Ljudisolering i bostadshus
mot ljud från vindkraftverk
Det dominerande hörbara ljudet från moderna vindkraftverk är normalt av aerodynamisk karaktär i frekvensområdet 63 till
4 000 Hz och orsakas av rotorbladens rörelse i luften. Ett mindre framträdande
lågfrekvent ljud uppstår av samverkan
mellan inströmmande turbulensvirvlar
och rotorbladen. Växellåda, kylfläktar,
generator och kraftelektronik kan ge upphov till ett tonalt ljud. För moderna väl utformade vindkraftverk ska det normalt
inte vara hörbart vid bostäder. Vid kartläggning av ljud från vindkraftverk undersöks framförallt det ljud som alstras
vid vindkraftverket (ljudemission) och
det ljud som uppstår i en specifik punkt
på ett visst avstånd från vindkraftverket
(ljudimmission).
I projektet jämfördes ljudtrycksnivåer i
tredjedelsoktavbanden 31,5 till 200 Hz
hos vindkraftalstrat utomhusljud (immissionsljud) med Socialstyrelsens riktlinjer
för lågfrekvent buller inomhus. Resultaten visar att då vindkraftljudets ekvivalenta A-vägda frifältsvärde uppgick till
cirka 40 dB(A) är vindkraftljudet normalt
i samma storleksordning som bakgrundsljudet och ligger vanligen mellan cirka 0
och 10 dB över Socialstyrelsens inom-
Artikelförfattare är Per Lindkvist och
Martin Almgren, ÅF-Ingemansson,
Göteborg respektive Stockholm.
husriktvärden. I frekvensintervallet 30 till
60 Hz var i en del fall uppmätta ljudnivåer under Socialstyrelsens riktlinjer, se tabell 1. Det är framförallt i frekvensbanden 160 och 200 Hz som en ljudreduktion
över 10 dB behövs. Då den A-vägda ekvivalenta ljudtrycksnivån i immissionspunkten är omkring cirka 45 till 50 dB(A)
behövs en ljudisolering som klarar cirka
15 till 16 dB.
Ljudisolering vid låga frekvenser
I byggnadssammanhang används ofta dubbelväggar som skiljekonstruktion. Vid
dubbelväggens grundresonansfrekvens försämras ljudisoleringen kraftigt. För att
inte grundresonansfrekvensen ska påverka
luftljudsisoleringens vägda sammanfattningsvärde Rw (medelvärde av uppmätta
reduktionstal vid tersbanden 100 till 3150
Hz) konstrueras normalt dubbelväggar så
att grundresonansfrekvensen hamnar under 100 Hz [1]. Det resulterar i att ljudisoleringen vid frekvenser under cirka 100
FOTO: MARTIN ALMGREN
Projektering av vindkraftetableringar sker normalt utifrån Naturvårdsverkets rekommendationer att
ljud från vindkraftverk i närheten av
bostäder inte bör överstiga frifältsvärdet 40 dB(A). Den A-vägda ekvivalenta ljudnivån undertrycker till
viss del låga frekvenser varför ett
vanligt orosämne vid vindkraftetableringar är att inte tillräcklig hänsyn tagits till lågfrekvensområdet.
För att närmare undersöka ämnet
har ett examensarbete om lågfrekvent vindkraftljud i bostadsrum utförts på ÅF-Ingemansson. Projektet
har undersökt vilken luftljudsreduktion i bostadsfasader som krävs för
att uppfylla Socialstyrelsens krav på
lågfrekvent buller inomhus då vindkraftljud utomhus inte överstiger 40
dB(A). Vidare har ett förslag på en
metod för mätning och beräkning av
vindkraftljud i bostadsrum tagits
fram.
60
Bygg & teknik 3/10
Tabell 1: Skillnaden i ljudtrycksnivå mellan uppmätta immissionsnivåer utomhus och Socialstyrelsens riktlinjer för lågfrekvent
buller inomhus. Resultaten avser tidigare utförda mätningar i Sverige och utomlands. Detaljerad beskrivning av mätningarna är
inte möjlig av sekretesskäl.
