Zijn er mogelijkheden voor immissiemetingen, i.p.v. de omslachtige emissie-berekeningen?
De windbranche komt regelmatig aanzetten met zg. "stille modussen", die de wieken verdraaien om hun aslengte zodra hogere windsnelheden optreden. Of die in werking zijn controleert echter niemand, ook de Omgevingsdiensten niet. Dat daardoor juist meer turbulentie achter de wieken optreedt blijft buiten zicht. Ook blijken de turbinefabrikanten mogelijkheden te kunnen leveren voor interne metingen en andere SCADA regelingen, waarover niemand publiceert. Maar in de download hieronder blijken methoden van de plank beschikbaar voor veel minder geluidsproductie.
Een andere paarse olifant is de zogenaamde noodzaak van uitgaan van Emissie met een bepaalde bronsterkte van de windturbine, onjuist geschematiseerd als een puntbron. Vervolgens wordt met sterk verouderde wetenschap en methoden (ISO-9213, Geomilieu) de overdracht berekend naar bijv. een woning, met allerlei factoren, volgens een halve bol, terwijl de windturbines beginnen met verspreiding als een hele, ongedempte bol. Een jaar aan produktiecijfers wordt via omzetting naar de windsnelheden daarbij omgezet in frequentie-sterkten van de bron, gelijkmatig in alle richtingen en onafhankelijk van andere meteodata. Voorbeeld hiervan is dat een wiek dwars op de wind al gauw 100meter verder reikt richting een woning. Deze methode is onnavolgbaar, en je zou bijna zeggen dat men hiervoor kiest om kennis en helderheid niet transparant te delen. De mogelijkheden van manipulatie leidt vaak tot wantrouwen, en de methode is wetenschappelijk inmiddels sterk achterhaald.
Geluidsdata laat zich met huidige computers gemakkelijk analyseren. Zo kunnen uit Immissie-metingen bij de gevel van woningen de achtergrondgeluiden worden uitgefilterd. Het is in deze tijd bijna niet voor te stellen, maar wat al gebruikelijk en vereist is bij bouwwerkzaamheden, is doodgezwegen in de wereld van windturbinegeluid. Maar ja, die zijn nu als enige type uitgezonderd van algemene geluidsregels voor industrie.
Inleiding
Momenteel stelt onze overheid in navolging van de windbranche dat geluidsimmissie vanuit een windturbine op een woning niet direct is te meten, het is zelfs verboden. Reden zou zijn dat er achtergrondgeluid aanwezig zal zijn en dat de wind sterk varieert in richting en sterkte. Hoe gemakkelijk zou het zijn om met een volcontinu metende goede microfoon (inclusief ongedempte meting tot onder 1Hz) data op te nemen bij een nabij gelegen woning. En vervolgens de geluidsdata in een moderne computer vervolgens te analyseren. Dat gebeurt al bij bouwwerken in uitvoering.
De centrale onderzoeksvraag is hoe het specifieke geluid van een windturbine bij een woning rechtstreeks is aan te tonen en te meten, zonder de turbine stil te zetten.
Als het afscheiden van achtergrondgeluid met voldoende nauwkeurigheid en controleerbaarheid lukt, ontstaat een nieuwe mogelijkheid om de werkelijke geluidsbijdrage van windturbines bij woningen vast te stellen. Dit zou vooral waardevol kunnen zijn wanneer het achtergrondgeluid sterk wisselt en de huidige meet- en rekenmethoden onvoldoende duidelijkheid bieden over de bijdrage van de turbine zelf.
Een gerenommeerd geluidstechnisch bureau is hier enkele jaren geleden al mee begonnen. Maar de resultaten zijn niet gedeeld. Is dit omdat de windbranche als werkgever naar geluidstechnische bureaus liever het gegoochel met geluidsvoortplanting blijft behouden ?
De belangrijkste ontwikkeling is dat het steeds beter mogelijk wordt om niet alleen het totale geluidsniveau te meten, maar ook te onderzoeken waar het geluid vandaan komt en welke bron ervoor verantwoordelijk is.
Voor een praktisch toepasbare meetmethode bij woningen lijkt een combinatie van een kleine microfoonarray, gegevens over het toerental en vermogen van de turbine, analyse van periodieke geluidsveranderingen en een model voor het achtergrondgeluid bijzonder interessant. Doel is een opstelling waarmee gedurende langere tijd wordt gemeten, zowel onder verschillende weersomstandigheden als bij verschillende bedrijfscondities van de turbine.
