Maskering av vindkraftsljud via naturligt bakgrundsljud särskilt havsbrus

Department of Aeronautical and Vehicle Engineering The Marcus Wallenberg Laboratory for Sound and Vibration Research Maskering av vindkraftsljud via naturligt bakgrundsljud särskilt havsbrus av Paul Appelqvist Master thesis written at the Royal Institute of Technology KTH, December 2006, Department of Aeronautical and Vehicle Engineering, The Marcus Wallenberg Laboratory for Sound and Vibration Research Supervisor: Mats Åbom, KTH, Department of Aeronautical and Vehicle Engineering Assistant supervisor: Martin Almgren, ÅF-Ingemansson Examiner: Mats Åbom, KTH, Department of Aeronautical and Vehicle Engineering TRITA-AVE 2006:100 ISSN-1651-7660

Sammanfattning Vindkraftsutbyggnaden i Sverige är omdiskuterad på grund av de potentiella störningsupplevelser som följer. Här ses oönskat ljud d.v.s. buller som ett av de största motargumenten för en fortsatt utbyggnad. Vindkraftsljud har en ny och annorlunda karaktär jämfört med andra välkända ljudkällor i samhället som t.ex. trafikljud, flygplansljud och järnvägsljud. Vindkraften introducerar dessutom oönskat ljud i tidigare ej drabbade miljöer då vindkraftparker ofta är lokaliserade till avlägsna lantliga platser eller till havs. Detta ställer krav på föreskrifter gällande vindkraftsljud vilka måste ta hänsyn till en rad nya aspekter i bedömningen. En bedömningsgrund som används i ett flertal länder, dock ej i Sverige som använder absoluta riktvärden, är att relatera vindkraftsljudet till bakgrundsnivån där en viss maskeringseffekt av vindkraftsljudet förutsetts. Denna maskeringseffekt är möjlig då naturligt bakgrundsljud som vindinducerat vegetationsljud eller ljud från vågor har visat sig besitta stora likheter med det dominerande bredbandiga vindkraftsljudet. När bakgrundsnivån är antingen lägre eller högre än för normalfallet t.ex. vid vindskyddade topografiska lägen eller kustnära bebyggelse kan variationer i maskeringseffekten uppträda. Dessa variationer kan endera ge ökad eller minskad risk till störning av oönskat ljud. För platser med låg bakgrundsnivå kan det vara nödvändigt att införa restriktivare riktvärden för att undvika störningar. Störningarna kan bli särskilt framträdande vid stora skillnader i vindhastighet mellan aggregat och mottagarpunkt. Detta beror på att det vindinducerade vegetationsljudet blir lägre än förväntat vid mottagarpunkten. Gällande vegetationsljud finns det väl utarbetade prediktionsmodeller som kan utnyttjas vid en bestämning av vegetationsljud för varierande vindhastighet. Beträffande kustnära bebyggelse där ljud från vågor kan ge en förhöjd bakgrundsnivå är dess maskeringseffekt på vindkraftsljud dåligt undersökt. Denna potentiella maskering skulle kunna utnyttjas för att tillåta högre energiuttag från havsbaserade vindkraftverk utan risken att störningar uppträder vid kustnära bebyggelse. För att fastställa maskeringspotentialen på vindkraftsljud via havsbrus genomförs en omfattande fältstudie där mätningar utförs på 15 mätplatser längs den svenska kusten. Analysen visar på att för gällande svenska riktvärde på 40 db(a) är maskeringseffekten vid strandlinjen god. Om däremot vindkraftsljudet betingar likvärdig ljudtrycksnivå med havsbruset, en ljudtrycknivå på strax över 60 db(a) för 0.5 m vågor, är maskeringseffekten mindre säker. Strandlinjen kan betraktas som en linjekälla varvid en avståndsdämpning på 3 db per avståndsdubbling kan förutsättas vilket är verifierat för korta avstånd och i viss mån för längre avstånd. Baserat på utförda mätningar framställs en skalmodell för tersbandsspektra samt en regressionsmodell för ljudtrycksnivå där dock fler mätningar behövs för ytterligare verifikation. En viktig parameter gällande havsbrusets egenskaper är bottenlutningen fram till strandlinjen. Slutsatsen av denna studie är att platser med från normalfallet avvikande bakgrundsnivå bör beaktas och den rekommenderade metoden för att fastställa dess effekt är mätningar i kombination med prediktionsmodeller. i

Abstract In Sweden the development of wind energy is disputed due to the probability of disturbances. One of the main disadvantages for further development is considered to be unwanted sound i.e. noise. Sound from wind turbines has different characteristics compared to other well known community sound sources such as sound from traffic, airplanes and trains. Furthermore wind energy introduces sound at new locations as many wind farms are located in rural areas or off-shore. It is therefore important for immission guidelines regarding wind turbine sound to consider other factors compared to standard immission guidelines. Sweden use an absolute immission value but there are several countries which relates the wind turbine sound to the background sound expecting a masking effect. This masking effect is achieved by the similar characteristics between natural background sound such as wind induced vegetation sound and sound from breaking waves and the dominating broad banded wind turbine sound. When the background sound is either lower or higher than normal, for example at wind shielded topographic locations or coastal locations, variations in this masking effect can occur. These variations either give a decreased or increased risk of disturbances. Regarding locations with low background levels it could be necessary to introduce restricted immission values to avoid complaints. Disturbances are most likely to occur at locations where the difference in wind speed between wind turbine and immission point are large. This is due to the lower than expected wind induced vegetation sound at the immission point. For determination of vegetation sound at varying wind speeds well elaborated predictions models are available. At coastal locations where the sound from breaking waves give rice to an increase of the background sound the masking effect on the wind turbine sound is not thoroughly investigated. This potential masking effect on the wind turbine sound could permit optimal energy output without risking complaints at nearby dwellings. A field study is performed with measurements at 15 sites along the coast of Sweden to examine this masking potential further. The analysis of the data show that sound from breaking waves have a good masking potential considering the current Swedish immission value at 40 db(a). But if the wind turbine sound constitute equal sound pressure level to the background sound, where 60 db(a) is a normal sound pressure level for waves of 0.5 m height, the masking potential could be considered uncertain. The shoreline can be regarded as a line source leading to a transmission loss of 3 db per distance doubling which is also verified for short distances and to some extend also for longer distances. Based on the measurements a prediction model for 1/3-octave band spectra is developed as well as a regression model for sound pressure level but for further verifications more measurements are needed. Sea bottom inclination towards the shoreline is an important factor for the characteristics of sea wave sound. In conclusion this study shows that special consideration should be given regarding locations with variations in background level that deviate from normal conditions and the recommended method to establish this effect is measurements in combination with prediction models. ii

Förord Jag vill tacka tekn. dr. Martin Almgren, ÅF-Ingemansson, samt professor Mats Åbom, KTH/MWL, för deras stöd och handledning i detta arbete. Ett stort tack även till doktoranderna Karl Bolin och Mathieu Boué samt instrumenttekniker Kent Lindgren, KTH/MWL, för värdefulla diskussioner i ämnet samt hjälp med mätningar och utrustning. Slutligen vill jag tacka ÅF-Ingemansson, Vattenfall Vindkraft samt KTH/MWL för deras ekonomiska stöd till projektet. Paul Appelqvist Stockholm December 2006 iii

