Ljud, buller – vad är det?

Ljud, buller –vad är det?Senaste forskning och redovisningWind Turbine Noise 2011Martin Almgren, ÅFAlmgren 2011‐11‐241

Ljud2Almgren 2011‐11‐24

4 Almgren 2011‐11‐24

Ljud• Tryckvariationer i luften.• Örat registrerar• Frekvens 20 – 20000 Hz• Infraljud och ultraljud• Ljudets hastighet 340 m/sAlmgren 2011‐11‐245

Ljud, vad är det?• Ljud kan i fysikalisk mening definieras som mekaniska svängningar iett medium och som regel inskränker vi oss till att enbart avsehörbara svängningar i luft.• I den bemärkelsen innebär ljud lokala förtätningar och förtunningarav luftrycket. Vid normala ljudnivåer är variationerna i tryck mycketsmå i förhållande till det statiska lufttrycket6

Ljud är en vågrörelseVåglängd = avståndetmellan två topparLjudhastighet(c= 340 m/s)C= xf7Almgren 2011‐11‐24

LjudhastighetLjudets hastighet, c, är 343 m/s vid rumstemperatur8Almgren 2011‐11‐24

Buller• Buller är icke önskvärt ljud• Buller är ljud som vi inte villhöra9Almgren 2011‐11‐24

Negativa effekter av buller isamhället• Allmän störning• Sömnstörning• Samtalsstörning• Koncentrationsstörning• Högt blodtryck och hjärtsjukdomar?• WHOWHO Fact sheet No 258 2001WHO Night noise guidelines for Europe 200910Almgren 2011‐11‐24

Exempel på reaktioner på ljud frånindustriverksamheter• Var kommer ljudet ifrån? Ljud som man inte vet vad som orsakar det eller som man inte vet vardet kommer från är störande. (Informera omgivningen).• Arbeten tidiga mornar och kvällstid –inverkar fritiden. (Försök begränsa och informera omsådana arbeten tillfälligt ska äga rum)• Inte kunna sitta ute i trädgården på grund av buller upplevs jobbigt. Skiftarbetare vill ha tyst pådan. (Detta är ett svårt dilemma) Förändringar uppfattas och stör.• Skrotgårdar små enstaka personer klagar –begränsar vissa tider. Större industrianläggningarmed fragmenterare. Ljudet når längre , särskilt över vatten. Sommargäster klagar• Momentana ljud sticker ut• Vi gör åtgärder hela tiden – jobbar hårt ‐ men det blir mycket små förändringar – frustrerande attkringboende inte märker skillnad. (Gör prioriteringar genom att sortera bullerkällorna ibullerbidragsordning)• Ovanliga ljud alstrar rädsla särskilt vid en ”farlig verksamhet”. (Informera)• Många privatpersoner tror att industrin vill bullra. Går till kommunen och klagar. –bättre ha endialog mellan industri och kringboende• Tänk på upplägg av information om buller vid samråd för att undvika missförstånd. Man behöverinte redovisa riktvärden på natten om man inte ska jobba på natten• Når inte alla vid samråd. Når ägaren till en fastighet men inte hyresgäster som kommer efteråtoch klagar• Reaktioner oftast negativa inte positiva. Ofta reaktion vid förändring• Rädsla. Risk för skador på huset. Oro för försäljningsvärdet.• Ej konstanta ljud ger mest klagomål. Intermittenta störande.11Almgren 2011‐11‐24

Hur karakterisera och mäta ljud?• Styrka –Nivå• Frekvens• TidsvariationAlmgren 2011‐11‐24 12

Akustik –LjudnivåBeräkning av ljudnivå:13Almgren 2011‐11‐24

Akustik –Ljudnivå14Almgren 2011‐11‐24

Beräkningsexempelnivå och frekvensEn bil kör en kuperad väg med höjdskillnader 10 m på 100 m med hastigheten 90 km/h90 km/h = 25 m/s10 mLufttryck 1000 mbar = 100000 Pa100 m100117 PaTryckskillnad blir ∆p = ρgh = 1,2*9,81*10 = 117 PaEffektivvärdet av tryckvariationen 117/2,82 = 41 PaMotsvarar 126 dB re 20 µPaFrekvensen i tryckvariationen blir 25/100 = 0,25 Hz15

