Ruido de aerogeneradores: potencia y audibilidad tonal
Normas aplicables: IEC 61400IEC TS 61400ISO 1996
La IEC 61400-11 mide la emisión acústica de un aerogenerador. Esta página cubre sus dos magnitudes en forma cerrada: el nivel de potencia acústica aparente referido a una fuente puntual equivalente en el centro del rotor, y la audibilidad tonal que decide si un tono discreto (paso de pala, multiplicadora, generador) es audible por encima del ruido de enmascaramiento.
Nivel de potencia acústica aparente
Sección titulada «Nivel de potencia acústica aparente»Con el micrófono de referencia sobre una placa en el suelo a la distancia horizontal (altura de buje , diámetro de rotor ), la distancia oblicua al centro del rotor es y el nivel de potencia acústica aparente es por banda (), sumado energéticamente sobre las bandas. Los −6 dB dan cuenta de la duplicación de presión en la placa del suelo.
from phonometry import environment
# Niveles de banda de tercio de octava ponderados A y corregidos de fondo L_p,i (dB),# aquí las bandas de 250 Hz a 1 kHz de una medida sobre placa a sotavento.band_levels = [55.0, 58.0, 60.0, 57.0, 54.0] # 250, 400, 500, 800, 1000 Hzr1 = environment.slant_distance(hub_height=80.0, rotor_diameter=100.0)print(round(r1, 2)) # 152.64 mlwa = environment.apparent_sound_power_level(band_levels, r1) # dB re 1 pWprint(round(float(lwa), 2)) # 112.98 dB(A) re 1 pWLa posición de medida en la práctica
Sección titulada «La posición de medida en la práctica»Los −6 dB de arriba solo son la duplicación de presión de la placa si la placa es de verdad una placa. La IEC 61400-11:2012+A1:2018 fija lo que eso significa, y un micrófono en trípode o una plancha pequeña dan una reflexión incoherente, lo que desvía la potencia acústica aparente en una cantidad desconocida en lugar de corregible.
| Requisito | Valor | Apartado |
|---|---|---|
| Cadena de medida | Clase 1 de IEC 61672; filtros de clase 1 de IEC 61260; 1/3 de octava de 20 Hz a 10 kHz determinados simultáneamente; banda estrecha de 20 Hz a 11 200 Hz | 6.1.2, 6.1.3, 6.1.4 |
| Diafragma del micrófono | ≤ 13 mm, en un plano normal a la placa, con el eje apuntando al aerogenerador | 6.1.2, 6.1.5 |
| Placa | Circular, diámetro ≥ 1,0 m, acústicamente dura: contrachapado o tablero duro de partículas ≥ 12,0 mm, o metal ≥ 2,5 mm | 6.1.5 |
| Placa partida | Piezas niveladas en un mismo plano, holgura < 1 mm, partición fuera del eje central y paralela al eje del micrófono | 6.1.5 |
| Asiento | Plana sobre el suelo, con bordes y holguras de debajo nivelados con tierra | 7.1 |
| Pantalla antiviento | Principal: media esfera de espuma de célula abierta de ≈ 90 mm, centrada en el diafragma. Secundaria solo cuando un viento fuerte hace insuficiente la relación señal-ruido a baja frecuencia, y entonces hay que documentar su respuesta en frecuencia y corregirla en bandas de 1/3 de octava | 6.1.5, Anexo E |
| Dirección | Dentro de ±15° de la dirección de sotavento en el momento de la medida | 7.1 |
| Distancia | con ±20 %, como mucho ±30 m, medida con ±2 %, y lo más cerca posible de ; usar la tolerancia hay que justificarlo en el informe | 7.1 |
| Inclinación | entre 25° y 40°, ajustando la posición dentro de las tolerancias anteriores si hace falta | 7.1 |
| Reflexiones | La influencia calculada de cualquier estructura reflectante < 0,2 dB | 7.1 |
| Calibración | Calibrador de clase 1 según IEC 60942 sobre el micrófono inmediatamente antes y después de cada sesión, y de nuevo cada vez que se desconecta y se vuelve a conectar un micrófono | 6.1.6, 7.2.2 |
| Verificación trazable | Calibrador acústico 12 meses; micrófono, sonómetro, grabador, anemómetro y transductores de potencia y temperatura 24 meses; analizador de espectro 36 meses | 6.3 |
Merece la pena quedarse con la cadena causal. La placa es lo que hace coherente la reflexión, así que la placa decide si los −6 dB son una constante o una conjetura; la semiesfera de espuma es lo que impide que el viento que impulsa la emisión impulse además el ruido propio del micrófono; y la pantalla antiviento secundaria es la única pieza del montaje que cambia la respuesta sin cambiar el sonido, y por eso la norma convierte su pérdida por inserción en una corrección documentada y banda a banda en lugar de en una pérdida aceptada. Se exige una posición de medida y hay tres opcionales: la posición de referencia es a sotavento y las demás existen para documentar cómo varía la emisión alrededor de la máquina, no para promediarse con ella.
