m. Hastigheten ute vid vingspetsarna vid maxfart är hela 234 km/h. 9) I Falkenberg spelades två andra vindkraftverk in och det ena var ett mycket modernt, nästintill nybyggt kraftverk på hela 2.3 MW. Det andra var ett mindre och äldre Vestas vindkraftverk. Det nya vindkraftverket av modellen E70 är tillverkat av Enercon och har en navhöjd på hela 70 m och en rotor diameter på 71 m. Det mindre kraftverket från Vestas har en maxeffekt på 250 kw och en navhöjd på 31 m och en rotor diameter på 27 m. I tabell 4 9), 10) visas en sammanställnig av alla vindkraftverken. Summering: Vindkraftverk: Bonus (A) Windworld (B) E70 (C) Vestas (D) Navhöjd 37 m 40 m 70 m 31 m Rotor diameter 37 m 42 m 71 m 27 m Effekt 450 kw 600 kw 2.3 MW 250 kw Tabell 4. Information om inspelade vindkraftverk 9), 10) 15
5.2 Mixning Efter lyssnande hittades en inspelning av E70 (se figur 7) som var representativ för moderna vindkraftverk. Detta ljud kommer att ligga till grund för alla ljud i vindkraftsverksdelen av programmet. Vindkraftverksljudet samt referensljuden importerades till ett musikredigeringsprogram som vi är väl bekanta att arbeta med; Cubase 3. Av de beräkningar som gjorts i 4.2 kan ett filter göras för varje avstånd. Grunden för vilka dessa fasta avstånd ska vara, kommer från de avstånd som beräknades för ett vindkraftverk från lyssnarposition till vidkraftverkets rot. Det blir således 23 olika filter för hård mark: Figur 7. Enercon E70 146, 166, 187, 210, 235, 262, 291, 321, 356, 392, 431, 474, 518, 568, 619, 673, 732, 793, 858, 926, 998 1073, 1151-2000 m. Efter 1151 m är alla filter i princip likadana, allt över 63 Hz är ohörbart. För mjuk mark gäller samma avstånd, med skillnaden att efter 858 (m) är allt över 63 Hz ohörbart. Ljuden för alternativ 1 är således så exakta de kan bli, däremot är de ljuden som avser två samt tre vindkraftverk avrundade för att passa närmaste avståndsfilter. Att välja dessa avstånd har även en annan fördel, nämligen att stegringen i dessa filter är sådan att det precis är en hörbar skillnad mellan nästkommande filter; ca 3 decibels skillnad i något frekvensband. Om avståndet är mindre än 146 m, antas att ljudet inte ändrar karaktär ju närmre man står. Detta antagande görs dels för att inspelningen skedde på detta avstånd, dels för att det är svårt att simulera ljud närmare än det inspelade avståndet. Varje ljud ska bli tilldelat ett filter beroende på vilket avstånd det ska simulera. För detta användes ett 10-bandsequalizer (se figur 8) där de 8 första oktavbandens värde är givna från uträkningar från 4.1. De två sista är till för att på ett så naturtroget sätt som möjligt få till ett bra avslut på frekvenskurvan, då detta var svårt att genomföra i de förinställda kurvutseenden som fanns i programmet. När två vindkraftverk spelas samtidigt har vi enligt uträkningar i bilaga 5,7 och 9 räknat avståndet till det främsta, samt i bilaga 11 avståndet till det mittersta vindkraftverket. Avståndet till de övriga räknas ut genom att addera exempelvis 200 meter, eller som är uträknat i 4.2 och visas i bilaga 18; hypotenusan, dvs. avståndet till vindkraftverken på kanterna. Figur 8. Filter för 210 meters avstånd vid mjuk mark. Naturvårdsverkets beräkningsmodell tar inte hänsyn till markabsorptionen. Det gör att de beräkningar som gjorts med avseende på avstånd inte påverkas, men när vi räknar fram olika filter finns variabeln hård/mjuk mark, uträknat i 4.1. Detta gör att de höga frekvenserna vid ca 4 000 Hz minskar mer vid mjuk mark än vid hård. 16
