[論文レビュー] Amplitude modulation of wind turbine noise

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

Acoustic Wave Phenomena Research参考文献 16被引用数 13

ひとこと要約

本研究は風力タービンのノイズにおける振幅変調を調査し、'しゅう'音や'トントン'音の原因を風垂直シアに起因するローター回転数および音圧レベルの変動に帰属している。複数の高さでの風速測定を用いて、Aインジケータ音圧レベルの変動を引き起こす非標準的な風速プロファイルをモデル化し、『トントン』変調をLpAのピーク・トゥ・ピーク差として定量化した。これは平均ノイズレベルが一定であるにもかかわらず、知覚的不快感を顕著に増加させる。

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).

研究の動機と目的

• 同じ平均レベルでも風力タービンノイズが他の環境ノイズよりも不快感を引き起こす理由を理解すること。
• 風垂直シアが振幅変調、特に『トントン』効果（ヴァン・デン・ベルグ効果）を生成する役割を調査すること。
• タービンのハブ高さ、ローター上部および下部での風速測定値を用いて、非標準的な風速プロファイルをモデル化し、現実的な乱流効果を再現すること。
• 得られたAインジケータ音圧レベル（LpA）の変動を定量化し、知覚的不快感に与える影響を評価すること。
• 風速の垂直シアと風力タービンノイズにおける知覚的振幅変調現象との間に関連性を確立すること。

提案手法

• ローターのハブ高さ、上部および下部の3段階の垂直位置で風速を測定し、風垂直シアを捉える。
• 測定データに基づく非標準的な風速プロファイルモデルを適用し、現実的な大気状態を模擬する。
• 変化する風況下でのAインジケータ音圧レベル（LpA）を計算し、ノイズレベルの変動を評価する。
• 『トントン』変調を風速プロファイル全体におけるLpAの最大値と最小値の差として定義する。
• 現場測定と理論的モデリングを組み合わせ、風垂直シアとタービンノイズにおける振幅変調の関連性を特定する。
• 査読および検証のため、Acta Acustica united with Acusticaに結果を提出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平均音圧レベルを超えて、風力タービンノイズがなぜ知覚的不快感を引き起こすのか？
• RQ2 風垂直シアは風力タービンノイズにおける振幅変調にどのように寄与するのか？
• RQ3 ローター高さにおける風速の垂直勾配は、LpAの変動にどの程度影響を及ぼすのか？
• RQ4 複数高さの風速測定値を用いて『トントン』変調効果を定量化できるか？
• RQ5 LpAのピーク・トゥ・ピーク変動は、風力タービンノイズの知覚的影響とどのように関連するか？

主な発見

• 特に『トントン』効果を伴う振幅変調は、平均音圧レベルが一定であっても、不快感を顕著に増加させる。
• 風垂直シアが『トントン』変調の主な要因であると特定され、その現象はヴァン・デン・ベルグ現象によって説明できる。
• 最大と最小のAインジケータ音圧レベル（LpA）の差が、『トントン』変調の定量的指標として用いられた。
• ローターのハブ、上部および下部での風速測定により、非標準的な風速プロファイルの正確なモデリングが可能になった。
• 本研究は、風垂直シアに起因するローター回転数の変動が、測定可能かつ知覚的に意味のあるLpAの変動を引き起こすことを示した。
• 結果は、全体の音圧レベルだけでなく、振幅変調そのものが風力タービンノイズに対する一般の人の知覚の鍵要因であるという仮説を支持している。