Meetfout en spreiding bij geluidmetingen aan treinen Edwin Verheijen, dBvision, Vondellaan 104, 3521 GH Utrecht, mei 2008 1. Inleiding In het kader van het Innovatieprogramma Geluid heeft ProRail sinds 2006 een klein aantal onbemande geluidmeetposten geïnstalleerd op het hoofdspoornet. Deze geluidmeetposten zijn op specificatie gebouwd door twee verschillende leveranciers. Voor de herkenning van treinen maken deze meetposten gebruik van de electronische tags (Radio Frequency Identification tags) die NS voor onderhoudsdoeleinden op hun treinen heeft geïnstalleerd. Daarmee kunnen de reizigerstreinen automatisch worden herkend. Goederentreinen zijn op deze manier overigens niet te herkennen. Voor de analyse van de meetdata is een uitgebreid programma uitgevoerd. De belangrijkste onderzoeksvragen die beantwoord moesten worden betroffen vragen over het gemiddelde en spreiding van de emissie per treintype. Onder de treinen bevond zich ook een aantal stilgemaakte treinen waarvan de emissie in de tijd gevolgd moest worden. In dit artikel gaan we in op de variatie in meetwaarden tussen metingen aan vergelijkbare treinen en/of vergelijkbare locaties. Het gemeten passagegeluid van een bepaalde trein hangt af van een veelheid van parameters die samenhangen met het spoor en de nabije omgeving. Om de gemeten geluidniveaus van treinen te middelen en/of onderling te vergelijken, moeten de meetlocaties akoestisch gelijkwaardig zijn. De Technische Regeling van het Reken en Meetvoorschrift Geluidhinder stelt daarom eisen aan bovenbouwtype, railruwheid, meteokader, achtergrondlawaai, etc. De meetposten staan op locaties die in principe aan deze eisen voldoen. De railruwheid verschilt wel tussen de diverse locaties, maar de gemeten geluidniveaus worden hiervoor gecorrigeerd. Verder worden aanvullende gegevens (meteo, railtrillingen. passageduur, aantal bakken) gemeten waarmee afwijkende metingen kunnen worden getraceerd en uitgesloten. 2. Spreiding bij passages van dezelfde trein Bij geluidmetingen aan treinen treedt net als bij andere soorten metingen een zekere spreiding op, ook als steeds aan passages van dezelfde trein op dezelfde locatie (met dezelfde snelheid op dezelfde meetdag, dichtbij het spoor) wordt gemeten. Deze spreiding wordt mede verklaard doordat de trein steeds een iets andere rijlijn op de rails volgt, waarbij wielen en rails (dat zijn de belangrijkste geluidbronnen bij rolgeluid van treinen) een andere ruwheidsexcitatie ondergaan waardoor er variatie zal ontstaan in de geluidemissie. De standaard deviatie van de geluidniveaus van één specifieke trein die meerdere keren op dezelfde dag met dezelfde snelheid langs dezelfde spoorlocatie rijdt, ligt bij bemande geluidmetingen normaliter tussen 0,2 en 0,5 dB. Dit kan worden opgemaakt uit passagemetingen aan testtreinen (zie bijvoorbeeld [2]). Een vergelijkbare spreiding is gemeten bij de geluidmeetposten. Hiertoe zijn 22 treinen van type IRM, dit is een relatief stil treintype, gevolgd langs vier geluidmeetposten in de periode april tot juli 2006. De resultaten zijn gecorrigeerd voor snelheidsverschillen. Eerst is van elk van de 22 treinen de standaard deviatie berekend over zijn passages op elk van beide sporen van een geluidmeetpost. Vervolgens is per spoor het gemiddelde genomen van de standaard deviaties van de afzonderlijke treinen, zie tabel 1. De gemiddelde spreiding bedraagt 0,4 dB. Bij 5 treinen van type Mat64 werd een gemiddelde spreiding van 0,6 dB gevonden. Beide komen goed overeen met de genoemde bereik bij bemande metingen. Tabel 1: Spreiding IRM-treinen.