När alternativ 5 lyssnas på, ska de två vindkraftverk som är på sidorna panoreras för rätt upplevelse av positionen. Beräkningen för detta är gjord i 3.4. Efter att de avstånd som gäller matats in som r, erhålls en tabell, se bilaga 19, för vilket värde panoreringen ska ha i Cubase 3. När flera vindkraftverk ska simuleras samtidigt är det viktigt att ljudspåren inte är i samma fas tidsmässigt, då detta bara skulle innebära en ljudtryckshöjning. Därför förskjuts alla ljud i förhållande till varandra, för att få en känsla av att flera vindkraftverk snurrar samtidigt. I Cubase 3 kan man ändra ljudtycket på två olika sätt. Antingen ökar man på ljudspårets förstärkning, eller på spårets nivå. Om ett ljud ska ha högt ljudtryck samtidigt som det har ett lågt low-passfilter, måste ljudet klippas i för att undvika överbelastning i form av knäpp i ljudet. När detta görs kommer takten i vilken vingarna roterar att ändras, men detta är inget problem eftersom vid ett starkt bas-ljud hörs dessa inte tydligt ändå. När alla ljud har blivit tilldelat ett filter, tidsförskjutning samt eventuell panorering ska de kalibreras för att få rätt ljudtrycksnivå. I bilagorna 14 till 17 är det beräknat vilken individuell ljudtrycksnivå som varje spår ska ha för att få en total ljudtrycksnivå på 35, 40, 45, 50 och 55 dba. I bilaga 17 står vilken ljudtrycksnivå som det andra och det tredje vindkraftverket ska ha tillsammans. Enligt beräkning i 4.2 adderas totalen med 3 db eftersom det är två vindkraftverk som befinner sig på samma avstånd. När de individuella ljuden har fått rätt uppspelningsvolym spelas de upp tillsammans via ett par aktiva studiohögtalare, (se figur 9); KRK Rokit 5, för att få rätt totala ljudtrycksnivå. En bullernivåmätare stod på ett stativ 2.5 m ifrån, riktad mot mitten av högtalarna. Samma position användes för alla ljudfiler för korrekt kalibrering av ljuden. På bullernivåmätaren användes ekvivalentnivå över en period eftersom det är varierande ljudtryck När alla dessa ljud har rätt filter, är rätt kalibrerade och eventuellt panorerade, sparas uppspelningsvolymen via en audio mixdown till ca 40 sekunders mp3-filer. Dessa sorteras därefter via sina namn i en databas för enkel hantering. Namnet på en ljudfil kunde vara exempelvis: g01p02lp40lw100, där p står för vilken position (alternativ 2), g för vilken marktyp (hård mark), lp för ljudtrycket i lyssnarposition (40 dba), lw för ljudeffekt (100 dba). Figur 9. KRK Rokit 5.3 Begränsning Efter att ha gjort färdigt ljuden för alternativ 1 upptäckte vi vidden av det arbete som skulle behövas läggas ner för att fullfölja arbetet att göra ljudfiler för alla de kombinationer som var tänkt från början. Efter att ha lyssnat och jämfört alternativ 2 och alternativ 3 kom vi fram till att det skiljde så lite att man knappt kunde höra någon skillnad på om ett vindkraftverk befann sig 200 meter eller 400 meter bakom det främsta. Samma sak gällde för alternativ 4, då det bakersta vindkraftverket knappt gjorde någon skillnad eftersom de främsta var så dominanta. Vi hade redan en inspelning med två vindkraftverk horisontellt med 200 meters avstånd, och skillnaden med att placera ytterligare ett vindkraftverk längst bak, dvs. 200 meter bakom det bakersta var i princip ohörbar. Tiden det tog att kalibrera; spela upp, mäta, ändra ljudnivå osv. tog lägre tid än vad vi räknat med. Redan efter att gjort alternativ 1 hade; 20(L w ) x 5(L p ) x 17
