De ochtend van 25 december

Afgelopen nacht sliep ik vijf uur en twintig minuten, waarvan volgens de Sleep Cycle app (die de ademhaling analyseert) 17 minuten diepe slaap en volgens de Fitbit Charge (die de hartslag analyseert) 52 minuten diepe slaap. In beide gevallen ver onder de normale, ideale 90 minuten diepe slaap per nacht. 

Drie laptops voerden gelijktijdig geluidsmetingen uit: 1) de geluidsdruk in A-weging, 2) de geluidsdruk in Z-weging, en 3) spectrumanalyse.

Hieronder leg ik de resultaten van al deze metingen weer onder elkaar (deze pagina is een vervolg van Slaaponderzoek vanaf 14 december) om te zien of er sprake was van correlaties tussen het geluid en het verloop van de slaap. Voor nieuwe lezers zal ik weer uitleggen wat het verschil is tussen A-weging en Z-weging, en hoe de spectrumanalyse in z'n werk gaat.

De 17 minuten diepe slaap volgens Sleep Cycle is niet alleen kort, maar beslaat ook een uitzonderlijk laag percentage van de totale slaap, namelijk slechts 5% (normaal/ ideaal is zo'n 13 tot 23%).

Het beeld dat Fitbit schetst is wat minder zorgwekkend: 52 minuten diepe slaap, oftewel zo'n 15% van de totale slaap.

(Waarom zulke verschillen tussen Sleep Cycle en Fitbit? Sleep Cycle hanteert een wat strenger criterium voor wat als diepe slaap wordt aangemerkt. Fitbit laat in haar hypnogram de diepe slaap vaak wat eerder beginnen en wat langer doorgaan. Bij Sleep Cycle is op zulke momenten dan lichte slaap te zien. Het zijn beide slechts benaderingen van de feitelijke N3, die uitsluitend met EEG op basis van de hersengolven kan worden vastgesteld.)

Het hoorbare geluid (decibelmeting in A-weging) was gedurende deze nacht grotendeels stabiel rond de 40 dB, met heel af en toe uitschieters naar de 46 dB, bijvoorbeeld door een harde windvlaag of ander omgevingsgeluid.

De totale geluidsdruk (hoorbare én onhoorbare trillingen) lag zo'n 20 tot 30 dB hoger, tussen de 61 en 67 dB, met niet "heel af en toe" maar constant pieken en dalen, die we verderop nader zullen bekijken (door in te zoomen):

Omdat de lage frequenties (de laagste tonen) nauwelijks of in het geheel niet hoorbaar zijn, worden ze bij A-weging buiten beschouwing gelaten. Dit is voor veel toepassingen nuttig, maar bij het meten van windmolengeluid juist onzinnig, omdat windmolens bovenal laagfrequent geluid produceren. Ter illustratie, hieronder eerst de spectrumanalyse van afgelopen nacht met in beeld de frequenties die bij A-weging wél worden gemeten: 

In deze weergave staan oranje en geel voor een hoge geluidsdruk en paars voor de relatieve afwezigheid van trillingen. Omdat het bereik hier is ingesteld tussen de 150 Hz en 1200 Hz, het middenfrequente gebied, lijkt het hier bijzonder stil. De meting is uitgevoerd in een landelijke omgeving, zonder grote wegen in de buurt, op een rustig tijdstip (kwart voor tien in de avond). Links, rond de 200 Hz, is wel wat oranje te zien, en in de zwarte balk bovenaan is aan de gele lijn te zien dat de geluidsdruk rond deze frequenties wat hoger is, maar het is nog steeds "stil". Op dit moment gaf de decibelmeter in A-weging 40 dB weer: een normale, stille omgeving. "Niets aan de hand. Dit is wettelijk toegestaan."

Maar dan de spectrumanalyse inclusief de lage frequenties, zoals Z-weging het meet:   

Dit is Nederland in het windmolentijdperk. In dit geval gemeten in Bellingwolde, maar dit patroon is voor zover ik heb kunnen bepalen in geheel Nederland aanwezig: in Den Haag, in Zeist, in Arnhem, in Deventer, in Harderwijk, in Groningen, in Assen, in Lauwersoog en in Ter Apel. Enkel de intensiteit verschilt een beetje per locatie. Maar je hoeft niet vlakbij een windmolenpark te wonen om dit patroon te kunnen meten, of er (bewust óf onbewust) last van te hebben.