3. Spreiding per treintype Door op één locatie te meten aan zeer veel treinen van hetzelfde type, wordt de spreiding in de meetresultaten van dat treintype bepaald. Bij bemande metingen bedraagt deze normaliter tussen 0,5 tot 2 dB afhankelijk van het materieeltype. Dit kan bijvoorbeeld worden opgemaakt uit de IPG-onderzoeken naar raildempers en akoestisch slijpen uit de periode 2002-2004. De minste spreiding treffen we bij de diverse types reizigerstreinen. Bij goederentreinen is de variatie van ordegrootte 2 dB, omdat juist daar veel diversiteit is in de wagons: bijvoorbeeld verschillende aantallen assen en verschillende wagonlengten. Bij de geluidmeetposten worden vergelijkbare spreidingscijfers gevonden, zie tabel 2. In deze tabel is ook het categorienummer uit het Reken en Meetvoorschrift Geluidhinder opgenomen voor de verschillende treintypes, alsmede een indicatie van de wielruwheid. Een hoge wielruwheid zorgt voor een hoger rolgeluidniveau Tabel 2: Spreiding binnen de treintypes, gemiddeld over alle meetposten.
In deze lijst valt op dat de treintypes met een hoge wielruwheid in de meeste gevallen een geringere spreiding in geluidniveaus hebben dan treintypes met een lage wielruwheid. Kennelijk is er meer variatie in wielruwheid bij treinen met een lage wielruwheid dan bij treinen met een hoge ruwheid. Maar dit kan ook samenhangen met een beperkte nauwkeurigheid van de railruwheidscorrectie die is toegepast op de meetresultaten. Dit wordt in de volgende paragraaf nader toegelicht. 4. Meetlocaties 4.1 Correcties In de inleiding is reeds genoemd dat de meetlocaties aan een aantal eisen moeten voldoen die een vergelijking van meetresultaten mogelijk maken. Zo is het bovenbouwtype van het spoor bij de geluidmeetposten is steeds gelijk: NS90 betonnen dwarliggers, steenslag ballast, 54 E1 spoorstaven, FC9 onderlegplaatjes. Desalniettemin resteren er nog afwijkingen waarvoor gecorrigeerd zal moeten worden alvorens uitspraken te doen over de geluidemissie van een trein in relatie tot de nominale geluidemissie of emissies van andere meetlocaties:
De meetresultaten uit de vorige paragrafen zijn hiervoor gecorrigeerd. Naast deze corrigeerbare factoren blijven nog andere factoren over waarvoor geen eenvoudige correctiemethode bestaat: spoorligging, effectieve stijfheid van de onderlegplaten en ballast, dikte van de railkop. We bespreken hier de drie corrigeerbare afwijkingen, en kijken dan naar de resterende variatie in geluidniveaus. De snelheidscorrectie is het meest bekend. Grofweg stijgt de emissie van treinen met 1 dB(A) per 10% snelheidstoename. Als de materieelcategorie bekend is, kan de snelheidscorrectie echter met hoge nauwkeurigheid (tienden van dB’s) worden toegepast. De railruwheidscorrectie is opgenomen in de laatste versie van het Reken- en Meetvoorschrift. Voor deze correctie is het noodzakelijk railruwheidsspectra te meten. Er wordt gecorrigeerd naar gemiddelde ruwheid van het Nederlandse net. De waarde van de railruwheidscorrectie kan bij treinen met gladde wielen oplopen tot enkele dB’s. Indien nog grotere correctiewaarden zouden moet worden toegepast, loopt de nauwkeurigheid ervan terug en is het aan te bevelen het spoor bij de geluidmeetpost te slijpen. De akoestische overdracht kan ook verschillen van locatie tot locatie. Deze is van belang wanneer conform de Technische Regeling de gemeten geluidniveaus worden omgerekend naar emissiekentallen. De invloed van de omgeving van het spoor is aanmerkelijk beperkt sinds de meetafstand tot 7,5 m is teruggebracht (in RMV1996 was dat 25 m). Daardoor is nauwelijks meer