VtE jako zdroj hluku

Projevem každého pohybu mimo vzduchoprázdno je kromě jiného vytváření zvuku.

Větrné elektrárny jsou díky otáčení rozměrné vrtule ukázkovým příkladem generátoru zvuku.

U některých typů VtE se k tomuto zvuku přidává i zvuk mechanické převodovky.

Celkově větrné elektrárny vytváří hlukovou zátěž v různých oblastech kmitočtového spektra. Pojďme se na to podívat podrobněji.

Základní kmitočtová pásma VtE

1. Frekvence průchodu lopatek - Blade Passing Frequency (BPF))

Tato frekvence f je dána součinem počtu lopatek a otáček za minutu dělený 60:

Pro moderní velkou turbínu s otáčkami 6 ot/min. vychází BPM=3x6/60= 0.3 Hz

Z toho je vidět, že tyto frekvence jsou velice hluboko v infrazvukovém pásmu.

2. Interakce lopatky s věží

To vytváří periodický pulz tlaku. Každý průchod lopatky představuje jeden pulz.

3. Aerodynamické turbulence

4. Vibrace konstrukce

Vibrace VtE a potenciální vznik sekundárních zdrojů infrazvuku

Otáčením listů vrtule vznikají také nízkofrekvenční vibrace, které se přenášejí do základů VtE a které se samy o sobě mohou šířit vhodným podložím na velké vzdálenosti.

Infrazvuk se v podloží (pevných látkách, zemině) šíří velmi rychle, zpravidla rychlostmi v řádu kilometrů za sekundu (km/s), např. v pevných horninách nebo oceli se zvuk šíří rychlostí přibližně 5 km/s.

Takovéto vlny se mohou ve vhodném prostředí dalším - sekundárním - zdrojem infrazvuku, a to i ve velkých vzdálenostech od zdroje. Podmínkou tohoto jevu je existence nějaké mechanického objektu s rezonančním kmitočtem blízkému kmitočtu infrazvukové vlny, nebo jeho celočíselnému násobku.

Zároveň mohou vytvářet interferenční jevy s původní infrazvukovou vlnou, takže se někde mohou vytvářet uzly se zvýšenou hladinou zvuku a jinde naopak se sníženou hladinou zvuku.

Tyto jevy jsou značně složité, jsou závislé na mnoha proměnných (kmitočet, vlastnosti podloží, existence vhodného rezonátoru jako zdroje sekundárního vlnění, ..).

✅ Shrnutí

Pulzující zvuk větrných turbín může být slyšitelný na velkou vzdálenost díky kombinaci:

Charakter zvuku generovaného VtE

Frekvenční spektrum hluku VtE

Frekvenční spektrum zvuku nebo vibrací generované větrnými elektrárnami (VtE) závisí na několika faktorech, ale obecně se dá dobře popsat. U moderních větrných elektráren o výšce kolem 200 m (včetně rotoru) je spektrum rozloženo do dvou hlavních oblastí:

🌀 1. Infrazvukové pásmo (typicky 0,1-20 Hz)

Toto je dominantní část spektra u velkých turbín.

Zdroje hluku:

Rotace lopatek → základní frekvence odpovídá tzv. blade passing frequency (BPF), tj. počet lopatek × otáčky rotoru.
Aerodynamické pulzace – turbulentní proudění, střídání tlaku za lopatkami.
Mechanické vibrace převodovky a gondoly.
Za určitých atmosferických podmínek (hlavně večer a ráno) - lopatky prorážející různé vzduchové vrstvy.

Příklad

Pro turbínu o průměru rotoru cca 150 m s otáčkami ~10–15 ot/min:

základní rotorová frekvence ≈ 0,17–0,25 Hz
BPF (3 lopatky) ≈ 0,5–0,75 Hz
vyšší harmonické až do cca 10–20 Hz

👉 Tyto frekvence často leží pod prahem slyšitelnosti člověka (20 Hz), ale mohou být vnímatelné jako infrazvuk nebo jako nízkofrekvenční tlakové pulzace.

🔊 2. Slyšitelné pásmo (20 Hz – několik kHz)

Zdroje:

Aerodynamický hluk na koncích lopatek (tzv. „swish“ efekt)
Turbulentní šum od proudění kolem věže a listů
Strojní hluk z gondoly (převodovky, generátoru)

Typické rozložení:

20–200 Hz – (někdy označovaný LFS) – nízkofrekvenční složky, které mohou být slyšitelné jako hluboké hučení (zvlášť za určitých povětrnostních podmínek).
200 Hz – 1 kHz – hlavní aerodynamický šum, zejména při vyšších rychlostech větru.
>1 kHz – klesající spektrum, převažuje šum typu „šustění“ (broadband noise).

Hladiny akustického tlaku měřené filtrem A u paty turbíny mohou být cca 90–105 dB(A), ale ve vzdálenosti 300–500 m klesají typicky na 35–50 dB(A) (záleží na typu turbíny, počasí, vlhkosti vzduchu a dalších vlivech).

Lepší vodivost vlhkého vzduchu zná každý z vlastní praxe, kdy vzdálená železniční trať nebo silniční komunikace je při zvýšené vlhkosti vzduchu slyšet daleko výrazněji.

📈 Typické frekvence pro VtE ≈ 200 m

Zdroj / jev	Frekvenční rozsah	Poznámka
Rotorová otáčková frekvence	0,1 – 0,3 Hz	Infrazvuk
Blade passing frequency (BPF)	0,3 – 1 Hz	3 lopatky × otáčky
Harmonické tóny BPF	1 – 20 Hz	Výrazné v infrazvuku
Mechanické vibrace (převodovka)	10 – 1000 Hz	V závislosti na konstrukci
Aerodynamický šum lopatek	200 Hz – 5 kHz	Hlavní slyšitelná složka

Pulzní charakter zvuku

Narozdíl od infrazvuku přirozeně generovaného v přírodě (lesy, sopky, laviny) mají některé složky zvuku generovaného VtE pulsní charakter, způsobený průletem lopatek kolem stožáru.

Charakter tohoto zvuku je přirovnáván ke kapajícímu kohoutku s vodou, který je velmi nepříjmný i při relativně nízkých intenzitách.

Proč jsou moderní velké větrné turbíny někdy subjektivně hlučnější než menší

Tento jev se nazývá „percepční paradox“. I když měřené hodnoty dB(A) jsou nižší, lidé vnímají moderní velké turbíny hlasitějšími nebo rušivějšími. Důvod je kombinace fyziky nízkých frekvencí a psychoakustiky.

1. Amplitudová modulace („thumping“ nebo „blade swish“)

2. Nízkofrekvenční složky

Velké turbíny generují více energie v nízkofrekvenčním pásmu (<200 Hz), které měření s vahovým filtrem typu "A" zcela potlačuje, částečně nejsou slyšitelné uchem, ale vnímají je další "snímače" v těle.

Mozek to často interpretuje jako nepříjemný zvuk, i když oficiální hodnota dB(A) je nízká.

3. Růst rotoru → více turbulencí

Aby VtE "dosáhly" na vítr i v našich podmínkách s omezenámi větrnými podmínkami, investoři plánují čím dál vyšší VtE s čím dál většími listy vrtulí. To způsobuje:

4. Psychoakustika

To znamená, že moderní turbíny jsou papírově „tiché“, ale subjektivně jsou hlučnější než staré menší turbíny.