Meer over de Z-weging hier: Waarom dB(Z) relevant is voor windmolenonderzoek

Naast A-weging en Z-weging is er ook nog G-weging (hier besproken als een nuttige aanvulling op de Z-weging). Er zijn maar weinig decibelmeters die de G-weging beschikbaar hebben, laat staan betaalbare decibelmeters, en ik kan er daarom voorlopig geen gebruik van maken, maar bij deze weging worden juist de hoorbare geluiden buiten beschouwing gelaten. De focus ligt hierbij dus juist op de laagste 100 Hz. In de SpectrumLab watervalscherm zien de laagste 100 Hz er op deze locatie als volgt uit:

Van deze 100 Hz zijn vooral de laagste 5 Hz van belang voor dit slaaponderzoek, omdat de hersengolven tijdens de diepe slaap een frequentie hebben tussen de 0,5 en 4 Hz. In de SpectrumLab waterval gaat dat om dit frequentiegebied:

Hier beweegt het windmolengeluid dus binnen hetzelfde vaarwater als de deltagolven van de hersenen. En omdat het om infrasone trillingen gaat, spelen de oren niet echt een rol, aangezien infrasone trillingen rechtstreeks de schedel en hersenen laten trillen. Oordopjes kunnen het infrasone geluid dus niet blokkeren, en ook muren en ramen hebben er weinig invloed op. Verhuizen (bijvoorbeeld naar de Ardennen) is voorlopig de enige manier om de invloed van dit geluid te ontvluchten (zie ook LFN3.nl).

Voor dit slaaponderzoek bekijk ik het geluidsspectrum normaliter wat verder uitgezoomd. Voor vrijwel alle metingen op deze website heb ik SpectrumLab ingesteld op 0 tot 155 Hz.

Afgelopen nacht begon de avond binnen dat frequentiegebied als volgt:

Wat je hier ziet zijn de windmolens links en windvlagen (rondom het huis) rechts. De meeste geluidsdruk is in de vorm van infrasone trillingen, lager dan 20 Hz. Het typerende patroon van windmolenparken is hier te zien als verhoogde geluidsdruk onder de 35 Hz, met vooral veel intensiteit onder de 15 Hz.

In de decibelmeting, uitgevoerd met Room EQ Wizard (REW) en een gekalibreerde UMIK-1 meetmicrofoon, fluctueerde het geluidsniveau rond deze tijd tussen de 63 en 67 decibel, dus zo'n 23 tot 27 decibel hoger dan de meting in A-weging. Zowel de hogere geluidsdruk als de toename van fluctuaties (de constante pieken en dalen) zijn dus in de vorm van laagfrequent geluid afkomstig van de Nederlandse en Duitse windmolenparken in de omgeving.

In de Sleep Cycle hypnogram - de slaapgrafiek - is te zien dat ik ietsje later wel diepe slaap had, het donkerblauwe gedeelte van de lijn, maar onderbroken door een micro-arousal en veel korter dan normaal en gezond is (deze slaapfase hoort tussen de 20 en 40 minuten te duren):

Ik zal nu inzoomen in de REW grafiek om te zien hoe de geluidsdruk fluctueerde tijdens en na de diepe slaap. De diepe slaap begon om 21:56, werd onderbroken om 22:05, ging door om 22:14 en eindigde weer om 22:21. 

Om 22:02 fluctuaties (amplitude modulatie) tussen de 64 en 67 dB:

Ietsje uitgezoomd:

En in SpectrumLab (merk op dat er een soort zigzaggend patroon zichtbaar is tussen de 45 en 55 Hz, mede-verantwoordelijk voor de wisselingen in de geluidsdruk):

Om 22:05, het moment van de micro-arousal, een geluidsdruk die tussen de 62,5 en 66 dB fluctueerde:

Om 22:07 een enorme piek. Het verschil tussen het dal en de piek van de golf is hier meer dan 5 dB, want de geluidsdruk gaat in 12 seconden tijd van circa 62,6 naar 68,1 dB.

Tijdens deze piek was ik niet in de diepe slaap maar net twee minuten in een lichte slaap. Het is aannemelijk dat deze pieken en dalen het hervatten van de diepe slaap vertraagden.

