Einfluss der natürlichen Umgebungsgeräusche bei der Wahrnehmung von Windturbinen

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1 Einfluss der natürlichen Umgebungsgeräusche bei der Wahrnehmung von Windturbinen Bachelorarbeit Jan-Torben Girault Leiterin der Arbeit Prof. Dr. Adreinne Grêt-Regamey Betreuer/in der Arbeit Dr. Kurt Heutschi Madeleine Manyoky Dr. Ulrike Wissen Hayek Zürich den

2 I Vorwort Die Welt befindet sich in einer Ära des Energiewandels. Die Art und Weise wie die Menschheit mit ihrer Energieversorgung umgeht, wird sich sehr wahrscheinlich in den nächsten paar Jahren ändern. Es gibt viele verschiedene Aspekte, die bei der zukünftigen Energieversorgung zu betrachten sind. Die Wirtschaft ist diesbezüglich einer der grössten und einflussreichsten Aspekte, aber es wurde auch gezeigt, dass politische und soziale Aspekte einen sehr starken Einfluss auf die zukünftige Energieversorgung haben können. Ein Beispiel dafür ist die Reaktion der Politik auf die abweisende Haltung des Volkes gegenüber Atomkraftanlagen, die in Deutschland und auch in der Schweiz vom Volk grösstenteils als unerwünscht gelten. Darauf reagierte die Politik, in dem sie Atomkraftwerkanlangen in einer nahen Zukunft abschalten wollen. Die Fukushima-Atomprobleme von Anfang März 2011 hatten hauptsächlich in der westlichen Bevölkerung eine Unsicherheitswelle ausgelöst, womit auch die Anti-Atomkraftbewegung einen grossen Aufschwung erfahren hat. Auch die Schweiz muss nach neuen Energiequellen suchen. Einen Blick in die Zukunft zeigt uns zwei Szenarios [1]: Einen hohen und einen niedrigen Schweizer Energieverbrauch. Der Populationszuwachs und das Bruttoinlandsprodukt (BIP) für die Schweiz in 2050 wurden vom Bundesamt für Statistik ausgerechnet [1]. Das Bundesamt für Energie teilt den Verbrauch in Sektoren auf, die entweder dem BIP oder der Bevölkerung zugeteilt werden kann. Mit diesen Zahlen können wir den zukünftigen Energieverbrauch für 2050 ausrechnen. Im Vergleich zum Verbrauch von ungefähr 64 TWh/a für das Jahr 2010, werden für 2050 in der Schweiz ein maximaler Verbrauch von ungefähr 91 TWh/a beziehungsweise ein minimaler Verbrauch von ungefähr 80 TWh/a prognostiziert [1]. Wenn die Schweiz auf die Atomkraftanlagen zukünftig verzichten muss, werden 38% der 2010 produzierten Energie verschwinden. Fazit: Der Energiebedarf wird voraussichtlich weiterhin ansteigen, hingegen verringert sich die Energieverfügbargkeit. Das bedeutet, dass zwingend neue Lösungen gefunden werden müssen. Die Bevölkerung soll In dieser Situation wichtige Entscheidungen treffen. Deswegen ist es wichtig, dass sie die besten Informationen über ihre Möglichkeiten bekommen. In der Schweiz hat die Bevölkerung einen grossen Einfluss auf die Entscheidungen, die unsere Energiepolitik bestimmen. Im Fall von Windkraftanlagen sind die Argumente dafür oder dagegen oft mit Emotionen verbunden, wie dies zum Beispiel im Kostenlosen Wochenblatt von Moudon ( ) geschrieben wurde: Le non-respect de la santé des populations de la région du Gros-de Vaud et du Jorat et de la beauté de ses paysages conduit des producteurs d électricité tels que le Groupe ALPIQ et la ROMANDE ÉNERGIE à vouloir implanter plus de 60 usines électriques au sommet des piliers gigantiques, [2]. Freie Übersetzung: Die Nicht-Respektierung der Bevölkerungsgesundheit und der