van belang of het spoor op een talud ligt, of dat talud begroeid is en of er een zwakke meewind of tegenwind is, zie [3]. Wel is de werkelijke microfoonafstand van belang. Bij de meetposten te Willemsdorp en mindere mate Zeist is afgeweken van de standaard meetafstand van 7,5 m (1,2 m boven BS). De microfoon zou dan namelijk op een onveilige plaats staan. Met overdrachtsberekeningen is daarom een correctie bepaald om de meetwaarden terug te rekenen naar de standaardafstand van 7,5 m. 4.2 Variatie tussen de locaties Ondanks deze correcties resteert een redelijk grote plaatsafhankelijke variatie. Bij bemande metingen uit begin jaren negentig, waarbij van één Mat64-treinstel de railruwheid en geluidemissie op 30 locaties in Nederland is vastgesteld [4], trad na deze correcties een spreiding op van 1,5 dB. Bij deze 30 locaties waren enkele locaties met vrij ruwe rails. Tussen de meetposten, waarbij de gemeten railruwheid een lage tot matige waarde heeft, resteert na de correcties voor snelheid, ruwheid en overdracht nog een gemiddelde spreiding van 1,4 ± 0,3 dB bij IRM-treinen en 1,1 ± 0,2 dB bij Mat64-treinen. Het gaat daarbij om een gemiddelde over 22 IRM-treinen en 5 Mat64-treinen die langs alle meetposten reden. Omdat de spreiding bij IRM-treinen (gladde wielen) groter is dan bij Mat64 (ruwe wielen), bestaat het vermoeden dat de correctiemethode voor railruwheidsverschillen iets tekortschiet. Anders dan bij tabel 2 speelt hier namelijk geen variatie binnen het treintype meer mee. Deze spreiding tussen de meetlocaties, 1,1 dB voor Mat64 en 1,4 dB voor IRM, kan verder worden vergeleken met de spreiding binnen die treintypes. Voor Mat64 is dat 1,0 dB en voor IRM is dat 1,2 dB, gemiddeld per locatie. Kennelijk is de variatie binnen een treintype vrijwel even groot als de spreiding tussen de meetlocaties (na correctie voor snelheid, ruwheid en overdracht). 5. Conclusies De Technische Regeling van het Reken en Meetvoorschrift Geluidhinder schrijft voor aan welke uiterlijke kenmerken de meetlocatie moet voldoen en hoe er voor de railruwheidsverschillen tussen locaties moet worden gecorrigeerd. Uit een vergelijking van de spreiding bij verschillende types treinen na railruwheidscorrectie komen verschillen naar voren die duiden op het tekortschieten van die correctiemethode. Verschillen tussen de meetlocaties blijken niet volledig te kunnen worden geëlimineerd. De resterende verschillen tussen de meetlocaties zijn overigens van dezelfde orde van grootte als de spreiding binnen elk treintype, namelijk ruim 1 dB voor reizigertreinen. De spreiding bij herhaalde geluidmetingen aan één specifieke trein op één specifieke locatie is veel geringer, en bedraagt ongeveer 0,5 dB. Literatuur 1. Edwin Verheijen, Chiel Roovers, Jan van den Brink, “Statistical analysis of railway noise: trackside monitoring of individual trains”, paper S5.1, Proceedings of the 9th International Workshop on Railway Noise, Munich 2007. 2. Edwin Verheijen, juni 2005, ‘Bepaling geluidemissie Light Rail op basis van geluidmetingen aan A32-materieel’, rapport met kenmerk AEAT/05/4400024/017. 3. Edwin Verheijen, juni 2003, ‘Geluidreductie raildempers en slijpen, Proef Veenendaal (maart ‘03)’, rapport met kenmerk AEAT/03/2400113/011, zie www.innovatieprogrammageluid.nl 4. Pieter Dings, april 1994, ‘Spoorstaafruwheid, spoorstaafdwarsprofiel en geluid’, rapport met kenmerk CTO/7/10448/0021. Noot: Dit artikel is een verkorte weergave van het artikel “Meetfout en spreiding bij geluidmetingen aan treinen door onbemande geluidmeetposten” in NAG Journaal nr 183, september 2007.
|