Sunday, 3 February 2019

Infra-sound from wind power plants travels quickly and far

The infra-sound from wind power plants got finally into discussions in Finland in autumn 2016. Instead of focusing on the harmful effects the industrial infra-sound has to human health, many newspapers focused on denying the lethal effect on bats. It was, of course, a shock also to the media to hear that the whole of western Finland with its inhabitants and animals was, and still is, exposed to a constant, uncontrolled infra-sound from industrial wind turbines.

However, from the point of view of an exposed person, the media showed lack of discretion. By denial the effects, the situation will not change nor will the harmful health effects be removed.

A more sensible approach would have been to ask what infra-sound actually is.


Infra-sound is a technical phenomenon in physics and acoustics. Acoustics is a science of sound. It is a study of mechanical waves, such as vibration and sound. [1-2] The basic concepts have been explicitly explained, for example, in Noronen's (2015) thesis in welfare technology.

Sound waves are longitudinal waves whose particle’s movement is in the same direction as the wave propagation velocity. Sound waves can only proceed in a medium, such as liquid and gas as longitudinal waves, or in solid material as transversal waves, or plasma. [3] Sound does not proceed in the vacuum [4].

Gas, such as air, can conduct sound at a high frequency scale. The frequency of the audible sound is about from 20 to 20,000 Hz; the frequency of the ultrasound, used even by bats, is over 20,000 Hz and the frequency of the infra-sound is less than 20 Hz. Infra-sound can be compared to low-frequency light, i. e. to infrared. It is invisible to the human eye. [3]

In addition to the frequency, the sound waves have other features, such as wavelength, oscillation extent, i. e. amplitude and propagation velocity [3, 5]. Wavelength is calculated by dividing propagation velocity by frequency. The unit of the wavelength is meter (m) and lambda is often used as its symbol. [5]

Sound intensity is described by sound pressure or sound pressure level [4]. Sound pressure is the instantaneous pressure variation caused by the sound wave in a ratio to static pressure. It is measured as pascals. [6] The unit of the sound pressure level is decibel. It describes the volume of the sound compared to the selected reference value. [4, 7]


Thus, infra-sound below the frequency of 20 Hz is sound. It propagates at the speed of sound of 344 m/s, when the air temperature is +20 degrees Celsius near the ground. [3]

Low-frequency sounds have a wider wavelength than high-frequency sounds, such as audible sound. By calculating, it is apparent that the wavelength of the 0.5 Hz infra-sound is 688 m in the described conditions. The wavelength of the 1 Hz infra-sound is 344 m.

Therefore, the wavelength of the infra-sound is really long. This is because it fades slowly and can travel huge distances almost without dampening. [3]

The 1 Hz infra-sound needs only 2.9 seconds to the distance of one kilometer and about half a minute to 10 kilometers. It travels one hundred kilometers in 4 min 51 s. The forward or reverse wind also affects to the traveling time, so the propagation velocity of infra-sound either accelerates or slows down. The rise in temperature increases the propagation velocity of infra-sound as well. [3, 8-9]

Wind turbines generate infra-sound, which propagates in the surrounding medium, i. e. in the air, quickly and far [3, 10-11]. It also proceeds in solid medium and liquid, i. e. it travels through buildings, in water and in humans [3]. There is 70% liquid in humans.

Just like the sea is not a vacuum - it is water where sound waves and noise propagate far [12-13] - air is not a vacuum either, but a substance to which the wind turbines constantly produce vibrating, long, slowly dampening and far traveling pressure waves – industrial infra-sound. This kind of waves cannot be created by any other industrial structure than by large wind turbine plants. It is not irrelevant in what kind of air humans and animals live and what they breathe.

There is infra-sound around the wind farms, at least at the distance of tens of kilometers, enough for all animals and people, for all living and working in those areas. The critical question is how does it affect health - and how fast?

References

Friday, 18 August 2017

Infraääni leviää - nopeasti ja kauas

Tuulivoimaloiden infraääni nousi syksyllä 2016 lopultakin keskusteluihin. Teollisen infraäänen ihmisille aiheuttamien terveyshaittojen sijasta uutisointi keskittyi kuitenkin lepakoihin. Puheenaiheen vaihtaminen oli sinänsä ymmärrettävää - oli tietenkin järkytys kuulla koko läntisen Suomen asukkaineen ja eläimineen olevan jatkuvan, kontrolloimattoman infraäänialtistuksen alla.

