Nieuwsredactie TNO, 27 december 2000
Uit recent onderzoek door TNO TPD blijkt dat wind soms sterk negatieve effecten heeft op de effectiviteit van geluidsschermen langs bijvoorbeeld verkeerswegen. De huidige (wettelijke) rekenmodellen houden onvoldoende rekening met de invloed van wind op geluidsgolven.
Geluid is heel gevoelig voor wind. Hierdoor gaat geluid soms met een boogje over een geluidsscherm heen. Dit verschijnsel wordt refractie genoemd, en is voor lichtgolven ongeveer 400 jaar geleden al beschreven door Willebrord Snel. In feite reduceert wind de geluidsschaduw achter een scherm, zoals onderstaande plaatjes illustreren. Het plaatje links laat de schaduw zien in een situatie zonder wind (neutrale atmosfeer). Het plaatje rechts laat zien dat de schaduw kleiner is in een situatie met 'meewind,' dat wil zeggen wind van de bron naar het scherm.
Het effect van wind op de geluidsschaduw is extra groot doordat een scherm de wind aanzienlijk verstoort. Direct achter het scherm waait het nauwelijks, maar net boven het scherm waait het juist extra hard. Met name hierdoor is de geluidsschaduw veel kleiner dan zonder wind. Bij het opstellen van de wettelijke rekenmodellen voor geluid en geluidsafscherming, ongeveer twintig jaar geleden, is geen rekening gehouden met de extra reductie van de geluidsschaduw door de verstoring van de wind.
Metingen aan schaalmodellen in windtunnels, onafhankelijk van elkaar uitgevoerd in Nederland en Denemarken [1-4], laten zien dat de geluidsreductie door een scherm soms wel tien decibel minder is dan volgens de rekenmodellen. Het geluidsniveau is dan dus tien decibel hoger dan verwacht. Het gaat hier om posities achter een scherm die zónder wind in de schaduw liggen maar mét wind buiten de schaduw.
Berekeningen met een nieuw geavanceerd numeriek rekenmodel voor geluidsvoortplanting bevestigen het gemeten effect. Dit rekenmodel houdt nauwkeurig rekening met de invloed van wind en temperatuur op geluidsvoortplanting. Een voorbeeld van resultaten van dergelijke berekeningen is weergegeven in de plaatjes aan het einde van dit stukje.
De geluidsbelasting in de wettelijke rekenmodellen gaat uit van een geluidsniveau dat men kan beschouwen als een gemiddelde over alle weerssituaties die in de praktijk voorkomen, dus zowel situaties met meewind als situaties met tegenwind. Bij dit gemiddelde wegen hoge niveaus bij meewind zwaarder dan lage niveaus bij tegenwind. Daarom was het onderzoek gericht op situaties met meewind.
Naast meewind en tegenwind komt 'schuine' wind natuurlijk ook voor. Alle windrichtingen komen in de loop van de tijd in meerdere of mindere mate voor. Het windtunnelonderzoek geeft aan dat bij meewind soms effecten van tien decibel optreden, dus men kan verwachten dat bij schuine wind met een meewindcomponent ook aanzienlijke effecten optreden. Nader onderzoek moet uitwijzen hoe groot het effect gemiddeld over de verschillende windrichtingen is.
We hebben in het onderzoek gekeken naar situaties waarin de wind alleen verstoord wordt door het scherm. In de praktijk wordt de wind soms ook verstoord door andere obstakels, zoals bijvoorbeeld hoge gebouwen. Bij schermen langs spoorwegen vormt de trein een belangrijk obstakel. In sommige van deze situaties is het effect van wind mogelijk minder groot, maar ook hier is nader onderzoek nodig.
Resultaat van een berekening van afscherming van geluid door een scherm, in een situatie zonder wind (boven) en een situatie met wind (onder). De kleurenbalk rechts van de plaatjes geeft aan hoe hoog het relatieve geluidsniveau is, d.w.z. het geluidsniveau gecorrigeerd voor de afname van het niveau met de afstand (die altijd optreedt). De bron bevindt zich links in de plaatjes, op een hoogte van 1 meter. Het scherm is 6 meter hoog en bevindt zich op 30 meter afstand van de bron. Bij de berekening voor de situatie met wind is gebruik gemaakt van een windveld dat gemeten is in een windtunnel, waarbij de windsnelheid ver van het scherm 4 m/s op 10 meter hoogte bedroeg. Voor het geluid van de bron is geluid in de 250 Hz octaafband aangenomen in dit voorbeeld, een relevante frequentieband voor bijvoorbeeld verkeersgeluid. Uit de plaatjes blijkt bijvoorbeeld dat het niveau op 5 meter hoogte en 200 meter afstand van de bron (bij het kruisje in de plaatjes) ongeveer 10 decibel hoger wordt door de wind.
[1] K.B. Rasmussen en M. Galindo Arranz, "The insertion loss of screens under the influence of wind," Journal of the Acoustical Society of America, vol. 104, 1998, pp. 2692-2698.
[2] E.M. Salomons, "Reduction of the performance of a noise screen due to screen-induced wind speed gradients. Numerical computations and wind tunnel experiments," Journal of the Acoustical Society of America, vol. 105, 1999, pp. 2287-2293.
[3] E.M. Salomons en K.B. Rasmussen, "Numerical computation of sound propagation over a noise screen based on an analytic approximation of the wind speed field," Applied Acoustics, vol. 60, 2000, pp. 327-341.
[4] E.M. Salomons, "Effectiviteit van geluidsschermen op de tocht," Geluid, nr. 5, december 2000, pp. 131-133, 160.
Meer
lezen:
- reactie Hans van Leeuwen Geluidnieuws, 17 januari
2001
- kamervragen en
reactie Stichting Duurzame Mobiliteit,
Geluidnieuws, 31 december 2000.