1. Het probleem: welk geluid komt van de windturbine?
Wanneer het geluid bij een woning wordt gemeten, bestaat dit vrijwel altijd uit een mengsel van verschillende geluidsbronnen. Denk aan het geluid van een windturbine, maar ook aan verkeer, landbouwmachines, vliegtuigen, vogels, insecten, ruisende bomen en de wind zelf.
Het grote probleem is dat een geluidsmeter al deze geluiden bij elkaar optelt. De meter maakt geen onderscheid tussen de verschillende bronnen. Als het geluidsniveau bij een woning bijvoorbeeld 48 dB(A) bedraagt, is daarmee nog niet duidelijk welk deel daarvan door een windturbine wordt veroorzaakt en welk deel tot het z.g. achtergrondgeluid behoort.
Een gebruikelijke manier om het turbinegeluid te bepalen, is het totale geluid te meten en daar het achtergrondgeluid vanaf te trekken. Dat klinkt eenvoudig, maar in de praktijk is dit lastig. Zowel het turbinegeluid als het achtergrondgeluid is namelijk sterk afhankelijk van de weersomstandigheden. Windrichting, windsnelheid, turbulentie en de stabiliteit van de atmosfeer spelen allemaal een rol.
Een meting van het achtergrondgeluid op een ander moment is daarom niet automatisch representatief voor de omstandigheden tijdens de meting van de windturbine.
De centrale vraag is dan ook: kunnen we het geluid van een windturbine rechtstreeks herkennen en afzonderlijk meten, terwijl de turbine gewoon blijft draaien?
2. Bestaande en nieuwe meetmethoden
Meten met de windturbine aan en uit
De eenvoudigste methode is om eerst het totale geluid te meten terwijl de windturbine draait en vervolgens het achtergrondgeluid te meten wanneer de turbine is stilgezet. Door beide metingen met elkaar te vergelijken, kan het aandeel van de turbine worden berekend. Deze methode is alleen betrouwbaar als de weersomstandigheden tijdens beide metingen voldoende vergelijkbaar zijn. Dat is niet altijd het geval. Bovendien is het stilzetten van een turbine voor metingen praktisch lastig, zeker wanneer langdurige monitoring gewenst is.
Langdurig meten en statistisch vergelijken
Een veelbelovender methode is om gedurende weken of maanden continu geluid te meten en dit te combineren met gegevens over de wind en de werking van de turbine. Daarbij worden niet alleen de geluidsniveaus vastgelegd, maar bijvoorbeeld ook de windsnelheid, windrichting, temperatuur, het elektrische vermogen en het toerental van de rotor. Ook gegevens over de stand van de rotorbladen kunnen worden gebruikt.
Door al deze gegevens met elkaar te vergelijken, kan een beeld ontstaan van de manier waarop het geluid verandert als de turbine anders gaat draaien of als de weersomstandigheden veranderen. Het voordeel is dat niet één afzonderlijke meting als achtergrondgeluid hoeft te worden aangewezen. In plaats daarvan wordt gebruikgemaakt van een grote hoeveelheid meetgegevens om het turbinegeluid en het overige geluid statistisch van elkaar te onderscheiden.
Het herkennen van het karakteristieke geluid
Een windturbine heeft een belangrijk voordeel bij het herkennen van het eigen geluid: de rotorbladen draaien met een bepaald toerental. Bij iedere omwenteling passeren de bladen steeds opnieuw de mast en bewegen ze door de lucht. Hierdoor zal het geluid een periodiek karakter vertonen. De sterkte van het geluid kan bijvoorbeeld telkens iets toenemen en afnemen in het ritme van de draaiende rotorbladen. Dit wordt amplitudemodulatie genoemd.
Door het gemeten geluid te vergelijken met het werkelijke toerental van de turbine, kan worden onderzocht of deze periodieke veranderingen overeenkomen. Dit kan een soort akoestische vingerafdruk opleveren. Een dergelijke herkenning is vooral interessant omdat niet alleen wordt gekeken naar de hoogte van het geluid, maar ook naar de manier waarop het geluid zich in de tijd gedraagt.