Innehåll 1 INLEDNING 1 1.1 BAKGRUND 1 1.2 SYFTE 1 1.3 MÅL 1 1.4 AVGRÄNSNING 1 1.5 UPPLÄGG 2 2 TEORI 2 2.1 LJUD FRÅN VINDKRAFT 2 2.1.1 ALLMÄNT OM LJUD FRÅN VINDKRAFT 2 2.1.2 HAVSBASERAD VINDKRAFT 6 2.1.3 LANDBASERAD VINDKRAFT 6 2.1.4 BAKGRUNDSLJUD 7 2.1.5 MÄTMETODER 7 2.1.6 BERÄKNINGSMODELLER 8 2.2 HAVSVÅGOR 9 2.2.1 VÅGTEORI 9 2.2.2 SWAN VÅGPREDIKTIONSMODELL 11 2.2.3 KUSTTYPER 11 3 METOD 12 3.1 PROBLEMSTÄLLNING 12 3.1.1 BAKGRUNDSLJUD OCH MASKERING 12 3.1.2 TOPOGRAFISKA SKILLNADER 13 3.1.4 SITUATIONEN IDAG 14 3.2 LITTERATURSTUDIE 14 3.2.1 SÖKMÅL 14 3.2.2 SÖKMETODIK 15 3.3 FÄLTSTUDIE 15 3.3.1 MÅL OCH METOD 15 3.3.2 VAL AV PLATSER 16 3.4 ANALYS HAVSBRUS 16 4 LITTERATURSTUDIE 17 4.1 BAKGRUNDSLJUD I BULLERBESTÄMMELSER EN GENOMGÅNG 17 4.1.1 GRÄNSVÄRDEN RELATERADE TILL BAKGRUNDSNIVÅN 17 4.1.2 GRÄNSVÄRDEN RELATERADE TILL VINDHASTIGHETEN 19 4.2 BAKGRUNDSLJUD EN LITTERATURSTUDIE 20 4.2.1 NATURLIGT BAKGRUNDSLJUD I IDYLLISKA LJUDMILJÖER 20 4.2.2 VINDINDUCERAT VEGETATIONSBRUS 22 4.2.3 TOPOGRAFISKA SKILLNADER OCH EFFEKTEN AV OLIKA VINDPROFIL 26 4.2.4 MASKERING AV VINDKRAFTSLJUD 30 4.3 SAMMANFATTNING 32 5 FÄLTSTUDIE 33 iv

5.1 MÄTTEKNIK 33 5.1.1 HAVSBRUS 33 5.1.2 VÅGHÖJD 35 5.2 PLATSBESKRIVNING 36 5.2.1 SÖRMLAND - MÖRKÖ/TROSA 36 5.2.2 SKÅNE - SIMRISHAMN 38 5.2.3 SKÅNE - BUNKEFLOSTRAND 40 5.2.4 ÖLAND - ÖLANDS NORRA UDDE 41 5.2.5 ÖLAND - BÖDA SAND/MELLBÖDA 42 6 ANALYS OCH MÄTRESULTAT 44 6.1 FREKVENSANALYS 44 6.2 REGRESSIONSANALYS 46 6.3 SKALNINGSMODELL 48 6.4 MASKERINGSPOTENTIAL 51 6.4.1 EXEMPEL FÄLTMÄTNING MELLBÖDA 54 6.5 STATISTISK ANALYS 56 6.6 AVSTÅNDSDÄMPNING 61 6.7 SAMMANFATTNING 65 7 DISKUSSION 65 7.1 FÖRSLAG PÅ ÅTGÄRDER 66 7.1.1 PREDIKTION BAKGRUNDSLJUD 67 7.1.2 VISIONER 67 8 SLUTSATSER 67 9 FRAMTIDA ARBETE 68 10 REFERENSER 69 11 BILAGOR 72 11.1 BILAGA 1 - MÄTPLATS MÖRKÖ/TROSA 72 11.2 BILAGA 2 - MÄTPLATS SIMRISHAMN 73 11.3 BILAGA 3 - MÄTPLATS BUNKEFLOSTRAND 75 11.4 BILAGA 4 - MÄTPLATS ÖLANDS NORRA UDDE 76 11.5 BILAGA 5 - MÄTPLATS BÖDE SAND/MELLBÖDA 77 11.5 BILAGA 6 - REGRESSIONSANALYS 78 11.5 BILAGA 7 MODELLER JÄMFÖRELSE 80 11.6 BILAGA 8 NORMALFÖRDELNINGSTEST FÖR VARIERANDE VÅGHÖJD 81 11.7 BILAGA 9 TÄTHETSFUNKTION FÖR VARIERANDE VÅGHÖJD 82 v

1 Inledning 1.1 Bakgrund Med den situation som råder i Sverige idag gällande energipolitik och i riktlinje med regeringens proposition [1] så tyder mycket på att satsningen på vindkraft kommer att fortsätta vara betydande de kommande åren. Målet är en produktionskapacitet på 10 TWh år 2015. Situationen är även liknande på andra håll i världen där vindkraft ses som ett bra alternativ för en hållbar utveckling och därtill ter sig ekonomiskt gynnsam varande en förnyelsebar energikälla. Med vindkraften följer dock även problem, framförallt i form av störningsupplevelser. Några av de främsta faktorerna när det gäller störningsupplevelser är oönskat ljud d.v.s. buller, visuella störningar, elektromagnetisk interferens samt störande skuggbildning. I denna rapport kommer buller att behandlas. Särskild fokus kommer att läggas på bakgrundsljud och dess förmåga att maskera ljud från vindkraft och hur detta kan komma att utnyttjas i framtida bestämmelser. Detta har blivit aktuellt genom rapporter om störningar på platser med naturligt låg bakgrundsnivå varvid vindkraftsljudet uppfattas tydligare än vid normalfallet. Men också genom att nyetablering av vindkraft hämmas då platser som har en naturligt hög bakgrundsnivå, med maskering av vindkraftsljud som följd, ej kan utnyttjas under gällande bestämmelser. Fallet med en naturligt låg bakgrundsnivå benämns av Naturvårdsverket som område med lågt bakgrundsljud och ett förslag om en gräns på 35 db(a) föreligger i ett utkast till allmänna råd om ljud från vindkraftverk. Det kan kallas ett ogynnsamt läge. Det förekommer dessutom diskussioner huruvida det motsatta förhållandet, d.v.s. naturligt hög bakgrundsnivå, skulle kunna tas med i framtida regelverk om vindkraftsljudet maskeras. Det kan kallas ett gynnsamt läge. Rapporten är ett examensarbete på institutionen för farkost och flyg på KTH och görs i samarbete med ÅF-Ingemansson samt Vattenfall Vindkraft. 1.2 Syfte Syftet med rapporten är att undersöka hur bakgrundsljud påverkar receptionen av vindkraftsljud och hur detta kan användas i svenska riktlinjer för vindkraftsljud. I synnerhet ska gynnsamma och ogynnsamma lägen tas i beaktande samt bakgrundsnivåns inflyttande på dessa. 1.3 Mål Huvudsakliga mål beskrivs kortfattat nedan Hitta undersökningar gjorda angående bakgrundsljud och dess inverkan på vindkraftsljud, särskilt rörande bakgrundsljud från vegetation och havsbrus. Mätning och analys av bakgrundsljud från vegetation och havsbrus. Förslag på lämplig modell och/eller mätmetod för bestämning av bakgrundsljud tillämpligt för vindkraftetableringar. 1.4 Avgränsning Bakgrundsljud kan härröra både från naturliga källor som havsbrus och vegetation samt från samhällsbuller som industrier och trafik. För att avgränsa litteraturstudien och fältstudien har fokus lagts på naturligt bakgrundsljud från havsbrus och vegetation. 1

