Metody redukcji hałasu turbin wiatrowych ze szczególnym uwzględnieniem metod „miękkich”

Abstract

Rozprawa porusza zagadnienie dokuczliwości hałasu turbin wiatrowych (HTW) i metod jego redukcji przy pomocy, tzw. „miękkich metod redukcji” (MMR). Celem MMR jest zmiana percepcji hałasu i zmniejszenie dokuczliwości bez koniecznego obniżenia poziomu HTW w punkcie immisji. Zdefiniowano i przetestowano trzy hipotezy badawcze: (H1) HTW może być zamaskowany przez hałas drogowy (HD) oraz hałas drogowy składową wiatru (HD+W); (H2) dokuczliwość HTW można zmniejszyć poprzez zasłonięcie widoku turbiny wiatrowej; (H3) możliwość dokładnej oceny dokuczliwości jest możliwa w warunkach kontrolowanych, po wyeliminowaniu czynników pozaakustycznych. Przeprowadzone prace badawcze podzielono na 3 etapu powiązane z każdą z hipotez. W eksperymentach wykorzystywano bodźce akustyczne przygotowane z wykorzystaniem tzw. funkcji przejścia (na podstawie metodyki Nord2000), umożliwiając parametryzację odległości i spójne modelowanie propagacji. Prezentacje audiowizualne realizowano w środowisku VR. W celu eliminacji wpływu czynników pozaakustycznych wykorzystano metody oparte na wskaźnikach neurokognitywnych: badanie EEG, test SART, macierze MaRs-IB i kwestionariusz DASS. W Etapie I wyznaczono progi dyskryminacji dokuczliwości HTW na tle HD/HD+W. Średnie wartości SNR przy których badani przestawali różnicować dokuczliwość HTW były ujemne ( - 15 do - 8 dB), co wskazuje na ograniczoną skuteczność maskowania; obecność komponentu wiatru w maskerze nie zmieniała istotnie wyników. Oceny dokuczliwości wg skali ICBEN nie zależały istotnie ani od poziomu maskera, ani od obecności wiatru. W Etapie II w VR zbadano wpływ zasłonięcia turbiny drzewami oraz odległości turbiny od słuchacza (jako ekwiwalentu poziomu) na dokuczliwość. Zmiana odległości ujawniła istotny efekt (spadek ocen dokuczliwości wraz ze zmniejszaniem się poziomu źródła), natomiast stopień zasłonięcia turbiny okazał się być czynnikiem nie istotnym i nie wchodził w interakcję z odległością. Wynik sugeruje, że w zastosowanej konfiguracji czynnik akustyczny (poziom/odległość) dominował nad czynnikiem wizualnym. W Etapie III krótkotrwała ekspozycja na HTW, HD lub ciszę nie spowodowała istotnych zmian w wynikach testów neurokognitywnych. Wyniki testów były spójne z niskimi ocenami dokuczliwości wg skali ICBEN, co wspiera hipotezę H3, że precyzyjna ocena dokuczliwości jest możliwa po wyeliminowaniu czynników pozaakustycznych. Do wkładu metodycznego należą: (1) sposób konstruowania bodźców HTW/HD oparty na funkcjach przejścia (umożliwia kontrolę widma i poziomu przez parametr odległości), (2) implementacja i raportowanie progów dyskryminacji dokuczliwości w SNR, (3) integracja pomiarów EEG i testów kognitywnych z oceną dokuczliwości w kontrolowanych warunkach. Praca kończy się rekomendacjami dla dalszych badań (dłuższa ekspozycja, zaangażowanie do badań mieszkańców sąsiedztwa farm, większa zmienność warunków meteorologicznych, wyraźniejsze manipulacje wizualne).

The dissertation addresses the issue of annoyance caused by wind turbine noise (HTW) and methods for its reduction using so-called “soft reduction methods” (MMR). The objective of MMR is to change the perception of noise and improve annoyance ratings without necessarily lowering the HTW level at the receiver (immission point). Three research hypotheses were defined and tested: (H1) HTW can be masked by road traffic noise (HD) and by road traffic noise with a wind component (HD+W); (H2) the annoyance of HTW can be reduced by occluding the visual view of the wind turbine; (H3) accurate assessment of annoyance is feasible under controlled conditions after eliminating non-acoustic factors. The research was divided into three stages aligned with these hypotheses. The experiments used acoustic stimuli prepared with transfer functions (based on the Nord2000 methodology), enabling distance parameterization and consistent propagation modelling. Audiovisual presentations were delivered in a VR environment. To minimize the influence of non-acoustic factors, methods based on neurocognitive indicators were used: EEG, the SART test, MaRs-IB matrices, and the DASS questionnaire. In Stage I, annoyance discrimination thresholds for HTW against HD/HD+W were determined. Mean SNR values at which participants no longer differentiated the annoyance of HTW were negative (approx. –15 to –8 dB), indicating limited masking effectiveness; the presence of a wind component in the masker did not materially affect the results. Annoyance ratings on the ICBEN scale did not depend significantly on the masker level or the presence of wind. In Stage II (VR), the effects of occluding the turbine with trees and turbine–listener distance (as a proxy for level) on annoyance were examined. Distance showed a significant effect (annoyance ratings decreased as the source level decreased), whereas the degree of turbine occlusion was not significant and did not interact with distance. This suggests that in the applied configuration the acoustic determinant (level/distance) dominated over the visual layer. In Stage III, short-term exposure to HTW, HD, or silence did not produce significant changes in neurocognitive test outcomes. The test results were consistent with low ICBEN annoyance ratings, which supports H3 that precise annoyance assessment is possible after eliminating non-acoustic factors. The methodological contributions include: (1) a transfer-function-based procedure for constructing HTW/HD stimuli (allowing control over spectrum and level via the distance parameter), (2) implementation and reporting of annoyance discrimination thresholds in SNR units, and (3) integration of EEG measurements and cognitive tests with annoyance assessment under controlled conditions. The dissertation ends with recommendations for further research (longer exposures, involvement of residents living near wind farms, greater variability of meteorological conditions, stronger visual manipulations).