In de hypnogram kun je zien dat de lijn, hoger in de grafiek, roze wordt. Dit is de REM-fase van de slaapcyclus, de droomslaap. Deze fase lijkt minder gevoelig te zijn voor laagfrequent geluid, in ieder geval wat de voortzetting ervan betreft (kwalitatieve verstoring blijft mogelijk en zou uitgebreider omderzocht moeten worden). 

Na de droomslaap zou je, na een korte overgang via de lichte slaap, een hervatting van de diepe slaap verwachten, maar die bleef hier uit. In plaats daarvan merkte Sleep Cycle twee micro-arousals (korte ontwakingen) op, om 23:12 en 23:18 uur:

Hier komen twee dingen samen:  1) het infrasone geluid van de windmolens maakt de diepe slaap moeizaam, en 2) een deel van de slaapdruk is weggevallen tijdens de eerste fase van de diepe slaap, waardoor het lichaam nu minder energie heeft om de verstorende invloed te weerstaan. Waar tijdens een normale slaapcyclus een tweede fase van diepe slaap was begonnen, blijft het hier bij lichte slaap, uiteindelijk gevolgd door weer een droomslaap, en daarna wéér lichte slaap en droomslaap.

De eerste micro-arousal van 23:12 vond plaats tijdens of direct na een flinke piek:

Bij de micro-arousal van 23:18 een iets rustiger beeld, maar nog altijd een flinke fluctuatie van de geluidsdruk:

In SpectrumLab zag dit deel van de nacht er zo uit (minder gezigzag tussen de 45 en 55 Hz, en in plaats daarvan een wat stabieler geluid tussen de 49 en 50 Hz):

Een volgende micro-arousal vond plaats om 01:42, op een moment dat er normaliter sprake zou zijn van diepe slaap.

In REW zag dat moment er zo uit:

En in SpectrumLab zo (geen bijzonderheden, gewoon windvlagen en een barrage aan laagfrequent geluid):

Een bijzonder hoge piek om 02:43 / 02:44 uur, ongeveer twee minuten voor het ontwaken (om 02:46 volgens Sleep Cycle en om 02:45 volgens Fitbit):

Dat is een stijging van ongeveer 63 dB naar 69 dB. 

Dit is overigens niet de piek die in de grafiek van de A-weging te zien is, want die piek vindt twee minuten later plaats, na het ontwaken, en toont zeer waarschijnlijk het geluid dat ik maakte nadat ik was opgestaan.

De piek van 02:44 is niet of nauwelijks zichtbaar in SpectrumLab: 

En aangezien het ook niet zichtbaar is in de grafiek van de A-weging, is het aannemelijk dat het om een fluctuatie van het infrasone geluid ging. De zichtbare horizontale strepen ietsje na 02:45 en vlak voor 02:50 zijn de geluiden die ik maakte na het opstaan.

Ter afsluiting nogmaals de Z-weging van de gehele nacht:

In grote lijnen dus een geluidsdruk rond de 64 dBZ, constante schommelingen tussen de 62 en 67 dBZ, en enkele pieken van wel 68 dBZ:

Het gevolg van slapen bij deze grotendeels onhoorbare trillingen? Verstoring van met name de diepe slaap, zo lijkt het, met bij langdurige blootstelling mogelijk ook een chronische vermindering van het vermogen diep te slapen (om dit te onderzoeken zou ik een aantal dagen of weken in de Ardennen willen gaan slapen, om te zien of de slaap daar snel of langzaam herstelt, en volledig of slechts ten dele):

En als het inderdaad zo is dat windmolengeluid de diepe slaap verstoort, en dit wetenschappelijk bewezen kan worden, dan heeft dat belangrijke implicaties. Mijn huidige hypothese is immers als volgt:

"De N3-slaapfase wordt gekenmerkt door laagfrequente hersenactiviteit (deltagolven van 0,5–4,5 Hz) en is daardoor potentieel gevoeliger dan andere slaapfases voor externe laagfrequente geluidstrillingen. Windturbines produceren zowel hoorbare als niet-hoorbare laagfrequente drukschommelingen, waaronder bladpassage-harmonischen en amplitude-modulatie rond vergelijkbare frequentiebanden.

