A-painotuksen käyttö vääristää tuulivoimaloiden melumittaustuloksia

Hallitus ilmoitti vastikään, että tuulivoimaloiden terveysvaikutukset tullaan tutkimaan ja arvioimaan uudelleen. Se on erittäin viisas ja äärimmäisen tärkeä päätös kansalaisten terveyden kannalta.

Tämän kirjoituksen tarkoitus on lyhyesti selvittää nykyiset ympäristöministeriön vaatimukset tuulivoimalan pienitaajuisen melun mittaukseen ja osoittaa, että ohjeistuksen mukaan suoritettu mittaus poistaa tuulivoimaloille ominaiset infraäänet käytännössä kokonaan mittaustuloksista.

Infraäänien puuttuessa mittaustuloksista on hyvin selvää, että niiden korrelointia ihmisten valittamiin oireisiin ei voida edes tutkia.

Ympäristöministeriön ohjeet tuulivoimalan melutason mittaamiseen

Ympäristöministeriön ohje "Tuulivoimaloiden melutason mittaaminen
altistuvassa kohteessa" määrittelee tämän artikkelin näkökulmasta mm. seuraavaa:

• Melutaso (meluimmissio) määritetään A-painotettuna äänenpainetasona (äänitaso) ja tarvittaessa myös taajuuskaistoittain. 
• Ääniteknisen mittauslaitteiston (mukaan lukien mahdollisesti käytettävät vaihtoehtoiset laitteistot ja lisälaitteet, esimerkiksi tallennuslaitteet) tulee täyttää standardin IEC 61672-1 vaatimukset tarkkuusluokan 1 äänitasomittareille. 
• IEC 61672-1 standardi vaatii A-painotussuodatinta mittauslaitteelta, mutta C- ja Z- taajuuspainotukset on kuvattu myös.
• Mittauksessa käytettävän laitteiston taajuusvasteen tulee olla lineaarinen 4 Hz asti.
• Pienitaajuisen melun mittauksissa 20Hz – 200Hz mitataan taajuuskaista ilman A-painotusta taajuusresoluution ollessa 2-5Hz.

Mitä tarkoittaa A-painotus, C-painotus ja Z-painotus 

Äänilähteen ollessa jatkuvasti käynnissä tasaisella voimakkuudella, ihmiskorvan taajuusherkkyys noudattaa A-painotusta.

C-taajuuspainotus kuvaa ihmisen taajuuskuuloherkkyyttä hetkellä, jolloin äänilähde käynnistetään, voimakkuutta kasvatetaan tai pienennetään nopeasti - noina hetkinä ihmiskorva tulee herkemmäksi matalammille taajuuksille, ja sen ajatellaan noudattavan C-painotusta.

Z(Zero)-painotus ei nimensä mukaisesti tee alkuperäiselle signaalille yhtään mitään, joten signaali säilyy täsmälleen sellaisenaan kaikkine informaatioineen.

A-painotusta on käytetty ja käytetään usein esimerkiksi matkapuhelimissa suodattamaan pois ne taajuudet, joita ihminen ei voi kuulla. Tämä vähentää datansiirtotarvetta, kun lähetetään ja vastaanotetaan vain ne osat äänisignaalista, jotka ihminen voi kuulla. Esimerkiksi matkapuhelinteollisuudessa käytetään tämän lisäksi myös hyvin pitkälle erikoistuneita menetelmiä puristamaan äänisignaalista vain ja ainoastaan oleelliset osat jokaisella ajanhetkellä niin, että puhujan ääni on vielä tunnistettavissa. Tarkoituksena on siis vähentää datansiirtotarvetta edelleen.

Tuulivoimalan tyypillinen infraäänitaajuusjakauma A-, C-, Z-painotettuina

Ylemmässä kuvassa on esitetty, kuinka A-,C- ja Z-painotukset painottavat eri äänitaajuuksia. Pystyakselin arvot on kuvattu desibeleinä (dB) ja vaaka-akseli on taajuus(Hz). Tällä asteikolla esimerkiksi 20dB pudotus 0 dB viivasta alaspäin tarkoittaa, että kyseisen taajuisen signaalin vaihtelualue on kutistettu 1/10 osaan alkuperäisestä. 40dB pudotus kutistaa signaalin vaihtelualuetta 1/100 osaan ja 60dB pudotus 1/1000, 80dB 1/10000, 100dB 1/100000 ja niin edelleen.