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Uppmätta immissionsnivåer utomhus från vindkraftverk
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Vindkraftverk
Exempel 1
Exempel 2
Exempel 3
Park med 17 st verk Park med 60 st verk
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Avstånd från verk [m]
650
1 000
250
750
1 000
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Frifältsnivå [dBA]
40
40
41
50
–
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Frekvens [Hz]
Skillnad mellan immissionsnivåer utomhus och Socialstyrelsens inomhusriktlinjer [dB]
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
31,5
-15
–
-4
1
7
40
-10
–
1
5
10
50
-9
0
5
7
14
63
-0,5
5
5
7,5
13,5
80
6
6
5
12
11
100
7
7
6
16
11
125
5
9
6
14
9
160
3
10
7
15
7
200
11
10
7
14
7
Hz kan bli mycket låg hos vissa skiljekonstruktioner. I Byggforskningsrådets
rapport om Tillläggsisolering av tak- och
ytterväggar mot flyg- och trafikbuller [2]
framkommer att tilläggsisolering med
syfte att förbättra Rw-värdet hos en fasad
normalt är effektivast över cirka 200 Hz.
Under 100 Hz är verkan vanligen mycket
liten eller ibland negativ.
Bäst ljudisolering vid låga frekvenser
erhålls normalt hos tunga, styva väggar
av till exempel betong eller tegel. Även
sammansatta gipsskivor på reglar kan ge
relativt bra isolering i lågfrekvensområdet, förutsatt att grundresonansfrekvensen
ligger mycket lågt. Ljudisoleringen hos
fönster beror delvis av arean där en ökning av fönsterarean kraftigt försämrar
ljudisoleringen vid låga frekvenser, vilket
sannolikt beror på att fönstrets styvhet
minskar när arean ökar. Enligt beräkning i
Insul minskar reduktionstalet med 5 dB
per tersband under 160 Hz då fönsterarean
fördubblas (beräkningen avser ett tvåglasfönster med 4 mm glas och 12 mm
luftspalt). I syfte att motverka ljudisoleringsdippar vid grundresonansfrekvenserna hos tvåglasfönster har en metod tagits fram som använder optimalt avstämda Helmholtzresonatorer [3]. Genom att
fyra till sex stycken resonatorer monteras
längs med fönstrets kanter i luftspalten
mellan glasen fås en förbättring vid fönstrets grundresonansfrekvens på cirka 10
dB.
Ljudisoleringen hos skiljekonstruktioner i frekvensintervallet 20 till 200 Hz
kan variera kraftigt beroende på till exempel inspänningsförhållanden, mottagarrummets dimensioner och läckage via
håligheter med mera. Hos vissa frekvenser kan samverkan mellan rumsresonanser och väggens egenmoder resultera i
mycket låg ljudisolering. I avhandlingen
[4] framkommer att reduktionstalet vid
låga frekvenser hos en skiljekonstruktion
mellan två rum beror av inte enbart väggens egenskaper utan också av rummens
dimensioner, ljudkällans position och
efterklangstiden. Det innebär att reduktionstalet, framförallt vid låga frekvenser,
är ett mått på de ljudisolerande egenskaperna för kopplingen mellan rum-skiljevägg-rum.
I en dansk undersökning av lågfrekvent vindkraftljud i bostäder uppmättes
ljudisoleringen hos fem stycken typiska
familjebostadshus [5]. Resultaten visar att
fasadljudisoleringen vid låga frekvenser
varierar kraftigt mellan de olika hustyperna. Under cirka 50 Hz var ljudreduktionen hos en del bostadsfasader mycket
låg. Det skulle kunna förklaras av att mottagarrummets första resonansfrekvenser
samverkar med väggens egenmoder på ett
sådant sätt att ljudisoleringen kraftigt försämras. I tabell 2 presenteras medelvärdet
av ljudtrycksnivåskillnaden utomhus/inomhus. Mätningar utfördes i två rum per
hus. Ingen rumskorrektion har gjorts. Enbart hörnmikrofonpositioner cirka 0,01
till 0,02 m från närmaste skiljeyta har använts vilket ger cirka 3 till 4 dB lägre
ljudreduktion jämfört med om ett stort
antal mikrofonpositioner jämnt utspridda i
mottagarrummet använts.