Deze externe ritmes zouden — theoretisch — de intrinsieke langzame oscillaties van de N3 kunnen verstoren door fase-koppeling (entrainment) of door ritmische onderbreking van de diepe slaapdynamiek.

Verstoring van N3 leidt niet noodzakelijk tot volledig ontwaken: vaak gaat N3 onopgemerkt over in lichtere slaapfasen. Daarom is het onvoldoende om uitsluitend mensen te onderzoeken die aangeven last te hebben van windturbines. Ook mensen die volgens eigen zeggen “diep slapen”, evenals kinderen en dieren, kunnen met N3-verstoring te maken hebben zonder het bewust te merken.

Wanneer de eN3 (app-gemeten diepe slaap) herhaaldelijk verstoord raakt op momenten waarop specifieke laagfrequente geluidspatronen optreden, maakt dat verstoring van de daadwerkelijke N3 aannemelijk. Aanhoudende N3-verstoring impliceert potentiële ontregeling van het glymfatische systeem — verantwoordelijk voor nachtelijke hersenreiniging — wat mogelijk het risico verhoogt op neurologische aandoeningen, waaronder vormen van dementie en Alzheimer."

Met als aanvullende hypothese:

"Op basis van kleinschalig experimenteel slaaponderzoek - dat nu een maand gaande is - zijn we de afgelopen dagen tot de volgende voorlopige grenswaarden gekomen:

Tot ~56 dB(Z): diepe slaap mogelijk.

Rond 57 dB(Z): diepe slaap mogelijk, vooral direct na het in slaap vallen, maar kwetsbaar.

Rond 58-59 dB(Z): diepe slaap gefragmenteerd.

Vanaf ~60 dB(Z): diepe slaap vrijwel onmogelijk. 

Deze grenswaarden hebben betrekking op een huis nabij Windpark Rhede, waar een aantal oude, zeer luidruchtige windmolens staan. Of de grenswaarden ook op andere (modernere) windparken betrekking hebben, dient nog te worden onderzocht. De hierboven genoemde 58 dB(Z) kwam overeen met circa 42 dB(A), dus een verschil van circa 16 dB. 

Indien de grenswaarden correct zijn en ook voor andere windparken relevant, dan zou nieuwe wetgeving moeten worden geïmplementeerd die burgers 's nachts beschermt tegen geluidsniveaus hoger dan 56 dB(Z). Dit betekent dat windmolens van 19:00 uur (kinderbedtijd) tot 07:00 uur moeten worden stilgezet of afgeremd zodat het geluidsniveau bij de dichtstbijzijnde woningen te allen tijde onder de 57 dB blijft.

Let op: de bovenstaande waarden hebben betrekking op de nacht, wanneer het buiten stil is. Overdag is er veel meer middenfrequent geluid en kan het dus prima mogelijk zijn om tijdens een middagdutje bij 59 dBZ ongestoorde diepe slaap te beleven. Onze ervaring is dat bijvoorbeeld het geluid van vrachtwagens op circa 800 meter afstand wel zichtbaar is in SpectrumLab (tussen de 40 en 65 Hz), maar geen invloed heeft op het verloop van de diepe slaap. Het is namelijk wel laagfrequent geluid maar geen infrasoon geluid.

Deze aanvullende hypothese bevindt zich nog in een zeer vroeg stadium van ontwikkeling. De grenswaarden blijken niet elke nacht aan de slaap te correleren, en zullen zodoende beslist niet het hele verhaal zijn: niet alleen de algemene infrasone geluidsdruk speelt een rol maar ook bepaalde gebeurtenissen binnen dat infrasone spectrum. De genoemde waarden zijn slechts een benadering, en een vertrekpunt voor verder onderzoek.

Zeer waarschijnlijk is amplitude modulatie (AM) belangrijker dan de geluidsdruk in het algemeen. Wanneer de geluidsdruk in Z-weging fluctueert tussen de 64 en 68 dB, terwijl de geluidsdruk in A-weging stabiel 39 of 40 dB blijft, dan is de amplitude modulatie van het laagfrequente geluid 4 dB. Fluctueert het tussen de 60 en 70 dB, dan is de AM 10 dB." 

*****

Vrolijk Kerstfeest!