Työ- ja elinkeinoministeriön julkaisuja • Energia • 28/2017 Tuulivoimaloiden tuottaman äänen vaikutukset terveyteen Työ- ja elinkeinoministeriön julkaisuja 28/2017 Työ- ja elinkeinoministeriö, Helsinki 2017 Tuulivoimaloiden tuottaman äänen vaikutukset terveyteen Työ- ja elinkeinoministeriö ISBN:978-952-327-229-3 Taitto: Valtioneuvoston hallintoyksikkö, Julkaisutuotanto Helsinki 2017 Kuvailulehti Julkaisija Työ- ja elinkeinoministeriö Kesäkuu 2017 Tekijät Timo Lanki, Anu Turunen, Panu Maijala, Marja Heinonen-Guzejev, Sami Kännälä, Tim Toivo, Tommi Toivonen, Jukka Ylikoski, Tarja Yli-Tuomi Julkaisun nimi Tuulivoimaloiden tuottaman äänen vaikutukset terveyteen Julkaisusarjan nimi ja numero Työ- ja elinkeinoministeriön julkaisuja TEM raportteja 28/2017 Diaari/hankenumero Teema Energia ISBN PDF 978-952-327-229-3 ISSN PDF 1797-3562 URN-osoite http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-327-229-3 Sivumäärä 164 Kieli Suomi Asiasanat tuulivoima, ääni, infraääni, melu, terveysvaikutukset Tiivistelmä Tuulivoimalat tuottavat laajakaistaista ääntä, joka sisältää myös pieniä taajuuksia. Alle 20 Hz:n taajuisia ääniä kutsutaan sopimusluonteisesti infraääneksi. Infraääntä esiintyy yhdessä kuultavan äänen kanssa kaikkialla luonnossa ja rakennetuissa ympäristöissä. Infraäänet eivät yleensä ole kuultavissa tavanomaisilla ympäristössä esiintyvillä tasoilla. Kuultavan melun yleisin vaikutus on sen häiritsevyys ja unen häiriintyminen. Myös tuulivoimaloiden kuultava ääni on yhteydessä häiritsevyyden kokemiseen, mutta näyttöä yhteydestä unihäiriöihin on vähemmän. Tuulivoima-alueiden välillä vaikuttaa olevan eroa häiritsevyyden yleisyydessä. Häiritsevyyteen vaikuttavat äänenpainetason lisäksi myös monet muut tekijät. Tieteellistä näyttöä tuulivoimaloiden kuultavan äänen vaikutuksista sairauksien esiintymiseen ei ole. Osa tuulivoimaloiden lähellä asuvista saa oireita, jotka he yhdistävät tuulivoimaloiden infraääneen. Infraäänitasot tuulivoimaloiden läheisyydessä ovat samaa tasoa tai pienempiä kuin kaupunkikeskustoissa. Ei ole tieteellistä näyttöä siitä, että tällaisissa ympäristöissä esiintyvät infraäänitasot aiheuttaisivat terveyshaittaa, eikä esimerkiksi toistaiseksi tehdyissä väestötutkimuksissa oireilun ole havaittu olevan yleisempää lähellä tuulivoimaloita. Asiaa on kuitenkin tutkittu varsin vähän. Sen sijaan voimakkaan, kuultavissa olevan infraäänen on raportoitu vaikuttavan esimerkiksi valvetilaan. On esitetty erilaisia mekanismeja, joiden kautta myös pienten infraäänitasojen on ajateltu voivan vaikuttaa terveyteen tuulivoimaloiden läheisyydessä. Vastaavia tasoja esiintyy myös muualla rakennetussa ympäristössä. Infraäänen on esitetty voivan aiheuttaa herkissä ihmisryhmissä (poikkeavuudet korvan rakenteessa, kuulo- ja tasapainoelimiin liittyvät sairaudet) tasapainoelimiin liittyvää oireilua. Toisaalta yksittäisessä kokeellisessa tutkimuksessa on raportoitu, että infraääni aiheuttaa aivojen aktivaatiota myös muualla kuin kuuloalueella. Tutkimuksia erityisesti pitkäaikaisen tuulivoimaloiden infraäänille ja kuultavalle melulle altistumisen vaikutuksista terveyteen on varsin vähän, joten lisätutkimukset ovat perusteltuja. Kustantaja Työ- ja elinkeinoministeriö Julkaisun jakaja Sähköinen versio: julkaisut.valtioneuvosto.fi Presentationsblad Utgivare Arbets- och näringsministeriet Juni 2017 Författare Timo Lanki, Anu Turunen, Panu Maijala, Marja Heinonen-Guzejev, Sami Kännälä, Tim Toivo, Tommi Toivonen, Jukka Ylikoski, Tarja Yli-Tuomi Publikationens titel Ljudet från vindkraftverk och dess inverkan på hälsan Tuulivoimaloiden tuottaman äänen vaikutukset terveyteen Publikationsseriens namn och nummer Arbets- och näringsministeriets publikationer ANM rapporter 28/2017 Diarie- /projektnummer Tema Energi ISBN PDF 978-952-327-229-3 ISSN PDF 1797-3562 URN-adress http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-327-229-3 Sidantal 164 Språk Finska Nyckelord vindkraft, ljud, infraljud, buller, hälsoeffekter Referat Vindkraftverken alstrar bredbandigt ljud som innehåller också låga frekvenser. Enligt en överenskommelse kallas ljud som har en frekvens under 20 Hz infraljud. Infraljud förekommer tillsammans med hörbart ljud överallt i naturen och i den bebyggda miljön. Infraljud är i allmänhet inte hörbara på de vanliga nivåer som förekommer i miljön. Den vanligaste verkningen av hörbart buller är dess störande effekt och sömnstörningar. Också det hörbara ljud som vindkraftverk alstrar upplevs som störande, men det finns inte lika mycket bevis på att ljudet har samband med sömnstörningar. Det verkar finnas skillnader mellan olika vindkraftsområden i fråga om hur allmänna störningarna upplevs vara. Till den störande effekten bidrar vid sidan av ljudtrycksnivån dessutom många andra faktorer. Det finns inga vetenskapliga bevis på att vindkraftverkens hörbara ljud skulle ha något samband med förekomsten av sjukdomar. En del människor som bor i närheten av vindkraftverk får symptom som de förknippar med infraljudet från vindkraftverk. Infraljudnivåerna i närheten av vindkraftverk är lika eller lägre än i städernas centrum. Det föreligger inga vetenskapliga bevis på att de infraljudnivåer som förekommer i sådana miljöer skulle ha några negativa hälsoeffekter, och i de befolkningsundersökningar som hittills gjorts har symtomen inte konstaterats vara mer allmänt förekommande i närheten av vindkraftverk än annanstans. Saken har dock undersökts i ganska liten utsträckning. Däremot har det starka hörbara infraljudet rapporterats påverka t.ex. vakenheten. Det har presenterats olika slags mekanismer genom vilka också låga infraljudnivåer har ansetts kunna påverka hälsan hos människor i närheten av vindkraftverk. Motsvarande nivåer förekommer också annanstans i den bebyggda miljön. Infraljudet har påståtts kunna orsaka symtom i balansorganen hos känsliga människogrupper (med avvikelser i örats konstruktion, sjukdomar i hörsel- och balansorganen). Å andra sidan har det i samband med en enskild experimentell undersökning rapporterats att infraljud orsakar aktivering av hjärnan också annanstans än inom området för hörsel. Hittills har det gjorts ganska få undersökningar av hur en långvarig exponering för infraljud och hörbart buller från vindkraftverk påverkar hälsan, och därför är ytterligare undersökningar motiverade. Förläggare Arbets- och näringsministeriet Distribution Elektronisk version: julkaisut.valtioneuvosto.fi http://julkaisut.valtioneuvosto.fi/ Description sheet Published by Ministry of Economic Affairs and Employment June 2017 Authors Timo Lanki, Anu Turunen, Panu Maijala, Marja Heinonen-Guzejev, Sami Kännälä, Tim Toivo, Tommi Toivonen, Jukka Ylikoski, Tarja Yli-Tuomi Title of publication Health effects of sound produced by wind turbines (Tuulivoimaloiden tuottaman äänen vaikutukset terveyteen) Series and publication number Publications of the Ministry of Economic Affairs and Employment MEAE reports 28/2017 Register number Subject Energy ISBN PDF 978-952-327-229-3 ISSN PDF 1797-3562 Website address (URN) http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-327-229-3 Pages 164 Language Finnish Keywords wind power, sound, infrasound, noise, health effects Abstract Wind turbines produce broadband sound that also includes low frequencies. Sounds below 20 Hz are contractually referred to as infrasound. Infrasound occurs together with audible sound in both natural and built environments. Infrasound is not generally audible at levels occurring typically in the environment. The most usual effects of audible noise are annoyance and sleep disturbance. Audible sound from wind turbines is associated with annoyance, but evidence of its link to sleep disturbance is less prominent. There appears to be a difference in the prevalence of annoyance between wind power areas. In addition to sound pressure level, other factors are associated with annoyance as well. There is no scientific evidence of the effects of audible sound from wind turbines on the emergence of illnesses. Some people who reside close to wind turbines have symptoms that they associate with infrasound from wind turbines. Infrasound levels within the vicinity of wind turbines are on the same level or lower than in city centres. There is no scientific evidence that the infrasound levels present in these kinds of environments could cause negative health effects. Furthermore, in the population studies undertaken so far, symptoms have not been observed to be more prevalent close to wind turbines. However, the number of studies is relatively limited. On the other hand, strong, audible infrasound has been reported to have an effect on, for example, wakefulness. Various mechanisms have been presented through which low infrasound levels have been thought to potentially affect on health within the vicinity of wind turbines. Similar levels also appear elsewhere in built environments. It has been indicated that infrasound can cause the appearance of symptoms connected with vestibular disorders in sensitive groups of people (anomalies in the structure of the ear, hearing-related and vestibular diseases). On the other hand, in one experimental study it has been reported that infrasound also activates other brain areas than those responsible for hearing. Scientific studies on the effects of exposure to infrasound and to audible noise from wind turbines are rather limited, thus additional studies are justified. Publisher Ministry of Economic Affairs and Employment Distributed by Distribution by: julkaisut.valtioneuvosto.fi http://julkaisut.valtioneuvosto.fi/ Sisältö Tiivistelmä ........................................................................................................... 8 1 Johdanto ...................................................................................................... 9 2 Tuulivoimamelun ominaispiirteet............................................................. 10 2.1 Eteneminen ja vaimeneminen .......................................................................................... 10 2.2 Ajallinen vaihtelu .............................................................................................................. 11 2.3 Pientaajuinen ääni ja infraääni ......................................................................................... 12 2.3.1 Kuulokynnys ......................................................................................................... 12 2.3.2 Lähteet ja tasot ympäristössä .............................................................................. 13 2.3.3 Taajuuspainotukset .............................................................................................. 14 3 Infraäänen mittauskampanja .................................................................... 15 3.1 Mittauspaikkojen kuvaus .................................................................................................. 16 3.2 Mittausmenetelmät ja mittalaitteet ................................................................................... 23 3.3 Tulokset ........................................................................................................................... 27 3.4 Kontrolloitu emissiomittaus, tuulivoimaloiden pysäytys .................................................... 31 3.5 Mittausepävarmuus .......................................................................................................... 37 3.6 Pohdinta ........................................................................................................................... 39 3.7 Vertailu aiempiin tutkimuksiin ........................................................................................... 45 4 Kuultavissa olevan tuulivoimamelun vaikutukset terveyteen ............... 46 4.1 Ympäristömelun terveys- ja hyvinvointivaikutukset .......................................................... 46 4.1.1 Häiritsevyys .......................................................................................................... 47 4.1.2 Unen häiriintyminen ............................................................................................. 48 4.1.3 Sydän- ja verisuonisairaudet ................................................................................ 