Por qué «aparente»
Sección titulada «Por qué «aparente»»se escribe como un nivel de potencia acústica, pero no lo es en el sentido de la ISO 3744 de muestrear el campo de presión sobre una superficie envolvente. La norma reduce toda la máquina a una fuente puntual equivalente en el centro del rotor y pregunta qué potencia necesitaría esa fuente, radiando esféricamente, para reproducir el nivel medido en una única posición sobre placa a sotavento: por definición es la potencia «que produce la misma emisión sonora en la dirección de sotavento que el aerogenerador». Todo lo que un rotor de 150 m hace y una fuente puntual no, la directividad vertical y lateral y el silbido al paso de pala, queda englobado en el valor y evaluado en una sola dirección; las posiciones opcionales 2 a 4 del patrón en planta existen precisamente para documentar cómo varía la emisión alrededor de la máquina. Las potencias aparentes de aerogeneradores distintos son comparables porque la geometría escala con la máquina (, de modo que todo rotor se ve bajo un ángulo parecido), que es el objetivo de la definición, pero un introducido en una predicción ISO 9613-2 arrastra consigo su sesgo de sotavento. La placa en el suelo, a su vez, es la razón de los 6 dB restados: una cápsula tumbada sobre una placa dura recibe una reflexión perfectamente coherente (duplicación de presión, dB) en lugar del patrón de interferencia dependiente de la altura que muestrearía un micrófono en trípode (véase la fuente imagen que explica el efecto del suelo).
Intervalos de velocidad de viento y condiciones estandarizadas
Sección titulada «Intervalos de velocidad de viento y condiciones estandarizadas»La emisión de ruido de un aerogenerador crece con la velocidad del viento hacia la potencia nominal, así que un número único no significaría nada sin su punto de operación: la IEC 61400-11 declara en función de la velocidad del viento.
Cómo se llena un intervalo. Sonido y viento se registran en promedios sincronizados de 10 s, y cada periodo se clasifica en un intervalo de velocidad de viento de 0,5 m/s de ancho centrado en velocidades enteras y semienteras a altura de buje, con al menos 10 periodos de ruido total y 10 de fondo (turbina parada) por intervalo. Dentro de cada intervalo los espectros se promedian, se interpolan al centro del intervalo y se corrigen por fondo; un margen total-menos-fondo de 3 dB o menos anula el intervalo, y entre 3 y 6 dB lo marca con un asterisco.
De dónde sale la velocidad del viento. Preferiblemente no de un anemómetro: se deriva de la potencia eléctrica medida a través de la curva de potencia de la turbina (apartado 8.2.1), el sustituto más repetible del viento que el rotor ve de verdad, con el anemómetro de góndola y el mástil meteorológico como alternativas. El rango medido debe cubrir al menos de 0,8 a 1,3 veces la velocidad de viento al 85 % de la potencia máxima (aproximadamente de 6 a 10 m/s a 10 m de altura para una máquina grande).
