Tato stránka pojednává o měření hluku generovaném větrnými elektrárnami.
Na začátek vysvětlení pro laiky:
Hladina akustického tlaku se udává v logaritmických jednotkách - decibelech (dB), které určují poměr intenzity akustického tlaku k prahovému tlaku dolní hranice slyšitelnosti (zjednodušeně řečeno).
Pokud je pro měření použit váhový kmitočtový filtr, označení tohoto filtru se uvádí nejčastěji v závorce za jednotkou, někdy se však uvádí i bez závorky, např. dB (A) nebo dBA.
Měření hluku provádějí akreditované laboratoře (např. v Ústí nad Orlicí).
Pro měření se používají standardní měřicí přístroje a standardní postupy. Z tohoto pohledu lze měření hladin akustického tlaku považovat za objektivní.
Měření hluku se provádí se podle normy ČSN EN 61400-11. Pro větrné elektrárny tato norma připouští maximálně 50 dB(A) ve dne (6–22 h) a 40 dB(A) v noci (22–6 h) váženého průměru (LeQ) v chráněném venkovním prostoru staveb. Pokud by byly limity překročeny, provozovatel musí snížit výkon či elektrárnu vypnout.
Tyto normy byly původně určeny pro měření průmyslového hluku např. u strojírenských závodů, dopravního hluku apod. V době jejich vzniku ještě VtE neexistovaly a proto tyto normy nezohledňují specifika větrných elektráren.
Podle této normy se měření provádí s váhovým filtrem typu A, který je nejcitlivější mezi 2-3 kHz a nízké i vysoké kmitočty potlačuje. Bohužel, toto měření vůbec nezahrnuje infrazvukovou složku, takže pro posouzení hlukové zátěže způsobované VtE má minimální vypovídací hodnotu.
Problematika filtrů je vysvětlena na stránce Filtry pro měření hluku.
Ekvivalentní hladina akustického tlaku (LAEq) je průměrná hladina hluku za určitou dobu, která vyjadřuje celkovou hlukovou zátěž.
Představuje energetický průměr proměnného hluku za daný časový interval, čímž lépe vystihuje dlouhodobý vliv hluku na lidský sluch než okamžitá maximální hodnota.
Často se používá pro hodnocení hluku v pracovním nebo životním prostředí.
Měří se v decibelech, nejčastěji s váhovým filtrem A (LAEq), který odpovídá citlivosti lidského ucha.
Skutečné zvuky v prostředí jsou čistě tónové (tj. obsahující 1 kmitočet) jen výjimečně. Průběh periodických změn akustického tlaku reálných zvuků je vždy složitější a může nabývat nejrůznějších podob. Každý takový průběh však lze sestavit jako součet jednotlivých sinusových průběhů s různými amplitudami, vlnovými délkami a fázovým posuvem.
Pomocí Fourierovy transformace je možné každý takovýto signál zpět rozložit opět na řadu sinusových signálů s různou frekvencí, amplitudou a fázovým posuvem.
U neperiodických signálů je tato řada obecně nekonečná.
Fourierova transformace se používá pro vyhodnocení charakteru hluku.
Jednodušší metodou analýzy frekvenčního spektra je možno použít i měření v třetino-oktávových (nebo jiných) pásmech.
Oktáva je poměr dvou kmitočtů 2:1. To znamená, že tón f2 o oktávu vyšší než tón f1 má dvojnásobný kmitočet.
Pro účely měření je možné celý kmitočtový rozsah rozdělit do 11 oktávových kmitočtových pásem, z nichž každé je charakterizováno svým středním kmitočtem.
Pro přesnější měření se mohou používat jemnější pásma, jako např. devítinooktávová, případně 1/32 oktávové. Bohužel, z hlediska reálného zhodnocení hlukové zátěže se používá pouze třetinooktávové pásmo. Tento způsob měření však není schopný zachytit, pokud má spektrum zvuku tonální charakter, tj. když amplitudy některých frekvencí výrazně převyšují průměrnou hodnotu v tomto pásmu.
Střední kmitočty oktávových pásem jsou uvedeny v tabulce 2.
| f [Hz] | 16 | 31,5 | 63x | 125 | 250 | 500 | 1k | 2k | 4k | 8k | 16k |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KA [dB] | -56,7 | -39,4 | -26,2 | -16,1 | -8,6 | -3,2 | 0 | +1,2 | +1,0 | -1,1 | -6,6 |
| Vzdálenost [m] | LAeq 0,1–20 Hz [dB(A)] | Lin 0,1–20 Hz [dB] |
|---|---|---|
| 300 | 72.05 | 148.82 |
| 500 | 57.61 | 134.38 |
| 800 | 38.53 | 115.30 |
Pro měření se naměřené hodnoty průměrují v čase. To v případě VtE vede k tomu, že intenzivní krátkodobé špičky (způsobované např. průletem vrtule kolem stožáru) se zprůměrují s okolními, podstatně nižšími, ale časově delšími hodnotami.