Infraäänestä oireita saavan näkökulmasta uutisoinnista puuttui tilannetajua. Kieltämällä tai vähättelyllä tilanne ei muutu, eivätkä terveyshaitat poistu.

Järkevämpi lähestymistapa olisi ollut kysyä, mitä infraääni on.


Kyseessä on tekninen, fysiikan ja akustiikan alan ilmiö. Akustiikka on äänentutkimusta. [1–2] Peruskäsitteet on avattu selkeästi esimerkiksi Norosen hyvinvointiteknologian opinnäytteessä (2015).

Ääniaallot ovat pitkittäisaaltoja, joiden hiukkasten liike on samaan suuntaan kuin aallon etenemisnopeus. Ääniaallot voivat edetä vain väliaineessa, kuten nesteessä ja kaasussa pitkittäisenä aaltoliikkeenä tai kiinteässä aineessa myös poikittaisena aaltoliikkeenä taikka plasmassa. [3] Ääni ei etene tyhjiössä [4].

Kaasu, kuten ilma, voi johtaa ääniä suurella taajuusskaalalla. Kuultavien äänien taajuus on noin 20-20.000 Hz, lepakoidenkin käyttämien ultraäänien yli 20.000 Hz ja infraäänien alle 20 Hz. Infraääntä voi verrata matalan taajuuden valoon eli infrapunaan, joka on ihmissilmälle näkymätöntä. [3]

Taajuuden lisäksi ääniaalloilla on muitakin ominaisuuksia, kuten aallonpituus, värähdyslaajuus eli amplitudi ja etenemisnopeus [3, 5]. Aallonpituus saadaan jakamalla etenemisnopeus taajuudella. Aallonpituuden yksikkö on metri ja sen symbolina käytetään usein lambdaa. [5]

Äänen voimakkuutta kuvataan äänenpaineen tai äänenpainetason avulla [4]. Äänenpaine on ääniaallon aiheuttamaa hetkellistä paineen vaihtelua staattisen paineen suhteen. Sitä mitataan pascaleina. [6] Äänenpainetason yksikkö taas on desibeli. Se kuvaa äänen voimakkuutta valittuun vertailuarvoon nähden. [4, 7]


Alle 20 Hz:n taajuinen infraääni on siis ääntä. Se kulkee äänennopeudella 344 m/s, silloin kun ilman lämpötila on +20 Celsius-astetta lähellä maanpintaa. [3]

Matalataajuuksisilla äänillä on pidempi aallonpituus kuin korkeataajuuksisilla äänillä, siis esimerkiksi kuultavissa olevilla äänillä. Laskemalla selviää, että 0,5 Hz:n taajuisen infraäänen aallonpituus on edellä kuvatuissa olosuhteissa 688 m. 1 Hz:n taajuisen infraäänen aallonpituus on vastaavasti 344 m.

Infraäänen aallonpituus on siis todella pitkä. Siksi se vaimenee hitaasti ja voi kulkea valtavia etäisyyksiä lähes vaimentumatta. [3]

Yhden kilometrin matkaan infraääneltä kuluu vain 2,9 sekuntia ja 10 kilometriin noin puoli minuuttia. Sata kilometriä menee aikaan 4 min 51 s. Myötä- tai vastatuuli vaikuttaa myös asiaan eli infraäänen kulku joko nopeutuu tai hidastuu. Lämpötilan nousukin nostaa infraäänen kulkunopeutta. [3, 8–9]

Tuulivoimalat saavat aikaan infraääntä, joka etenee sitä ympäröivässä väliaineessa, siis ilmassa, nopeasti ja kauas [3, 10-11]. Se etenee myös kiinteässä väliaineessa ja nesteessä, toisin sanoen rakennuksissa, vedessä ja ihmisessä [3]. Ihminenhän on 70-prosenttisesti nestettä.