Por qué la abscisa se declara dos veces. Por comparabilidad con condiciones de licencia y ediciones anteriores, la Fórmula (29) también convierte cada resultado a la velocidad de viento a 10 m de altura sobre una longitud de rugosidad de referencia m (un perfil de viento logarítmico), dando a velocidades enteras a 10 m sea cual sea el terreno real del emplazamiento. La biblioteca implementa las magnitudes en forma cerrada de esta cadena (distancia oblicua, potencia aparente por banda, audibilidad tonal); la clasificación en intervalos, el promediado y la maquinaria de incertidumbre operan sobre campañas de medida completas y quedan fuera de alcance.
La magnitud que declara esta norma es una curva, no un número: la misma máquina da 98,6 dB(A) a 4 m/s y 109,9 dB(A) a 12 m/s. La forma es la estrategia de control de la máquina, más pronunciada donde el rotor acelera y plana una vez a potencia nominal, así que citar un único sin su velocidad de viento no dice nada. El intervalo tachado y el marcado con asterisco son la propia contabilidad de la norma: por debajo de un margen total-menos-fondo de 3 dB el intervalo se anula, y entre 3 y 6 dB se declara con una marca. El eje superior es la misma serie frente a la velocidad de viento de referencia a 10 m de la Fórmula (29), que es en la que se suele redactar una condición de licencia y no es la velocidad que vio el rotor.
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import matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np
# `environment` se importa en el fragmento de arriba. Los niveles de banda por# intervalo de aquí son sintéticos: una campaña real los aporta, corregidos de# fondo e interpolados al centro del intervalo.r1 = environment.slant_distance(hub_height=80.0, rotor_diameter=100.0)bins = np.arange(4.0, 12.5, 0.5)shape = np.array([-4.0, -1.5, 0.0, -1.0, -3.0]) # de 250 Hz a 1 kHzlwa = [float(environment.apparent_sound_power_level( 44.0 + 12.0 / (1.0 + np.exp(-(v - 7.0))) + shape, r1)) for v in bins]
fig, ax = plt.subplots()ax.plot(bins, lwa, "o-")ax.set_xlabel("Velocidad del viento a altura de buje [m/s]")ax.set_ylabel("Nivel de potencia acústica aparente LWA [dB(A) re 1 pW]")plt.show()Audibilidad tonal
Sección titulada «Audibilidad tonal»A partir de un espectro de banda estrecha (resolución 1–2 Hz), las líneas en la banda crítica alrededor del tono, Hz, se clasifican en ruido de enmascaramiento y líneas de tono (la media energética del 70 % más bajo, los criterios de +6 dB; las líneas de tono deben además quedar a menos de 10 dB de la línea más alta por encima del umbral, y esa línea más alta es la frecuencia del tono, apartados 9.5.3/9.5.4). El propio candidato debe superar antes el cribado de tono posible de 9.5.2: un máximo local más de 6 dB por encima de la media energética de la banda excluyendo el máximo y sus líneas adyacentes.
Para un candidato entre 20 y 70 Hz la expresión de Zwicker no tiene sentido,
porque está en el extremo inferior del rango audible, y el apartado 9.5.3 la
sustituye por la banda absoluta fija de 20 a 120 Hz. El
critical_bandwidth devuelto vale entonces 100 Hz para todo candidato de ese
tipo y la banda no está centrada en el tono, razón por la que un
WindTurbineTonalityResult de baja frecuencia no cuadra con la
fórmula impresa más arriba. Para un aerogenerador eso no es un caso raro: los
armónicos del paso de pala y los tonos de multiplicadora a baja velocidad viven
exactamente ahí. El nivel
de enmascaramiento sigue la Fórmula 31, la tonalidad es
y la audibilidad tonal es
con
, declarada cuando
y audible cuando .
