Muhosperän infraäänisimulaattori

Päivitetty 09.02.2017: Simulaattoriin lisätty valmiita karttoja voimaloineen (25kpl)- Kartoilla yhteensä 316 voimalaa. Voimaloiden määrää voi muuttaa nyt 1-40 kpl. Käyttöliittymää on myös paranneltu.

Päivitetty 25.1.2017: Simulaattoriin on lisätty mahdollisuus ladata eri 15km x 15km karttoja. 

Päivitetty 22.1.2017: Simulaattoriin on lisätty tuulivoimalan infraäänen suuntajakauma (Lambert's cosine law) ja tuulen suuntaa voi säätää.

Kirjoituksen tarkoitus on selvittää tuulivoimaloiden tuottamien infraääniaaltojen etenemistä ja vaimentumista ympäristössään. Tehtävän helpottamiseksi olen luonut selaimessa toimivan reaaliaikaisen ja interaktiivisen simulointiympäristön, jossa käyttäjä voi muutella erilaisia muuttujia ja nähdä niiden vaikutuksen heti.

Simulointialueen koko on 15 km x 15 km. Alueen karttaan on asetettu 9 voimalaa Muhosperään suunnitellun voimala-alueen päälle. Alue on jaettu 40m x 40m ruudukoksi ja simulaattori laskee ruudukon jokaisen solmupisteen arvot reaaliaikaisesti. Simulaattorissa näkyvät vaaleat renkaat ovat kilometrin välein mitattuna tuulivoima-alueen keskeltä.

Simulaattorin saa käynnistettyä erilliseen ikkunaan tästä linkistä (ainakin Google Chrome ja Firefox toimivat hyvin). Simulaattoriin on lisätty mahdollisuus ladata eri karttoja. Kartan koko täytyy olla 15km x 15km (1024 x 1024 pikseliä, .png tai .jpg kuvaformaatti). Voimala-alue aseteltuna mielellään noin keskelle karttaa.
Huomioi, että kartta näkyy vain siinä koneessa, jossa se ladataan, ladattu kartta ei siis näy muissa koneissa. Selaimen päivityksen jälkeen kartta palautuu Muhosperän kartaksi.
Hyviä karttakuvia voi tehdä mm. https://asiointi.maanmittauslaitos.fi/karttapaikka/, jossa rakennetut tuulivoimalat on merkitty karttaan.

Kaapattua videota simulaattorista, jos simulaattori ei toimi:

Simulointianimaatio kuvaa useista voimaloista lähtevien n. 1 Hz taajuisten ilmanpaineaaltojen summautumista ja summa-aallon vaimenemista etäisyyden kasvaessa. Jokaiselle voimalalle on oletettu 70 dB SPL taso 2 km päässä kyseisestä voimalasta, mikä vastaa kohtuullisen hyvin kentällä mitattuja tuloksia.

Simulointi osoittaa esimerkiksi, että 9:n voimalan aaltojen summautunut taso 5-6 km päässä voimala-alueen keskipisteestä vastaa yhden voimalan aiheuttamaa tasoa 2 km:n päässä voimalasta.

Simulaation ei ole tarkoitus olla tieteellinen todistus, vaan sen tehtävä on havainnollistaa pistemäisistä lähteistä leviävien yksinkertaisten paineaaltojen summautumista ja vaimenemista.

Ilmanpaineaallon huipusta huippuun vaihtelualue pienenee kertoimella 1.0/etäisyys^2 (geometrinen vaimentuminen), jossa etäisyys on etäisyys lähteestä eli tuulivoimalasta. Tämä tarkoittaa, että äänentaso pienenee 6 dB etäisyyden kaksinkertaistuessa. 6 dB vaimennus koskee siis vain yhtä voimalaa, simulaatiossa on mukana 9 voimalan summautuneet aallot, joten niiden yhteenlaskettu vaimennus on siten vähemmän kuin 6dB. Kiinnostuneet voivat kokeilla asiaa simulaattorissa  "Tasomittaus_dB" liukusäätimellä, jolla voi liikutella mittaustasoa (karttapohjaa) dB yksikköinä.

Infraäänialueen paineaaltojen (0 - 20 Hz) on osoitettu vaimentuvan käytännön mittauksissa vähemmän kuin 6 dB / 2*etäisyys, vaimentuminen on ollut lähempänä 3dB / 2*etäisyys. Syitä tähän voivat olla mm. heijastumissummautumiset esimerkiksi maasta ja ilman inversiokerroksesta. Aalto ei oikeasti leviä pallomaisena, vaan itseasiassa lähdettä pitäisi ehkä tarkastella puolipallona pitkän aallonpituuden (330m) vuoksi. Lisäksi mittaamalla ja simuloimalla on myös havaittu, että tuulivoimalan paineaallot suuntautuvat tuulen suunnassa eteen ja taakse, jolloin myös niissä oleva energiakin keskittyy kyseisiin suuntiin.

Huolimatta edellisestä, tässä simulaatiossa on käytetty konservatiivista 6 dB /2*etäisyys vaimennuskerrointa, joten simulaatio voi antaa jopa liian optimistisia tuloksia.

Simulointi-ikkunan kontrollit:
- Hiiren vasen nappi pohjassa = kuvan pyöritys
- Hiiren oikea nappi pohjassa = kuvan keskitys/siirto
- Hiiren rulla tai keskinappi pohjassa = zoom in/out

Oikeassa laidassa olevasta kontrollipaneelista voi säätää:
- Rand_taajuudet nappi = Arpoo satunnaiset taajuudet kullekin tuulivoimalalle väliltä 0.8Hz - 1.2Hz.
- Rand_vaiheet nappi = Arpoo satunnaiset vaiheet kullekin voimalalle,  -180 - +180 astetta.
- Tasomittaus_dB = Mittaustaso desibeleinä (dB)
- Tuulen_suunta = Tuulensuunnan säätö
- Color_scale liukusäädin = Väriskaalan säätö (vaikuttaa ainoastaan väreihin)

- Voimaloita = Voimaloiden lukumäärä
- Voimala_asetus = Voimalan valinta
- ON_OFF = Voimala_asetus valikon osoittama voimala päälle/pois
- Xcoord = Voimala_asetus valikon osoittaman voimalan X-koordinaatti
- Xcoord = Voimala_asetus valikon osoittaman voimalan Y-koordinaatti

- Close Controls = Kontrollipaneelin sulkeminen

Simuloinnin pitäisi toimia kohtuullisesti ainakin uudehkoissa tehokkaanpuoleisissa kännyköissä, tableteissa ja kannettavissa tietokoneissa. Sujuvimman toiminnan saa kohtuullisella näytönohjaimella varustetulla PC:lla, esimerkiksi noin 5 vuotta vanha Geforce GTX 560 jaksaa laskea täydet 60 kuvaa sekunnissa ilman ongelmia (FPS vasen yläkulma).

Markus Littow