2(mark) = 200 ljudfiler gjorts. Dessa insikter gjorde att vi kom fram till att vi borde begränsa oss i vårt arbete. För det första beslutade vi att stryka alternativ 3 samt alternativ 4 och bara använda oss av tre positionsmöjligheter; ett vindkraftverk (alternativ 1), två vindkraftverk vertikalt med 200 meters mellanrum (alternativ 2) samt tre vindkraftverk horisontellt med 200 meters mellanrum (alternativ 5). Dessa tre täckte in de önskemål som vi satt upp från början. Vi beslutade oss även för att ytterligare begränsa de två sistnämnda alternativen, eftersom att fullfölja detta arbete skulle visa sig vara en övermäktig och tidkrävande uppgift. Dels därför att vi redan hade det viktigaste, själva essensen i arbetet nämligen ett vindkraftverk med variabelt ljudtryck, ljudeffekt samt mark, dels att bara göra en position till skulle innebära mer arbete än vad vi redan lagt ner för att skapa det första. För alternativ 2 skulle varje ljudfil innehålla två individuella spår, för alternativ 3 skulle tre individuella spår krävas som var och en ska kalibreras och läggas filter på. Vi kom därför fram till att begränsa ljudeffekten på dessa genom att bara ha L w =100 samt 105 db som variabler i programmet. 5.4 Programmering Först programmerades referensljuden eftersom dessa först var färdig mixade. De delades in i grupper där varje grupp hade något gemensamt; t.ex. vägbuller, och stadstrafik delade grupp. Grupperna som finns i programmet är ljud från: äldre vindkraftverk, havsbrus, tåg, bilar, kalibrering, trädbrus, fåglar, tal. Grupperingar gjordes för att det inte ska vara möjligt att lyssna på flera trafikbuller eller t.ex. havsbrus samtidigt. Bara ett ljud i varje grupp kunde spelas upp simultant med ljud från en eller flera andra grupper. Varje ljud försågs med en informationsruta som framträder i en ruta när pilpekaren står över en knapp. Informationsrutan innehöll exempelvis: ljudtryck, inspelningsavstånd, vindhastighet, våghöjd osv. Ett ljud startar då dess knapp trycks in, ett grönt sken bakom knappen tänds och det indikerar att ett ljud från den spelas upp. Ljudet loopar tills det att användaren stoppar det genom att trycka på knappen igen. Alla referensljud ligger lagrade i en separat mapp som heter sounds och det är dit knapparna är direktlänkade. Ljuden från vindkraftverken delades in i tre grupper beroende på vilken position de placerats på. För varje vindkraftverk kan ljudeffektnivån ställas in med ett skjutreglage. Marktyp samt ljudtryck ställs även in med hjälp var sitt skjutreglage. Då startknappen trycks in läser en algoritm i Flash av reglagens värden. Den letar sedan upp den valda kombinationen i en XML-fil som befinner sig i samma mapp som vindkraftverksljuden gör. XML -filen är datastrukturen som kopplar samman reglagens parametrar med en specifik ljudfil och nedan är ett exempel på hur den ser ut: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> - <windsounds> <!-- Mappen där ljudfilerna är --> - <ground id="1" type="soft"> <!-- Visar vilken typ av mark --> - <position id="1"> <!-- Visar vilken position vindkraftverket har --> - <lw id="90"> <!-- Visar vilken ljudeffekt--> <lp id="35" sound="g01p01lw90lp35.mp3">187</lp> <!-- Anger ljudtryck, namnet på ljudfilen samt lyssnar avstånd--> <lp id="40" sound="g01p01lw90lp40.mp3">95</lp> <lp id="45" sound="g01close45.mp3">0</lp> <lp id="50" sound="g01close50.mp3">0</lp> <lp id="55" sound="g01close55.mp3">0</lp> </lw> - <lw id="91"> <lp id="35" sound="g01p01lw91lp35.mp3">210</lp>... <lp id="55" sound="g01close55.mp3">0</lp> 18
</lw>... <lw id="110">...</lw> </position> - <position id="2"> <!-- Här börjar position 2 --> <lw id="100">...</lw> <lw id="105">...</lw> </position> - <position id="3"> <lw id="100">...</lw> <lw id="105">...</lw> </position> </ground> <ground id="2" type="hard">...</ground> </windsounds> Först söker programmet av vilken mark som är vald, sen position, sen lw, sen lp och då får den ut filnamnet samt avståndet. Bredvid uppspelningsknappen visas information om vilken kombination som spelas upp samt vilket avstånd lyssnaren befinner sig på. I figur 10 och figur 11 visas skisser på layouten av programmet. Figur 10. Skiss på programlayouten 19
Figur 11. Skiss på programlayouten 20