Izquierda: en esta página conviven dos anchos de banda crítica distintos. La
banda de Zwicker de la IEC 61400-11 es la que declara
WindTurbineTonalityResult.critical_bandwidth (117,3 Hz para el tono de 500 Hz
de la ficha de abajo), mientras que environment.critical_bandwidth es la banda
de la Tabla C.1 de ISO 1996-2, 100 Hz hasta 500 Hz y el 20 % de por
encima, que usa la vía de audibilidad tonal de ISO en la página de niveles
ambientales. No son intercambiables. Derecha: el criterio es casi plano por
debajo de 500 Hz y luego se estrecha, así que un tono de baja frecuencia se juzga
con casi la misma emergencia que uno de frecuencia media; la línea de declarable
queda 3 dB por debajo de la de audible en todo el rango.
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import matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np
# `environment` es el módulo que importan los fragmentos de arriba.fc = np.geomspace(20.0, 10000.0, 400)zwicker = 25.0 + 75.0 * (1.0 + 1.4 * (fc / 1000.0) ** 2) ** 0.69la = -2.0 - np.log10(1.0 + (fc / 502.0) ** 2.5)
fig, (izq, der) = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 4.4))izq.loglog(fc, zwicker, label="Banda crítica IEC 61400-11 (Zwicker)")izq.loglog(fc, [environment.critical_bandwidth(float(f)) for f in fc], "--", label="Tabla C.1 de ISO 1996-2")izq.plot([20.0, 70.0], [100.0, 100.0], lw=4, label="9.5.3: banda fija de 20 a 120 Hz")izq.set(xlabel="Frecuencia del tono fc [Hz]", ylabel="Ancho de banda crítico [Hz]")izq.legend(fontsize="small")
der.semilogx(fc, -la, label="Tonalidad necesaria para ser audible")der.semilogx(fc, -la - 3.0, "--", label="Tonalidad necesaria para ser declarable")der.set(xlabel="Frecuencia del tono [Hz]", ylabel="Tonalidad exigida dLtn [dB]")der.legend(fontsize="small")plt.show()Lo que el método compara de verdad. La línea de 200 Hz sobresale 22 dB sobre el fondo conformado, pero el veredicto no es ese número: dentro de la banda crítica de 102,9 Hz las líneas clasificadas como tono suman = 62,2 dB y el ruido de enmascaramiento = 55,6 dB, así que la tonalidad es 6,6 dB. Solo al restar el criterio de audibilidad dB a esta frecuencia aparece la magnitud declarable, = 8,6 dB, muy por encima de los 0 dB que hacen audible el tono. Lo que lo fija es la banda sombreada, no la altura de la línea.
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import numpy as npfrom phonometry import environment
df = 2.0freqs = np.arange(50.0, 400.0 + df, df)levels = 42.0 - 6.0 * np.log10(freqs / 100.0)levels[int(np.argmin(np.abs(freqs - 200.0)))] += 22.0 # tono estilo paso de palaenvironment.wind_turbine_tonality(levels, freqs, tone_frequency=200.0).plot(language="es")import numpy as npfrom phonometry import environment
# Un espectro de banda estrecha uniformemente espaciado (resolución de 2 Hz):# un suelo plano de 30 dB con un tono discreto de 60 dB a 500 Hz.frequencies = np.arange(440.0, 562.0, 2.0)levels = np.full(frequencies.size, 30.0)levels[np.argmin(np.abs(frequencies - 500.0))] = 60.0
res = environment.wind_turbine_tonality(levels, frequencies)print(res.tone_frequency, res.tonality, res.tonal_audibility, res.is_audible)res.plot() # espectro + banda crítica + nivel de enmascaramiento (requiere matplotlib)wind_turbine_tonality devuelve un WindTurbineTonalityResult con
critical_bandwidth, tone_level, masking_level, tonality,
audibility_criterion, tonal_audibility, is_audible y
has_identified_tone. Cuando el candidato no supera el cribado de 9.5.2 o
ninguna línea se clasifica como «tono», has_identified_tone es False: los
campos numéricos son valores de respaldo fuera de la norma y esos espectros
