[论文解读] 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 13

一句话总结

本研究探讨风力涡轮机噪声中的调幅现象，将‘呼啸’和‘砰砰’声归因于风切变引起的转子转速和声压级变化。利用多高度风速测量数据，作者建立了导致A计权声压级波动的非标准风廓线模型，将‘砰砰’调幅量化为LpA的峰峰值差，尽管平均噪声水平恒定，但该现象显著增加了感知的烦扰性。

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).

研究动机与目标

• 理解为何风力涡轮机噪声在平均声级相同的情况下比其他环境噪声引起更大的烦扰。
• 研究风切变在产生调幅现象（特别是‘砰砰’效应，即van den Berg效应）中的作用。
• 利用叶轮中心高度、顶部和底部的风速测量数据，建立非标准风廓线模型，以模拟真实的湍流效应。
• 量化由此产生的A计权声压级（LpA）变化及其对感知烦扰性的影响。
• 建立风速切变与风力涡轮机噪声感知调幅现象之间的关联。

提出的方法

• 在三个垂直高度测量风速：叶轮中心高度、叶轮顶部和底部，以捕捉垂直风切变。
• 基于实测数据应用非标准风廓线模型，以模拟真实的大气条件。
• 在不同风况下计算A计权声压级（LpA），以评估噪声级波动。
• 将‘砰砰’调幅定义为风廓线中LpA最大值与最小值之间的差值。
• 结合现场测量与理论建模，将风切变与涡轮机噪声的调幅现象相关联。
• 将结果提交至《Acta Acustica united with Acustica》进行同行评审与验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 除了平均声级外，是什么原因导致风力涡轮机噪声引起感知烦扰？
• RQ2 风切变如何导致风力涡轮机噪声的调幅现象？
• RQ3 叶轮高度处的垂直风速梯度在多大程度上影响LpA的变化？
• RQ4 能否利用多高度风速测量数据量化‘砰砰’调幅效应？
• RQ5 LpA的峰峰值变化如何与风力涡轮机噪声的感知影响相关？

主要发现

• 调幅现象，特别是‘砰砰’效应，即使在平均声级保持不变的情况下，也显著增加了烦扰感。
• 风切变被确定为‘砰砰’调幅的主要驱动因素，该效应可通过van den Berg现象加以解释。
• 最大与最小A计权声压级（LpA）之间的差值被用作‘砰砰’调幅的定量度量。
• 多高度风速测量（叶轮中心、顶部和底部）使得非标准风廓线的精确建模成为可能。
• 本研究证明，风切变引起的转子转速波动会导致可测量且具有感知相关性的LpA变化。
• 结果支持以下假设：调幅现象，而非整体声级，是公众对风力涡轮机噪声感知的关键因素。