2Momentant ljudtryck för ton med frekvens 500 HzLjudtryckets toppvärde (peak) 1,4 PaEffektivvärde ljudtryck (rms) 1 PaLjudtryck, Pa0Tid, s0 0,002 0,004 0,006 0,008-2Momentant ljudtryck+0,44 Pa vid 0,0029 sMomentant ljudtryck -1 Pa vid 0,00325 s16

Ljudtryck, Pa20Momentant ljudtryck för brusartat bullerPeak soundpressure 1,2PaR.m.s sound pressure 0,3 Pa-20 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008Time, s17

Ljudets tidsvariationMomentan ljudnivå18

Frekvensvägning• Vad är dBA och dBC?Almgren 2011‐11‐24 21

22Hörnivå

23A‐, C‐vägning, dBA, dBC

dBA och dBC• A‐filtret utvecklades och standardiserades föratt användas vid bedömning av hörbarhet förrelativt svaga ljud och C‐filtret för starka ljud.• I Sverige och på de flesta håll i världen har A‐vägda ljudnivån använts av forskare somundersöker risk för hörselskador och andraeffekter av ljud.• Därför är många riktvärden satta som ett dBAvärde24

FrekvensområdenLågfrekvent ljud är ljud med frekvenser från 20 – 200 HzLite olika definitioner finns25

Beräkning lågfrekvent ljudBeräkningspunkt 39 dBA SOSFS 2005:6Beräkningpunkt 35 dBABeräkningpunkt 40 dBA6050LJudtrycknivå i dB (rel 2e‐5 Pa)40302010031,5 40 50 63 80 100 125 160 20026Frekvens i Hz

Hur kan man visa om man klararriktvärde för lågfrekvent ljud?• Vid ansökan:‐ Beräkna ljudtrycksnivån utomhus i tersbandutgående från tersbands‐ elleroktavbandsspektrum för vindkraftverken‐ Antag ljudnivåskillnad ute –inne‐ Jämför med Socialstyrelsens riktvärde‐ För noggrannare uppskattning mät ljudisoleringvid låga frekvenser• Vid kontroll: Mät i tersband inomhus enligtmetod som tar hänsyn till förstärkning i hörn medverken igång och sedan avstängdaAlmgren 2011‐11‐24 27

Forskning ‐ Energimyndigheten• Ljudutbredning från vindkraftverk.Långtidsmätningar. Uppsala universitetMeteorologi, pågår• Avancerad modellering av ljudutbredning ikomplex terräng. KTH/MWL teknisk akustik,pågår• Utbredning av vindkraftljud i skog – Mätning ochmodellering av efterklang, spridning ochtemperaturgradient. ÅF Ljud & Vibrationer, klart2011• Låg ljudnivå i vindskyddat läge. ÅF Ljud &Vibrationer, klart 2011Almgren 2011‐11‐24 28

Forskning – examensarbeten ÅF• Maskering av vindkraftljud via naturligtbakgrundsljud. KTH 2008• Kvantifiering av områden med lägrebakgrundsnivå. KTH 2008• Equivalent Sound Pressure LevelMeasurements from Wind Turbines usingMicrophone Arrays. Umeå universitet 2008• Auralisation av vindkraftverk. CTH 2009Almgren 2011‐11‐24 29

Forskning – examensarbeten ÅF• Noise Immission Measurement from WindTurbines. Investigating different signalanalysis Techniques. CTH 2009• Ljudemission från vindkraftverk. Uppsalauniversitet 2010• Lågfrekvent ljud från vindkraftverk. KTH 2010• Den ljudförstärkande skogen med betoning påljud från vindkraft. CTH 2010Almgren 2011‐11‐24 30

Forskning – examensarbeten ÅF• Mätning av ljudimmission från vindkraft ‐Vidareutveckling av metod för mätning. KTH 2011• Directivity of sound from wind turbines ‐ A studyon the horizontal sound radiation pattern from awind turbine. KTH 2011• Amplitudmodulation av vindkraftljud. Mätningoch analys. CTH pågår 2011• Ljud vid nedisning av vindkraftverk. KTH påbörjas2012Almgren 2011‐11‐24 31

Ljudutbredning från vindkraftverk• LångtidsmätningarUppsala universitet• Meteorologiska effekter• Modellvalidering• Tre mätstationer Dragaliden, Ryningsnäs ochBurgsvikAlmgren 2011‐11‐24 32