deben excluirse del promediado energético de sobre los
espectros de un intervalo de velocidad de viento (9.5.1); is_audible también
exige un tono identificado. La frecuencia del tono y el criterio se
anclan a la
línea de tono clasificada más alta, no al candidato sondeado. La fórmula de
audibilidad coincide con la del Anexo C de la ISO 1996-2; lo específico de la
IEC 61400-11 es la determinación de los niveles de tono y enmascaramiento y la
banda crítica de Zwicker a partir del espectro. La IEC 61400-11 se detiene en
y no prescribe ningún ajuste, así que qué mapeo da el ajuste de
valoración depende de la edición bajo la que se haga la evaluación. El
promedio energético de 9.5.1 sobre los espectros de un intervalo de velocidad
de viento es una audibilidad media, que es la magnitud para la que se
escribió la Tabla J.1 de la ISO 1996-2:2017:
tonal_adjustment_from_mean_audibility,
entero de 0 a 6 dB (o coarse=True para la escala 0/3/6 de su nota). La ley a
tramos (C.4)-(C.6) de tonal_adjustment es el mapeo del Anexo C de 2007 y se
aplica al de un único espectro, y las dos difieren entre 1 y
2 dB con la misma entrada: dB da por la Tabla J.1 y
1,0 dB por el Anexo C, y dB da 4 dB y 5,0 dB. También difiere la
notación: el de esta página es el de aquella, y
las dos impresiones llevan el criterio con signos opuestos.
Informe de evaluación (.report())
Sección titulada «Informe de evaluación (.report())»WindTurbineTonalityResult.report(path) genera una ficha PDF de una página con
la disposición de la evaluación de tonalidad de un laboratorio de ruido
ambiental, según la IEC 61400-11:2012+A1:2018 (apartados 9.5.2 a 9.5.8):
una línea con la base normativa, un bloque opcional de metadatos (fuente o
situación, cliente, posición de medida, instrumentación y fecha), una tabla de
análisis en la banda crítica (frecuencia del tono, ancho de banda crítica,
nivel del tono , nivel de ruido de enmascaramiento , tonalidad
, criterio de audibilidad y audibilidad tonal
) junto al gráfico del espectro de banda estrecha con la banda
crítica, el nivel de enmascaramiento y el tono marcados, la audibilidad tonal
enmarcada junto con la frecuencia del tono y la decisión de
audibilidad, una fila opcional de veredicto CUMPLE/NO CUMPLE y una nota sobre cómo
se construye , y un pie con el descargo fijo.
Usa el mismo contenedor ReportMetadata y el mismo motor de renderizado que la
ficha de sonoridad ISO 532-1;
un requirement indicado se interpreta como la audibilidad tonal
máxima admisible en dB (un tono menos audible cumple). El renderizado necesita
reportlab y, para la figura que incrusta la ficha, matplotlib (pip install "phonometry[report,plot]"); solo se admite engine="reportlab". La ficha se
genera en inglés por defecto; pasa language="es" para una ficha en español
(cadenas fijas traducidas y separador decimal de coma), p. ej.
res.report("tonality_fiche_es.pdf", language="es").
from phonometry import environment, ReportMetadata
# El tono de multiplicadora de 500 Hz sobre el suelo plano de 30 dB de arriba.res = environment.wind_turbine_tonality(levels, frequencies)res.report( "tonality_fiche.pdf", metadata=ReportMetadata( specimen="Aerogenerador de eje horizontal, tono de multiplicadora", measurement_standard="IEC 61400-11", laboratory="Laboratorio de referencia Phonometry", requirement=6.0, # audibilidad tonal máxima admisible (dB) ), language="es", # ficha en español (separador decimal coma)) # audibilidad tonal (dB) y la decisiónLa ficha de ejemplo se regenera con make reports y se mantiene renderizada en
el repositorio; pulsa la vista previa para abrir el PDF.