49 4.1.4 Henkinen hyvinvointi ............................................................................................ 50 4.1.5 Meluherkkyys ....................................................................................................... 51 4.2 Tuulivoimamelun terveys- ja hyvinvointivaikutukset ......................................................... 53 4.2.1 Havainnoivat tutkimukset ..................................................................................... 53 4.2.2 Kokeelliset tutkimukset ......................................................................................... 70 4.2.3 Vertaisarvioidut katsaukset ja asiantuntijapaneelien raportit ................................ 70 4.2.4 Tuulivoimaloiden aiheuttaman melualtistuksen mallinnus .................................... 75 4.2.5 Yhteenveto ........................................................................................................... 77 5 Tuulivoimamelun sisältämän infraäänen vaikutukset terveyteen .................................................................................................. 78 5.1 Teorioita vaikutusmekanismeista ..................................................................................... 78 5.1.1 Korvan kautta välittyvät vaikutukset ..................................................................... 78 5.1.2 Tärinän kautta välittyvät vaikutukset .................................................................... 85 5.1.3 Tuulivoimamelun erityisominaisuudet ja yksilölliset erot kuulokynnyksessä ........ 87 5.1.4 Epäspesifinen oireilu ............................................................................................ 88 5.2 Infraäänen terveys- ja hyvinvointivaikutukset................................................................... 90 5.2.1 Havainnoivat ja kokeelliset ihmistutkimukset ....................................................... 90 5.2.2 Koe-eläintutkimukset .......................................................................................... 102 5.2.3 Solututkimukset .................................................................................................. 110 5.2.4 Asiantuntijapaneelien raportit ............................................................................. 112 5.2.5 Yhteenveto ......................................................................................................... 113 5.3 Tuulivoimaloiden tuottaman infraäänen terveys- ja hyvinvointivaikutukset .................... 115 5.3.1 Havainnoivat tutkimukset ................................................................................... 115 5.3.2 Kokeelliset tutkimukset ....................................................................................... 121 5.3.3 Vertaisarvioidut katsaukset ja asiantuntijapaneelien raportit .............................. 122 5.3.4 Muut julkaisut ..................................................................................................... 127 5.3.5 Yhteenveto ......................................................................................................... 129 6 Johtopäätökset ........................................................................................ 130 6.1 Kuuluva ääni .................................................................................................................. 130 6.2 Infraääni ......................................................................................................................... 131 6.3 Jatkotutkimustarpeita ..................................................................................................... 133 LÄHTEET ......................................................................................................... 135 TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 8 TIIVISTELMÄ Tuulivoimalat tuottavat laajakaistaista ääntä, joka sisältää myös pieniä taajuuksia. Alle 20 Hz:n taajuisia ääniä kutsutaan sopimusluonteisesti infraääneksi. Infraääntä esiintyy yhdessä kuultavan äänen kanssa kaikkialla luonnossa ja rakennetuissa ympäristöissä. Infraäänet eivät yleensä ole kuultavissa tavanomai- silla ympäristössä esiintyvillä tasoilla. Kuultavan melun yleisin vaikutus on sen häiritsevyys ja unen häiriintyminen. Myös tuulivoimaloiden kuul- tava ääni on yhteydessä häiritsevyyden kokemiseen, mutta näyttöä yhteydestä unihäiriöihin on vähem- män. Tuulivoima-alueiden välillä vaikuttaa olevan eroa häiritsevyyden yleisyydessä. Häiritsevyyteen vaikuttavat äänenpainetason lisäksi myös monet muut tekijät. Tieteellistä näyttöä tuulivoimaloiden kuul- tavan äänen vaikutuksista sairauksien esiintymiseen ei ole. Osa tuulivoimaloiden lähellä asuvista saa oireita, jotka he yhdistävät tuulivoimaloiden infraääneen. Inf- raäänitasot tuulivoimaloiden läheisyydessä ovat samaa tasoa tai pienempiä kuin kaupunkikeskustoissa. Ei ole tieteellistä näyttöä siitä, että tällaisissa ympäristöissä esiintyvät infraäänitasot aiheuttaisivat terve- yshaittaa, eikä esimerkiksi toistaiseksi tehdyissä väestötutkimuksissa oireilun ole havaittu olevan ylei- sempää lähellä tuulivoimaloita. Asiaa on kuitenkin tutkittu varsin vähän. Sen sijaan voimakkaan, kuulta- vissa olevan infraäänen on raportoitu vaikuttavan esimerkiksi valvetilaan. On esitetty erilaisia mekanismeja, joiden kautta myös pienten infraäänitasojen on ajateltu voivan vaikut- taa terveyteen tuulivoimaloiden läheisyydessä. Vastaavia tasoja esiintyy myös muualla rakennetussa ympäristössä. Infraäänen on esitetty voivan aiheuttaa herkissä ihmisryhmissä (poikkeavuudet korvan rakenteessa, kuulo- ja tasapainoelimiin liittyvät sairaudet) tasapainoelimiin liittyvää oireilua. Toisaalta yksittäisessä kokeellisessa tutkimuksessa on raportoitu, että infraääni aiheuttaa aivojen aktivaatiota myös muualla kuin kuuloalueella. Tutkimuksia erityisesti pitkäaikaisen tuulivoimaloiden infraäänille ja kuultavalle melulle altistumisen vaikutuksista terveyteen on varsin vähän, joten lisätutkimukset ovat pe- rusteltuja. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 9 1 Johdanto Kansallisessa energia- ja ilmastostrategiassa vuoteen 2030 on linjattu (kohta 3.6), että työ- ja elinkeino- ministeriö teettää riippumattoman ja kattavan selvityksen tuulivoiman terveys- ja ympäristöhaitoista en- nen tuotantotukea koskevan lain valmistelua. Tämän johdosta työ- ja elinkeinoministeriö on rahoittanut yhdessä sosiaali- ja terveysministeriön kanssa käsillä olevan selvityksen, jonka aiheena ovat tuulivoima- loiden tuottaman äänen terveyshaitat. Selvitys laadittiin maalis-toukokuussa 2017, ja työtä valvoi ohja- usryhmä. Selvityksen laatimiseen on osallistunut lääketieteen, ympäristöterveyden, akustiikan ja ionisoimattoman säteilyn asiantuntijoita. Selvityksen vastuuorganisaationa on ollut Terveyden ja hyvinvoinnin laitos, ja infraäänimittauksista on vastannut Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy. Asiantuntijoita on mukana li- säksi Helsingin yliopistosta, Helsinki Ear Institutesta ja Säteilyturvakeskuksesta. Selvityksen tiivistelmä ja johtopäätökset ovat koko työryhmän hyväksymät, eri aihealueita koskevien kappaleiden sisällöstä vastaavat ensisijaisesti niiden kirjoittajat. Selvitystyön keskeisinä tavoitteina ovat olleet tuulivoimaloiden äänen terveysvaikutuksia koskevan tie- don kokoaminen yhteen, vaikutuksia koskevan tieteellisen näytön arviointi, mukaan lukien epävarmuu- det, sekä jatkotutkimustarpeiden selvittäminen. Pääpaino selvityksessä on infraäänten (taajuudeltaan alle 20 Hz) vaikutuksissa. Vastaavia selvityksiä on tehty viime vuosina esimerkiksi Kanadassa ja Yhdys- valloissa. Kirjallisuusselvityksen lisäksi hankkeessa tuotettiin myös uutta tietoa: infraäänitasoja mitattiin kahden tuulivoiman tuotantoalueen ympäristössä sekä vertailun vuoksi myös kaupunkialueella ja luonnonympä- ristössä. Sen lisäksi tehtiin jatkoanalyysejä Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen aiemmin tuulivoima- alueiden ympäristössä toteuttaman kyselytutkimuksen aineistosta. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 10 2 Tuulivoimamelun ominaispiirteet Anu Turunen, THL Ääni on väliaineessa kuten kaasussa, nesteessä tai kiinteässä aineessa etenevää mekaanista värähte- lyä (aaltoliikettä), joka saa aikaan kuuloaistimuksen. Ääniaaltojen aiheuttamien ilmanpaineen muutoksi- en suuruus määrää äänen voimakkuuden, jonka yksikkönä käytetään logaritmiasteikollista desibeliä (dB). Äänen taajuus on aaltojen lukumäärä aikayksikkö kohti (Hz=yksi aalto sekunnissa). Äänen taajuus- jakaumassa on sopimusluonteinen 20 Hz:n raja, jonka alapuolella olevia taajuuksia kutsutaan infra- ääneksi ja yläpuolella olevia taajuuksia 200 Hz:iin asti pientaajuiseksi ääneksi. Elinympäristössä esiinty- vä ääni on tyypillisesti laajakaistaista eli se sisältää kaikkia taajuuksia. Melu on ääntä, joka on ei- toivottua, epämiellyttävää, häiritsevää tai terveydelle ja hyvinvoinnille haitallista. Tuulivoimamelulla on ominaispiirteitä, jotka lisäävät sen erottuvuutta ja häiritsevyyttä. Tämän vuoksi esimerkiksi liikennemelun haitallisista melutasoista saatua tietoa ei voida välttämättä suoraan soveltaa tuulivoimaloiden tuottamaan meluun. 2.1 Eteneminen ja vaimeneminen Melun etenemiseen ympäristössä vaikuttavat maaston pinnanmuodot, kasvillisuus ja sääolot kuten tuu- len nopeus ja suunta sekä lämpötila. Äänen vaimenemista etäännyttäessä äänilähteestä sanotaan ete- nemisvaimennukseksi ja se koostuu hajaantumisvaimennuksesta ja lisävaimennuksesta. Hajaantumis- vaimennus aiheutuu äänen hajaantumisesta laajemmalle pinnalle etäisyyden kasvaessa eikä se riipu äänen taajuudesta. Pistemäisen äänilähteen ääni hajaantuu vapaassa äänikentässä pallopinnalle, jolloin äänenpainetaso laskee 6 dB etäisyyden kaksinkertaistuessa. Viivamaisen äänilähteen tuottama ääni hajaantuu sylinteripinnalle, jolloin ääni vaimenee 3 dB matkan kaksinkertaistuessa. Heijastavien pintojen vaikutuksesta ja esimerkiksi inversiotilanteiden aikana hajaantumisvaimennus voi olla pienempi kuin vapaassa äänikentässä. Lisävaimennus voi taas aiheutua ilman absorptiosta, kasvillisuuden, maanpin- nan tai sääolojen vaikutuksesta sekä estevaimennuksesta, joiden suuruus riippuu äänen taajuudesta (Björk, 1997). Muista ympäristömelun lähteistä poiketen tuulivoimalan ääni syntyy korkealla maan- tai vedenpinnasta, jolloin sen eteneminen on esteetöntä. Lisäksi pienien taajuuksien aallonpituus on niin pitkä, esimerkiksi 1 Hz:n taajuisella äänellä 340 m, että ääniaallot taipuvat helposti esteiden yli. Mitä pienempi taajuus on, sitä vähemmän ilmakehä, maaperä ja rakenteet absorboivat eli vaimentavat ääntä (Jakobsen, 2005; Moller & Pedersen, 2011). Esimerkiksi kilometrin matkalla 63 Hz:n taajuinen ääni vaimenee ilmakehän absorption vaikutuksesta keskimäärin vain 0,1 dB, kun 250 Hz:n taajuinen ääni vaimenee keskimäärin 1,1 dB (Leventhall, 2003). On kuitenkin muistettava, että edellä kuvattu hajaantumisvaimennus on sama taajuudesta riippumatta. Asuinrakennuksen rakenteiden läpi kulkiessaan alle 50 Hz:n taajuudet vaime- TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 11 nevat keskimäärin alle 15 dB, kun taas yli 1 000 Hz:n taajuuksilla vastaava vaimeneminen voi olla yli 40 dB (Oliva et al., 2011). Vaimenemisen suuruus vaihtelee rakenteiden ääniteknisten ominaisuuksien mukaan. Vähäisemmän absorption vuoksi pienten taajuuksien suhteellinen osuus joka tapauksessa kasvaa äänen edetessä. Tästä johtuen pientaajuinen melu saattaa olla helpommin havaittavissa sisäti- loissa kuin ulkona (Hubbard & Shepherd, 1991). Lisäksi kuuloalueen pienillä taajuuksilla huonetilan si- sälle saattaa joissain tilanteissa syntyä nk. seisova aalto, kun ääniaallon reitin mitta on aallonpituuden monikerta ja ääni heijastuu kahden tai useamman seinäpinnan kautta takaisin lähtöpisteeseen. Tällöin alkuperäinen ääni voimistuu osassa huonetta (Oliva et al., 2011). Esimerkiksi mitoiltaan 3x4x5 m huo- neeseen voi syntyä seisovia aaltoja taajuudesta 34 Hz alkaen. Infraäänialueella aallonpituudet ovat liian suuria seisovan aallon syntymiseksi tavanomaiseen huonetilaan. Tuulivoimamelu kuten muukin ympäristömelu korostuu yöllä, jolloin taustamelutaso on pienempi kuin päiväaikaan. Lisäksi auringonlaskun aikaan illalla sekä yöllä esiintyy tyypillisesti meteorologisia olosuh- teita, jotka saattavat johtaa tavanomaista suurempiin äänenpainetasoihin voimaloiden ympäristössä. Tällainen olosuhde on esimerkiksi lämpötilainversio, jonka vallitessa ilmakehä on stabiili, lämpötila nou- see maanpinnalta ylöspäin noustaessa ja ääniaallot kaareutuvat alaspäin (Moller & Pedersen, 2011). On myös havaittu, että yöaikaan tuulivoimamelussa esiintyy päiväaikaa enemmän impulssimaista jyskyttä- vää ääntä, joka korostuu, jos lähekkäin olevien turbiinien pyörimistaajuus on toisiinsa verrattuna lähes sama (van den Berg, 2004). Italialaisessa kokeellisessa tutkimuksessa havaittiin, että 150–250 metrin päässä lähteestä tuulivoimalan ääni oli selvästi erotettavissa ja 1 500 metrin päässä se ei enää ollut erotettavissa pääasiassa tuulen ja kasvillisuuden tuottamasta taustamelusta. Signaali nauhoitettiin 34 turbiinin (kunkin turbiinin nimellisteho 0,85 MW) tuulivoima-alueilla eri etäisyyksillä (Maffei et al., 2015). Ruotsalaisessa kokeellisessa tutkimuksessa havaittiin, että tuulivoimamelu saattaa peittyä kokonaan tuulen ja meren aaltojen tuottaman äänen alle kun signaalikohinasuhde oli -8–12 dB (Bolin et al., 2010). Koettu äänekkyys ja häiritsevyys vähentyivät, kun tuulivoimalan ääni kuului yhdessä luonnonäänien kanssa (Bolin et al., 2012). Aistinvaraisesti useilla alueilla ja useissa olosuhteissa arvioituna tuulivoima- melun on todettu kuuluvan selvästi ainakin 2 km:n päähän turbiineista (Thorne, 2012). 