Almgren 2011‐11‐24 33

Almgren 2011‐11‐24 34

Almgren 2011‐11‐24 35

Avancerad modellering avljudutbredning i komplex terräng KTH• Utveckling av metoder för modellering avljudutbredning från vindkraftverk vid valfri plats och tidmed metodik som utnyttjar data om atmosfär,markprofiler och vegetation från en operativväderprognosmodell resp geografiska databaser• Fallstudier av ljudutbredning under lång tid på utvaldaplatser där vindkraftverk etablerats eller planeras• Utvärdering av hur optimal anpassning aveffektuttaget till rådande ljudutbredningsförhållandenskulle påverka energiproduktionenAlmgren 2011‐11‐24 36

Almgren 2011‐11‐24 37

WTN 2011• Konferens Wind Turbine Noise i Rom 11 ‐14april 2011• Amplitudmodulation bör undersökas mer.• Infraljud från vindkraftverk är inget problem.• Ny revision avljudemissionsmätningsstandarden IEC 61400‐11 på väg.• Nytt genomarbetat hälsobaserat riktvärde förvindkraftljud i Nederländerna.Almgren 2011‐11‐24 38

WTN 2011 ‐ sessioner• Propagation and prediction• Standards• Long term measurement• Assessment• Low frequency• Amplitude modulation• Perception and effects• Regulations, policies, planning requirements• Noise generation• VibrationAlmgren 2011‐11‐24 39

WTN 2011• En ny tredje version avljudemissionsmätningsstandarden IEC 61400‐11 är pågång.• Högre ordningars regression ska ersättas med BINanalysoch bin‐storleken minskas från 1 till 0,5 m/s• Analysen baseras på tersband 20 – 10000 Hz• Medelvärdesbildningstiden är 10 s mot tidigare 60 s• Referensvindhastigheten är vid navhöjd• Detaljerad analys av osäkerheten i resultaten• Alla spektra används i tonalitetsanalysen• En bilaga för små vindkraftverkAlmgren 2011‐11‐24 40

WTN 2011• Långtidsmätningar• Bigot et al. Den franska metoden med mätning i förvägav bakgrundsljud diskuterades. Nya vindkraftverk fårge + 3 dBA utomhus på natten och +5 dBA på dagen.Krav finns även inomhus. De rekommenderar mätningav bakgrundsljudet i 10 –20 dagar för att minska riskenför fel.• Dijkstra et al. I Holland har man nya riktvärden baseratpå Lden, som är en årsekvivalent ljudnivå där ljud påkvällen straffas med 5 dB och ljud på natten med 10dB. Riktvärdet är Lden 47 dB. Författarna har mättunder ett år. Även direktiviteten kunde bestämmas.Almgren 2011‐11‐24 41

Almgren 2011‐11‐24 42

WTN 2011 Lågfrekvent ljud• Pedersen TH et al. Vindkraftljud kan hörasgenom bakgrundsljud. Karakteristiskt ärtoninnehåll från mekaniska delar ochaerodynamiskt svischande ljud och till viss dellågfrekvent ljud• Mätmetod för toner i vindkraftljud diskuteras.En metod för hörbarhet av svischljudet och avljud med frekvenser under 500 Hzpresenteras.Almgren 2011‐11‐24 43

Almgren 2011‐11‐24 44

Almgren 2011‐11‐24 45

WTN 2011• Styles et al. Lågfrekventa vibrationer i marken• Låga nivåer som inte är märkbara förmänniskor vid bostäder• Böjsvängningar i tornet kan gemarkvibrationer även om rotorn parkerats• Det räcker om tornet sätts i svängning avvinden• Kan störa anläggning för övervakning avkärnvapenprovAlmgren 2011‐11‐24 46

Almgren 2011‐11‐24 47

WTN 2011• Turnbull et al• Vindkraftverk alstrar infraljud• Nivån av infraljudet är långt under hörtröskeln85 dBG• Man uppmätte 6 dB dämpning peravståndsdubbling för infraljudet• Nivån av infraljud är likartad med nivån avandra av människan skapade ljudkällor och avnaturliga källor utmed kusten.Almgren 2011‐11‐24 48