Aivan samoin kuin esimerkiksi meri ei ole tyhjiö, vaan vettä, jossa ääniaallot ja melu etenee kauas [12-13], ilmakaan ei ole tyhjiö, vaan ainetta, johon tuulivoimala tekee jatkuvasti värähteleviä, pitkiä, hitaasti vaimenevia ja etäälle ulottuvia paineaaltoja – teollista infraääntä. Tällaisia aaltoja ei voi saada aikaan millään muulla teollisella rakennelmalla kuin suurella tuulivoimalalaitoksella. Ei ole merkityksetöntä, millaisessa ilmassa ihmiset ja eläimet elävät ja mitä ne hengittävät.

Infraääntä riittää tuulivoimala-alueiden ympärillä kymmenien kilometrien etäisyydellä eläimille ja ihmisille, kaikilla alueella asuville ja työskenteleville. Kriittinen kysymys on, mitä se saa aikaan terveydelle - ja kuinka nopeasti?


Lähteet / Källor:

[1] Wikipedia (2017a). Infraääni. Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/Infra%C3%A4%C3%A4ni
[2] Wikipedia (2017b). Akustiikka. Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/Akustiikka
[3] Noronen, J. (2015). Infraäänialuetaajuuksien mittaaminen EMFI-kalvolla. Hyvinvointiteknologian koulutusohjelma. Tekniikan ja liikenteen ala. Jyväskylän ammattikorkeakoulu JAMK. Saatavilla: https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/88487/Noronen_Jaakko.pdf?sequence=1
[4] Wikipedia (2017c). Ääni. Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/%C3%84%C3%A4ni
[5] Wikipedia (2017d). Aallonpituus. Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/Aalto_(fysiikka)
[6] Wikipedia (2017e). Äänenpaine. Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/%C3%84%C3%A4nenpaine
[7] Wikipedia (2017f). Desibeli: Saatavilla: https://fi.wikipedia.org/wiki/Desibeli
[8] Ceranna, L., Hartmann, G. & Henger, M. (2005). The inaudible noise of wind turbines. Infrasound Workshop, November 28 – December 02, 2005, Tahiti. Saatavilla: https://docs.google.com/file/d/1NhXPUpj7jMVOXQSkMDL1Om963Vs8GX-zIX4STd9QTC1k3TDJwAsO_RIPPYAE/edit?pli=1&pli=1
[9] Alasaarela, I., Alasaarela, J., Nikula, K. & Poikolainen, V. (2015). Tuulivoimaloiden infraäänen aiheuttama terveysongelma Suomessa. Tuulivoima-kansalaisyhdistys. Saatavilla: http://tvky.info/tiedostot/infra_aani.pdf
[10] Uosukainen, S. (2010). Tuulivoimaloiden melun synty, eteneminen ja häiritsevyys. VTT. VTT Tiedotteita 2529. Saatavilla: http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2010/T2529.pdf
[11] Ylikoski, K. (2016). Tuulivoiman infraääni. Video 21.04.2016. Saatavilla: https://www.youtube.com/watch?v=VQWTw6IxAr8
[12] SYKE (2017). Itämeren vedenalainen melu riski kaloille ja merinisäkkäille. Tiedote. Suomen ympäristökeskus 25.01.2017. Saatavilla: http://www.syke.fi/fi-FI/SYKE_Info/Viestintaaineistot/Tiedotteet/Itameren_vedenalainen_melu_riski_kaloill(41549)
[13] SYKE (2017). Undervattensbuller i Östersjön: risk för fisk och marina däggdjur. Finlands miljöcentral 25.01.2017. Saatavilla: http://www.syke.fi/sv-FI/SYKE_Info/Kommunikationsmaterial/Pressmeddelanden/Undervattensbullret_i_Ostersjon_risk_for(41851)


Kirjoituksen lyhyemmät versiot:

Peltoniemi, P. (2016). Infraääni on paineaaltoja. Siikajokilaakso 10.11.2016, 56:6.
Peltoniemi, P. (2016). Infraääni on paineaaltoilua. Raahen Seutu 04.11.2016.
Peltoniemi, P. (2016). Infraääni on paineaaltoilua. Kurikka-lehti 19.10.2016.
Peltoniemi, P. (2016). Tuulivoimaloiden infraääni aiheuttaa terveyshaittoja. Maaseudun Tulevaisuus 17.10.2016.

Päivitetty 30.11.2018.