Source: https://jmrplens.github.io/phonometry/es/environment/sources/wind-turbine-noise/
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
Con el micrófono de referencia sobre una placa en el suelo a la distancia
horizontal $R_0 = H + D/2$ (altura de buje $H$, diámetro de rotor $D$), la
distancia oblicua al centro del rotor es $R_1 = \sqrt{H^2 + R_0^2}$ y el nivel
de potencia acústica aparente es
$L_{W\mathrm{A},i} = L_{p,i} - 6 + 10\log_{10}(4\pi R_1^2/S_0)$ por banda
($S_0 = 1\ \text{m}^2$), sumado energéticamente sobre las bandas. Los −6 dB
dan cuenta de la duplicación de presión en la placa del suelo.
```python
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 Hz
r1 = environment.slant_distance(hub_height=80.0, rotor_diameter=100.0)
print(round(r1, 2)) # 152.64 m
lwa = environment.apparent_sound_power_level(band_levels, r1) # dB re 1 pW
print(round(float(lwa), 2)) # 112.98 dB(A) re 1 pW
```
### 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 | $R_0$ con ±20 %, como mucho ±30 m, medida con ±2 %, y lo más cerca posible de $R_0$; usar la tolerancia hay que justificarlo en el informe | 7.1 |
| Inclinación | $\varphi$ 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»
$L_{W\mathrm{A}}$ 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
($R_0 = H + D/2$, de modo que todo rotor se ve bajo un ángulo parecido), que
es el objetivo de la definición, pero un $L_{W\mathrm{A}}$ 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, $+6$ 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](/phonometry/es/environment/propagation/outdoor-propagation/)).
### 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 $L_{W\mathrm{A}}$ *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** $z_{0\mathrm{ref}} = 0{,}05$ m (un perfil de viento
logarítmico), dando $L_{W\mathrm{A},10\mathrm{m}}$ 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 $L_{W\mathrm{A}}$ 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.*
Mostrar el código de esta figura
```python
# `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 kHz
lwa = [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
A partir de un espectro de banda estrecha (resolución 1–2 Hz), las líneas en la
**banda crítica** alrededor del tono,
$\mathrm{CBW} = 25 + 75\,[\,1 + 1{,}4\,(f_\mathrm{c}/1000)^2\,]^{0{,}69}$
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 $L_{p\mathrm{n}}$ sigue la Fórmula 31, la tonalidad es
$\Delta L_\mathrm{tn} = L_{p\mathrm{t}} - L_{p\mathrm{n}}$ y la audibilidad tonal es
$\Delta L_\mathrm{a} = \Delta L_\mathrm{tn} - L_\mathrm{a}$ con
$L_\mathrm{a} = -2 - \log_{10}\!\big[1 + (f/502)^{2{,}5}\big]$, declarada cuando
$\Delta L_\mathrm{a} \ge -3\ \text{dB}$ y audible cuando $\Delta L_\mathrm{a} > 0$.
*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 $f_\mathrm{c}$ 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.*
Mostrar el código de esta figura
```python
# `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) ** 0.69
la = -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 $L_{p\mathrm{t}}$ = 62,2 dB
y el ruido de enmascaramiento $L_{p\mathrm{n}}$ = 55,6 dB, así que la tonalidad es
6,6 dB. Solo al restar el criterio de audibilidad $L_\mathrm{a} = -2{,}0$ dB a esta
frecuencia aparece la magnitud declarable, $\Delta L_\mathrm{a}$ = 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.*
Mostrar el código de esta figura
```python
from phonometry import environment
df = 2.0
freqs = 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 pala
environment.wind_turbine_tonality(levels, freqs, tone_frequency=200.0).plot(language="es")
```
```python
from 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 $\Delta L_\mathrm{a}$ 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 $L_\mathrm{a}$ 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
$\Delta L_\mathrm{a}$ y no prescribe ningún ajuste, así que qué mapeo da el ajuste de
valoración $K_\mathrm{t}$ 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`](/phonometry/es/environment/assessment/environmental-levels/),
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 $\Delta L_\mathrm{ta}$ de un único espectro, y las dos difieren entre 1 y
2 dB con la misma entrada: $\Delta L = 5$ dB da $K_\mathrm{t} = 3$ por la Tabla J.1 y
1,0 dB por el Anexo C, y $\Delta L = 9$ dB da 4 dB y 5,0 dB. También difiere la
notación: el $\Delta L_\mathrm{a}$ de esta página es el $\Delta L_\mathrm{ta}$ de aquella, y
las dos impresiones llevan el criterio con signos opuestos.
### 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 $L_{p\mathrm{t}}$, nivel de ruido de enmascaramiento $L_{p\mathrm{n}}$, tonalidad
$\Delta L_\mathrm{tn}$, criterio de audibilidad $L_\mathrm{a}$ y audibilidad tonal
$\Delta L_\mathrm{a}$) junto al gráfico del espectro de banda estrecha con la banda
crítica, el nivel de enmascaramiento y el tono marcados, la audibilidad tonal
$\Delta L_\mathrm{a}$ 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 $\Delta L_\mathrm{a}$, 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](/phonometry/es/perception/psychoacoustics/loudness/#informe-de-iso-532-1-report);
un `requirement` indicado se interpreta como la audibilidad tonal $\Delta L_\mathrm{a}$
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")`.
```python
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 decisión
```
La ficha de ejemplo se regenera con `make reports` y se mantiene renderizada en
el repositorio; pulsa la vista previa para abrir el PDF.
## Qué cubre esta guía
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 mediante
`wind_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.
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 $z_{0\mathrm{ref}} = 0{,}05$ 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 $L_{W\mathrm{A}}$ 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](/phonometry/es/perception/psychoacoustics/sound-quality/) y en
[Ponderaciones especiales](/phonometry/es/signals/levels/special-weightings/)
para el nivel de infrasonido con ponderación G.
## Véase también
- [Niveles ambientales](/phonometry/es/environment/assessment/environmental-levels/): el ajuste del nivel de evaluación de ISO 1996-2 que alimenta el $\Delta L_\mathrm{a}$ de esta página.
- [Audibilidad de tonos](/phonometry/es/perception/psychoacoustics/tone-audibility/): la misma idea de audibilidad tonal fuera del contexto de los aerogeneradores.
- [Propagación del sonido en exteriores](/phonometry/es/environment/propagation/outdoor-propagation/): la cadena que lleva el $L_{W\mathrm{A}}$ del rotor hasta una vivienda.
- Referencia de la API: [`environment.sources.wind_turbine`](/phonometry/es/reference/api/environment/wind-turbine/).