2.2 Ajallinen vaihtelu Suurin osa tuulivoimamelusta on lapojen tuottamaa aerodynaamista ääntä. Se on laajakaistaista ja sille on luonteenomaista äänenvoimakkuuden jaksollinen vaihtelu, jota kuvataan termillä amplitudimodulaatio tai vaihteluvoimakkuus. On esitetty, että on olemassa kahdenlaista amplitudimodulaatiota. Tavanomai- sessa suhahtavassa (swishing) amplitudimodulaatiossa modulaatiosyvyys on korkeintaan 6 dB. Suhah- tava ääni etenee tuulen suuntaan nähden 90 asteen kulmassa ja vaimenee nopeasti. Joskus ilmiö kui- tenkin esiintyy voimakkaampana jyskyttävänä (thumping, swooshing) äänenä. Tällöin modulaatiosyvyys on yli 6 dB ja ilmiöön liittyy tavanomaista enemmän pientaajuista ääntä. Jyskyttävä ääni etenee turbiinis- ta pääasiassa myötätuulen suuntaan ja sen on todettu olevan erityisen häiritsevää (RenewableUK, 2013; Nykänen et al., 2014). Tällöin voidaan käyttää termiä merkityksellinen sykintä. Amplitudimodulaa- tion syntymekanismista on esitetty useita teorioita. Erään teorian mukaan suhahtava ääni syntyy voi- makkaasti ääntä suuntaavien lapojen pyöriessä suhteessa havainnoijan ja turbiiniin sijaintiin, kun taas jyskyttävä ääni syntyy, kun roottorin lavat kohtaavat epätasaisesti jakautuneita ilmavirtauksia, jotka puo- TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 12 lestaan johtuvat suuresta tuulennopeudesta, interaktiosta toisen turbiinin kanssa tai maanmuodoista (Uosukainen, 2010). On arvioitu, että amplitudimodulaatio olisi aistinvaraisesti havaittavissa 20–30 % turbiinin toiminta-ajasta. Amplitudimodulaation esiintyminen riippuu sääolosuhteista (tuulen suunta ja turbulenttisuus, tuulenno- peuden ja lämpötilan muutos maanpinnasta ylöspäin mentäessä) ja turbiinin etäisyydestä havainnoivaan kohteeseen. Ilmiö esiintyy usein auringonlaskun aikaan ja yöllä, kun ilmakehä on tyypillisesti stabiili ja lämpötila nousee maanpinnalta ylöspäin noustaessa (lämpötilainversio). Lisäksi amplitudimodulaatiota saattaa voimistaa edelleen useamman turbiinin yhtäaikainen ääniemissio (Larsson & Ohlund, 2014). 2.3 Pientaajuinen ääni ja infraääni Tuuliturbiinin lapaan kohdistuva turbulenssi tuottaa pientaajuista aerodynaamista ääntä, jonka osuuden on arvioitu olevan suurempi tuulivoimamelussa kuin taustamelussa keskimäärin (Siponen, 2011). Tuuli- turbiinin tuottaman infraäänen määrästä on erilaisia näkemyksiä, mutta yleisen käsityksen mukaan ny- kyaikaiset vastatuuliturbiinit tuottavat infraääntä hyvin vähän verrattuna aiemmin rakennettuihin myötä- tuuliturbiineihin (Jakobsen, 2005, 2012). 2.3.1 Kuulokynnys ISO 226:2003 -standardin mukaan kuulokynnys on pienin äänenpainetaso, jolla normaalikuuloisen koe- henkilön aistihavainnoista 50 % on oikein, kun ärsykettä toistetaan laboratorio-olosuhteissa. Teoreetti- nen kuulokynnys on 18–25-vuotiaiden keskimääräinen kuulokynnys taajuusalueella 20 Hz–12,5 kHz. Esimerkiksi 20 Hz:n taajuisella äänellä kuulokynnys on keskimäärin 79 dB, 100 Hz:n taajuisen äänen keskimäärin 27 dB ja 200 Hz:n taajuisen äänen keskimäärin 14 dB (ISO, 2003a). Laboratorio-olosuh- teissa määritettyä kuulokynnystä ei voida suoraan soveltaa ympäristömelun arviointiin, koska ympäris- tömelu on yleensä laajakaistaista ja ympäristön äänet esiintyvät aina yhdessä, jolloin esimerkiksi taus- tamelu voi peittää yksittäisen äänilähteen alleen. Alle 20 Hz:n taajuuksilla teoreettista kuulokynnystä ei ole määritelty, ja 20 Hz:n rajaa pidetään usein virheellisesti kuuloalueen rajana. Virheellistä käsitystä tukee myös etuliite ”infra”, joka tarkoittaa latinan kielellä ”alapuolella olevaa”. Ihmisen kuulo on herkin taajuusalueella 200(300) Hz–10 kHz ja heikkenee asteittain pienempiin taajuuksille mentäessä, mutta ei ole olemassa taajuutta, jolla kuuleminen loppuisi. Laboratorio-olosuhteissa osa normaalikuuloisista henkilöistä voi havaita jopa muutaman hertsin taajuisia ääniä, kun äänenpainetaso on riittävän suuri. Tyypillisesti 20 Hz:n alapuolella (noin 16 Hz:ssä) kokemus sävelkorkeudesta (tonaalisuus) kuitenkin häviää, ja 10 Hz:n alapuolella aistimus muuttuu paineen tun- teeksi tärykalvoissa ja jaksoittaisiksi, laskettavissa oleviksi sykäyksiksi. Korvan ajatellaan olevan kaikkein herkin elin myös pientaajuisen ja infraäänen aistimiseen, koska kuulo- kynnyksen on kokeellisissa tutkimuksissa havaittu olevan sama riippumatta siitä, altistetaanko äänelle koko keho vai pelkästään korva. Lisäksi rintakehän värinä ilmenee sekä kuuroilla että normaalikuuloisilla samalla äänenpainetasolla. Kokeellisessa tutkimuksessa on myös havaittu, että kuurot henkilöt aistivat äänen kehossaan 63 Hz:n taajuuteen asti vasta 40–50 dB normaalikuuloisen kuulokynnystä suuremmilla äänenpainetasoilla, ja esimerkiksi 1 kHz:n taajuusalueella vaaditaan noin 100 dB kuulevien kuulokyn- nystä suurempi äänenpainetaso. Riittävän voimakas pientaajuinen ja infraääni voi aiheuttaa kuuloha- vainnon lisäksi tuntoaistiin perustuvia aistimuksia kuten paineen tunnetta tärykalvolla, värinää rintake- TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 13 hässä ja värinän tunteen koko kehossa (tavallisimmin kurkussa, vatsassa, lantiossa, reisissä ja pohkeis- sa). Yleisen käsityksen mukaan värinätuntemukset edellyttävät kuulokynnyksen ylittävää ääntä. Tyypilli- sin taajuusalue värinän tunteelle rinnassa on 50–80 Hz ja vaadittava äänenpainetaso on yli 80 dB. On arvioitu, että resonaatio on mahdollista, kun äänenpainetaso ylittää kuulokynnyksen vähintään 20– 25 dB:llä. Paineentunne korvassa vaatii keskimäärin noin 125–130 dB:n äänenpainetason. Korvakipu voi aiheutua 2 Hz:n taajuudella noin 165 dB:n äänenpainetasolla ja 20 Hz:n taajuudella noin 145 dB:n äänenpainetasolla. Tärykalvo voi vaurioitua, kun äänenpainetaso on 185–190 dB (Moller & Pedersen, 2004; Leventhall, 2009). Elinympäristössä on mahdollista altistua kuulokynnyksen ylittävälle pientaajuiselle ja infraäänelle. Esi- merkiksi ikkuna auki maantienopeutta ajavassa autossa altistuu kuultavalle 10–20 Hz:n taajuiselle ää- nelle. Infraääni esiintyy yleensä yhdessä muiden taajuuksien kanssa, joten puhtaasti infraäänelle altis- tuminen on harvinaista (Moller & Pedersen, 2004). Äänen kuuleminen edellyttää 2 Hz:n taajuudella kes- kimäärin 120 dB:n, 4 Hz:n taajuudella keskimäärin 107–112 dB:n, 10 Hz:n taajuudella 95–97 dB:n ja 20 Hz:n taajuudella 76–79 dB:n äänenpainetasoa (Moller & Pedersen, 2004; Leventhall, 2009; Health Protection Agency, 2010; Persson Waye, 2011). G-taajuuspainotettuna (kts. kappale 2.3.3.) taajuudel- taan 1–20 Hz:n äänen kuuleminen edellyttää 95–100 dB:n äänenpainetasoa, ja alle 85–90 dB:n äänen- painetason ajatellaan olevan kuulokynnyksen alapuolella (Moller & Pedersen, 2004; Jakobsen, 2005). 2.3.2 Lähteet ja tasot ympäristössä Infraääntä esiintyy yleisesti sekä luonnossa esimerkiksi tuulen, aaltojen, maanjäristyksen ja ukkosen tuottamassa äänessä että rakennetussa ympäristössä esimerkiksi rakennusten huojunnan ja ihmisen rakentamien laitteiden, kuten kompressorien, pumppujen, tuulettimien, pesukoneiden, autojen, junien ja lentokoneiden tuottamana. Äänenpainetasot ovat tyypillisesti niin pieniä, että infraääni on kuulokynnyk- sen alapuolella, mutta samanaikaisesti esiintyy yleensä myös kuultavaa ääntä (Health Protection Agency, 2010). Esimerkiksi australialaistutkimuksessa infraäänen G-taajuuspainotettu äänenpainetaso oli noin 75 dB sekä merenrannassa lähellä vesirajaa että 350 metrin päässä energiantuotantolaitoksesta ja noin 57 dB sisämaassa 8 km:n päässä rannikosta (Turnbull et al., 2012). Baijerin ympäristöviraston raportissa on esitetty esimerkkimittaukset 250 m:n etäisyydellä 1 MW:n tuuli- voimalasta, ja sen mukaan esimerkiksi tuulennopeudella 15 m/s turbiinin tuottama äänenpainetaso on 8 Hz:n taajuudella keskimäärin 75 dB ja 20 Hz:n taajuudella keskimäärin 70 dB (Bayerisches Landesamt für Umwelt, 2016). Spektri sisältää sitä alempia taajuuksia, mitä suurempi on turbiinin koko eli on oletet- tu, että turbiinikoon kasvaessa pientaajuisuuteen liittyvät ongelmat lisääntyvät (Moller & Pedersen, 2011). Viime aikoina on kuitenkin arvioitu, että turbiinikoon kasvaessa pientaajuisen äänen suhteellinen osuus ei kuitenkaan lisääntyisi (Sondergaard, 2015). Infraääntä syntyy myös ilmavirran tuottamana vaikkapa ikkunat auki liikkuvassa autossa tai liikkuvan ihmisen sisäkorvassa. Esimerkiksi keinuva lapsi altistuu taajuudeltaan noin 0,5 Hz:n infraäänelle keski- määrin 110 dB:n äänenpainetasolla riippuen keinun mittasuhteista ja korkeuden muutoksista keinunnan aikana (Leventhall, 2007; Persinger, 2014). Tuulivoimalat tuottavat pääasiassa laajakaistaista lapojen liikkeen ja ilmavirtauksen tuottamaa (aerody- naamista) ääntä, jonka äänenpainetaso ja taajuusjakauma vaihtelevat suuresti riippuen turbiinin suunnit- telusta ja koosta, roottorin pyörimisnopeudesta, generaattorin kuormituksesta ja ympäristön olosuhteista kuten tuulen nopeudesta ja turbulenssista. Yleisen käsityksen mukaan erityisesti modernit vastatuulitur- biinit tuottavat infraääntä niin pienillä äänenpainetasoilla, ettei ääni ole kuultavissa edes lähietäisyydellä. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 14 Vanhanaikaiset ja jo käytöstä poistuneet myötätuuliturbiinit sen sijaan tuottivat infraääntä 10–30 dB suu- remmilla äänenpainetasoilla (Jakobsen, 2005, 2012), mikä saattaa olla syy tuuliturbiinien huonoon mai- neeseen infraäänen lähteenä. Tuulivoimaloiden tuottamaa ääntä on mitattu lukuisissa tutkimuksissa ja havaittu, että infraäänen äänen- painetasot ovat tyypillisesti kuulokynnyksen alapuolella (Jakobsen, 2005; Moller & Pedersen, 2011; Ingielewicz & Zagubien, 2014; Tachibana et al., 2014; Ashtiani & Denison, 2015). Esimerkiksi 250 metrin päässä 4,2 MW:n turbiinista infraäänen G-äänitasoksi on mitattu 84 dB (Jakobsen, 2005) ja 360–500 metrin päässä 1,5–2,4 MW:n turbiineista 60–67 dB (Turnbull et al., 2012; Ingielewicz & Zagubien, 2014; Berger et al., 2015). Tuulivoimalan tuottamalle infra- tai pientaajuiselle äänelle ei ole olemassa kansainvälisiä terveysperus- teisia raja-arvoja. Niitä ei välttämättä ole nähty tarpeellisina, koska on esitetty arvio, että kokonaisää- nenpainetasoa seuraamalla voidaan huolehtia myös pientaajuisesta melusta, kun turbiinit toimivat nor- maalisti (Berger et al., 2015). Joissakin maissa on kuitenkin annettu kansallisia suosituksia. Esimerkiksi Tanskassa infraäänen (1–20 Hz) suositeltava enimmäisäänenpainetaso elinympäristössä on G- taajuuspainotettuna 85 dB, jolloin infraääni on kuulokynnyksen alapuolella. Lisäksi tuulivoimaloiden tuot- tama pientaajuinen ääni (10–160 Hz, 1/3-oktaavikaistoittain) ei saisi ylittää A-äänitasoa (kts. kappale 2.3.3.) 25 dB päiväaikaan ja 20 dB yöaikaan sisätiloissa, kun tuulennopeus on 6 tai 8 m/s (Jakobsen, 2001, 2012). Suomessa elinympäristön infraääntä ei ole huomioitu virallisissa ohjeistuksissa, mutta so- siaali- ja terveysministeriön asetuksessa 545/2015 on annettu pienitaajuisen sisämelun tunnin keskiääni- tason toimenpiderajat Z-äänitasona (kts. kappale 2.3.3.) taajuuskaistoittain nukkumiseen tarkoitetuissa tiloissa. Toimenpiderajat perustuvat kuulokynnyskäyrään. Yöaikana (klo 22–7) toimenpideraja (Leq,1h) esimerkiksi 20 Hz:n taajuiselle äänelle on 74 dB, 50 Hz:n äänelle 44 dB, 100 Hz:n äänelle 38 dB ja 200 Hz:n äänelle 32 dB. Päiväaikana (klo 7–22) toimenpiderajat ovat 5 dB suurempia. 