1.5 Upplägg Rapporten börjar i kapitel 2 med en kort introduktion av ljud från vindkraft och vågteori, för djupare kunskaper rekommenderas [2] och [3]. Kapitel 2 kan förbises av den som besitter erforderliga kunskaper. I kapitel 3 följer en beskrivning av valda metoder samt angreppssätt. Kapitel 4 behandlar resultatet av litteratursökningen samt en genomgång av bestämmelser som relaterar vindkraftsljud till bakgrundsnivån. Mätteknik och platsbeskrivning beträffande fältstudien av havsbrus presenteras i kapitel 5 med efterföljande analys och mätresultat i kapitel 6. Rapporten avslutas slutligen med diskussion och slutsatser i kapitel 7 och 8. 2 Teori 2.1 Ljud från vindkraft 2.1.1 Allmänt om ljud från vindkraft Ljud kan i korthet beskrivas som snabba småskaliga tryckfluktuationer som överligger det normala atmosfärstrycket. I fallet vindkraft är det framförallt ljudtrycksnivån och ljudeffektnivån som är av intresse vid diskussion om gränsvärden. Ljudtrycksnivå definieras som ~ 2 p L = p 10 log10 ~ (1) 2 pref där ~ 5 p ref = 2 10 Pa och ljudeffektnivå enligt P = 10 log (2) Pref LW 10 12 där P ref = 10 W. Båda ljudnivåerna mäts i decibel [db] som uttrycks enligt en logaritmisk skala. För att kompensera för det mänskliga hörandets förmåga att uppfatta ljud med olika frekvens används lämpligen någon typ av filter, i de flesta fall rör det sig om ett A-vägt filter. Det A-vägda filtret används även i aktuella bestämmelser och ljudnivån benämns då db(a) eller dba. Det kan därutöver vara aktuellt att använda andra typer av filter. Ett sådant fall kan vara vid förekomst av väldigt höga ljudnivåer av lågfrekvent karaktär då ett B- eller C-vägt filter kan vara att föredra varvid ljudnivån benämns db(b) respektive db(c) [2]. När det gäller mätning av ljud från vindkraft är det framförallt ljudet vid källan d.v.s. vid vindkraftverket och ljudet vid mottagaren som eftersöks. Dessa ljudnivåer benämns emissions- respektive immissionsnivåer och karaktäriseras av ljudeffektnivån L W respektive ljudtrycksnivån L p. Även ljudets direktivitet kan vara av intresse [2]. Om ljudet av mottagaren anses vara av störande karaktär benämns det buller. En generell definition av buller kan sägas vara allt oönskat ljud i det hörbara området. Buller är alltså inte en strikt definition utan kan variera individuellt mellan olika människor. Starkt buller kan i värsta fall leda till hälsoeffekter som bestående hörselnedsättningar och tinnitus. Vanligare är så kallade komfortstörningar som t.ex. störningar och sömnrubbningar. Det finns dock inget 2

påvisat samband mellan vindkraftsljud och fysiska hälsoeffekter. Däremot finns det rapporter om komfortstörningar [4]. I de flesta länder används riktvärden för hur mycket olika källor får låta. Dessa riktvärden kan representeras enligt olika predefinierade ljudnivåer. Det vanligaste i Sverige är användandet av den ekvivalenta kontinuerliga A-vägda ljudtrycksnivån definierad enligt. L Aeq, T T 2 1 p A ( t) = 10 log dt (3) 2 T 0 pref 5 där p ref = 2 10 Pa. Även statistiska värden, så kallade percentiler, förekommer där de mest använda är L A10, L A50 och L A90 vilka representerar den A-vägda ljudtrycksnivån som överskrids 10, 50 respektive 90 procent av tiden. För illustration av percentil- och ekvivalentnivåer se figur 2.1 som visar en mätning av havsbrus under 5 minuter. Figur 2.1. Exemplifiering av A-vägda percentil- och ekvivalentnivåer. En viktig faktor vid ljudutbredning kring vindkraftverk är markdämpningen. Denna är ett fenomen som uppkommer då direkta ljudstrålar interfererar med mot marken reflekterade ljudstrålar. Flera effekter påverkar markdämpningen varav de viktigaste är markegenskaper, väderegenskaper samt geometrin mellan emissions- och immissionspunkt [2]. Markdämpningen har särskild betydelse vid ljudutbredning med strykande infall över mjuk porös mark och innebär en dämpning i frekvensintervallet 200-800 Hz medan en förstärkning för lägre frekvenser kan inträffa [5]. Flera db dämpning kan erhållas redan vid ett fåtal meters avstånd, se figur 2.2 för illustration av markdämpning på kort avstånd [5]. Figur 2.2. Illustration av markdämpning på kort avstånd [5]. 3

Vid ljudutbredning kring en högt placerad ljudkälla kan effekten uppträda på större avstånd under inflytande av multipla reflekterade ljudstrålar exemplifierat i figur 2.3 [2]. Figur 2.3. Illustration av markdämpning uppkommen p.g.a. multipel reflektion på långt avstånd [2]. Ljudutbredning kring vindkraftverk kan påverkas av olika meterologiska tillstånd t.ex. varierande temperatur- och vindhastighetsgradient, luftabsorption samt turbulens De varierande temperatur- och vindhastighetsgradienterna medför att ljudstrålarna böjs antingen uppåt eller neråt beroende på om gradienterna är av positiv eller negativ karaktär även kallat refraktion, se figur 2.4 [2]. Vindhastighetsgradienten är i sin tur dessutom beroende av markens råhet som påverkar gradientens utseende [6]. Figur 2.4. Exempel på skuggzoner för olika vindhastighets- och temperaturgradienter [2]. 4

