[논문 리뷰] Amplitude modulation of wind turbine noise

Rufin Makarewicz, Roman Gołębiewski|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 12.

Acoustic Wave Phenomena Research참고 문헌 16인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 풍력 터빈 소음의 진폭 변조를 조사하며, '스위시'와 '탬프' 효과가 풍속 기울기로 인한 회수 속도와 음압 수준의 변동으로 기인한다고 밝힌다. 다중 높이 풍속 측정을 통해 비표준 풍속 프로파일을 모델링하여 A가중 음압 수준의 변동을 유도하며, 탬프 변조는 LpA의 피크 투 피크 차이로 정량화된다. 이는 평균 소음 수준이 일정함에도 불구하고 인지적 불쾌감을 크게 증가시킨다.

ABSTRACT

Due to swish and thump amplitude modulation, the noise of wind turbines cause more annoyance than other environmental noise of the same average level. The wind shear accounts for the thump modulation (van den Berg effect). Making use of the wind speed measurements at the hub height, as well as at the top and the bottom of the rotor disc (Fig.1), the non-standard wind profile is applied. It causes variations in the A-weighted sound pressure level, LpA. The difference between the maximum and minimum of LpA characterizes thump modulation (Fig.2).

연구 동기 및 목표

• 같은 평균 수준에서 다른 환경 소음보다 풍력 터빈 소음이 더 큰 불쾌감을 유발하는 이유를 이해하기 위해.
• 풍속 기울기가 진폭 변조, 특히 '탬프' 효과(반 데른 효과)를 생성하는 데 미치는 역할을 조사하기 위해.
• 터빈 허브 높이, 로터 상단 및 하단에서의 풍속 측정을 통해 비표준 풍속 프로파일을 모델링하여 실제 난류 효과를 시뮬레이션하기 위해.
• 유도된 A가중 음압 수준(LpA)의 변동과 그 인지적 불쾌감에 대한 영향을 정량화하기 위해.
• 풍속 기울기와 풍력 터빈 소음의 인지적 현상인 진폭 변조 사이의 연관성을 설정하기 위해.

제안 방법

• 터빈 허브 높이, 로터 상단 및 하단의 세 수준에서 풍속을 측정하여 수직 풍속 기울기를 캡처하기 위해.
• 측정된 데이터를 기반으로 비표준 풍속 프로파일 모델을 적용하여 실제 대기 조건을 시뮬레이션하기 위해.
• 다양한 풍속 조건 하에서 A가중 음압 수준(LpA)을 계산하여 소음 수준의 변동을 평가하기 위해.
• 탬프 변조를 풍속 프로파일 전반에서 LpA 최대값과 최소값의 차이로 정의하기 위해.
• 현장 측정과 이론적 모델링을 결합하여 풍속 기울기와 터빈 소음의 진폭 변조 사이의 상관관계를 분석하기 위해.
• 동료 심사 및 검증을 위해 결과를 Acta Acustica united with Acustica에 제출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평균 음압 수준을 초월하여 풍력 터빈 소음이 인지적 불쾌감을 유발하는 원인은 무엇인가?
• RQ2 풍속 기울기는 풍력 터빈 소음의 진폭 변조에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 로터 높이에서의 수직 풍속 기울기 변화가 LpA 변동에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 다중 높이 풍속 측정을 통해 탬프 변조 효과를 정량화할 수 있는가?
• RQ5 LpA의 피크 투 피크 변동은 풍력 터빈 소음의 인지적 영향과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• 특히 '탬프' 효과를 포함한 진폭 변조는 평균 음압 수준이 일정함에도 불구하고 불쾌감을 크게 증가시킨다.
• 풍속 기울기가 탬프 변조의 주요 원인으로 규명되었으며, 이는 반 데른 현상에 의해 설명된다.
• 최대 및 최소 A가중 음압 수준(LpA) 간의 차이가 탬프 변조의 정량적 측정으로 사용되었다.
• 터빈 허브, 로터 상단 및 하단에서의 다중 높이 풍속 측정을 통해 비표준 풍속 프로파일의 정확한 모델링이 가능했다.
• 이 연구는 풍속 기울기로 인한 회수 속도의 변동이 측정 가능하고 인지적으로 관련성이 있는 LpA 변동을 유도함을 입증했다.
• 결과는 진폭 변조, 즉 총 음압 수준뿐만 아니라 공중의 인지적 인식에 있어 핵심적인 요소임을 뒷받침한다.