Figur 12 visar hur det färdiga programmet iwind, ser ut. Figur 12. Bild på programmet iwind. 21
6. RESULTAT 6.1 Teori Ljud uppstår främst från vindkraftverkets vingar då de skär igenom luften. Bullernivån beror främst på att ett turbulent gränsskikt uppstår på bladen och virvlar som bildas vid bakkanten på vingarna. Det är bladspetshastigheten och tjockleken på baksidan av vingarna som påverkar ljudets styrka och frekvens. Gnisslande ljud från friktion i växlåda samt generator 1), 11) kan även uppstå men det är ljudet från vingarna som är dominerande. Vindkraftverksljud kan betraktas som en punktkälla och över land utbreder sig ljudet sfäriskt vilket innebär att varje avståndsdubbling från vindkraftverket sänker ljudet med 6 db. Över vatten utbreder ljudet sig cylindriskt och en avståndsdubbling innebär då en sänkning på 3 db. 5) Ljudet från vindkraftverk uppfattas ofta som ett svischande och pulserande ljud. Karaktären på ljudet påminner mycket om vanligt vindbrus. Nära ett vindkraftverk (ca 50 meter ifrån det) 1), 11) kan även brummande ljud från generatorn höras. Olika avstånd från ett vindkraftverk kan simuleras genom att använda beräkningsmetoden General Prediction Method. GPM räknar ut hur spektrumet ändrar sig beroende på vilken mark och avstånd lyssnaren befinner sig på i förhållande till vindkraftverket. Beräkningsmodellen som använts i denna rapport är Naturvårdsverkets avståndsformel. Beräkning av ljudtrycket beskrivs noggrant i kapitel 3.2 men kortfattat ser formeln ut så här: 8 20 log 0.005 L p är ljudtrycket, L w är vilken ljudeffekt vindkraftverket har och r är avståndet. 1) 6.2 Inspelning Det enklaste sättet att spela in ljud från vindkraftverk är att använda sig av någon typ av portabel inspelningsbar ljudnivåmätare. Inspelning på kort avstånd innebär risk att andra ljud som t.ex. ljud från torn och generator kommer med. Inspelning på långt avstånd innebär att karaktären på ljudet ändras för mycket, bland annat kommer inte de högfrekventa ljuden fram på grund av t.ex. utbredningsdämpning. Det är även viktigt att befinna sig i motvindsposition rakt bakom vindkraftverket så att mikrofonen fångar så mycket ljud som möjligt. Det är vidare viktigt att använda vindskydd på mikrofonen eftersom vindbruset annars kan bli så starkt vid mikrofonen att den överbelastas. Vindhastigheten bör vara runt 8 m/s, 10 meter upp eftersom det är då som ett vindkraftverk låter som mest i förhållande till bakgrundsbuller. 6.3 Mixning De markavstånd som räknats ut i ekvation 9, se bilaga 5, för ett vindkraftverk används i General Prediction Method för att få så exakta värden som möjligt för alternativ 1. Värdena som ges ur GPM används sedan i Cubase 3 för att skapa 10 bands oktavbandsfiltren för de olika avstånd som räknats ut. Beroende på vilken typ av mark samt avstånd som önskas appliceras filtren på ljudfilerna. 22
Karaktären på ljudet ändras beroende på avståndet, med ökat avstånd från vindkraftverket minskar höga frekvenser. Vid ett avstånd på ungefär 850 meter hörs bara ljud från 0 till 63 Hz. 6.4 Programmet Eftersom programmet mestadels kommer att spelas upp från en bärbar dator (då ÅF åker ut till sina kunder med uppspelningsutrustningen med sig), bör layouten på programmet vara anpassad för upplösningen på en sådan skärm. Vi valde att utforma programmet rektangulärt liggandes för att alla knappar skulle få plats. Varje referensljud tillhör en kategori och namnet står högst upp på kolumnen för varje grupp. Bara en knapp per kategori kan vara intryckt samtidigt, för att inte få överbelastning av ljud. För att simulera att ett vindkraftverk ska låta som att det befinner sig på längre avstånd än det inspelade ljudet (130 meter ifrån) måste man först ta reda på vilket avstånd som gäller. Då måste man först veta