Detta medför att markdämpningen blir effektivare uppströms p.g.a. att ljudstrålarna böjs uppåt och det förekommer även fall av skuggzoner där ljudnivån kan bli väldigt låg. Vid beräkningar och mätningar utgår man oftast från ljudutbredningen nedströms vindkraftverket där ljudnivån normalt sett är högre [7]. Luftabsorptionen är beroende av flera faktorer och varierar med frekvens, luftfuktighet och temperatur. Höga frekvenser har en förmåga att dämpas effektivare än låga frekvenser varvid frekvensspektrumet förändras med avståndet då höga frekvenser undertrycks. På längre avstånd är det således mestadels de låga frekvenserna som är av betydelse. Ett generellt värde för luftabsorptionen är för Naturvårdsverkets beräkningsmodell kort avstånd 0.005 db/m. För beräkningsmodell långt avstånd samt beräkningsmodell havs är den beroende av avståndet och ges per oktavband enligt tabell 2.1 för exemplet 1000 m [7]. Tabell 2.1. Ljuddämpning på grund av absorption i luft för avståndet 1000 m [7]. Frekvens (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 Dämpning (db/m) 0.0001 0.0003 0.0006 0.0014 0.0032 0.0079 0.022 Turbulens är komplicerad till sin natur och kan ses som slumpmässiga variationer i luftens egenskaper. Påverkan på ljudutbredningen p.g.a. turbulensvirvlarna kan ske i form av diffraktion av ljudfältet samt genom spridning av ljudet till skuggzoner. Effekten blir ändring av fas och amplitudvariationer [8]. Ljudemission från vindkraft kan efter bidragande orsak delas in i två delar mekaniskt ljud aerodynamiskt ljud Det mekaniska ljudet härrör från den relativa rörelsen mellan olika mekaniska delar och det mekaniska svaret mellan dessa. Detta mekaniska ljud kan ha flera källor bl.a. växellåda, generator och kylfläktar där växellådan anses ge störst bidrag. Ljudet utstrålas dels direkt från bidragande element, dels från nacelle (turbinhus), torn och även i vissa fall från nav och blad. Det mekaniska ljudet har ofta karaktären av rena toner vilka är svårmaskerade och därtill leder till ett straff på 5 db enligt de svenska föreskrifterna [9]. I nyare vindkraftverk har dock de flesta tillverkare lyckats reducera det mekaniska bidraget bl.a. genom att isolera bidragande element med vibrationsisolatorer och andra ljudisolerande åtgärder. Aerodynamiskt ljud är den största bidragande orsaken till vindkraftsljud och karaktäriseras av ett svischande ljud. Det är ett flertal mekanismer som bidrar vilka är frekvensmässigt olika till sin karaktär. Det är de bredbandiga bidragen som dominerar och de orsakas då i huvudsak av tre mekanismer [9]. Bladspetsgeometrin samt bladspetshastigheten (Tip noise) Bladens bakkant och dess geometri samt tjocklek (Trailing edge noise) Framkantens samverkan med inströmmande turbulensvirvlar (Inflow turbulence noise) Detta bredbandiga ljud är till sin karaktär likt det vindinducerade bakgrundsljudet varav följer att det ter sig naturligt att utvärdera den maskeringseffekt som kan uppstå. 5

2.1.2 Havsbaserad vindkraft Enligt regeringens slutbetänkande från vindkraftsutredningen [10] görs bedömningen att majoriteten av framtida vindkraftsutbyggnader bör göras till havs. Havsbaserad vindkraft anses ha ett flertal fördelar [11] Goda förutsättningar beträffande vindenergiinnehållet Möjlighet att utnyttja större arealer Motstående intressen anses vara färre än för landbaserade anläggningar I regel kan havsbaserade vindkraftverk göras större och därmed effektivare än landbaserade vindkraftverk I och med detta borde betydande fokus läggas på ljudutbredning kring havsbaserade vindkraftverk vilken i viss mån skiljer sig från utbredning kring landbaserad vindkraft. Detta återspeglar sig också i Naturvårdsverkets förslag om en särskild beräkningsmodell för havsbaserad vindkraft. Detta är dock unikt för Sverige och modellen anses inte vara tillräckligt verifierad och är väldigt hård jämfört med beräkningsmodeller som används i andra länder [12][13]. Det som särskiljer ljudutbredningen för havsbaserad vindkraft är framförallt markdämpningen. Vattenytan är akustiskt hård och ljudet reflekteras därmed effektivt och avtar sålunda långsammare än på land. Det finns starka indikationer på att vid stora avstånd sker en övergång från sfärisk spridning till cylindrisk spridning. Detta innebär en avståndsdämpning på 3 db per avståndsdubbling istället för 6 db som gäller för cylindrisk spridning. Enligt [14] sker denna övergång vid ca 200 m medan andra undersökningar tyder på en övergång på större avstånd omkring 1000 m [12]. Den senaste forskningen pekar på att den gräns för övergång vilken Naturvårdsverket nyttjar, d.v.s. cylindrisk spridning från 200 m, bör ändras till 650 m för den ekvivalenta avståndsdämpningen [15]. Även luftabsorptionen vid låga frekvenser anses ha en inverkan särskilt på stora avstånd. Ett meterologiskt fenomen som anses påverka ljudutbredningen till havs är så kallade low level jets. Dessa är starka vindar som i vissa fall blåser på relativt låga höjder och kan orsaka en höjning av ljudtrycksnivån betydligt jämfört med vindprofiler av logaritmisk karaktär [16]. Inverkan av low level jets är en av förutsättningarna för Naturvårdsverkets beräkningsmodell för havsbaserad vindkraft. Nya undersökningar visar dock på att dess uppkomst är långt ifrån säker på de höjder som är av intresse, vilket rör sig om höjder upp till ett hundratal meter [13]. Havsvågornas inflyttande på ljudutbredningen kan förutsättas ha betydelse huvudsakligen genom spridning av ljudvågorna. Hur och i vilken omfattning är dock dåligt utforskat [14]. Klart står dock att det bakgrundsljud som vågorna ger upphov till i viss utsträckning har en maskerande effekt på vindkraftsljud vilket kommer beröras ingående längre fram i rapporten. 2.1.3 Landbaserad vindkraft Ljudutbredning kring landbaserade vindkraftverk skiljer sig som nämnts från den kring havsbaserade vindkraftverk där den huvudsakliga skillnaden beror på markdämpningen. Det faktum att markdämpningen är hög innebär att man kan räkna med en geometrisk utbredningsdämpning av sfärisk form. Av detta följer en minskning av ljudnivån på 6 db per avståndsdubbling [2]. 6