Bohužel, pro limity infrazvuku neexistují hygienické normy, a to, pokud vím, ani u nás, ani jinde ve světě.
Měření je navíc komplikováno několika faktory, jednak atmosferickými podmínkami v době měření (odchylky až kolem 5dB), jednak kolísáním hodnot v průběhu času (rozdíly až 25dB).
Technické vybavení pro měření infrazvuku je velmi nákladné, především specializované mikrofony, které musí být schopny změřit velmi nízké kmitočty a které musí být laboratorně zkalibrovány.
Náročné je i použití metod pro vyhodnocení naměřených hodnot. V poslední době se používají techniky nazvané Time-frequency ridge transformations [3], které jsou vylepšenou formou spektrogramů, zaznamenávajících změny energie jednotlivých kmitočtů v čase.
Tyto nároky tvoří bariéru pro to, aby byl infrazvuk běžně měřen a posuzován.
Příklad rozdílu v měření dvěma přístroji v infrazvukovém pásmu je uveden na následujícím obrázku:
Žlutá křivka je měřena přístrojem s rozsahem od 1Hz, modrá křivka přístrojem od 0,1Hz (Hyperion). Protože infrazvuk generovaný VtE má značné hodnoty intenzity pod 1Hz, hodnoty naměřené přístrojem Hyperion by ukazovaly ještě značně vyšší hodnoty infrazvuku.
Dalším problémem je, že se infrazvuk obtížně měří a pokud se měří, tak většinou jen v třetinooktávovém pásmu, pro podrobnější měření nejsou laboratoře běžně vybaveny.
V poslední době se konečně začíná měřit v podrobnějším pásmu než třetinooktávovém. Tato měření provedla např. portugalská vědkyně Mariana Alves-Pereira s kolektivem (měřeno v 36-oktávovém pásmu), ve kterém zcela jasně prokázala generování infrazvuku větrnými elektrárnami, a to ve značně vysokých hladinách akustického tlaku ( Infrasound Exposure: High-Resolution Measurements Near Wind Power Plants).
V následujícím grafu si ukážeme, jaký vliv na měření má jemnost vzorkování. Obrázek může na první pohled vypadat složitě, ale je to vcelku jednoduché:
Na vodorovné ose je vynesen kmitočet, na svislé ose pak úroveň infrazvukového signálu. Skutečná hotnota signálu je žlutě vybarvena.
Zelené svislé čáry znázorňují kmitočty měření při řídkém vzorkování, "hradby" kreslené tmavě šedou barvou pak hodnoty měřené při hustém vzorkování.
Průběh signálu je převzat ze skutečného měření VtE, viz [1]. Z grafu je vidět, že signál má výrazně tonální charakter, takže některé kmitočty mají podstatně vyšší úroveň než je zprůměrovaná hodnota úrovně infrazvuku (znázorněná tmavě zelenou křivkou).
V případě, že se měří s řídkým vzorkováním (což je dnes obvyklý způsob měření), tak se vůbec nezjistí maxima úrovně signálu (v grafu označena červeným kroužkem), jednoduše řečeno, měření se "netrefí" do kmitočtů s vysokou úrovní a ty zůstanou nedetekovány. Výsledky měření pak vypadají podstatně příznivěji, než je skutečnost.
Pokud je instalováno více VtE poblíž sebe, může docházet k interferenčním jevům, kterými se dosud žádná dostupná literatura nezabývá z hlediska hlukové zátěže a bylo by třeba v této oblasti provést seriózní výzkum.
Hluk jednotlivých VtE se může sčítat, odečítat nebo vzájemně modulovat. Také mohou vznikat zázněje, které generují nové (nízkofrekvenční / infrazvukové) frekvenční složky, původně neobsažené ve spektru VtE. Může tedy docházet k obecně obtížně popsatelným a měřitelným jevům, které však mohou mít výrazný vliv na celkovou hlukovou zátěž.
Jak již bylo uvedeno, měření infrazvuku představuje velmi náročnou úlohu jak z hlediska metodiky, tak z hlediska finančních nákladů.
V současnosti je patrně nejdál švédský prof. Mattsson s kolektivem, který provedl podrobná měření u 3 větrných parků za pomocí 4 vzájemně synchronizovaných infrazvukových mikrofonů.
V součané době má česká akreditovaná laboratoř měření hluku k dispozici přístroj měřicí od 6 Hz.
Chystá se nákup přístroje schopného měřit v celém frekvenčním pásmu. Výrobce (BRÜEL & KJÆR) zatím neupřesnil, kdy bude přístroj uveden na trh.
Informace o přístroji jsou na samostatné stránce.