Het geluid koppelen aan de werking van de turbine
Een verdere stap is om het geluid te vergelijken met onafhankelijke gegevens over de turbine, zoals het toerental, het vermogen en eventueel de stand van de rotorbladen. Met speciale signaalverwerking kan worden onderzocht of bepaalde onderdelen van het gemeten geluid samenhangen met de werking van de turbine. Dit heet coherentieanalyse. Als een geluidscomponent duidelijk samenhangt met het toerental of de bladpassagefrequentie van de turbine, is dat een aanwijzing dat de geluidscomponent daadwerkelijk van de turbine afkomstig is. Deze methode kan helpen om turbinegeluid te onderscheiden van bijvoorbeeld verkeer, landbouwmachines of andere geluidsbronnen die toevallig tegelijkertijd aanwezig zijn.
3. Met meerdere microfoons de geluidsbron bepalen
Twee microfoons
Een relatief eenvoudige uitbreiding van de gebruikelijke geluidsmeting is het plaatsen van twee microfoons. De ene microfoon kan dienen als referentie en de andere kan het geluid bij de woning meten. Omdat de microfoons zich op verschillende plaatsen bevinden, ontvangen ze het geluid met kleine verschillen in sterkte en aankomsttijd. Door die verschillen te analyseren, kan worden onderzocht welke geluiden op beide plaatsen samenhangen en welke vooral lokaal aanwezig zijn. Hiermee kan meer informatie worden verkregen dan met alleen twee afzonderlijke geluidsniveaus. Wel is het belangrijk dat de opstelling zo wordt gekozen dat de twee microfoons daadwerkelijk bruikbare informatie over dezelfde geluidsbron opleveren.
Een microfoonarray
Een meer geavanceerde oplossing is het gebruik van een groep van bijvoorbeeld vier tot acht microfoons, die samen één meetsysteem vormen. Zo'n opstelling wordt een microfoonarray genoemd. Een geluid bereikt iedere microfoon op een iets ander moment en met een iets andere sterkte. Door die verschillen te analyseren, kan worden bepaald uit welke richting het geluid afkomstig is. Dit wordt beamforming genoemd. Het systeem kan daarmee als het ware gericht luisteren naar een bepaalde richting, bijvoorbeeld die van een windturbine.
Onderzoek met grotere microfoonarrays heeft al laten zien dat het mogelijk is om verschillende geluidsbronnen op of rond een windturbine ruimtelijk van elkaar te onderscheiden. Zo kunnen onder meer geluiden die door de rotorbladen worden veroorzaakt, worden onderscheiden van mechanische geluiden uit de gondel. Voor metingen bij woningen zou een kleinere array mogelijk al voldoende informatie kunnen opleveren om vast te stellen of een belangrijk deel van het geluid uit de richting van de windturbine komt.
De combinatie van richting en geluidspatroon
De meest interessante mogelijkheid ontstaat wanneer de richting waaruit het geluid komt, wordt gecombineerd met het karakteristieke geluidspatroon van de turbine en het werkelijke toerental.
Een geluid dat uit de richting van de turbine komt, op het juiste ritme varieert en bovendien samenhangt met het toerental, heeft een veel sterkere aanwijzing als turbinegeluid dan een geluid dat slechts een bepaald geluidsniveau heeft. Daarmee wordt het steeds moeilijker om het turbinegeluid te verwarren met andere bronnen in de omgeving.
4. Moderne signaalverwerking en kunstmatige intelligentie
Naast het gebruik van meerdere microfoons bestaan er verschillende technieken om gemengde geluiden digitaal uit elkaar te halen. Dit wordt Blind Source Separation genoemd. Hierbij probeert een computer de afzonderlijke geluidsbronnen uit een gecombineerde opname te reconstrueren.
Daarvoor bestaan verschillende wiskundige technieken. Sommige zoeken naar onafhankelijke geluidsbronnen, andere herkennen terugkerende patronen in het geluidsspectrum. In theorie kan zo een herkenbaar patroon van de windturbine worden geïsoleerd, zelfs wanneer meerdere andere geluidsbronnen aanwezig zijn.
Ook kunstmatige intelligentie kan hierbij een rol spelen. Een computer kan worden getraind om op basis van geluidsopnamen en kenmerken zoals frequenties, geluidssterkte en periodieke veranderingen te herkennen wanneer windturbinegeluid aanwezig is. Daarbij kunnen onder andere neurale netwerken en andere classificatiemethoden worden toegepast.