2.3.3 Taajuuspainotukset Melumittauksissa käytetään lähes yksinomaan A-taajuuspainotusta (A-äänitaso), joka pyrkii jäljittele- mään ihmiskorvan herkkyyttä eri taajuuksille, kun äänenpainetaso on 35–45 dB (Lahti, 2003). A- taajuuspainotusta on kritisoitu siitä, että se aliarvioi pieniä taajuuksia ja siten tuulivoimamelun häiritse- vyyttä (Siponen, 2011). Mahdollinen pientaajuisen melun aliarviointi saattaisi selittää sen, että joissain tilanteissa tuulivoimalan äänelle altistuneiden ihmisten kokemusten ja mitattujen äänenpainetasojen välillä on ristiriita, mutta asiaa on tutkittu vähän. Myös WHO on esittänyt, että A-taajuuspainotus aliarvioi pienten taajuuksien häiritsevyyttä ja esittää A-taajuuspainotetun ja C-taajuuspainotetun (C-äänitaso, tarkoitettu 85 dB ylittäville äänenpainetasoille) välistä erotusta keinoksi pientaajuisen äänen osuuden arvioimiseen (Berglund & Lindvall, 1995; Berglund et al., 1999). Toisaalta joissain tutkimuksissa on osoi- tettu, että mitatut A- ja C-äänitasot korreloivat keskenään hyvin ja päädytty siihen, että A-taajuuspaino- tettu äänenpainetaso voi olla pääasiallinen suure myös tuulivoimamelua mitattaessa. Samalla on havait- tu, että A-taajuuspainotuksen avulla äänekkyyskokemuksen arviointi onnistuu paremmin kuin esimerkik- si C-taajuuspainotuksen avulla (Tachibana et al., 2014). Joskus infraäänimittauksissa on kuitenkin pää- dytty käyttämään G-taajuuspainotusta (G-äänitaso, soveltuu taajuusalueelle 3–50 Hz), jonka on ajateltu kuvaavan paremmin alle 20 Hz:n taajuisen äänen häiritsevyyttä, ja esimerkiksi Tanskassa infraäänelle annetut suositusarvot esitetään G-äänitasoina (Jakobsen, 2001). Yksi tapa välttää mahdollinen taajuus- painotusongelma on tarkastella koko taajuusjakaumaa (Bockstael et al., 2012; Salt et al., 2014) ja taa- juuspainottamatonta eli lineaarista äänenpainetasoa (Z-äänitaso). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 15 3 Infraäänen mittauskampanja Panu Maijala, VTT Pekka Taimisto, THL Tarja Yli-Tuomi, THL Hankkeeseen kuului myös kokeellinen osuus. Uusinta infraäänen mittausteknologiaa hyödyntäen halut- tiin selvittää, millaisia keskimääräisiä infraäänitasoja tuulivoimatuotantoalueiden ympäristössä esiintyy ja ovatko tasot suurempia kuin muissa ympäristöissä. Mittauspaikkoja valittaessa ensisijaisina mittauskoh- teina pidettiin tuulivoimatuotantoalueita, joissa turbiinit ovat teholtaan suuria, yli 3 MW. Muita valintakri- teereitä tutkittaville tuotantoalueille olivat: kertomukset ääneen liittyvistä ongelmista, ympäristön topogra- fia, tuulen suunta, asutuksen esiintyminen (0,7–3 km välillä) ja mittausten toteutettavuuden kannalta sähkön saanti sekä huoltoyhteydet. Valintakriteerit huomioiden mittauskohteiksi valikoituivat Salon Märynummen ja Siikaisten Jäneskeitaan tuulivoimatuotantoalueet. Vertailun vuoksi infraääniä mitattiin luonnonhiljaisella alueella, metsäisellä Hyytiälän tutkimusasemalla Juupajoella ja kaupunkialueella Tampereen Hervannassa. Infraääniä mitattiin molempien tuulivoimatuotantoalueiden ympäristössä noin 2 viikkoa ja kahdella etäi- syydellä. Tuulivoimalan emissiotasoa eli melupäästöä mitattiin lähellä voimaloita n. 200 metrin etäisyy- dellä lähimmästä turbiinista sekä immissiotasoa vaikutus- tai vastaanottopisteessä 2–3 km etäisyydellä turbiinista. Antureina mittauksissa käytettiin infraäänimikrofoneja (4 kpl G.R.A.S. 47AC) sekä usein infraäänien mittaamiseen käytettyä mikrobarometria (Chaparral Physics Model 25). Mikrofonien taajuusvasteen kalibrointiarvot kattoivat taajuusalueen 0,05–20 000 Hz ja niiden herkkyyttä infraäänialueella seurattiin kampanjan aikana infraäänikalibraattorilla (G.R.A.S. 42AE) taajuusvälillä 0,01–250 Hz, tavanomaisilla kalibraattoreilla, sekä ennen ja jälkeen mittausten tehdyin kaiuntalaboratoriomittauksin. Kaiuntahuo- neessa yritimme myös mikrobarometrin herkkyyden kalibrointia, mutta lopulta todettiin, ettei se sovellu tämän tarkkuusluokan mittauksiin: itse sensorin herkkyys on kalibroitavissa, mutta laitteeseen liitettävät letkut muuttavat herkkyyttä hallitsemattomalla tavalla jopa kymmeniä desibelejä. Lisäksi kaikilla mittauspisteillä mitattiin meteorologisia perussuureita kahdella korkeudella (2 ja 10 m) käyttäen sääasemia (Davis Vantage Pro 2 Plus). Jatkuvan tallennuksen lisäksi toteutettiin Siikaisissa lyhyt mittauskampanja, jossa yhteistyössä tuulivoi- matuottajan operaattorin kanssa kaikki tuulivoimatuotantoalueen 8 tuuliturbiinia pysäytettiin tuulisena TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 16 päivänä, jotta saatiin vertailudataa normaalitilanteen lisäksi. Samaa yritettiin Salossa, mutta kevätmyrs- kystä johtunut, laaja sähkökatkos esti toteutuksen. 3.1 Mittauspaikkojen kuvaus Salon Märynummen tuulivoimatuotantoalue sijaitsee topografialtaan hyvin vaihtelevassa maastossa (kuva 1). Siellä on kolme Gamesan G128 -tyyppistä 5 MW:n tuuliturbiinia (2 kpl Tuuliwatti Oy ja 1 kpl Restuuli Oy). Seudulle vuodenaikaan tyypillinen tuulensuunta on lounaistuuli ja tämän vuoksi sekä emissiomittauspiste että immissiopiste (taulukko 1) valittiin koillispuolelta tuulivoimatuotantoaluetta. Emissiomittauspiste sijaitsi 200 m:n etäisyydellä lähimmästä turbiinista, hakkuuaukiolla (kuva 2) yksityi- sellä maalla ja sähkö mittalaitteille saatiin omistajan läheiseltä kasvihuoneelta. Immissiomittauspiste valittiin noin 3 km:n etäisyydeltä, pellolta Viljakkalan kylästä (kuva 3). Sähköt mittalaitteille vedettiin maanviljelijän kasvihuoneelta. Siikaisten Jäneskeitaan topografia on tasaisempaa (kuva 4) ja siellä on kahdeksan Vestas V126 -tyyp- pistä 3,3 MW:n tuuliturbiinia (Tuuliwatti Oy). Myös Siikaisilla tyypillinen tuulensuunta huhti-toukokuussa on lounaistuuli ja mittauspisteet (taulukko 1) valittiin koillispuolelta tuulivoimatuotantoaluetta. Emissiomit- tauspiste sijaitsi 200 m:n etäisyydellä lähimmästä tuuliturbiinista, hakkuuaukion laidalla (kuva 5) ja sähkö mittalaitteille saatiin tuulivoimaoperaattorin muuntajalta 250 m:n etäisyydeltä. Immissiomittauspiste valit- tiin noin 2 km:n etäisyydeltä, maanviljelijän pellolta (kuva 6). Sähköt mittalaitteille vedettiin läheisestä rakennuksesta. Tuuliwatti Oy ja Restuuli Oy toimittivat kaikki pyydetyt tiedot tuulivoimaloiden käyntiolo- suhteista Märynummella ja Jäneskeitaalla. Vertailukohteeksi valitun Juupajoen Hyytiälän taustamittauspisteen koordinaatit KKJ27 -järjestelmässä olivat 3357212, 6863147 (kuva 7). Mittauspiste sijaitsi keskellä metsää (kuva 8) ja sähköt sinne vedettiin tutkimusaseman alueen keskustan etäisimmästä rakennuksesta, joka oli mittausaikaan sopivasti ilman asukkaita. Kaupunkitaustamittauspisteen koordinaatit KKJ27 järjestelmässä olivat 3333047, 6820074. Mittauspiste sijaitsi VTT:n ulkotestausalueella (kuva 9) keskellä Tampereen Hervannan lähiötä, joka on tiiviisti raken- nettu ja lähistöllä on teollista toimintaa ja liikkuu paljon raskasta liikennettä (kuva 10). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 17 Kuva 1. Salon mittauspisteiden M1 ja M2 sekä voimaloiden sijainnit. Kartta sisältää Maanmittauslaitok- sen Maastotietokannan 05/2017 ja Maastokartan 05/2017 aineistoa. Taulukko 1. Mittauspisteiden KKJ 27 -koordinaatit, Salo Emissio, tuuliturbiinin lähimittaus 3283156 6712560 Immissio, mittaus altistuvassa pisteessä 3283451 6714195 TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 18 Kuva 2. Emissiomittauspiste Salon Märynummella. Kuva 3. Immissiomittauspiste Salon Viljakkalan kylässä. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 19 Kuva 4. Siikaisten mittauspisteiden M1 ja M2 sekä voimaloiden sijainnit. Kartta sisältää Maanmittauslai- toksen Maastotietokannan 05/2017 sekä Maastokartan 05/2017 aineistoa. Taulukko 2. Mittauspisteiden KKJ 27 -koordinaatit, Siikainen Emissio, tuuliturbiinin lähimittaus 3222095 6869606 Immissio, mittaus altistuvassa pisteessä 3223872 6870441 TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 20 Kuva 5. Siikaisten emissiomittauspiste. Kuva 6. Siikaisten immissiomittauspiste. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 21 Kuva 7. Hyytiälän mittauspiste M1 (punainen rasti) ja sen ympäristö. Kartta sisältää Maanmittauslaitok- sen Maastotietokannan 05/2017 ja Maastokartan 05/2017 aineistoa. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 22 Kuva 8. Juupajoen Hyytiälän mittauspiste. Kuva 9. Tampereen Hervannan mittauspiste. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 23 Kuva 10. Hervannan mittauspiste M1 (vihreä rasti) ja sen ympäristö. Kartta sisältää Maanmittauslaitok- sen Maastotietokannan 05/2017 ja Maastokartan 05/2017 aineistoa. 3.2 Mittausmenetelmät ja mittalaitteet Tuulivoimamelun infraäänelle ei ole mittausohjeistusta, mutta hankkeessa päätettiin soveltaa kansainvä- listä tuulivoimaloiden emissiotasojen mittausstandardia IEC 61400-11:2012 (IEC, 2012). Standardin taajuusalue on 20 Hz–10 kHz, eikä siinä mittalaitteille ja menetelmille esitettyjen vaatimusten tai ohjei- den fysikaaliset perusteet ulotu infraäänialueelle. Standardin liitteessä A.2 mainitaan infraäänen mittaa- minen ja suositellaan käyttämään äänenpainetasoja laskettaessa G-painotusta. G-painotus on infra- äänille tarkoitettu painotus standardin ISO7196:1995 mukaisesti (ISO, 1995). Infraäänien mittaaminen, fysikaaliset vaatimukset huomioon ottaen, aiheuttaisi suuria käytännön vaikeuksia, esimerkiksi anturei- den asemoinnin suhteen: standardin mukaan mittausmikrofoni sijoitetaan vähintään metrin halkaisijal- taan olevan levyn päälle, kun infraäänialueella mitattaessa levyn tulisi olla jopa sata metriä halkaisijal- taan (0,1 Hz:n aallonpituus on yli 3 km). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 24 Käytimme sekä emissio- että immissiomittauspisteissä infraäänimikrofoneja (G.R.A.S. 47AC, G.R.A.S. Sound & Vibration A/S, Holte, Tanska), jotka oli sijoitettu GFM 920.1-maalevylle (Microtech Gefell GmbH, Gefell, Saksa) sekä statiiviin 2 m:n korkeudelle maanpinnasta. Maalevyssä oli kaksi päällekkäis- tä, erisäteistä tuulisuojaa pienentämässä tuulen vaikutusta tuloksiin. Statiivimikrofoni oli sijoitettu 2,5 m:n etäisyydelle maalevymikrofonista siten, että kohtisuora etäisyys tuulivoimalasta oli sama kuin maalevy- mikrofonilla. Statiivimikrofonissa käytettiin Brüel&Kjærin sääsuojaa tyypiltään 4198. Statiivimikrofonin tallentaman signaalin tarkoitus oli muodostaa akustinen suunta-antenni maalevymikrofonin kanssa, jotta muista suunnista kuin tuulivoimalasta tulevat äänet saataisiin minimoitua signaalinkäsittelyn keinoin. Lisäksi statiivimikrofonilla tallennettuja vasteita vertailemalla maalevymikrofoniin, kyettiin arvioimaan tuulen merkitystä lopputuloksen kannalta. Emissiopisteessä infraääni tallennettiin myös Chaparral Phy- sics Model 25-mikrobarometrilla (Chaparral Physics, Fairbanks, Alaska, USA). Mikrobarometriin liitettynä käytettiin valmistajan suosittelemaa neljää huokoista kasteluletkua, kukin pituudeltaan 15 m. Letkut ase- tettiin ristin muotoon siten, että mikrobarometri sijaitsi ristin keskellä ja yksi ristin haaroista osoitti kohti lähintä tuuliturbiinia. Kauempana tuulivoimaloista olevissa immissiomittauspisteissä akustiset anturit olivat muuten vastaavat, mutta ilman mikrobarometriä. Koska mittalaitteita jouduttiin modifioimaan jonkin verran mittauskampanjan erityisvaatimuksia varten, kaikki mittalaitteet testattiin ja kalibroitiin ennen mittauksia VTT:n äänilaboratoriossa Tampereella. Esi- merkiksi maalevyjen tuulisuojiin lisättiin lämmityskaapelointi sekä kämmenen kokoinen muovikalvo ulomman tuulisuojan yläpintaan estämään sadeveden suora osuminen keskellä levyä olevaan mikrofo- niin. Myös muokattujen tuulisuojien aiheuttamat lisäysvaimennukset mitattiin (kuva 11) ja niiden todettiin täyttävän IEC 61400-11:2012 -standardin vaatimukset (kuva 12). Alle 100 Hz:n taajuuksilla tuulisuojien vaikutus lähestyy nollaa ja on infraäänillä käytännössä nolla. Sen lisäksi, että mittausketjun yksittäiset komponentit mitattiin yksilöllisesti, myös koko mittausketju mik- rofonista AD-muuntimiin mitattiin kokonaisuutena, jotta saatiin varmuus mittausjärjestelmän vaatimista, yhteenlasketuista kalibrointikertoimista. Tulosten laskennassa laboratoriossa mitatut kalibrointikertoimet otettiin huomioon komponenttikohtaisesti, niin mikrofoneille, tuulisuojille, mittausvahvistimille, kuin tal- lennusjärjestelmällekin. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 25 Kuva 11. Muokatun maalevytuulisuojan lisäysvaimennusmittaus puolikaiuttomassa huoneessa. Kaiutin taustalla olevassa mastossa kuvaa tuuliturbiinia äänilähteenä. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 26 Kuva 12. VTT:n laboratoriossa mitattu, muokatun GFM 920.1-maalevytuulisuojan (SN 3499) lisäys- vaimennus. Melumittausten lisäksi mittauspisteissä seurattiin vallitsevia sääolosuhteita käyttäen Davis Vantage Pro2-sääasemia sekä Davis Envoy 8x-datankeräimiä (Davis Instruments Corporation, Hayward, Kalifor- nia, USA). Mittauspisteissä sääaseman kokoonpano koostui Davis Vantage Pro2-anturistosta (mitattavat suureet lämpötila, ilmankosteus, ilmanpaine, sademäärä, auringon säteilyn sekä UV-säteilyn voimak- kuus) sekä kahdesta anemometristä (mitattavat suureet tuulen voimakkuus ja suunta). Anemometrit asetettiin mittaamaan tuulen voimakkuutta ja suuntaa 2 m ja 10 m:n korkeuksilta käyttäen alumiinisia Spiderbeam-mastoja (Spiderbeam GmbH, Spremberg, Saksa). Kaikkien akustisten antureiden signaalit tallennettiin laajakaistaisena 24-bittisenä lineaarisena PCM- signaalina 48 kHz:n näytteenottotaajuudella. Käytännön syistä signaalit tallennettiin 10 minuutin pätkis- sä, mutta jatkuvasti ympäri vuorokauden. Käytännön syistä myös analyysi toteutettiin 10 minuutin pät- kissä, koska liukuva analyysi olisi kestänyt merkittävästi kauemmin. 10 minuuttia on kuitenkin riittävä aika, jotta myös infraäänialueelle saadaan tilastollisesti luotettavia tuloksia, sillä siihen mahtuu 100 jak- soa 0,17 Hz:iin saakka. Keskimääräinen signaalienergia laskettiin integroimalla neliöidyt äänenpaineta- sot ajan suhteen koko mittausjakson yli. Kaikki tässä raportissa esitetyt vakiokaistaspektrit on laskettu FFT-suotimella terssikaistoittain taajuusvälillä 0,1–10 000 Hz ja keskiäänitasot on laskettu vain kuvissa näkyville kaistoille painotuksineen. Painottamattomien (LZ) lisäksi esitetään A-painotetut (LA) sekä G- painotetut (LG) keskiäänitasot. Äänidataa kertyi kuukauden mittauksista tuhansia gigatavuja ja koska myös laskenta tehtiin laajakaistaisena, se vei yli kolme vuotta CPU-aikaa, mutta käytännössä hajautet- tuna VTT:n laskentaklusterissa noin kuukauden. Äänitallenteet saattavat sisältää myös muita kuin tuulivoimaloiden melua, koska niiden poistaminen kuuntelemalla kaikki ääninäytteet läpi olisi ollut hankkeen tiukasta aikataulusta johtuen mahdotonta. Näytteille tehtiin kuitenkin karkea suodatus, jossa laskettiin ensin keskiäänitaso koko mittausjakson yli ja sen jälkeen poistettiin jokainen 10 minuutin jakso, jossa millä tahansa taajuuskaistalla esiintyi yli 20 dB TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 27 suurempi äänenpainetaso kuin ensin lasketussa keskiäänitasossa. Näitä poistettuja aikajaksoja oli muu- tamia, esimerkiksi traktorilla ajo mikrofonien viereltä, ja ne käyvät ilmi seuraavan kappaleen tuloksista: mitatun aikajakson pituus ja hyväksyttyjen 10 minuutin jaksojen lukumäärä (N) käy ilmi kuvista. Mittaustuloksille ei ole tehty maaheijastuskorjausta (-6 dB). Infraäänitaajuuksilla maaheijastusta ei ole mielekästä vähentää lopputuloksesta, koska maaheijastuksen vaikutusalue ulottuu korkealle maanpin- nasta suuren aallonpituuden (kymmenistä metreistä kilometreihin) vuoksi. A-painotetuille keski- äänitasoille korjaus olisi perusteltua tehdä, mutta johdonmukaisuuden vuoksi kaikki taajuusjakaumien yhteydessä esitettävät keskiäänitasot ovat ilman maaheijastuskorjausta. 3.3 Tulokset Ympäristössä vallitsevan infraäänen tasoja voi arvioida, kun tarkastellaan kaupunkiympäristön (kuva 13) ja syrjäisen metsäympäristön (kuva 14) keskiäänitasoja. Painottamaton eli lineaarinen keskiäänitaso (LZ) muodostuu kaupunkiympäristössä käytännössä infraäänistä (73 dB), mutta metsässä spektri on huomat- tavasti tasaisempi ja keskiäänitaso on 19 dB pienempi (54 dB). Mittaukset tehtiin viikonlopun yli perjan- taista 20.4. maanantaiaamuun 24.4. Kaupunkiympäristön äänitaso on luultavasti aliarvioitu viikonlopun hiljaisten tuntien vuoksi, kun taas metsäympäristön tasot ovat odotettua suurempia, jota voi selittää se, että alueen ympäristössä oli sotaharjoitus viikonlopun aikana. Lisäksi viikonlopun mittaustuloksissa esiintyvä 50 Hz:n häiriö kerrannaisineen vaikuttaa Hyytiälän tulokseen. Infraäänten keskiäänitaso viikonlopun kaupunkiympäristössä oli samaa suuruusluokkaa kuin Salon tai Siikaisten voimaloiden lähellä mitatut infraäänitasot. Salon mittausjaksolla, 5.4. ja 18.4. välillä, keskiääni- taso oli emissiopisteessä (200 m lähimmästä tuuliturbiinista) painottamattomana 70 dB ja immissiopis- teessä 65 dB. Vastaavat keskiäänitasot Siikaisista mittausjaksolla 25.4.–9.5. olivat 73 dB ja 63 dB. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 28 Kuva 13. Hervannan mittausjakson keskiäänitaso. Kuva 14. Hyytiälän mittausjakson keskiäänitaso. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 29 Kuva 15. Salo, keskiäänitaso emissiomittauspisteessä maalevymikrofonilla. Kuva 16. Salo, keskiäänitaso immissiomittauspisteessä maalevymikrofonilla. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 30 Kuva 17. Siikainen, keskiäänitaso emissiomittauspisteessä maalevymikrofonilla. Kuva 18. Siikainen, keskiäänitaso immissiomittauspisteessä maalevymikrofonilla. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 31 3.4 Kontrolloitu emissiomittaus, tuulivoimaloiden pysäytys IEC 61400-11 -standardin mukainen emissiomittaus antaa luotettavimman arvion voimaloiden tuotta- masta äänestä. Mittaus suoritetaan tuulen eri nopeuksilla ja myös tuuliturbiini pysäytettynä. Tämän hankkeen aikataulu ei mahdollistanut vastaavaa, eri tuulen nopeudet kattavaa mittausta, mutta päätim- me tehdä emissiomittauksen ainakin yhdelle pysäytys- ja pyörimissyklille. Odotimme sääolosuhteiltaan sopivaa päivää ja vaikka mittauspisteemme kannalta tuulen suunta olikin väärä, päätimme toteuttaa mittaukset maanantaina 8.5.2017, koska tuulen nopeus oli riittävä kokeelle. Siirsimme mittauspisteen täsmälleen valitun tuuliturbiinin taakse, alatuulen puolelle (kuva 20) ja teimme manuaalisesti keskimäärin kymmenen minuutin tallennuksia tilanteista, joissa a) tuuliturbiinit pyörivät normaalisti (11–12,9 rpm, kaksi turbiinia oli seisokissa koko ajan), b) kaikki alueen kahdeksan tuuliturbiinia pidetään jarrulla paikoillaan ja c) tuuliturbiinit pyörivät hitaasti (4–8 rpm). Mitatut painottamattomat keskiäänitasot muodostuvat käytännössä infraäänestä. Voimakas turbulentti tuuli aiheutti huomattavan suuret infraäänitasot, kun kaikki tuuliturbiinit olivat pysäytettyinä (LZ=87 dB, kuva 21). Tuuliturbiinien pyöriessä nimellisnopeudellaan, painottamaton keskiäänitaso nousee kolme desibeliä (LZ=90 dB) ja samoin myös kuuloalueella sijaitsevat taajuuskaistat 100 Hz:iin saakka (kuva 22). G-painotettu keskiäänitaso paljastaa turbiinien pyörimisen selkeämmin, tason noustessa 55 desibelistä 69 desibeliin. Suurin keskiäänitaso (LZ=93 dB, kuva 23) saatiin, kun tuuliturbiinit pyörivät hitaasti. Tosin tämä tallenne on vain 158 sekuntia, koska turbiinit lähtivät pyörimään nopeammin ja uudesta tilanteesta tehtiin taas uusi tallennus. Alasajon ajankohta oli sovittu Tuuliwatti Oy:n operaattorin kanssa, mutta reaaliaikaista yhteyttä operaattoriin meillä ei ollut, vaan tuuliturbiinien pyöriminen todettiin visuaalisesti. Operaattori toimitti myöhemmin voimaloiden lokitiedot, joista havaintomme voitiin varmentaa (esim. pyörimisnopeu- det, kuva 19). Mittauksen aikaiset hetkelliset vaihtelut eivät tule esiin keskiäänitasoja tarkasteltaessa. Jos tarkastellaan a-tilannetta (tuuliturbiinit pyörivät normaalisti) liukuvalla 50 ms:n aikaikkunalla, saadaan suurimmaksi hetkelliseksi tehollisarvoksi 107 dB (kuva 24). Ajallista vaihtelua voidaan tarkastella myös spektrogram- mien avulla, joista voidaan päätellä, mm. millä taajuusalueella vaihtelu on ajan funktiona (kuva 25 ja kuva 26). Sama huippuarvo (107 dB) tulee myös b-tilanteessa, jossa kaikki tuuliturbiinit ovat pysäytettyi- nä (kuva 27). Kokonaistason ajallisen vaihtelun perusteella ei voi päätellä tuuliturbiinien toimintaa (kuva 27 vs. kuva 24), mutta turbiinien toiminta käy selkeästi ilmi vertaamalla spektrogrammeja: kuva 25 ja kuva 28. Pysäytystilanne alkaa ajanhetkeltä 12:50 ja normaalitilanne ajanhetkeltä 13:20 (kuva 19). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 32 Kuva 19. Tuulivoimatuotantoalueen pysäytyksen aikaiset roottorien pyörimisnopeudet Siikaisten voima- loista mitattuna. Kuva 20. Tuulivoimatuotantoalueen pysäytyksen aikainen mittauspiste pellon laidalla. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 33 Kuva 21. Siikainen, keskiäänitaso emissiomittauspisteessä kaikki turbiinit pysäytettynä (taustamelutaso). Kuva 22. Siikainen, emissiomittauksen keskiäänitaso, kun tuuliturbiinit pyörivät normaalisti. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 34 Kuva 23. Siikainen, emissiomittauksen keskiäänitaso, kun tuuliturbiinit pyörivät hitaasti. Kuva 24. Siikainen, emissiomittauksen ajallinen vaihtelu, kun tuuliturbiinit pyörivät normaalisti. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 35 Kuva 25. Siikainen, emissiomittauksen ajallinen vaihtelu, kun tuuliturbiinit pyörivät normaalisti. Spektro- grammin taajuusresoluutio on 0,5 Hz ja aikaresoluutio 1 618 ms. Kuva 26. Siikainen, emissiomittauksen ajallinen vaihtelu, kun tuuliturbiinit pyörivät normaalisti. Spektro- grammin taajuusresoluutio on 1,0 Hz ja aikaresoluutio 996 ms. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 36 Kuva 27. Siikainen, taustamelutason vaihtelu emissiomittauspisteessä kaikki turbiinit pysäytettynä. Kuva 28. Siikainen, taustamelutason vaihtelu emissiomittauspisteessä kaikki turbiinit pysäytettynä. Spektrogrammin taajuusresoluutio on 0,5 Hz ja aikaresoluutio 1 619 ms. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 37 3.5 Mittausepävarmuus Kaikkeen mittaamiseen liittyy mittausepävarmuus. Sähköisten komponenttien osalta suurin mittausepä- varmuuden lähde mittauksissa on mikrofoni, jolle valmistaja ilmoittaa alle hertsin taajuuksille toleranssik- si ±3 dB, suuremmille taajuuksille (1–10 000 Hz) ±1 dB (kuva 29). Mittausketjun herkkyys mikrofonista tallenninjärjestelmään tarkistettiin aina ennen ja jälkeen, sekä välillä myös kesken mittausten mäntä- äänilähteellä Brüel&Kjær Type 4220, jonka kalibrointitodistuksen mukainen mittausepävarmuus on 0,08 dB. Kuva 29. Mittauksissa käytetyn mikrofonityypin toleranssirajat ja yhden mikrofonin vaste infraäänitaa- juuksilla. Suurimman mittausepävarmuuden ympäristöakustiikan mittauksiin tuottavat sää ja muuttuvat ympäristö- olosuhteet. Näistä ympäristötekijät, kuten ilman, maaperän tai muiden pintojen absorptio voidaan jossain määrin ottaa huomioon, joko laskennallisesti tai mittauspaikan valinnassa. Sen sijaan sään aiheuttama vaihtelu muuttuu sitä haasteellisemmaksi, mitä kauemmaksi äänilähteestä siirrytään. Emissiomittaukset tehdään aina mahdollisimman lähellä äänilähdettä, mutta äänilähteen omat dimensiot määrittelevät mi- nimietäisyyden. Tuuliturbiinien tapauksessa emissiomittausetäisyys, d=h+r/2, lasketaan navan korkeu- desta h ja roottorin halkaisijasta r. Koska mittaus tehdään ainoastaan alatuulitilanteessa, myös tuulen nopeus huomioiden, on sään aiheuttama epävarmuus hallittavissa. Immissiomittauksissa sään vaikutus mittausepävarmuuteen on huomattava. On jopa esitetty, että tuuli- turbiinien ääni vaimenisi infraäänillä sopivissa olosuhteissa ainoastaan 3 dB etäisyyden kaksinkertaistu- essa, viivalähteen lähteen kaltaisesti (Shepherd & Hubbard, 1991), mutta tämä lähestymistapa on väärä, koska sille ei ole fysikaalisia perusteita: myös tuuliturbiini on pistemäinen äänilähde riittävän kaukaa katsottuna. Useita turbiineja rivissä voi sen sijaan käyttäytyä kuin viivalähde riittävän läheltä tarkastelta- essa. Sen sijaan tiedetään, että 3 km:n etäisyydellä sään ja ympäristöolosuhteiden aiheuttama vaihtelu voi olla vuositasolla jopa 80 dB ja merkittävimmät tekijät ovat ilmakehän tuuli- ja lämpötilaprofiilin muu- tokset, sekä erityisesti pienillä taajuuksilla ilmakehän stabiilisuus (kuva 30). Varsinkin tuulisina päivinä ja öinä, kun ilmakehän stabiilisuus on neutraali (Pasquill-luokka 4), voi äänenpainetaso 3 km:n etäisyydellä TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 38 sijaitsevassa immissiopisteessä hetkellisesti ylittää 20 desibelillä geometrisen vaimenemisen perusteella arvioidun tason (kuva 30), vaikka lisäysvaimennuksen mediaani on yli 30 dB. Infraäänillä ympäristöolo- suhteiden merkitys on pienempi kuin suuremmilla taajuuksilla, koska esimerkiksi ilmakehän ja maaperän absorptio on olemattoman pieni ja esteiden tulisi olla suuria (kymmenistä metreistä kilometreihin), jotta niillä olisi vaikutusta infraäänien etenemiseen. Kuva 30. Mittauksiin perustuva keskimääräinen lisäysvaimennus (40–1600 Hz) ilmakehän stabiilisuuden funktiona 3 km:n etäisyydellä (Maijala, 2013). Tuloksista kaksi keskimmäistä neljännestä (50 %) on rajat- tu laatikolla, mediaani on esitetty pisteellä ja viikset ulottuvat jakauman 2.7σ asti. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 39 3.6 Pohdinta Salon mittausajanjaksolle osui varsin vähän tuulisia päiviä (kuva 31) ja tuuliturbiinit kävivät suurimman osan ajasta pienellä teholla (kuva 32). Kuva 31. Keskimääräinen (10 min.) tuulen nopeus Salon voimaloista mitattuna. Kuva 32. Keskimääräinen (10 min.) tuotettu sähköteho Salon voimaloista (maksimi 5 MW). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 40 Kuva 33. Salon voimaloista WT01, WT02 ja WT03 roottorin navan korkeudelta mitattu tuulen nopeus- ja suuntajakaumat. Luokkaan nollatuulet (alle 0,3 m/s) 0 % (paitsi WT01: 7,8 %). Siikaisissa oli parempi tuulisää (kuva 34) Saloon mittausajanjaksoon verrattuna ja tuuliturbiinit tuottivat tasaisemmin sähköä (kuva 35), mutta valitsemamme mittaussuunnan (koillinen) kannalta vallitseva tuu- len suunta (kuva 36) ei ollut optimaalinen. Tilastollisesti ajankohdan vallitseva tuuli olisi pitänyt olla lou- naasta, mutta mittauskampanjan aikana vallitsi pohjoistuuli (kuva 37). Tämä laski kumuloituvaa keski- äänitaso ja kahden viikon keskiäänitaso myös emissiopisteessä on huomattavasti pienempi kuin kontrol- loidussa emissiomittauksessamme (kappale 3.4). Kuva 34. Keskimääräinen (10 min.), minimi ja maksimi tuulen nopeudet Siikaisten voimaloista mitattuna. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 41 Kuva 35. Keskimääräinen (10 min.) tuotettu sähköteho Siikaisten voimaloista (maksimi 3,3 MW). Kuva 36. Keskimääräinen (10 min.) tuulen suunta Siikaisten voimaloista mitattuna. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 42 Kuva 37. Siikaisten voimaloista WTG01…8 roottorin navan korkeudelta mitattu tuulen nopeus- ja suun- tajakaumat. Luokkaan nollatuulet (alle 0,3 m/s) 0 %. Mittauskampanjan aikana vallinneista tuuliolosuhteista johtuen teimme analyysin erikseen myös tuulen suunnan ja nopeuden mukaan luokitelluille tuloksille, jotta toteutettujen mittausten perusteella voisi saa- da edes jonkinlaisen arvion kun tuuli on myös oikeaan suuntaan, eli kohti mittauspisteitä. Suurimmat tasot emissio- ja immissiomittauspisteille saatiin, kun tuuli oli etelästä (kuva 38 ja kuva 40) tai etelä- lounaasta (kuva 39 ja kuva 41). Tähän luokitteluun sopivia tuulia oli vain yhtenä päivänä koko mittaus- jakson aikana ja tuolloinkin vain hetkittäin. Myös tuulen suunnalle on laskennassa käytetty 10 minuutin keskiarvoa. A-painotetuista keskiäänitasoista täytyy vähentää maaheijastuskorjaus 6 dB, jos niitä verra- taan ohje- tai raja-arvoihin. Infraäänen mittaamiseen liittyy erilaisia haasteita, kuin suuremmilla taajuuksilla: esimerkiksi kalibrointi vaatii enemmän huolellisuutta ja erityisvälineet, näytteiden ajalliset pituudet ovat merkittävästi pidempiä ja jos analyysi tehdään samaan aikaan myös kuuloalueen taajuuksille, tarvitaan tehokkaat tietokoneet suurella muistikapasiteetilla ja paljon aikaa. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 43 Kuva 38. Salo, emissiomittauspisteen keskiäänitaso etelätuulella 9 m/s tai enemmän, maalevymikrofoni. Kuva 39. Salo, emissiomittauspisteen keskiäänitaso, kun tuuli on etelä-lounaasta 9 m/s tai enemmän, maalevymikrofoni. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 44 Kuva 40. Salo, immissiomittauspisteen keskiäänitaso, kun tuuli on etelästä 9 m/s tai enemmän, maale- vymikrofoni. Kuva 41. Salo, immissiomittauspisteen keskiäänitaso, kun tuuli on etelä-lounaasta 9 m/s tai enemmän, maalevymikrofoni. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 45 3.7 Vertailu aiempiin tutkimuksiin Tuuliturbiinien infraäänimittauksista löytyy runsaasti artikkeleita, mutta niistä vertaisarvioituja on huomat- tavasti vähemmän ja riittävät ulkoisen validiteetin kriteerit täyttäviä vain muutama. Infraäänen määritte- levä taajuusalue ei ole eksakti ja tuulivoiman kohdalla infraääneen saatetaan viitata jo taajuusalueena 20–200 Hz (Ashtiani & Denison, 2015; Berger et al., 2015). Berger kumppaneineen mittasi immis- siotasoja useilla etäisyyksillä (400–900 m) ja myös sisätiloista, lisäksi he ovat koostaneet julkaisuunsa taulukot eri maiden kansallisista ohje- ja raja-arvoista tuulivoiman infraäänelle. Vain muutama artikkeli löytyy, jossa mittaustulokset ulottuvat yhden hertsin alapuolelle, mistä on pitkä ja työläs prosessi laajen- taa mittaus- ja analyysikapasiteettia yli kolme oktaavia alemmaksi, tämän tutkimuksen alarajataajuuteen 0,1 Hz. Japanin ympäristöministeriön laaja tutkimus vuodelta 2014 kattaa 34 kansallista tuulivoiman tuotantoaluetta ja tulokset on esitetty alkaen taajuudesta 0,8 Hz (Tachibana et al., 2014). He tekivät jokaisella mittauspaikalla 120 tunnin yhtäjaksoiset mittaukset useilla etäisyyksillä (136–561 m), turbiinien koon vaihdellessa välillä 400–3 000 kW. Suurimmat yksittäiset äänitasot (Lz=80 dB) he saivat 0,8 Hz:n taajuuksilla ja yhteensä 164 mittauspisteen keskiäänitaso oli 10 dB vähemmän, taajuusjakauma laskies- sa keskimäärin 4 dB oktaavia kohden. Jakobsen on tehnyt yhteenvedon vuoteen 2005 mennessä julkaistuista tuuliturbiinien infraäänimittauk- sista (Jakobsen, 2005). Jakobsen toteaa, että yksikään julkaistuista mittauksista ei sisällä tarvittavia taustatietoja: niistä puuttuu mm. tietoja ympäristöolosuhteista, tuulivoimaloiden tyypistä, toteutetusta signaalianalyysista (esim. integrointiajan pituus) ja kaikista taustamelutasot. Vaikka hänen taulukoiman- sa infraäänitasot eivät ole puutteellisten taustatietojen vuoksi täysin vertailukelpoisia edes keskenään, voi niitä varauksin käyttää erityyppisten voimaloiden emissioinfraäänitasojen suuruusluokan arvioimi- seen. Jakobsenin taulukon G-painotetut arvot vaihtelevat välillä 56–107 dB (Jakobsen, 2005) ja turbiini- en tehot välillä 50–4 200 kW. Tämän tutkimuksen G-painotetut arvot vaihtelivat emissiopisteissä välillä 63–74 dB (turbiinien tehot 3 100–5 000 kW). Mittauksen aikaisen tuulen aiheuttaman infraäänen välttämiseksi on esitetty esimerkiksi mikrofonin sijoit- tamista maakuoppaan (Turnbull et al., 2012). Esitetty maakuoppamenetelmä pienentää varmasti tuuli- kohinaa suuremmilla taajuuksilla, mutta pintakerroksen yläpuolella, Ekmanin kerroksessa syntyvään suurten pyörteiden aiheuttamaan infraääneen sillä ei ole vaikutusta (Stull, 1988). Turnbull kumppanei- neen mittasi Australiassa kahden 2/2,1 MW:n tuuliturbiineista koostuvan tuotantoalueen infraääntä ja vertasi tuloksia kaupunkialueen ja infraäänestä tunnetun rannikkoalueen tuloksiin. Heidän johtopäätök- sensä ovat samat kuin tekemässämme selvityksessä: tuuliturbiinien infraäänitasot ovat samaa suuruus- luokkaa kuin vertailukohteissa (Turnbull et al., 2012). Samaan tulokseen päätyivät puolalaiset tutkijat mitatessaan 25 turbiinia tyypiltään Vestas V80 2 MW:n (Ingielewicz & Zagubien, 2014). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 46 4 Kuultavissa olevan tuulivoimamelun vaikutukset terveyteen Anu Turunen, THL Melu on elinympäristön stressitekijä, jonka aiheuttama stressireaktio voi välittyä sekä tiedostamattomien hermostollisten reaktioiden että melun tiedostamisen kautta. Fysiologinen ja psyykkinen stressi voivat molemmat johtaa häiriöihin autonomisen hermoston ja umpieritysjärjestelmän toiminnassa ja aiheuttaa pitkään jatkuessaan terveysongelmia (Rylander, 2004; Chrousos, 2009; Babisch et al., 2013; Munzel et al., 2014). Tutkituimpia ympäristömelun aiheuttamia haittoja ovat viihtyvyyden aleneminen, häiritsevyys, unihäiriöt sekä sydän- ja verisuonisairaudet (Basner et al., 2014). Suurin osa ympäristömelusta on pe- räisin tieliikenteestä. Ympäristömelun aiheuttaman haitan suuruuteen vaikuttavat äänen fysikaaliset ominaisuudet (esim. voimakkuus, taajuus, jaksollisuus), altistuvan ympäristön ominaisuudet (esim. kau- pungistumisaste), se millaista ihmisen toimintaa melu häiritsee (esim. lepo, virkistys, työ) sekä altistuvi- en yksilöiden henkilökohtaiset ominaisuudet (Shepherd & Billington, 2011), kuten asenne äänilähdettä kohtaan, tapa reagoida meluun, meluherkkyys, sekä tottuminen ja sopeutuminen meluun. 4.1 Ympäristömelun terveys- ja hyvinvointivaikutukset Maailman terveysjärjestön (WHO) mukaan haitallisia terveysvaikutuksia alkaa näkyä, kun yöaikainen äänenpainetaso on ulkona yli 40 dB (WHO, 2011, 2009). Euroopan ympäristökeskus on julkaissut rapor- tissaan yhteenvetotaulukon, johon on koottu ne ympäristömelun terveys- ja hyvinvointivaikutukset, joista on arvioitu olevan riittävää tutkimusnäyttöä (European Environment Agency, 2010) (taulukko 3). Sen mukaan häiritsevyys ja unihäiriöt alkavat yleistyä, kun pitkäaikainen äänenpainetaso ulkona ylittää 40 dB ja vastaavasti vaikutukset koettuun terveyteen ja verenpaineeseen yleistyvät, kun pitkäaikainen äänen- painetaso ulkona ylittää 50 dB. Yleisesti ottaen Pohjoismaiden ulkopuolella tehtyjen melun terveyshaitta- tutkimusten osalta on syytä huomioida, että lämpimässä ilmastossa on tavanomaista pitää ikkunoita auki ja siten melutasot ulkona ja sisällä saattavat olla hyvin lähellä toisiaan. Suomessa ja muissa Pohjois- maissa ikkunoita pidetään kiinni suurimman osan aikaa vuodesta, ja lisäksi rakennusten ääneneristä- vyys on parempi kuin Keski- ja Etelä-Euroopassa, joten terveysvaikutuksia alkaa todennäköisesti näkyä vasta suuremmilla ulkomelutasoilla. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 47 Taulukko 3. Ympäristömelun todennetut terveys- ja hyvinvointivaikutukset. Vaikutus Akustinen suure1 Kynnysarvo, dB2 Altistuksen kesto Uni (polysomnografia) Lmax, indoors 32 Akuutti, krooninen Häiritsevyys Lden 42 Krooninen Itse raportoidut unihäiriöt Lnight 42 Krooninen Oppiminen, muisti Leq 50 Akuutti, krooninen Stressihormonit Lmax, Leq - Akuutti, krooninen Itse raportoitu herääminen SELindoors 53 Akuutti Itse raportoitu terveys Lden 50 Krooninen Kohonnut verenpaine Lden 50 Krooninen Sepelvaltimotauti Lden 60 Krooninen 1 Lden ja Lnight on määritelty ulkona esiintyvinä äänenpainetasoina. 