Mätmetoder
Ljudisoleringen hos en fasad eller ett fasadelement bestäms vanligen genom att
mäta skillnaden mellan ljudtrycksnivån
framför fasaden (utomhus) och den rumskorrigerade ljudtrycksnivån innanför fasaden (inomhus). Mätning av lågfrekvent
ljud i bostadsrum försvåras av att under
en viss frekvens (Schröderfrekvensen)
kan ljudfältet i rummet inte anses diffust.
På grund av stående vågor kommer därför
ljudtrycket att variera mellan olika punkter i rummet. Högsta ljudnivåer fås vid
väggar och hörn och lägst nivåer inträffar
i rummets mitt. Hos normalstora bostadsrum (cirka 30 till 50 kubikmeter) inträffar
Schröderfrekvensen vid cirka 200 till 300
Hz. I rum med många reflekterande ytor,
som till exempel möbler, kan Schröderfrekvensen hamna något lägre. Störst variation mellan olika punkter i rummet inträffar för frekvenser i närheten av de
första rumsmoderna. Efter cirka tredje
rumsmoden blir modtätheten så pass hög
att variationer mellan olika punkter får
mindre betydelse. Första resonansmoden
i normalstora bostadsrum inträffar mellan
cirka 30 och 50 Hz.
Det finns flera olika metoder och teorier om hur mätning av ljudtrycksnivån i
rum vid låga frekvenser ska gå till. Framförallt är det val av mikrofonpositioner
och mikrofonantal som åtskiljer metoderna. I standard för luftljudsisolering
Tabell 2: Medelvärdet av ljudtrycksnivåskillnaden utomhus(frifält)/inomhus. Resultaten avser mätningar utförda i tio stycken olika rum [5].
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Frekvens [Hz] 20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ΔL [dB]
16,7
15,5
19,1
13,3
12,0
15,2
16,1
18,3
15,9
16,1
16,7
Bygg & teknik 3/10
61
D2m [dB]
Ljudnivåskillnad D2m
Referenser
Frekvens [Hz]
Figur 1: Ljudnivåskillnad för mikrofonpositioner enligt ISO 140-5 och SP Info
1996:17. Utomhusnivån mättes dikt an fasaden varför ljudtrycksnivån
korrigerats med -3 dB, ingen korrektion för rumsabsorptionen har gjorts.
Om resultaten korrigeras med ytterligare -3 dB fås ljudskillnaden
inomhus/utomhus (frifältsvärde).
ISO 140-5 och ISO 140-4 ska minst fem
mikrofonpositioner användas i mottagarrummet. Positionerna ska vara jämnt fördelade i rummet med ett inbördes avstånd
på 0,7 m mellan varje position och på
minst 0,5 m avstånd från närmaste skiljeyta i rummet. I ISO 140-4 finns i Annex
D en vägledning för mätning av lågfrekvent ljud där det påpekas att för frekvenser under cirka 100 till 400 Hz kan ljudfältet inte längre anses diffust. För att
undvika ljudnivåtoppar nära skiljeytor
föreslås att begränsningsavstånden vid
mikrofonplacering fördubblas samt att
fler mikrofonpositioner används. I normalstora bostadsrum (30 till 50 kubikmeter) innebär restriktionerna att mikrofonpositioner enbart är tillåtna i ett mycket
smalt område i mitten av rummet, vilket i
sin tur ska undvikas på grunda av förekomsten av noder i stående vågor.
Vägledning SP Info 1996:17 avser
mätning med relativt få mikrofonpositioner där syftet är att finna den högsta störningsnivå som en brukare utsätts för vid
normal användning av ett bostadsrum.
Metoden använder sig av en hörnposition
och två positioner där störning normalt
kan upplevas. Metoden har visat sig ge en
medelljudtrycksnivå som är cirka 1 till 2
dB högre än ett medelvärde baserat på ett
mycket stort antal mikrofonpositioner.