För landbaserade vindkraftverk har topografin ökad betydelse i form av avskärmande hinder och komplex terräng. Teorin kring vindkraftverk förutsätter dock i de flesta fall en plan mark kring vindkraftverket. Topografin kan bl.a. leda till det problem som nämndes i inledningen varvid bakgrundsnivån i omgivningen blir låg p.g.a. låga vindhastigheter som kan uppkomma t.ex. i en dalgång [17]. 2.1.4 Bakgrundsljud Bakgrundsljud finns överallt i vår omgivning och kan klassificeras som naturligt bakgrundsljud, samhällsbuller eller en kombination av båda. Det naturliga bakgrundljudet kan bestå av t.ex. vindbrus, havsbrus och vegetationsbrus medan samhällsbuller kan klassas som artificiellt ljud från t.ex. trafik och industrier. Vilka nivåer som bakgrundsljudet uppnår beror på ett flertal faktorer som omgivande miljö, väderförhållanden och årstid [6]. Bakgrundsnivåns inflytande på vindkraftsljud beskrivs närmare i avsnitt 3.1.1. För vanliga nivåer på bakgrundljud se tabell 2.2. Tabell 2.2. Vanliga ljudtrycksnivåer för olika ljudkällor [6]. Källa/verksamhet Avstånd Ljudnivå db(a) Tröskel för hörsel Bakgrundsljud natt landsbygd Tyst sovrum 0 20-40 35 Vindkraftverk 350 m 35-45 Bil i 70 km/tim Kontorsmiljö 100 m 55 60 Lastbil i 50 km/tim 100 m 65 Tryckluftsborr 7 m 95 Jetflygplan 250 m 105 Smärtgräns 140 2.1.5 Mätmetoder 2.1.5.1 Emission För bestämning av ljudeffektnivån finns det en väl utarbetad standardiserad metod som används både i Sverige och internationellt [18]. Metoden går i princip ut på mätning av ljudtrycksnivån i en referenspunkt nedströms aggregatet på avståndet navhöjden plus rotorradien ur vilken ljudeffektnivån kan beräknas. Mikrofonen placeras på en mätskiva som läggs på marken för att reducera eventuellt vindbrus. Man mäter dessutom i tre punkter runt om aggregatet och kan ur dessa mätresultat kombinerat med referenspunkten få fram ljudeffektnivån och direktivitetsfördelning. Ljudeffektnivån relateras till vindhastigheten 8 m/s vid 10 meters höjd. Även tonaliteten undersöks d.v.s. förekomsten av rena toner. Typiska ljudeffektnivåer för normalstora vindkraftverk ligger på ca 100 db re 1 pw [14]. 2.1.5.2 Immission När det gäller bakgrundsljud är det först och främst mätningar av immissionsnivån som är av intresse. Immissionsnivån är ljudtrycksnivån i en mottagarpunkt på något avstånd från vindkraftverket t.ex. vid ett hus. Bakgrundsnivån i denna punkt och dess relation till immissionsnivån behandlas i viss mån redan i dag vid mätningar i Sverige. Dessa utförs enligt rekommendationerna i [3] som är en bearbetning av den internationella handledningen [19]. De svenska rekommendationerna tar upp hur bredbandigt buller kan beskrivas med den 7

ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycksnivån definierad i ekvation (3) samt användning av smalbandsspektra för bestämning av tonalitet. Flera problem förekommer vid mätning av immissionsnivåer från vindkraftverk. Den största inverkan beror av störande bakgrundsljud som ger ett försämrat signal/brusförhållande jämfört med ljudnivån från vindkraftverket. En skillnad på 3 db eller mindre mellan totalnivå och bakgrundsnivå anses vara gränsen då åtgärder för att få ned bakgrundsnivån är nödvändiga. Dessa åtgärder kan bestå i t.ex. användning av stor mätplatta, extra vindskydd och mätning vid reducerad vindhastighet. Ett annat problem är att det kan förekomma skillnader i vindhastigheten mellan vindkraftverk och immissionspunktens omgivning vilket måste tas i beaktande [3]. Två metoder föreslås för mätning av den ekvivalenta ljudnivån. Metod B beskriver mätning av total ljudnivå vid 8 m/s och Metod C mätning av ljudnivå från enbart aggregat vid 8 m/s. Metod B rekommenderas endast för kontroll om ljudnivån från ett eller flera vindkraftverk understiger föreliggande gränsvärden. Det är således inte möjligt att visa att ljudnivån överstiger ett visst värde med denna metod [3]. Mätning av smalbandsspektra är i regel inte nödvändigt såvida det inte föreligger särskilda omständigheter så att sådan mätning krävs. Den kan ses som ett komplement till den ekvivalenta A-vägda ljudnivån och samma mätuppställning ska användas. Två metoder rekommenderas där den första utförs med linjär frekvensvägning eller C-vägning vid analys av spektra och den senare kompletteras med korttidsspektra inom varje 1-2 minutersperiod [3]. 2.1.6 Beräkningsmodeller 2.1.6.1 Ljudutbredning Den största orsaken till att ljudnivån från ett vindkraftverk avtar med ökande avstånd är den geometriska utbredningsdämpningen. Som nämndes i avsnitt 2.1.1 så är den beroende av ett flertal faktorer bl.a. meterologiska och omgivningsbaserade. Detta leder i realiteten till två fall antingen sfärisk eller cylindrisk utbredningsdämpning med 6 resp. 3 db minskning av ljudnivån per avståndsdubbling. För att beräkna ljudutbredningen finns tre vanligt förekommande metoder. Dessa är metoden för Paraboliska Ekvationer, Fast Field Program och Strålgångsmetoden [16]. Metoden för Paraboliska Ekvationer bygger på en approximering av vågekvationen vilket leder till just en parabolisk ekvation. Ljudfältet beräknas stegvis längs utbredningsvägen och dess lösning är endast giltig i avståndsfältet. Flera tillämpningar finns av denna metod för komplettering av olika situationer t.ex. kan inflytandet av atmosfärisk refraktion och turbulens tas med [16]. Fast Field Program grundas precis som föregående metod på vågekvationen som i detta fall Fouriertransformeras från den horisontella rumsdomänen till den horisontella vågtalsdomänen. Därefter löses Fouriertransformen numeriskt och transformeras tillbaka till rumsdomänen med den inversa Fouriertransformen. Denna metod kan i sin grundform inte hantera avståndsberoenden för mark och atmosfär vilket innebär att turbulens inte kan behandlas. Det finns dock flera tillämpningar som löst detta och även har med inverkan av turbulens samt ett visst avståndsberoende [16]. 8

Den analytiska strålgångsmetoden bygger på Fermats princip och utförs i två steg. Det första steget består i att finna ljudstrålarna som går från källan till mottagaren. I steg två beräknas ljudtrycksnivån för varje stråle hos mottagaren och summeras därefter för den totala ljudtrycksnivån. Bestämning av ljudtrycknivån för varje ljudstråle bygger på principen att varje stråle transporterar en viss mängd ljudenergi. På långa avstånd och under inverkan av olika vindhastighets- och temperaturgradienter samt olika markimpedans så kan giltigheten bli dålig. För detta ändamål har en alternativ modell kallad geometrisk strålgångsmetod eller heuristisk metod utvecklats. Denna metod är lämplig för långväga ljudutbredning och innefattar bl.a. effekter från luftabsorption, markeffekt och turbulens. Den heuristiska modellen bygger därtill på en linjär vindprofil [15]. 2.1.6.2 Beräkningsmodell Sverige Den svenska beräkningsmodellen är uppdelad i tre olika delmodeller anpassade för olika situationer. Två för landbaserad vindkraft över och under 1000 m och en för havsbaserad vindkraft. För att kunna utnyttja beräkningsmodellerna fordras uppgifter om ljudeffektnivån hos aggregatet uppmätt i enlighet med metoden beskriven i avsnitt 2.1.5.1. Ljudeffektnivån korrigeras därefter med en faktor som beror på markens råhet som i sin tur påverkar vindprofilen utseende vid vindkraftverket [9]. Beräkning av ljudutbredning utförs därefter för normalfallet i två steg. Först beräknas immissionsnivån i aktuellt läge för varje aggregat och därefter antilogaritmeras och summeras bidragen för samtliga aggregat [9]. Det som särskiljer den svenska beräkningsmodellen från de i andra länder är korrigeringsfaktorn för markråhet samt utnyttjandet av särskilda modeller för fallen över 1000 m och havsbaserad vindkraft. För dessa två modeller krävs emissionsvärden uppmätta i oktavbandet från 63 till 4000 Hz vilket kan vara en försvårande faktor vid applicering. Modellen för havsbaserad vindkraft bygger även, som nämndes i avsnitt 2.1.2, på en hypotes om cylindrisk spridning [6]. 2.2 Havsvågor 2.2.1 Vågteori För att bättre förstå havsvågornas inverkan på maskeringen av vindkraftsljud behövs lite teori om dess uppkomst och verkan. Havsytan är långtifrån uniform ifråga om vågsammansättning utan består av ett spektrum av olika vågtyper som samverkar med varandra. Dessa kan variera från små kapillärvågor med en våglängd på 1 cm och en tidsperiod på 0.1 sekunder till rossbyvågor på 10000 km och tidsperioder på flera år. En närmare beskrivning av de olika vågtyperna ges i figur 2.5 [20]. Figur 2.5. I havet förekommande vågtyper [20]. 9