2 Äänenpainetaso, jonka yläpuolella vaikutus alkaa esiintyä tai ilmenee tavanomaista useammin. Lmax = Suurin äänenpainetaso mittauksen aikana. Lmax, indoors = Suurin äänenpainetaso mittauksen aikana sisätiloissa. Lden = vuorokauden äänitaso, jossa ilta-ajan (klo 19–22) keskiäänitasoa painotetaan + 5 dB ja yöaikaa (klo 22–07) +10 dB melun häiritsevyyden kuvaamiseksi. Lnight = Yöajan keskiäänitaso Leq = Keskiäänitaso SEL = Yhden melutapahtuman aikainen äänialtistustaso (Sound Exposure Level) Lähde: European Environment Agency, 2010 (muokattu) 4.1.1 Häiritsevyys Meluksi tulkittu ääni on kiusallista tai ärsyttävää (annoyance), jos henkilö kokee sen ei-toivotuksi, kieltei- seksi tai asuinympäristön laatua heikentäväksi. Melu voi myös häiritä keskittymistä ja vaikeuttaa suoriu- tumista tehtävistä (disturbance). Lapsilla pitkäaikainen melualtistus voi johtaa häiriöihin kielellisessä kehityksessä, oppimisessa ja muistissa. Erilaisista määritelmistä huolimatta suomenkielisessä kirjalli- suudessa kiusallisuus ja häiritsevyys usein yhdistetään ja käytetään häiritsevyys-termiä, joka on lähellä englanninkielisessä kirjallisuudessa esiintyvää annoyance-termiä. Tätä käytäntöä tukee myös standardi ISO/TS 15666, jossa termiin ”noise annoyance” sisältyvät mm. ”dissatisfaction”, ”bother”, ”annoyance” ja ”disturbance” (ISO, 2003b). Häiritsevyys on melun yleisimpiä ja myös tutkituimpia haittoja. WHO:n määritelmän mukaan terveys on täydellisen fyysisen, henkisen ja sosiaalisen hyvinvoinnin tila eikä pelkästään sairauden puuttumista (WHO, 2011). Siten on ymmärrettävää, että WHO myös sisällyttää häiritsevyyden tautitaakkalaskelmiin. WHO:n määritelmää on kuitenkin kritisoitu liian väljäksi (Saracci, 1997; Huber et al., 2011), sillä häiritse- vyyttä ei voida välttämättä pitää itsenäisenä terveysvaikutuksena. Joka tapauksessa häiritsevyys voi voimakkaana ja pitkään jatkuessaan myötävaikuttaa terveyshaitan syntymiseen. On esitetty, että melun aiheuttama häiriintyminen heikentäisi elämänlaatua (Dratva et al., 2010) ja toimisi yhdessä unihäiriöiden kanssa välittävänä tekijänä melualtistuksen ja terveyteen liittyvän elämänlaadun välisessä yhteydessä (Heritier et al., 2014). WHO:n koordinoimassa Large Analysis and Review of European Housing and Health Status (LARES) -tutkimuksessa kroonisen melun aiheuttaman häiriintymiskokemuksen on rapor- toitu olevan yhteydessä sydän- ja verisuonisairauksien sekä hengityselinsairauksien, niveltulehduksen ja migreeniin kohonneeseen riskiin (Niemann et al., 2006). Koska pientaajuista ääntä esiintyy elinympäristössä yleisesti, melun terveysvaikutuksia käsittelevien tutkimuksien voidaan ajatella käsittelevän osaltaan myös pientaajuiselle melulle altistumisen terveysvai- TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 48 kutuksia. Puhtaasti pientaajuisen melun terveysvaikutuksia onkin vaikeaa tutkia, koska se esiintyy elinympäristössä yleensä erottamattomana osana laajakaistaista melua (Berglund et al., 1996). Pientaa- juista ääntä pidetään yleisesti häiritsevämpänä kuin suurempia taajuuksia. WHO:n yhdyskuntameluoh- jeistuksessa todetaankin, että pientaajuinen ääni voi häiritä lepoa ja unta sisätiloissa jopa alle 30 dB:n A- äänitasoilla (Berglund et al., 1999). WHO myös arvioi, että monet laajakaistaisen melun haitoista johtu- vat itse asiassa pientaajuisesta äänestä (Berglund & Lindvall, 1995). Pientaajuisen (20–200 Hz) melun terveys- ja hyvinvointivaikutuksia on tutkittu toistaiseksi melko vähän, ja pääosa tutkimuksista liittyy työympäristötekijöihin ja/tai psyykkiseen suorituskykyyn. Tulokset ovat osin ristiriitaisia, eikä tutkimuksissa ole yleensä huomioitu sekoittavia tekijöitä. Puolalaisessa kokeelli- sessa tutkimuksessa, joka sisälsi kaksi erillistä koetta (n=55, n=70), yli puolet koehenkilöistä arvioi pien- taajuisen melun erittäin häiritseväksi ajatustyötä vaativaa tehtävää suorittaessaan kun A-äänitaso ylitti 62 dB ja C-äänitaso ylitti 83 dB (Pawlaczyk-Luszczynska et al., 2010). Saman ryhmän aiemmista ko- keellisista tutkimuksista toisessa (n=191, vain miehiä) altistaminen pientaajuiselle äänelle hiukan pie- nemmällä C-äänitasolla 51 dB ja 74 dB ei vaikuttanut psyykkistä suorituskykyä mittaavista testeistä saa- tuihin suoriutumispisteisiin (Pawlaczyk-Luszczynska et al., 2005a), mutta toisessa (n=96) altistus pien- taajuiselle äänelle (A-äänitaso 50 dB, C-äänitaso 66 dB, G-äänitaso 73 dB) heikensi havainnointi- ja keskittymiskykyä erityisesti pientaajuiselle melulle herkäksi itsensä kokevilla (Pawlaczyk-Luszczynska et al., 2005b). Kokeellisessa ruotsalaistutkimuksessa (n=32) vapaaehtoisia altistettiin pientaajuiselle ilmas- tointilaitteen äänelle (31,5–125 Hz, A-äänitaso 40 dB) ja laajakaistaiselle vertailuäänelle työskentelyn aikana. Pientaajuinen melu arvioitiin työskentelyä enemmän häiritseväksi ja meluherkillä altistuminen pienensi normaaliin vuorokausirytmiin kuuluvaa elimistön kortisolipitoisuuden laskua (Persson Waye et al., 2002). Ruotsalaisen tutkimusryhmän havainnoivassa tutkimuksessa pitkäaikaisesti ilmalämpöpump- pujen ja/tai ilmastointilaitteiden tuottamalle pientaajuiselle melulle altistuneilla (n=108) häiriintymisen kokemukset ja keskittymisvaikeudet olivat yleisempiä kuin kontrolleilla, mutta altistuneet ja kontrollit eivät eronneet toisistaan lääketieteellisen tai psykososiaalisen oireilun yleisyyden suhteen. Henkilöt, jotka kokivat pientaajuisen melun melko tai hyvin häiritseväksi raportoivat enemmän psykososiaalisia oireita, unihäiriöitä ja päänsärkyä kuin keskitaajuuksille altistuneet henkilöt (Persson Waye & Rylander, 2001). Toisen ruotsalaisryhmän tutkimuksessa (n=439) mitattiin työntekijöiden altistumista pientaajuiselle ää- nelle toimistoissa, laboratorioissa ja teollisuudessa. Niillä, jotka altistuivat pientaajuiselle äänelle siinä määrin, että A- ja C-äänitasojen ero oli 15 dB, raportoivat enemmän töiden jälkeistä väsymystä. Altistu- minen pientaajuiselle äänelle oli yhteydessä myös uupumukseen ja häiritsevyyden kokemukseen (Tesarz et al., 1997). Tuoreessa systemaattisessa katsauksessa todettiin, että on jonkin verran näyttöä elinympäristössä pientaajuiselle melulle altistumisen yhteydestä häiriintymisen kokemukseen sekä neu- rologisiin oireisiin, kuten unihäiriöihin, keskittymisvaikeuksiin ja päänsärkyyn (Baliatsas et al., 2016a). 4.1.2 Unen häiriintyminen Melun haitalliset terveysvaikutukset voivat välittyä häiritsevyyden lisäksi myös unihäiriöiden kautta (Heritier et al., 2014; Munzel et al., 2014). Yöaikaisen tie-, lento- ja raideliikennemelun yhteydestä sekä itse ilmoitettuihin että objektiivisesti mitattuihin unihäiriöihin on runsaasti näyttöä (Aasvang et al., 2011; Basner et al., 2011; Brink, 2011; Elmenhorst et al., 2012; Pennig et al., 2012; Perron et al., 2012; Pirrera et al., 2010; Roosli et al., 2014; Perron et al., 2016). Suomalaisessa tutkimuksessa unihäiriöiden määrän havaittiin alkavan lisääntyä työikäisillä, kun tieliikenteen aiheuttama yöajan äänenpainetaso ulkona oli ≥55 dB ja ahdistuneisuuteen taipuvaisilla jo äänenpainetasolla ≥50 dB (Halonen et al., 2012). Lyhytaikaisten unihäiriöiden on todettu olevan yhteydessä lieviin vaikutuksiin, kuten kohonneeseen ve- renpaineeseen, sympaattisen hermoston aktivaatioon, muutoksiin sisäerityksessä ja hormonitoiminnas- TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 49 sa sekä kohonneisiin tulehdusvälittäjäaineiden pitoisuuksiin. Ne voivat mahdollisesti pitkään jatkuessaan kiihdyttää ateroskleroosia ja sydän- ja verisuonisairauksien kehittymistä (Mullington et al., 2009). Ruotsalaisen tutkimusryhmän unilaboratoriossa tekemässä kokeellisessa tutkimuksessa koehenkilöitä (n=12) altistettiin liikennemelulle ja pientaajuiselle melulle peräkkäisinä öinä. Yönaikainen altistus pien- taajuiselle äänelle (31,5–125 Hz, A-äänitaso 40 dB) vaikeutti nukahtamista ja alensi heräämisen aikaista elimistön kortisolipitoisuutta. Alhaisemmat kortisolitasot heräämisen jälkeen olivat puolestaan yhteydes- sä huonompaan koettuun unen laatuun ja mielialaan. Altistuminen liikennemelulle vaikutti pääasiassa unen laatuun ja ärsyyntyneisyyteen aamulla (Persson Waye et al., 2003). Japanilaisessa kokeessa (n=18) tutkittavat altistettiin unilaboratoriossa liikennemelulle (25–1 600 Hz, L50 40, 59 ja 60 dB) sekä äänenpainetasoltaan vaihtelevalle pientaajuiselle ja infraäänelle (10, 20, 40 ja 63 Hz, 60–105 dB:n ää- nenpainetasoilla taajuudesta riippuen). Kokeen perusteella liikennemelu häiritsi unta enemmän kuin pientaajuinen ja infraääni (Okada & Inaba, 1990) 4.1.3 Sydän- ja verisuonisairaudet Tieliikennemelun ja sydän- ja verisuonisairauksien välistä yhteyttä on tutkittu paljon. Meta-analyysissa jossa yhdistettiin 27 vuosina 1970–2010 julkaistua havainnoivaa tutkimusta, todettiin, että 5 dB:n nousu tieliikennemelun äänenpainetasossa nosti kohonneen verenpaineen riskiä 3 % (van Kempen & Babisch, 2012). Uusimmissa seurantatutkimuksissa on pyritty ottamaan huomioon myös samanaikaisen ilman- saastealtistuksen vaikutus verenpaineeseen, ja näissä ei ole havaittu tilastollisesti merkitseviä yhteyksiä melutason ja kohonneen verenpaineen välillä (Sorensen et al., 2011; Babisch et al., 2014; Foraster et al., 2014). Myöskään tuoreessa hollantilaisen, isobritannialaisen ja norjalaisen kohorttiaineiston sisältä- vässä poikkileikkaustutkimuksessa (n=88 336) tieliikennemelualtistus ei ollut yhteydessä verenpainee- seen (Zijlema et al., 2016). Kahdessa muussa poikkileikkaustutkimuksessa tieliikennemelun on havaittu olevan yhteydessä diastoliseen verenpaineeseen (n=2 552) (Pitchika et al., 2017) ja kohonneen veren- paineeseen diabeetikoilla (n=6 450) (Dratva et al., 2012). Laajoissa seurantatutkimuksissa on puoles- taan havaittu, että 10 dB:n nousu tieliikennemelun äänenpainetasossa lisäsi sydäninfarktin riskiä 4–12 % (Roswall et al., 2017; Heritier et al., 2017), sydämen vajaatoiminnan riskiä 2 % (Seidler et al., 2016) (ei huomioitu altistumista liikenteen ilmansaasteille), aivohalvauksen riskiä 15 % (Sorensen et al., 2011a) ja sepelvaltimotautikuolleisuutta 9 % (n=445 868) (Gan et al., 2012). Toisaalta kaikissa tutkimuk- sissa ei ole nähty melualtistuksen yhteyttä esimerkiksi sydäninfarktin riskiin (Bodin et al., 2016). Lentoliikennemelualtistuksen haitallisuutta sydän- ja verenkiertoelimistölle on myös tutkittu runsaasti. Kuuden eurooppalaisen lentokentän läheisyydessä toteutetussa poikkileikkaustutkimuksessa (n=4 861) havaittiin, että 10 dB:n nousu yöaikaisessa lentoliikenteen äänenpainetasossa nosti kohonneen veren- paineen riskiä 14 % (Jarup et al., 2008). Tukholman Arlandan lentokentän läheisyydessä verenpainetta kohottava vaikutus nähtiin vain miehillä (Eriksson et al., 2010). Seitsemän eurooppalaisen lentokentän läheisyydessä toteutetussa poikkileikkaustutkimuksessa (n=4 712) 10 dB:n nousu äänenpainetasossa lisäsi sepelvaltimotaudin ja aivohalvauksen riskiä 25 % henkilöillä, jotka olivat asuneet samassa osoit- teessa vähintään 20 vuotta. Keskimääräinen äänenpainetaso kenttien läheisyydessä oli päiväaikaan noin 52 dB (35–76 dB) ja yöaikaan 41 dB (vaihteluväli 30–70 dB) (Floud et al., 2013). Lontoon Heath- row’n lentoaseman läheisyydessä tehdyssä pienalue-epidemiologisessa tutkimuksessa (n=3 600 000) havaittiin, että suurimmalle päiväajan äänenpainetasolle (>63 dB) altistuneilla oli 24 % suurempi aivo- halvauksen, 21 % suurempi sepelvaltimotaudin ja 14 % suurempi kaikkien sydän- ja verisuonisairauksi- en riski verrattuna pienimmälle päiväajan äänenpainetasolle (≤51 dB) altistuneisiin (Hansell et al., 2013). Rekisteritietoon pohjautuvien tutkimuksien osalta on kuitenkin syytä muistaa, että sekoittavia tekijöitä voidaan yleensä huomioida vain rajallisesti. TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 50 Mekanismeista joilla melu vaikuttaa sydän- ja verisuonisairauksien riskiin, on myös saatu näyttöä. Ko- keellisessa asetelmassa havaittiin, että yöaikainen altistuminen lentoliikennemelulle aiheutti verisuonen seinämän toimintahäiriöitä ja lisäsi adrenaliinin eritystä terveillä henkilöillä (Schmidt et al., 2013) sekä nosti verenpainetta sepelvaltimotautipotilailla, kun melutapahtumia oli yön aikana 60 ja melutaso oli kes- kimäärin 46 dB (Schmidt et al., 2015). Kuuden eurooppalaisen lentokentän läheisyydessä ≥65 dB:n len- tomelun äänenpainetasolle altistuminen nosti syljen kortisolipitoisuutta naisilla (Selander et al., 2009). Pohjoismaisissa seurantatutkimuksissa on puolestaan saatu viitteitä pitkäaikaisen lentomelualtistuksen yhteydestä keskivartalolihavuuteen (n=5 156) (Eriksson et al., 2014; Christensen et al., 2016). Tuorees- sa sveitsiläistutkimuksessa (n=2 631) havaittiin tieliikennemelun olevan yhteydessä kohonneeseen dia- beteksen riskiin (RR=1,35; 95 % CI 1,02–1,78). Lentoliikenteen osalta riski oli kohonnut 86 %:lla, mutta riskiestimaatti ei ollut tilastollisesti merkitsevä (Eze et al., 2017). 