Almgren 2011‐11‐24 49

Almgren 2011‐11‐24 50

27 verk totalt 56,7 MWAlmgren 2011‐11‐24 51

WTN 2011• Frits van der Berg. Kapitel om hälsa i bok ”Wind turbine noise” somutkommer hösten 2011, redaktörer Bowdler och Leventhall• Buller påverkar människor på flera sätt. Att bli irriterad och störd isömnen är de vanligaste effekterna eftersom de kan uppträda vidrelativt låga ljudnivåer. Effekter på blodtryck, inlärning,arbetsprestation, stress och psykologiska effekter är till viss del ettresultat av irritation och sömnstörning och inträffar vanligen vidhögre ljudnivåer. Trots att vindkraftverk har relativt lågakälljudnivåer jämfört med trafikerade vägar och flygplatser, harmåttliga hälsoeffekter observerats. Dessa effekter kan relateras tillakustiska (nivå, ljudkaraktär och tidsmönster), icke‐akustiska(ekonomisk avkastning, synlighet, oförutsägbarhet, attityd,personliga (hälsa, ålder, ljudkänslighet) och sociala (rättvisa, attityd)faktorer.Almgren 2011‐11‐24 52

Frits konstaterar att om man lägger på 5 dBpå Lden för vindkraft, se den gråa kurvan ifiguren, så stämmer andelen störda ganskabra med andra samhällsbullerkällor under50 dB. Det är ljudets amplitudmoduleringsom gör att man lägger märke till det.Almgren 2011‐11‐24 53

Van der Berg forts• Undersökningar har visat att A‐vägd ljudnivå hittills räckt för attförklara störning. Infraljud har inte varit ett problem. Kanske hardet faktum att amplitudmodulationens frekvens också mäts i Hz,lett till en sammanblandning med infraljudsfrekvenser. Han lämnaren brasklapp för framtida utveckling av stora vindkraftverk ochhänvisar till Møller och Pedersens rapport från universitetet iÅlborg 2010 om att skillnaden vid låga frekvenser mellan stora ochsmå vindkraftverk är liten, 3 dB, men kan befaras växa för nyarekraftfullare verk• Det finns ingen grund att anta att ohörbart lågfrekvent ljud kan hanågra somatiska effekter• Han kommenterar flera andra påstådda effekter såsom PierpontsVVVD (snarare stressymtom än vindkraftbullersymtom) och Alves‐Pereiras VAD (osannolikt att lågfrekvent vindkraftljud kunnat gesådana fysiologiska skador)Almgren 2011‐11‐24 54

WTN 2011• Martin van der Berg. Nya hälsobaserade riktlinjer iNederländerna• Så här gjorde man nya riktvärden:• bedöm effekten på befolkningen• utvärdera effekten• bedöm möjligheterna att undvika eller reduceraoönskade effekter• kostnads‐nyttoanalys för de olika möjligheterna elleren blandning av möjligheter• bedömning av den föredragna möjligheten• genomförandeAlmgren 2011‐11‐24 55

Förslaget blev till slut:•Gränsvärde 47 Lden•Ingen bestämmelse om bakgrundsljud•Ny beräkningsmetod baserad på vindhastighet vid navhöjd•Varje nytt vindkraftverk måste redovisa en akustisk rapport till behörig myndighet•Mätningar görs bara för att kontrollera ljudeffektnivå (vindhastighetsberoende)•Verksägaren måste bokföra ljudeffektproduktionenAlmgren 2011‐11‐24 56

M van der Berg forts• Vindkraftbranschen ville ha Lden 48 och motståndarna 40 eller 35.Beaktande att få påverkas (810 bostäder), högst 9% mycket stördaoch att ge utrymme för en utbyggnad med 2 GW, befanns 47 Ldenvara acceptabelt. Om utbyggnadskravet inte fanns, skulle mantroligen valt ett lägre värde. Beslutet i parlamentet blev till slut 47Lden med tillägget 41 Lnight för att minska risken försömnstörningar och för att närma sig WHOs långsiktiga mål med 40Lnight. Enligt författaren klarar man 41 Lnight om man klarar 47Lden.• Min kommentar är att om ett vindkraftverk ger 40 dBA ekvivalentljudnivå dygnet och året runt motsvarar 46,4 Lden. 47 Ldenmotsvarar 40,6 dBA ekvivalent ljudnivå dygnet och året runt vid enbostad. Lden är ett årsmedelvärde där man tar hänsyn till attvindkraftverket ibland står stilla och att det blåser i olika riktning.Almgren 2011‐11‐24 57