Tarkastelemalla punaista A-painotuskäyrää havaitaan, että A-painotus jopa korostaa taajuuksia välillä 1000Hz - 6000Hz, mutta 1000Hz alapuolella alkaa vaimentaa niitä hyvin jyrkästi. 20Hz:n eli ihmisen kuuloalueen rajalla (20 Hz on myös infraäänialueen yläraja) vaimennus on jo noin -50dB, mikä tarkoittaa että alkuperäisen 20Hz signaalitaajuuden vaihtelualue on kutistunut noin 1/316 osaan. Infraäänialueella A-painotus kutistaa signaalia yhä voimakkaammin, 1Hz:llä vaimennus on jo noin 150dB eli 1/31 600 000.

C-painotus (sininen käyrä) ei vaimenna infraääniä niin paljon kuin A-painotus, mutta kuitenkin niin paljon, että sillä painotetuissa tuloksissa infraääniä ei juuri näy. Esimerkiksi tuulivoimaloille ominaista perustaajuutta noin 1 Hz ympäristössä, se vaimentaa yli 50dB(1/316).

Z-painotus (vihreä käyrä) ei vaimenna mitään taajuuksia.

Signaalin taajuuspainotuskäyrät ja esimerkki tuulivoimala-alueen infraäänien taajuusjakaumasta

Alemmassa kuvassa on esitetty vihreällä käyrällä (alkuperäinen mittaustulos, Z-painotus) infraäänimittaustuloksen taajuusjakauma(spektri) 0-20Hz 1,5 km:n päässä voimaloista. Taajuusjakaumassa näkyy tuulivoimaloille tyypilliset piikit, 1 Hz:n tuntumassa oleva perustaajuus ja sen monikerrat. Tässä nimenomaisessa esimerkissä perustaajuus on noin 0.65 Hz.

Perustaajuudella oleva aalto syntyy, kun tuulivoimalan lapa pyöriessään ohittaa tornin puristaen ilmaa kasaan tornin ja lavan väliin. Perustaajuus kasvaa, jos pyörintänopeus kasvaa. Aalto on pulssimainen, mutta ei 50% - 50% pulssisuhteella oleva säännöllinen pulssi, vaan enemminkin 20% - 80% pulssisuhteella oleva kapeahko pulssi. Kun tällaisella pulssisuhteella varustettua säännöllisesti toistuvaa pulssia tarkastellaan yleisen signaaliteorian kautta, voidaan päätellä suoraan, että signaalin taajuusjakaumassa täytyy näkyä perustaajuus ja sen monikerrat. Aivan kuten vihreästä esimerkkikäyrästäkin voidaan havaita.

Sininen käyrä on C-painotuksen jälkeen tuloksena saatu versio alkuperäisestä käyrästä.
Punainen käyrä on A-painotuksen jälkeen tuloksena saatu käyrä. Havaitaan, että esimerkiksi 1Hz:n kohdalla punainen käyrä on n. 60dB - (-90dB) = 150dB alkuperäisen vihreän käyrän alapuolella. Signaali eli ilmanpaineenvaihtelu on siis vaimennettu 1/31 600 000 osaan alkuperäisestä.

Alempaan kuvaan on myös merkitty mustilla katkoviivoilla tuulivoimaloiden päivä- ja yöajan maksimiohjearvot. Havaintojen perusteella pitäisi olla päivänselvää, että vaikka tuulivoimalat tuottaisivat 50-60 dB (300-1000) suurempia äänenpaineita infraäänialueella, mitä ne nykyisellään tuottavat, ne eivät näkyisi A-painotetuissa tuloksissa.

Johtopäätökset

Suomen nykyisellä viranomaisohjeistuksella tuulivoimalan melulle ominaiset matalat taajuudet (0.5 - 10Hz) suodatetaan A-painotuksella pois mitatuista signaaleista. Ainoa kädenojennus, tosin hyvin pieni, on 20Hz-200Hz pienitaajuisen melun mittaus ilman A-painotusta. 0-4Hz signaaleja ei välttämättä edes yritetä mitata, koska mittalaitteiden vaaditaan toimivan vain 4 Hz:stä ylöspäin.

Tuulivoimalan melunmittauksen nykyisistä viranomaisohjeista seuraa, että kun ihmiset oirehtivat ja ongelmakohteissa suoritetaan mittauksia, mittaustuloksista ei kuitenkaan voida nähdä mitään korrelaatiota ihmisten oireisiin. Hyvin loogista. Minkäpä tulosten analysoija voi, jos signaalista on suodatettu pois juuri tuulivoimalalle ominaiset matalataajuiset taajuudet.

Toivottavasti tuulivoimaloiden terveysvaikutustutkimuksesta tehdään oikeasti kattava ja rehellinen. Silloin kaikkien mitattujen äänien vaikutus otetaan huomioon käyttämällä vain ja ainoastaan Z-painotusta ja korreloimalla näin saatuja tuloksia oireiden kanssa.

Ympäristöministeriön nykyisiä melumittausohjeita seuraamalla saataisiin aikaan vain uusi fiasko.

Markus Littow