4.1.4 Henkinen hyvinvointi On ajateltu, että ympäristömelualtistus ei ole psykiatristen sairauksien suora riskitekijä väestötasolla (Stansfeld, 1992), eikä perusväestössä olekaan yleensä nähty yhteyttä melun ja henkisen hyvinvoinnin välillä (Stansfeld et al., 2009; Schreckenberg et al., 2010). On kuitenkin selvää, että jos melu on häirit- sevää ja altistuminen pitkäkestoista eikä sitä ole mahdollista välttää, melualtistus voi heikentää henkistä hyvinvointia esimerkiksi stressin ja unihäiriöiden kautta. Tuoreessa saksalaisessa tapaus-verrokkitutki- muksessa (ntapaukset=77 295) havaittiin, että altistuminen tie-, lento- ja raideliikennemelulle oli yhteydessä kohonneeseen masennuksen riskiin. Esimerkiksi henkilöillä, jotka altistuivat ≥60 dB:n liikennemelulle, oli 12 % suurempi masennuksen riski kuin henkilöillä, jotka altistuivat 40 dB:iä alittavalle liikennemelulle. Vastaavasti henkilöillä, jotka altistuivat ≥50 dB:n lentoliikennemelulle, oli 23 % suurempi riski masennuk- selle kuin henkilöillä, jotka altistuivat 40 dB:iä alittavalle lentoliikennemelulle (Seidler et al., 2017). Vas- taavasti myös pienemmässä saksalaisessa seurantatutkimuksessa (n=3 300) masennusoireiden riski oli 26 % suurempi yli 55 dB:n äänenpainetasoille altistuvilla verrattuna korkeintaan 55 dB:n äänenpaine- tasoille altistuviin. Lisäksi riski oli suurempi unihäiriöistä kärsivillä (Orban et al., 2016). On myös saatu viitteitä siitä, että melun haitallinen vaikutus henkiseen hyvinvointiin olisikin nähtävissä ainoastaan melun häiritseväksi kokevilla (Hammersen et al., 2016) tai melun vaikutuksille herkissä ihmisryhmissä, kuten unihäiriöistä kärsivillä (Sygna et al., 2014), ahdistuneisuuteen taipuvaisilla (Stansfeld et al., 1996) tai meluherkillä (Kishikawa et al., 2009). Esimerkiksi saksalaisessa poikkileikkaustutkimuksessa (n=15 010) elinympäristön melun häiritseväksi kokeminen oli yhteydessä masennukseen ja ahdistuneisuuteen. Me- lusta erittäin häiriintyneillä sekä masennuksen että ahdistuneisuuden riski oli lähes kaksinkertainen ver- rattuna henkilöihin, jotka eivät kokeneet melua häiritseväksi (Beutel et al., 2016). On syytä kuitenkin muistaa, että poikkileikkaustutkimuksissa vaikutuksen suuntaa ei pystytä arvioimaan. Siten on mahdol- lista, että masentuneet vain kokevat melun häiritsevämmäksi kuin muu väestö. Melualtistuksen yhteyttä psyykenlääkkeiden käyttöön on tutkittu jonkin verran, mutta saadut tulokset ovat ristiriitaisia. Kuuden eurooppalaisen lentokentän läheisyydessä tehdyssä poikkileikkaustutkimuk- sessa (n=4 642) havaittiin, että 10 dB:n nousu äänenpainetasossa lisäsi rauhoittavien lääkkeiden käytön todennäköisyyttä 28 % (Floud et al., 2011), mutta suomalaistutkimuksessa tieliikennemelualtistuksen ei havaittu olevan yhteydessä psyykenlääkkeiden käyttöön (Halonen et al., 2014). Ranskalaisessa seuran- tatutkimuksessa (n=190 617) tieliikennemelun ≥55 dB:n äänenpainetasolle altistuneilla rauhoittavien lääkkeiden käytön riski oli kohonnut ainoastaan parhaiten toimeentulevassa väestöryhmässä (Bocquier et al., 2013). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 51 4.1.5 Meluherkkyys Marja Heinonen-Guzejev, Helsingin yliopisto Anu Turunen, THL Meluherkkyys on pysyvä piirre ja se kuvaa tapaa kokea melu ja reagoida siihen. Meluherkät aistivat melun häiritsevämpänä ja uhkaavampana, reagoivat meluun voimakkaammin ja tottuvat siihen hitaam- min kuin ei-meluherkät (Stansfeld, 1992). Subjektiivisen kokemuksen lisäksi meluherkkyys kertoo siitä, miten herkästi ja voimakkaasti yksilön elimistö reagoi meluun (Job, 1999). Meluherkkyyden ajatellaan olevan äänenpainetason ohella tärkein selittävä tekijä melun koetussa häiritsevyydessä (van Kamp et al., 2004; Stansfeld, 1992). Meluherkkyys on jatkuvaluonteinen ominaisuus (Vartiainen et al., 2015). Meluherkkyyden yleisyys vaih- telee määrittelytavan ja mahdollisesti myös tutkittavan väestön mukaan. Eri tutkimusten mukaan melu- herkkiä on 20–40 % väestöstä ja erittäin meluherkkiä noin 12–15 %. Suomalaisessa kaksosaineistoon perustuvassa tutkimuksessa meluherkkiä oli 38 % tutkituista eikä miesten ja naisen välillä todettu tilas- tollisesti merkitsevää eroa meluherkkyydessä (Heinonen-Guzejev et al., 2004). Toisessa suomalaistut- kimuksessa meluherkkiä oli eniten naisissa, keski-ikäisissä ja korkeasti koulutetuissa (Vartiainen et al., 2015). Meluherkkyyden geneettistä komponenttia on selvitetty suomalaisessa kaksosaineistoon perustuvassa tutkimuksessa. Tutkimuksessa todettiin, että identtiset kaksosparit ovat meluherkkyyden suhteen enemmän samankaltaisia kuin epäidenttiset kaksosparit. Meluherkkyys kasautuu perheisiin eli lähisuku- laisilla esiintyy meluherkkyyttä enemmän kuin väestössä yleensä. Väestössä havaittavasta vaihtelusta meluherkkyydessä noin 36 % johtuu yksilöiden välisistä geneettisistä eroista (Heinonen-Guzejev et al., 2005). Melun häiritsevyys ja meluherkkyys näyttävät ennustavan melun terveyshaittoja jopa äänenpainetasoa paremmin. Useissa tutkimuksissa on todettu, että meluherkät ovat ei-meluherkkiä alttiimpia melun terve- yshaitoille (Heinonen-Guzejev, 2008; Fyhri & Klaeboe, 2009; Kishikawa et al., 2009; Schreckenberg et al., 2010). Näyttää myös siltä, että meluherkät henkilöt ovat alttiita psyykkiselle stressille (Hill et al., 2014), ja heidän persoonallisuuteensa liittyy usein taipuvaisuus ahdistuneisuuteen (Persson et al., 2007). Joissain tutkimuksissa meluherkät ovat olleet melun lisäksi herkkiä muillekin ympäristön ärsyk- keille (Stansfeld et al., 1985; Palmquist et al., 2014). Meluherkät kuuluvat riskiryhmään melun terveysvaikutuksia arvioitaessa. He ovat herkempiä saamaan melun vaikutuksesta unihäiriöitä ja heidän unensa laatu heikkenee helposti melun vaikutuksesta (Nivison & Endresen, 1993; Marks & Griefahn, 2007). Meluherkkyys ennakoi myös sydän- ja verenkier- toelimistön meluvastetta (Heinonen-Guzejev, 2008). Meluherkät ovat myös herkempiä melun vaikutuksil- le kognitiivisiin toimintoihin, kuten keskittymiseen, tarkkavaisuuteen, muistitoimintoihin, suoritustarkkuu- teen, lukemiseen ja oppimiseen. Meluisissa oloissa meluherkät suoriutuvat muita huonommin muistia ja tarkkaavaisuutta mittaavissa tehtävissä. Työpaikan meluisuus voi heikentää meluherkkien tuloksia työ- tehtävissä (Belojevic et al., 2003). Meluherkkyys ei tarkoita herkkyyttä saada kuulovaurio eikä se ole liittynyt audiometriassa mitattuun kuulokynnykseen (Heinonen-Guzejev et al., 2011). Meluherkkyys ei myöskään ole identtinen käsite ääniyliherkkyyden (hyperacusis) kanssa. Tuoreen tutkimuksen mukaan meluherkkyys näkyy aivojen äänenkäsittelyssä eli siinä miten aivot käsit- televät muutoksia ympäröivässä äänimaailmassa. Meluherkkien koehenkilöiden kuulojärjestelmä reagoi TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 52 muita henkilöitä heikommin uusiin ääniin toistuvien äänien joukossa, erityisesti silloin, kun uusi ääni on muita häiritsevämpi. Näin ollen meluherkkien on vaikea ennakoida ääniympäristönsä muutoksia. Vältty- äkseen ylireagoimasta yllättäviin häiriöääniin, heidän kuulojärjestelmänsä toiminta heikkenee. Tutkimus vahvistaa näkemystä siitä, että meluherkkyyden taustalla on muutakin kuin negatiivinen asenne melua kohtaan, ja samalla meluherkkyys voidaan liittää aiempaa suoremmin aivojen kuulojärjestelmän toimin- taan (Kliuchko et al., 2016). Meluherkkyyttä tutkitaan yleensä kysymyssarjoilla kuten Weinsteinin meluherkkyyskyselyllä (Weinstein, 1978). Yleistä meluherkkyyttä mittaavien kysymyssarjojen lisäksi on olemassa myös erityisesti pientaa- juiselle melulle herkkyyttä mittaavia kyselyitä (Persson Waye, 1995). Henkilöt, jotka kokevat pientaajuisen melun hyvin häiritseväksi, ovat myös reagoineet voimakkaammin psykologisesti ja fysiologisesti altistuessaan sille (Yamada et al., 1984; Persson Waye, 1995; Persson Waye et al., 2001). Tapaustutkimusten perusteella henkilöt, joita pientaajuinen melu häiritsee, saattavat kehittää erityisen herkkyyden pientaajuisen melun lähteille, vaikka he muuten eivät olisikaan meluherk- kiä. Kokeellisissa tutkimuksissa yleinen meluherkkyys ja meluherkkyys pientaajuiselle melulle eivät ole korreloineet keskenään (Persson Waye, 2011). Ilmastointilaitteiden toimistoissa aiheuttaman melun vaikutuksia selvittäneessä tutkimuksessa, jossa mitattiin sekä yleinen meluherkkyys että herkkyys pien- taajuiselle melulle, todettiin, että vaste pientaajuiselle melulle oli hieman erilainen yleisesti meluherkillä ja pientaajuiselle melulle herkillä (Persson Waye et al., 2001). Meluherkät ovat usein herkkiä myös muille ympäristötekijöille ja ärsykkeille, esimerkiksi valolle, väreille, kivulle ja kosketukselle (Stansfeld et al., 1985). Meluherkkyyden yhteydestä muihin ympäristöherkkyyk- siin (kts. kappale 5.1.4.) on julkaistu joitain tutkimuksia. Niiden tulkinnassa on ongelmallista niissä käyte- tyt erilaiset tavat määrittää ja mitata eri ympäristöherkkyyksiä. Tuoreessa ruotsalaistutkimuksessa eri ympäristöherkkyyksien (kemikaaliherkkyys, sairas rakennus oireyhtymä, sähköyliherkkyys, meluherk- kyys) esiintyvyydessä todettiin päällekkäisyyttä. Siinä meluherkkyys mitattiin lyhyellä jokapäiväisten äänten kokemista selvittäneellä kysymyksellä (Palmquist et al., 2014). Ruotsalaistutkimuksessa sähköherkkien todettiin raportoivan liikenteen, naapureiden ja ilmastointi- kanavien melun häiritsevyyttä ainakin kaksi kertaa yleisemmin kuin verrokit (Hillert et al., 2007). Tuo- reessa ruotsalaistutkimuksessa itse raportoidun sähköherkkyyden ja ääni/meluherkkyyden esiintyvyy- dessä todettiin päällekkäisyyttä, mutta lääkärin toteaman sähköherkkyyden ja ääni/meluherkkyyden välillä päällekkäisyyttä ei todettu (Palmquist et al., 2014). Meluherkkyyden on joissain tutkimuksissa todettu liittyvän kemikaaliherkkyyteen (Andersson et al., 2008; Nordin et al., 2014). Suomalaisessa tut- kimuksessa meluherkkyyden ja monikemikaaliherkkyyden todettiin kuitenkin olevan eri ominaisuuksia, ja ne liittyvät eri somaattisiin, psykologisiin ja elintapatekijöihin (Heinonen-Guzejev et al., 2012). TYÖ- JA ELINKEINOMINISTERIÖN JULKAISUJA 28/2017 53 4.2 Tuulivoimamelun terveys- ja hyvinvointivaikutukset Anu Turunen, THL Tuulivoimamelulla on akustisia erityispiirteitä, joiden vuoksi se saatetaan kokea muuta ympäristömelua erottuvampana ja häiritsevämpänä. Äänen erityispiirteiden lisäksi tuulivoimamelun häiritsevyyteen vai- kuttavat tuulivoimaloiden ei-akustiset erityispiirteet kuten tuulivoimaloiden suuri koko ja korkeus, vilkkuva varjostus sekä lentoestevalot, jotka koetaan yleensä tavanomaista rakentamista merkittävämpinä mai- semallisina vaikutuksina. Tämän vuoksi esimerkiksi liikennemelun haitallisista melutasoista saatua tietoa ei voida välttämättä suoraan soveltaa tuulivoimaloiden tuottamaan meluun. Kuultavissa olevan tuulivoi- mamelun vaikutuksia on tutkittu tieteellisesti jonkin verran, mutta kaikki aiheeseen liittyvät vertaisarvioi- dut epidemiologiset tutkimukset on tehty poikkileikkausasetelmassa, eikä seuranta- tai tapaus-verrokki- tutkimuksia ole lainkaan. Pääosa tutkimuksista keskittyy häiritsevyyteen, unihäiriöihin, stressiin ja elä- mänlaatuun. Tuulivoimaloiden tuottaman pientaajuisen äänen ja infraäänen terveysvaikutuksia ei ole toistaiseksi tutkittu niin, että altistuminen olisi mitattu tai mallinnettu, mutta muutamia oireilua tarkastellei- ta tutkimuksia käsitellään tässä raportissa infraäänen terveysvaikutusten puolella. 4.2.1 Havainnoivat tutkimukset Häiritsevyys Tuulivoimamelun häiritsevyyttä koskevat tulokset perustuvat uusimpia kanadalaista, japanilaista, yhdys- valtalaista ja puolalaista tutkimusta (Kuwano et al., 2014; Magari et al., 2014; Pawlaczyk-Luszczynska et al., 2014a, 2014b, Michaud et al., 2016b, 2016d) lukuun ottamatta saman tutkimusryhmän osatutkimuk- siin Ruotsissa ja Alankomaissa (taulukko 4). Lähes kaikissa tutkimuksissa havaittiin positiivinen yhteys äänenpainetason ja häiritsevyyden välillä, mutta nähtävissä ei ollut selkeää kynnysarvoa, jonka jälkeen häiritsevyys yleistyisi selvästi. Kun äänenpainetaso ulkona oli ≥45 dB, tuulivoimamelun koki ulkona mel- ko ja/tai erittäin häiritseväksi 6–64 % vastanneista ja sisällä 2–31 % vastanneista. Lähes kaikissa tutki- muksissa ongelmana oli se, että vaikka tuulivoimamelun ja häiritsevyyden välinen yhteys ei todennäköi- sesti ole lineaarinen, mallinnuksessa ja tulosten esitystavassa tätä ei oltu huomioitu. Meta-analyysi kuu- desta poikkileikkaustutkimuksesta (Pedersen & Persson Waye, 2004, 2007; Shepherd & Billington, 2011; Bakker et al., 2012; Magari et al., 2014; Pawlaczyk-Luszczynska et al., 2014b) päätyi siihen, että tuulivoima-alueiden läheisyydessä asuminen on yhteydessä lisääntyneeseen häiritsevyyteen (OR 4,08; 95 % CI 2,37–7,04) (Onakpoya et al., 2015). Useissa edellä mainituissa tutkimuksissa raportoitiin, ettei äänenpainetaso ollut ainoa häiritsevyyttä selit- tävä tekijä. Tuulivoimamelun häiritsevyyteen oli yhteydessä äänenpainetason lisäksi mm. asenne tuuli- voimaa kohtaan (van den Berg et al., 2008; Janssen et al., 2011; Magari et al., 2014; Pawlaczyk- Luszczynska et al., 2014a; Klaeboe & Sundfor, 2016), meluherkkyys (Michaud et al., 2016d), tuulivoima- lasta saatava taloudellinen hyöty (van den Berg et al., 2008; Janssen et al., 2011; Michaud et al., 2016d), näköyhteys tuulivoimalaan sisältä asunnosta tai pihalta (van den Berg et al., 2008; Pedersen &