Av störst intresse för bakgrundsljud alstrat av vågor är de vinddrivna så kallade gravitationsvågorna som delas in i korta och långa gravitationsvågor. De korta gravitationsvågorna har en våglängd som är mindre än havsdjupet och finns således på relativt djupt vatten. Vattenpartiklarna i de korta gravitationsvågorna rör sig i cirkulära orbitalbanor och avtar kraftigt med djupet för att i stort sett upphöra på ett djup av halva våglängden. De långa gravitationsvågorna karaktäriseras av att dess våglängd är större än havsdjupet. Detta medför att vattenpartiklarna rör sig i elliptiska orbitalbanor vilka om vågen har tillräcklig våglängd på grunt vatten blir helt platta, se figur 2.6. Det är de långa gravitationsvågorna som bryts när de kommer in på grunt vatten [21]. Figur 2.6. Orbitalrörelser för vinddrivna gravitationsvågor [21]. De vinddrivna vågorna bildas om det blåser med tillräcklig styrka över ett område med tillräcklig blåslängd (fetch) under erforderlig tid. Som exempel kan nämnas att det tar 15 timmars blåst över 200 km öppet vatten för att nå en våghöjd på 1.7 m [23]. Vindvågorna är oregelbundna till sin karaktär och uppkommer oftast i grupper med högre och längre vågor samt lägre och kortare vågor om vartannat. Det är således svårt att ange en korrekt våghöjd utifrån det stokastiska havet och det vanliga är istället att den signifikanta våghöjden används vid tekniska tillämpningar. Den signifikanta våghöjden från dal till topp definieras som medelvärdet av de N/3 högsta vågorna i en serie om N vågor. När vindvågor lämnat ett stormområde och ej längre påverkas av vinden övergår de till dyningar som har en längre period och större regelbundenhet. De har därmed en låg våghöjd jämfört med vinddrivna s.k. stormvågor [21]. Då Östersjön är ett relativt litet hav anländer stormvågor och dyningar, vilka är de vanligaste vågtyperna i Östersjön, ungefär samtidigt till den svenska kusten då de inte hinner sorteras på så kort avstånd [22]. Långtidsmätningar vid Ölands södra grund och Hoburg i södra Östersjön visar på en medelvåghöjd på cirka 1 m med en medelperiod på cirka 4 s vid dessa två mätplatser [24]. Vågklimatet i Västerhavet och Skagerack är generellt högre än i Östersjön då Nordsjön trycker på. Vågorna har en inneboende energi vilken är proportionell mot våghöjden, H, i kvadrat enligt 1 E w g H 8 2 = ρ (4) där ρ w svarar mot densiteten för havsvatten och g betecknar tyngdaccelerationen [21]. När vågorna bryts frigörs en del av denna energi och övergår till bl.a. ljudenergi men huvudsakligen rörelseenergi i form av turbulens och värme. Således är det av vikt att känna till mekanismerna kring vågornas brytning. En enkel förklaring till att en våg bryter när den 10

kommer in mot strandzonen är att den blir för brant. Detta inträffar när vattendjupet minskar vilket gör att våglängden förkortas och vågen växer till en gräns av ungefär 80% av vattendjupet. Förutom vattendjupet bestäms det område där vågorna bryts, bränningszonen, av bottenlutningen [21]. Det finns en enkel relation mellan våghöjden och vattendjupet, d, [22] som beskriver bottenprofilens lutning enligt H γ = (5) d där γ benämns vågbrottsindex. Vågbrottsindexet varierar vanligtvis mellan 0.6 och 1.2 med ett medelvärde på 0.78 där ett högre värde betyder en brantare bottenprofil. I realiteten innebär detta att vågor med samma våghöjd bryter närmare land om bottenlutningen är brant än om den är flack då vågen dör ut innan den når nära land [22]. Optimala brytningsförhållanden anses råda då bottenlutningen är runt 10-20 grader [25]. När vågorna närmar sig land är deras hastighet direkt proportionell mot djupet vilket leder till att de går långsammare och långsammare och hopar sig ju närmare stranden de kommer. Ett annat fenomen som bidrar till vågornas symmetri nära land är refraktion som gör att vågor som infaller med en vinkel mot stranden böjs av vinkelrätt i riktning mot land [20]. I fråga om maskeringseffekten från havsbrus är det fördelaktigt om vågbrytningen sker nära land varvid ett högt värde på vågbrottsindexet är att föredra. Det står klart att havsbrus inte kan förutsättas, utan information om vågaktivitet i aktuellt område samt bottentopografi krävs för en tillförlitlig bedömning. 2.2.2 SWAN vågprediktionsmodell SWAN är en tredje generationens vågprediktionsmodell lämplig för att prediktera vågklimatet i anknytning till vindkraftetableringar och är den modell som SMHI använder. SWAN har enligt [26] redan utnyttjats för vågprediktion av flera stora vindkraftentreprenörer i Sverige rörande planering av vindkraftparker. SWAN kan bl.a. prediktera den signifikanta våghöjden utifrån 5 års vind- och vågstatistik samt bottentopografin i området. Modellen anses ge ett statistiskt säkerlagt resultat [26] och skulle lämpa sig väl för att prediktera maskeringspotentialen av havsbrus i ett närområde till en vindkraftetablering, lämpligen utifrån den signifikanta våghöjden. SWAN har en god spektral upplösning och kan användas även för grunda vatten i kustnära zoner för att t.ex. förutsäga vågbrytning och energidissipation. Detta förfarande används t.ex. vid bedömning av stranderosion [21]. 2.2.3 Kusttyper Det kan vara av intresse att studera huruvida det föreligger skillnader gällande ljudnivåer men framförallt frekvensspektra mellan olika kusttyper. En vanlig indelning är att den svenska kusten delas in i klintkust, sandkust, landhöjningskust och deltakust [21]. Klintkust är i huvudsak uppbyggd som branta slänter vilka kan bestå av både berg som urberg, kalk- och sandsten samt av jord. Denna kusttyp är vanligt förekommande i t.ex. Skåne samt på Öland och Gotland. Sandkust domineras av breda sandstränder med av vinden uppbyggda sanddyner. Sandkusten är precis som klintkusten vanlig längs den skånska och halländska kusten samt på Öland och Gotland. 11