vilken ljudeffektnivå vindkraftverket har samt vilket ljudtryck det ska vara på lyssnarposition. Med hjälp av dessa räknas ett avstånd ut, t.ex. att vid L w =105 dba och L p =40 dba är avståndet 519 m. Med andra ord; på 519 meters avstånd låter ett vindkraftverk på 105 dba ljudeffekt 40 dba. Efter detta läggs ett så kallat avståndsfilter på. Värdena för detta fås från General Prediction Metod där man matar in gällande avstånd samt markförhållandet. Denna uträkning ger då värdena för ett oktavbandsfilter från 63 till 8 000 Hz. Dessa värden matas in i en 10-bandsequalizer. Ljudet måste sedan kalibreras till att låta 40 dba. Det blir således sammanlagt fyra parametrar med följande variabler; L p = 35, 40, 45, 50, 55, L w 90-110, marktyp hård eller mjuk, samt hur många vindkraftverk. På grund av mängden av ljudfiler samt det faktum att tiden inte räckte till för att slutföra alla alternativ av vindkraftverkspositioner insåg vi att vi måste begränsa oss till att bara använda alternativ 1, alternativ 2 och alternativ 5. Ljudeffekten på alternativ 2 och alternativ 5 var även de tvungna att begränsas till 100 eller 105 dba. För att få en verklighetsanpassad auralisering kommer ljud från vindkraftverk spelas upp samtidigt som önskade referensljud från natur, trafik osv. I programmet ska vindkraftverket kunna ha ställbar ljudeffektnivå från 90 till 110 db. Fem möjliga positioner av vindkraftverk som innehåller ett till tre stycken vindkraftverk ska vara valbart. Avståndet till det främsta vindkraftverket ska presenteras för lyssnaren samtidigt som denne kan se vilken ljudtrycksnivå som råder samtidigt som ett ljud av detta spelas upp. Även vilken marktyp, hård eller mjuk, ska vara ett alternativ för lyssnaren. 6.5 Uppspelning Vid demonstration av programmet ska två högtalare användas. En ljudnivåmätare ska placeras där åhörarna befinner sig och mot den ska ljudnivån kalibreras. Om det är möjligt ska helst uppspelning ske utomhus på en lugn plats. Om uppspelningen sker inomhus finns det risk att rumsakustiken påverkar ljudet. 23
DISKUSSION OCH SLUTSATS Den begränsning vi blev tvungna att göra berodde på att vi antog att man skulle höra större skillnad då flera vindkraftverk spelas upp samtidigt, vilket man inte gjorde. Vi insåg inte heller hur omfattande kalibreringsarbetet var. Men i efterhand inser vi att vi löste den viktigaste uppgiften nämligen att simulera avstånd med olika markegenskaper för ett vindkraftverk. Alternativ 2 samt alternativ 5 är med främst för att lyssnaren ska få höra att det inte är så stor skillnad med ytterligare ett vindkraftvek i bakgrunden. Därför kan dessa ljud betraktas mer som referensljud. Huvudsaken är att oinvigda ska få möjlighet att lyssna på ljudkaraktären av ett vindkraftverk i en naturtrogen miljö, vilket vi anser att vi lyckats med. 24
FÖRSLAG TILL VIDARE ARBETE De begränsningar som vi satte upp kan vidareutvecklas. Man kan göra färdigt alternativ 2 och alternativ 5 eftersom beräkningarna och förutsättningarna är gjorda. Man kan även göra ett filter för exakt varje avstånd som igår i dessa två alternativ. De avrundningar vi gjorde när filter applicerades på dessa ljudfiler kan göras med exakt metod om det visar sig att det finns behov av detta. Samma gäller om vindkraftverken tillverkas med lägre ljudeffekt än 90 dba, då måste man göra nya beräkningar av avstånd. Man kan även fortsätta och göra L w från 90 till 110 dba för två samt tre vindkraftverk. Om vindkraftverken i framtiden kommer att vara av annan karaktär kan man använda de filter och avståndsberäkningar som redan är gjorda i detta arbete men applicera dessa på ett annat grundljud. Man kan även lägga till funktioner som att simulera hur ljuden låter om lyssnaren befinner sig inomhus. 25