Schönheit der Landschaften der Region Gros-de-Vaud und Jorat, treibt die Stromkonzerne wie ALPIQ und ROMANDE ENERGIE dazu, mehr als 60 Elektrizitätfabriken auf gigantischen Pfeilern aufzubauen. Dieser Artikel spricht auch von den Einflüssen der wirtschaftlichen Aspekte und erläutert den Fall eines möglichen Konkurses der Stromkonzerne. Zudem wird die Frage gestellt, was sollte im Falle eines Konkurses mit den Windkraftanlagen passieren. Im Artikel wurden über die Defizite zwar Zahlen benutzt aber keine Referenzen angegeben. Auch der Titel des Artikels Eoliennes: un véritable danger nous guette (Windkraftanlagen: eine wahrhaftige Gefahr droht ) lässt auf einen emotionalen Eindruck der Bevölkerung und die Einstellung gegenüber den Windkraftanlagen deuten. Bachelorarbeit -2- Jan-Torben Girault

3 Die Wahrnehmung der Windturbinen in der Landschaft hat hier einen grossen Einfluss, welche auch in dieser vorliegenden Arbeit eine Hauptrolle spielt. Die Informationen zu geplanten Windparkszenarien müssen möglichst nah an der zukünftigen Realität sein, unbeeinflusst von persönlichen politischen Meinungen. Es ist also im Interesse von allen, dass möglichst genaue und realitätsgetreue Informationen zu zukünftigen Windparkprojekten zur Verfügung stehen. Dies ist auch das Hauptanliegen des Projektes VisAsim (Visual-Acoustic Simulation for Landscape impact assessment of wind farms, [3]), in dessen Rahmen diese Arbeit durchgeführt wird. Neben der visuellen Aspekte einer Simulation sind auch Geräusche sehr wichtig um die Wahrnehmung zu verbessern. In früheren Zeiten des Kinos, als es noch die Stummfilme gab, wurde Musik gespielt um zusätzliche Informationen wie Emotionen zu vermitteln. Die Informationen, die die Geräusche übertragen, können also benutzt werden, um die Zuschauer in eine Atmosphäre zu bringen die ihnen zum Beispiel familiär ist. Studien zeigen, dass das Einfügen von korrekter Geräuschinformation wichtiger ist, als zum Beispiel eine komplette realistische Vegetation abzubilden [4]. Ausserdem ist es wichtig, Ton abzuspielen, um den Realismus, die Aufmerksamkeit und die Wiedererkennung zu verbessern[4]. Ich möchte mich hier schon ganz herzlich bei Madelein Manyoky und bei Dr. Kurt Heutschi für die Betreuung bedanken. Prof. Dr. Adrienne Grêt-Regamey und Dr. Ulrike Wissen Hayek, die mir diese Arbeit im PLUS ermöglicht haben, ebenfalls vielen Dank. Danke noch an alle Probanden, die in den Studien teilgenommen haben. Für die hilfe an der herstellung des Fragebogens und für die Inputs über die Simulationen, möchte ich Prof. Dr. Rob Ribe bedanken. Bachelorarbeit -3- Jan-Torben Girault

4 II Zusammenfassung In einer Periode des Energiwandels, wo neue erneuerbare Energiequellen gefordert werden, müssen Bevölkerung und Politik die Zukunft unserer Energie entscheiden. Es wird viel diskutiert und sehr verschiedene Meinungen werden gegeben, trotzdem müssen bald Entscheidungen getroffen werden. Um der Bevölkerung in ihrer Entscheidung zu helfen, ist es wichtig ihnen Informationen zu geben. Dies ist auch das Hauptanliegen des Projektes VisAsim (Visual-Acoustic Simulation for Landscape impact assessment of wind farms). Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Windkraftenergie und ihrer Darstellung. Es werden visuelle und akustische Simulationen einer oder mehrere Windturbinen gekoppelt. In der visuellen Simulation ist auch die Landschaft zu sehen, während in der akustischen nur die Windturbine zu hören ist. Allerdings sind Geräusche ein wichtiger Teil einer Simulation und es soll getestet werden, ob Umweltgeräusche einen Einfluss auf die Wahrnehmung der Simulationen hat. Um dieses Ziel zu erreichen wird diese Arbeit in zwei Phasen aufgeteilt. Erste Phase: Test von zwei Mikrophonen zur optimalen Aufnahme der Umgebungsgeräusche Zweite Phase: das Testen der Wahrnehmungsveränderung mit und ohne Umgebungsgeräusche In der ersten Phase werden die zwei Mikrophone in verschiedenen Umgebungssituationen getestet, um zu sehen, welche Fähigkeiten sie besitzen. Dafür wurden drei Standorte ausgewählt: Strasse, Stadtrand und Wald. Die drei Orte befinden sich in Affoltern in relativer Nähe. Die Aufnahmen sind im Frühling bei schönem Wetter gemacht. Die zwei getesteten Mikrophone heissen Soundfield und vier Nirenmikrophone. Das Soundfield ist ein Gerät das vier unterschiedlich orientierte Mikrophone auf einem Kopf besitzt. Es benötigt zwei Software Operationen um ein bearbeitbares Format zu erzeugen. Es besitzt einen Windschutz, der noch von einem Fell überzogen werden kann, um seine Windschutzfähigkeit zu erhöhen. Die vier Nierenmikrophone sind vier herkömmliche Mikrophone mit einem kleinen individuellen Windschutz, die auf eine kleine Struktur montiert sind. Sie besitzen alle einen 90 Winkel zu einander, um die Umgebung optimal aufnehmen zu können. Um diese Mikrophone schliesslich testen zu können, muss es ein Wiedergabesystem geben. Dafür wird das MVAL (Mobile Virtual Acoustic Lab) benötigt. Es besteht aus einer Struktur mit Vorhängen, als Schalldämpfer und fünf Lautsprechern, die in einem Pentagon platziert sind. Dieses Labor erlaubt einer oder mehreren Personen eine akustische und visuelle Simulation abzuspielen. In der ersten Phase werden nur Geräsuche getestet. Mittels eines Fragebogens werden für jeden Standort vier Fragen gestellt: Welches Mikrophon hat die bessere Ortung, bei welchem Mikrophon gibt es weniger Windrauschen, welches der zwei Mikrophone konnte Vögel am besten reproduzieren und schliesslich mussten Probanden eine Aussage machen, welches Mikrophon ihnen generell besser gefallen hat. Es nahmen 17 Personen an diesem Test teil. Mit Hilfe der Antworten werden Grafen hergestellt, die zeigen, dass generell der bessere Windschutz vom Soundfieldmikrophon eine reelle Auswirkung hat. Zu dem konnte dieses Mikrophon an den Standorten, die Vögel hatten, bessere Aufnahmen von Vogelgezwitscher machen. Auch bei der Ortung und bei den generellen Fragen hat das Soundfield besser abgeschnitten. Die Strasse ist die einzige Situation, wo das andere Mikrophon besser bewertet wird. Die stark befahrene Strasse wird aber als wenig relevant für die Aufnahme von Bachelorarbeit -4- Jan-Torben Girault