Landhöjningskust förekommer framförallt i den svenska skärgården och längs höga kusten. Den har bildats vid landhöjningar då berghöjder blivit kalspolade och klappervallar bildats under inverkan av vågor. Deltakust är den sällsyntaste kusttypen i Sverige och bildas där åar och älvar mynnar ut i havet av från vattendragen dittransporterat material. Då materialet anhopas uppstår förgreningar som så småningom bildar ett trädliknande deltamönster. Indalsälvens mynning i Bottenhavet utgör den enda väl utbildade deltakusten i Sverige. 3 Metod 3.1 Problemställning 3.1.1 Bakgrundsljud och maskering Överallt i vår omgivning utsätts vi för bakgrundsljud av olika karaktär och styrka. Många vindkraftetableringar sker på avlägsna eller lantliga platser där bakgrundsljudet ofta domineras av naturliga inslag och håller en betydligt lägre nivå än i t.ex. storstadsregioner. Naturligt vindinducerat bakgrundsljud, alstrat av vinden i vegetation, byggnader etc., kan därför antas spela en betydande roll för maskering av vindkraftsljud. Rent frekvensmässigt är det naturliga vindinducerade bakgrundsljudet väldigt likt det dominerande bredbandiga aerodynamiska ljudet från ett vindkraftverk, se exempel i figur 3.1 [27]. Vid etableringar till havs kan istället havsbrus tänkas ge den maskerande effekten vid kustnära bebyggelse. Flera frågor uppstår emellertid huruvida maskering av vindkraftsljud kan förutsättas. Figur 3.1. Jämförelse mellan spektrum för turbinljud och vindinducerat bakgrundsljud [27]. Det vindinducerade bakgrundsljudet innefattar både långvariga och kortvariga fluktuationer som är icke-periodiska till sin karaktär [27]. Detta påverkar med största sannolikhet maskeringseffekten då det räcker med små tidsmässiga fluktuationer av bakgrundsnivån för att göra vindkraftsljudet hörbart [28]. Det är således intressant att se vilket signal/brusförhållande rörande vindkraftsljud och bakgrundsljud som kan tänkas störande och 12

även under vilka tidsperioder. En hypotes är att ett ostört positivt signal/brusförhållande under tidsperioder på 1-5 sekunder ger märkbar effekt [27]. Även ljudnivån från vindkraftverket fluktuerar men med periodiska inslag vilket ger det dess svischande karaktär. En typisk modulationsfrekvens för svenska vindkraftverk ligger mellan 0.5 och 1.5 Hz vilken är beroende av opererande varvtal. Hörtröskeln för ett ljud med en modulationsfrekvens på 1 Hz har i tester visat sig vara 1-2 db under det maskerande ljudet, i detta fall vitt brus [29]. I närheten av ett vindkraftverk kan modulationen av den A-vägda ljudnivån förväntas uppgå till 2-3 db(a) i normalfallet. Effekter orsakade av direktiviteten associerad med de ljudalstrande mekanismerna hos rotorbladen antas också påverka modulation på korta avstånd från vindkraftverket [30]. Således har både ljudkaraktären hos bakgrundsljudet och vindkraftsljudet inverkan på den maskerande effekten. Vid höga vindhastigheter ökar den vindinducerade bakgrundsnivån betydligt fortare än ljudnivån från vindkraftverket varvid maskering kan förutsättas under normala förhållanden [7]. Det är särskilt vid låga vindhastigheter som maskeringseffekten kan vara diskutabel. Allt fler vindkraftsverk har variabelt varvtal som möjliggör styrning av varvtalet vilket vid låga vindhastigheter kan ge lägre ljudemission. 3.1.2 Topografiska skillnader Topografiska skillnader innebär höjdskillnader i terrängen. Dessa kan ge upphov till en ogynnsam ljudmiljö i samband med vindkraftetableringar som anläggs på höga punkter vilket är fördelaktigt med tanke på energiproduktion. Ogynnsamma lägen definieras av Naturvårdsverket som platser där vindhastigheten vid bebyggelse är i storleksordningen 50 procent lägre jämfört med vid vindkraftverket. Ett typfall visas i figur 3.2 där bebyggelsen befinner sig i vindskugga och även höjdskillnaden är stor. Figur 3.2. Typfall av topografiskt ogynnsamt läge 13

Detta problem kan även inträffa vid plan mark om vindkraftverket är högt och vindhastigheten vid navhöjd blir avsevärt mycket högre än vad som förutsätts av den normalt antagna logaritmiska profilen. Sådana störningar har rapporterats bl.a. vid gränsen mellan Holland och Tyskland [31]. Exempel på ljudnivåer vid olika vindhastigheter för ett topografiskt ogynnsamt läge ges i tabell 3.1 [17] Tabell 3.1. Typiska ljudnivåer och hörbarhet av vindkraftsljudet vid olika vindhastighet. Förutsättning: Byggnad placerad vid andra låga byggnader och med en immissionsnivå på 40 db(a) vid 8 m/s [17]. Vindhastighet vid 10 m höjd [m/s] Immissionsnivå från vindkraftverk [db(a)] Ljudnivå från vindbrus [db(a)] Hörbarhet vindkraftsljud Ljudnivå från vindbrus [db(a)] Hörbarhet av vindkraftsljud 5 8 10 15 38 40 41 43 Öppen terräng 33 38 43 53 God Medel Dålig Ej Hörbar Immissionspunkt i Lä nere i en dal 25 30 32 35 God God God God 3.1.4 Situationen idag Svenska bestämmelser sätter inte vindkraftsljud i relation till den bakgrundsnivå som finns vid aktuell plats utan utnyttjar istället absoluta riktvärden. I det förslag angående ogynnsamma lägen som Naturvårdsverket lagt fram föreslås 35 db(a) som riktvärde på dessa platser. Självklart finns det även områden som har naturligt hög bakgrundsnivå t.ex. bebyggelse i närheten av en fors. Då vindkraftetableringen till havs ökar kan det naturliga havsbruset tänkas ha betydelse för maskeringen av vindkraftsljud vid kustnära bebyggelse. Ingen hänsyn tas för närvarande till om en sådan hög bakgrundsnivå föreligger på platsen även om diskussioner om detta förekommer. 3.2 Litteraturstudie 3.2.1 Sökmål I enlighet med avgränsningen som satts i avsnitt 1.5 har litteratursökningen huvudsakligen inriktats på litteratur rörande bakgrundsljud från havsbrus och vegetation i synnerhet med kopplingar till vindkraft. Även undersökningar om t.ex. störningar i samband med vindkraft har tagits i beaktande framförallt med anknytning till ogynnsamma lägen. En schematisk skiss på huvudsakliga sökmål visas i Figur 3.3. 14