Voor een methode die bij officiële geluidsmetingen of handhaving wordt gebruikt, is het echter belangrijk dat de uitkomsten controleerbaar en uitlegbaar zijn. Een computer die alleen aangeeft dat er waarschijnlijk turbinegeluid aanwezig is, zonder inzicht te geven in de reden daarvoor, is minder geschikt als bewijs. Daarom ligt het voor de hand om kunstmatige intelligentie vooral te combineren met fysisch verklaarbare meetmethoden, zoals richtingsbepaling, analyse van het toerental en herkenning van periodieke geluidsveranderingen.
5. Het achtergrondgeluid beter voorspellen
Een andere mogelijkheid is om niet alleen het turbinegeluid te herkennen, maar ook het achtergrondgeluid nauwkeuriger te voorspellen. Daarvoor kan een langdurige database worden opgebouwd van perioden waarin het turbinegeluid bekend is of verwaarloosbaar kan worden geacht.
Vervolgens kan worden onderzocht welk achtergrondgeluid normaal gesproken te verwachten is bij bepaalde weersomstandigheden, zoals een specifieke windsnelheid, windrichting en atmosferische stabiliteit. Als de turbine draait, kan het gemeten geluid worden vergeleken met dit verwachte achtergrondgeluid. Dit is een verbetering ten opzichte van het gebruik van één willekeurige achtergrondmeting. De vergelijking houdt immers rekening met de omstandigheden die het achtergrondgeluid beïnvloeden.
Een aanvullende techniek is het gebruik van een tweede referentiemicrofoon op een plek waar deze vooral het lokale achtergrondgeluid meet en zo weinig mogelijk turbinegeluid ontvangt. Als het achtergrondgeluid bij beide microfoons voldoende overeenkomt, kan een computer het achtergrondgeluid bij de meetlocatie proberen te schatten en daaruit te filteren.
Deze techniek bestaat al in andere toepassingen van geluidstechniek, maar moet voor officiële windturbinegeluidsmetingen nog experimenteel worden onderzocht en gevalideerd.
6. Een gecombineerde meetmethode
De meest kansrijke aanpak is om verschillende technieken met elkaar te combineren, in plaats van te vertrouwen op één enkele meetmethode. Een mogelijke meetopstelling bij een woning bestaat uit een kleine microfoonarray, gekoppeld aan gegevens over de werking van de windturbine en de meteorologische omstandigheden. De microfoons bepalen uit welke richting het geluid komt. Vervolgens wordt het geluidsspectrum onderzocht en wordt gekeken naar periodieke veranderingen die overeenkomen met het toerental van de rotorbladen. Tegelijkertijd wordt gecontroleerd of het geluid samenhangt met het vermogen en andere bedrijfsgegevens van de turbine.
Daarnaast kan een model worden gebruikt om het te verwachten achtergrondgeluid onder dezelfde weersomstandigheden te schatten. Door deze informatie te combineren, ontstaat een veel sterker onderbouwde schatting van het daadwerkelijke turbinegeluid bij de woning.
Het doel is om niet alleen vast te stellen hoe hard het totale omgevingsgeluid is, maar vooral welk deel daarvan aantoonbaar door de windturbine wordt veroorzaakt.
7. De relatie met de Nederlandse regelgeving
In Nederland wordt het geluid van windturbines volgens de Omgevingsregeling bepaald aan de hand van een voorgeschreven meet- en rekenmethode. Daarbij wordt uitgegaan van het geluid dat de turbine zelf produceert, afhankelijk van de windsnelheid. Vervolgens wordt berekend hoe dit geluid zich naar de omgeving verspreidt.
De internationale norm IEC TS 61400-11-2:2024 richt zich specifiek op het meten van windturbinegeluid op de plaats waar mensen het geluid ontvangen, bijvoorbeeld bij een woning.
Deze benadering sluit beter aan bij de daadwerkelijke geluidsbelasting op de ontvanglocatie dan uitsluitend het meten van de geluidsemissie bij de turbine en het vervolgens theoretisch berekenen van de verspreiding. De Nederlandse regelgeving biedt onder bepaalde omstandigheden de mogelijkheid om een andere meetmethode te gebruiken, mits deze even nauwkeurig of nauwkeuriger is en de toepassing ervan in het besluit wordt vastgelegd.
Een nieuwe methode waarbij het turbinegeluid rechtstreeks uit het totale omgevingsgeluid wordt geïsoleerd, zou daarom een alternatief voor de huidige aanpak kunnen vormen. Daarvoor is nog wel onderzoek nodig om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid aan te tonen. Slechter dan de huidige emissieberekeningen kan deze filtermethode niet zijn.