I projektets fältstudie jämfördes olika
metoder för mätning av luftljudsisolering i
frekvensintervallet 20 till 200 Hz. Med
hjälp av högtalarexciterat rosa brus uppmättes fasadljudisoleringen hos ett familjebostadshus beläget på den svenska
landsbygden. Fasadkonstruktionen bestod
av en tilläggsisolerad timmervägg med
ytterpanel av furu och innerpanel av gipsskivor. Centrerat på fasadväggen var ett
62
under inomhusriktvärdena varför fasadisoleringen i det frekvensområdet normalt
saknar betydelse.
För mätning av lågfrekvent ljud i rum
rekommenderas en metod som tar hänsyn
till det stående vågmönster som bildas vid
låga frekvenser. Genom att inkludera
hörnmikrofonpositioner vid mätning i
rum fås ett mer representativt rumsmedel■
värde.
modernt tvåglasfönster. I figur 1 presenteras uppmätt ljudnivåskillnad med mikrofonpositioner i mottagarrummet enligt
standard ISO 140-5 och enligt vägledning
SP Info 1996:17. Som förväntat uppmättes något högre ljudtrycksnivåer i mottagarrummet med metod SP Info, vilket resulterade i ett lägre reduktionstal. För att
undersöka om rummets resonansmoder
inverkar på ljudisoleringen uppskattades
rummets egenfrekvenser utifrån en enkel
överslagsberäkning. Rummets väggar antogs vara akustiskt hårda och ljudhastigheten sattes till 340 m/s. Första resonansfrekvensen beräknades till 29,1 Hz och
sammanfaller väl med den ljudisoleringsdipp som inträffar i tersbandet 31,5 Hz.
Den andra och tredje rumsmoden vid 45,1
Hz och 53,7 Hz sammanfaller med nästa
dipp i tersbandet 50 Hz. Den ljudisoleringstopp som inträffar vid 40 Hz kan
bero på att en antiresonans inträffar
mellan första och andra rumsmoden.
Över den tredje rumsmoden blir modtätheten för stor för att kunna utläsa några
samband.
[1] Åkerlöf, L. Byggnadsakustik – En
praktisk handbok. AB Svensk Byggtjänst,
ISBN 91-7332-917-7, 2001.
[2] Benjegård, S-O & Gustafsson, J-I.
Tilläggsisolering av tak- och ytterväggar
mot flyg- och trafikbuller. 1983. Rapport
R18:1983, Byggforskningsrådet, Sverige.
[3] Qibo, M & Stanislaw, P. Experimental study for control of sound transmission through double glazed window
using optimally tuned Helmholtz resonators. 2009. Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research,
Ueberlandstrasse 129, CH-8600 Duebendorf, Switzerland. www.elsevier.com/locate/apacoust.
[4] Pietrzyk, A. Sound Insulation at
Low Frequencies. Dr. Thesis, Chalmers
University of Technology, Department of
applied acoustics, ISBN 91-7197-498-9,
ISSN 0346-718X, Göteborg, 1997.
[5] Low frequency noise from large
wind turbines. Measurement of sound insulation of facades. 2008. Delta EFP-06,
Report AV1097/08. Client: Danish Energy Authority.
Slutsats
Ljudisoleringen hos vanliga familjebostadshus anses vara fullt tillräcklig för att
Socialstyrelsens riktlinjer för lågfrekvent
buller inomhus inte ska överskridas då
den vindkraftalstrade ekvivalenta A-vägda frifältsnivån uppgår till cirka 40
dB(A). Vidare framkommer att mycket
låg fasadljudisolering kan erhållas i de
frekvenser som motsvarar mottagarrummets första resonansfrekvenser. De första
egenfrekvenserna hos typiska bostadsrum
inträffar mellan cirka 30 till 60 Hz. I tersbanden 31,5 till 100 Hz kan ljudtrycksnivån från vindkraftverk ligga flera decibel
Bygg & teknik 3/10