Figur 3.3. Schematisk skiss sökmål. 3.2.2 Sökmetodik Den kvalitativa litteratursökningen har genomförts i en mängd databaser med framförallt teknisk inriktning. Främst har Compendex, NTIS samt Inspec utnyttjats och sedan kompletterats med sökningar i andra databaser som ETDE, Science Citation Index, Byggtorget och CSA. Även internetbaserade sökmotorer har använts i viss utsträckning. Sökningarna i databaserna har i huvudsak byggts upp med de mest relevanta thesarus-knutna sökorden för att sedan kombineras med stoppord och logiska operatorer i olika kombinationer. Exempel på söksträngar ( Wind energy OR Wind power OR Wind turbines OR Wind farm ) AND ( Noise masking OR Sound masking OR Background noise OR Background sound ) ( Ambient noise OR Ambient sound OR Background noise OR Background sound ) AND (Ocean OR Sea OR River OR Wave*) NOT Underwater 3.3 Fältstudie 3.3.1 Mål och metod Mätningarnas huvudmål är att relatera ljudnivån för havsbrus till olika våghöjd för att på så sätt få en generell bild angående dess maskeringspotential på vindkraftsljud. Mätningarna används sedan som grund vid framtagning av en prediktionsmodell för bestämning av ljudtrycksnivå kontra våghöjd. Särskild vikt har lagts på mätningar av havsbrus då resultat från mätningar av vindinducerat bakgrundsljud från vegetation har kunnat erhållas från pågående doktorandprojekt på KTH. Mätningarna av bakgrundsljudet görs i intervaller om 5 minuter. Mätutrustningen består av en ½ monomikrofon monterad på ett 1.2-1.5 m högt stativ med vindskydd i form av en perforerad ellipsformad boll i skumplast. Data samlas in med ett program skrivit för MATLAB och Data Acquisition Toolbox genom ett Digigram VX-Pocket V440 ljudkort på en bärbar dator för senare analys. En förförstärkare används för förstärkning av insignalen. Våghöjden mäts visuellt med en enkel våghöjdsmätare då det är praktiskt möjligt samt genom 15

kontroll av data från SMHI:s mätbojar [23]. Strömförsörjning tillgodoses vid behov av ett bilbatteri och en spänningsomvandlare som sköter omvandlingen till 220 volt för den bärbara datorn. Kalibrering utförs med extern kalibrator som opererar vid 94 db och 1000 Hz. Målet med mätutrustningen har varit att få en portabel och lättburen utrustning lämplig för otillgängliga områden för att maximera antalet mätningar och mätplatser. Mätuppställningen visas i figur 3.4. Figur 3.4. Mätuppställning vid fältmätningar. 3.3.2 Val av platser Författaren har bedömt att det huvudsakliga bidraget till ljudnivån uppstår då vågorna bryts. Då vågbrytningar uppkommer i större utsträckning vid relativt långgrunda stränder, till en viss gräns se avsnitt 2.2, med uniform bottenprofil har sådana mätplatser eftersökts. Även en variation i våghöjd och ett högt signal/brusförhållande har varit av vikt varvid kustnära stränder med öppet hav och platser med sparsam vegetation prioriterats. Olika kusttyper har också varit av intresse för att undersöka om skillnader föreligger, främst har då sand- och klintkust beaktats. 3.4 Analys havsbrus För en effektiv analys av havsbrus krävs insikt i aktuella föreskrifter gällande vindkraftsljud och hur en tänkbar implementering i dessa skulle kunna utformas. Huvudmålet har varit att ta fram en prediktionsmodell som korrelerar ljudtrycksnivån mot aktuell våghöjd. Ett lämpligt angreppssätt har ansetts vara att utföra regressionsanalys på mätdata bestående av våghöjd och ljudtrycksnivå för ett antal mätplatser. Detta ger en enkel grafisk prediktionsmodell som kan anpassas med lämplig frekvensvägning och ljudnivå. Det kan även vara av intresse att utföra frekvensanalys i tersband för att bl.a. uppbringa information om möjlig maskering. Maskeringspotentialen kan likaledes utredas med statistisk analys där fluktuationen av ljudtrycksnivån besitter viss information. En prediktionsmodell av frekvensspektra för varierande våghöjd baserad på skallagar utvecklas och valideras utifrån utförda mätningar. Slutligen undersöks avståndsdämpningen på avstånd upp till 70 meter. För komplett strategi över analys av havsbrus se figur 3.5. 16

Figur 3.5. Strategi för analys av havsbrus. 4 Litteraturstudie 4.1 Bakgrundsljud i bullerbestämmelser en genomgång Det förekommer generellt 3 typer av bullerföreskrifter i samband med vindkraft runt om i världen Det rör sig om absoluta gränsvärden, gränsvärden relaterade till bakgrundsnivån och gränsvärden relaterade till vindhastigheten. I detta avsnitt tas de två sistnämnda upp då bägge två på något sätt är relaterade till bakgrundsnivån. 4.1.1 Gränsvärden relaterade till bakgrundsnivån Dessa gränsvärden är utformade på så sätt att vindkraftsljudet får överskrida bakgrundsnivån med ett specificerat värde. Två typer är vanligt förekommande varav den ena är generellt gällande för industribuller och den andra är speciellt utformat för vindkraft. De som använder denna typ av gränsvärden är t.ex. England, Frankrike, Portugal, Italien och Södra Australien. Det finns flera varianter beroende på hur ljudnivån ska uppmätas, detta kan ske t.ex. inomhus, utomhus och vid olika vindhastigheter. Det vanligaste är även förekomsten av dygnsbaserade gränsvärden med olika krav för olika tidpunkter på dygnet. För att illustrera denna typ av föreskrifter exemplifieras England som har mycket väl utarbetade bestämmelser av denna typ. Innan en vindkraftetablering kan påbörjas måste platser som kan tänkas känsliga för vindkraftsljud lokaliseras och en undersökning av dessa i fråga om bakgrundsljud genomföras. Om ett stort antal platser är berörda kan dessa delas in i grupper av angränsande områden med liknande bakgrundsnivåer varvid det är tillräckligt att mäta i en punkt inom gruppen. Ett nära samarbete med de lokala myndigheterna om på vilka platser mätningar är lämpliga förordas i föreskrifterna [30]. Undersökningen av bakgrundsnivån bör genomföras under en längre tidsperiod där minst en vecka rekommenderas. Om omständigheterna gällande t.ex. väder, vindhastighet och vindriktning ej är uppfyllda kan längre tidsperioder krävas. Vindhastigheter mellan 0 till minst 12 m/s på 10 m höjd med medelvärdesbildningar om 10 minuter ska ingå i undersökningen. Även vindriktningar typiska för den specifika platsen ska ingå. Ljudnivån uppmäts som den A- vägda L A90,10min -nivån med en mikrofon på 1.2 1.5 meters höjd och minst 3.5 meter från 17