Ficha de audibilidad tonal de aerogenerador de una página: un encabezado de metadatos, una tabla de análisis en la banda crítica (frecuencia del tono 500,0 Hz, ancho de banda crítica 117,3 Hz, nivel del tono Lpt = 60,0 dB, nivel de ruido de enmascaramiento Lpn = 45,9 dB, tonalidad ΔL_tn = 14,1 dB, criterio de audibilidad La = -2,3 dB) junto al gráfico del espectro de banda estrecha con la banda crítica sombreada y el nivel de enmascaramiento trazado, la audibilidad tonal ΔL_a = 16,4 dB enmarcada en el tono de 500,0 Hz con la decisión de que el tono es audible, y un veredicto NO CUMPLE frente a una audibilidad máxima admisible de 6,0 dB.
Qué cubre esta guía
Sección titulada «Qué cubre esta guía»Cubierto
Las magnitudes en forma cerrada de la IEC 61400-11:2012+A1:2018:
slant_distance(Fórmulas 1 y 2),apparent_sound_power_level(Fórmula 26) y la cadena de audibilidad tonal de los apartados 9.5.2 a 9.5.8 mediantewind_turbine_tonality, con su ficha.report(). Los requisitos de instrumentación y de posición de los apartados 6 y 7 están documentados arriba como las condiciones que esas fórmulas suponen, y las tolerancias de la posición de medida están dibujadas.No cubierto
La propia campaña de medida: el promediado de 10 s, la clasificación en intervalos de velocidad de viento de 0,5 m/s con sus 10 + 10 periodos, la corrección por fondo, la interpolación a los centros de intervalo, la conversión de la Fórmula (29) a m y el balance de incertidumbre del apartado 9.3 operan todos sobre campañas completas y son cosa del usuario. Tampoco está implementada la vía de declaración de la IEC TS 61400-14, que convierte un lote de máquinas medidas en el número único que recibe la administración competente. Y dos cosas que un lector interesado en aerogeneradores viene a buscar a menudo quedan fuera de la IEC 61400-11 por completo: la modulación de amplitud (el «silbido», que queda englobado en el y que esta norma no valora en ningún sitio) y el infrasonido. Las dos figuran en el 7.2.1 como medidas opcionales sin método de valoración asociado, así que su evaluación recae en las guías nacionales; la vía psicoacústica hacia ellas empieza en Intensidad de fluctuación y aspereza y en Ponderaciones especiales para el nivel de infrasonido con ponderación G.
Véase también
Sección titulada «Véase también»- Niveles ambientales: el ajuste del nivel de evaluación de ISO 1996-2 que alimenta el de esta página.
- Audibilidad de tonos: la misma idea de audibilidad tonal fuera del contexto de los aerogeneradores.
- Propagación del sonido en exteriores: la cadena que lleva el del rotor hasta una vivienda.
- Referencia de la API:
environment.sources.wind_turbine.
Referencias
Sección titulada «Referencias»- International Electrotechnical Commission. (2005). Wind turbines — Part 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values (IEC TS 61400-14:2005). Cómo un fabricante convierte las medidas IEC 61400-11 de un lote de aerogeneradores en valores declarados con su incertidumbre, el número que recibe realmente la administración competente.
- International Electrotechnical Commission. (2018). Wind turbines — Part 11: Acoustic noise measurement techniques (IEC 61400-11:2012+AMD1:2018 CSV). La edición implementada: la geometría de medida, la clasificación en intervalos de velocidad de viento y la cadena de audibilidad tonal (potencia acústica aparente Fórmula 26, banda crítica Fórmula 30, nivel de enmascaramiento Fórmula 31, tonalidad/audibilidad Fórmulas 32-34). El flujo completo de medición queda fuera del alcance aquí.
- International Organization for Standardization. (2017). Acoustics — Description, measurement and assessment of environmental noise — Part 2: Determination of sound pressure levels (ISO 1996-2:2017). El criterio de audibilidad tonal que reutiliza el método IEC procede del anexo C de su edición de 2007 (la edición de 2017 lleva los métodos tonales en los anexos J y K), y su mapeo de la Tabla J.1, tonal_adjustment_from_mean_audibility, es el que consume la audibilidad media del intervalo.