5 Umweltgeräuschen bei Windturbinen bezeichnet. Aus den genannten Gründen wird das Soundfieldmikrophon für die zweite Phase des Projektes ausgewählt. In der zweiten Phase des Projektes wird aufgrund der hörbaren Umgebungsgeräusche in den Referenzvideos des VisAsim eine Annahme gemacht, dass Impulspegel wie Kuhglocken und Vogelgezwitscher eine repräsentative Wirkung der Umweltgeräusche zeigen. Für die Aufnahme des Vogelgezwitschers wird ein Ort im Jorat (VD) ausgewählt, weil es dort nur sehr sporadisch Strassenund Flugverkehr und keinen Zuglärm gibt. Aufgrund des kalten Frühlings und daher der Tatsache, dass Kühe im Stall blieben gab es keine aufnehmbaren Kuhglockengeräusche. Um die Vögel gut zu erfassen, wurde ein windstiller, sonniger Frühlingsmorgen ausgesucht. Die Aufnahme findet auf einem Feld in der Nähe eines Waldes statt. Die aufgenommenen Vogelgezwitscher müssen mit drei existierenden Situationen Simulation des ViasAsim verknüpft werden. Es werden 15 Sekunden ausgesucht, die auf alle drei Situationen gleich implementiert werden. Die Simulationen sind auch 15 Sekunden lang. Ein Highpassfilter wird noch angebracht um alle nicht notwendigen Geräusche zu löschen. Dieser befindet sich bei 1495 Hz, da Vogelgezwitscher sich deutlich bei höheren Frequenzen befindet. Um herauszufinden ob die Wahrnehmung mit Vogelgezwitscher verbessert wird, wird hier ein Fragebogen unter der Betreuung von Prof. Rob Ribe der Universität von Oregan hergestellt. Dieser stellt zwei Hauptfragen: Wie realistisch und wie angenehm werden die Simulationen empfunden? Dies wird im Fragebogen zuerst als allgemeine Frage abgefragt, und dann in verschiedene Unterfragen aufgegliedert, um spezifische Antworten zu den Windturbinen, den Geräuschen und zum Standort (in der Landschaft) zu erhalten. Dazu wird noch gefragt wie aufregend/spannend die Simulationen sind und wie störend die Windturbinen in der Landschaft sind. Ganz am Schluss gibt es noch die Möglichkeit einen Kommentar abzugeben. Mehrere Teilnehmer benutzen diese Angelegenheit nicht und sagen lieber ihre Meinung mündlich. Am Test nahmen 26 Personen teil. Davon sind 11 Frauen und 15 Männer, die fast alle zwischen 20 und 25 Jahre alt sind. Alle Ergebnisse werden mit einem Statistiktest mit einem Signifikanzniveau von 5% geprüft. Die zwei wichtigsten Fragen des Fragebogens sind: Wie sehr haben Sie die Landschaftswahrnehmung als angenehmen empfunden? Wie sehr haben Sie die Landschaftswahrnehmung als ähnlich zu dem einer reellen Landschaft empfunden? Diese beiden Fragen werden besser in den Videos mit Vogelgezwitscher bewertet. Fazit: Vögel reichen aus um eine Wahrnehmungsverbesserung festzustellen Simulation wirkt realistischer mit Vögeln Vogelgezwitscher machen die Simulation angenehmer Vögel geben eine akustische Referenz, die uns erlaubt, die Lautstärke der Windturbine einzuschätzen Obwohl der letzte Punkt nur eine qualitativ Aussage macht, ist er ein wichtiger Aspekt, um Umweltgeräusche in Simulationen zugerechtvertigen. Bachelorarbeit -5- Jan-Torben Girault

6 III Inhaltsverzeichnis Titelseite 1 I Vorwort 2 II Zusammenfassung 4 III Inhaltsverzeichnis 6 1 Einleitung 7 1 a Ausgangslage und Situationsanalyse 7 1 b Zielsetzung 7 1 c Methodik und Vorgehen 8 2 Das geeignete Mikrophon zur Aufnahme von Umgebungsgeräusche 9 2a Eigenschaften der beiden Mikrophon e 9 2b Herstellung der Aufnahmen 10 2c Aufbau des Fragebogens 19 2 d Durchführung des Experiments 19 2e Ergebnisse 20 3 Die Wahrnehmung mit und ohne Umgebungsgeräusche 22 3 a Herstellung der Aufnahmen und Verknüpfung mit den Videos 22 3 b Aufbau des Fragebogens 26 3 c Durchführung des Experiments 27 3 d Ergebnisse 28 4 Interpretation und Diskussion Ergebnisse 34 5 Schlussfolgerungen und Ausblick 35 6 Literatur- und Quellenverzeichnisse 36 A Anhang, Beilagen 37 Bachelorarbeit -6- Jan-Torben Girault