De akoestiek van een TGV-replica; Nederlandse Spoorwegen onderzoekt geluidshinder treinen

De NS heeft een nieuwe meetopstelling in gebruik genomen om geluidsschermen te beoordelen. Afwijkende vormen en materialen kunnen snel worden uitgetest. De Betuwelijn en Hogesnelheidslijnen krijgen daardoor betere geluidswering.

IN DE WEILANDEN achter de spoordijk bij Loenersloot heeft de wind vrij spel. De eerste bebouwing is pas kilometers verderop. Het open landschap is ideaal om geluidshinder van treinen te meten. Maar toen de nieuwe meetopstelling van de Nederlandse Spoorwegen afgelopen dinsdag officieel werd ingewijd, verwaaiden de paraplu's van de onderzoekers in een ijzige novemberstorm.

De komende drie maanden zullen twintig verschillende geluidsschermen worden uitgetest op deze locatie. De gegevens die dit oplevert, zullen worden gebruikt voor de Betuwelijn en de Hogesnelheidslijnen. De onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om de geluiddemping sneller en goedkoper te kunnen meten. Normaal moet minstens 300 meter scherm langs het spoor worden opgebouwd om het effect te kunnen beoordelen. Een trein kan dan in zijn geheel achter het scherm verdwijnen. Als het scherm korter is, wordt de meting verstoord door het geluid dat rechtstreeks van de voorkant of achterkant van de trein komt. Als het gaat om TGV-geluiden, moeten de onderzoekers bovendien naar het buitenland. Een hogesnelheidstrein kan hier niet harder rijden dan zo'n 140 kilometer per uur. En juist bij hogere snelheden ontstaat extra geluid. Zo gaat de stroomafnemer vaak fluiten boven 200 kilometer per uur. De lucht die door de ventilatie-openingen naar binnen stroomt, zorgt daarbij voor extra geruis. Dat is alleen waarneembaar langs een buitenlands TGV-spoor, waar de trein op volle snelheid kan rijden.

Geluidsmetingen met echte treinen en echte schermen zijn om al deze redenen kostbaar. Met zo'n meting is al gauw een bedrag van enkele honderdduizenden guldens gemoeid. Vandaar dat een nieuwe meettechniek is ontwikkeld, waarmee het allemaal gemakkelijker gaat.

De NS heeft op een zijspoor bij Loenersloot een roestige goederenwagon neergezet, die een houten opbouw kreeg in de vorm van een hogesnelheidstrein. In de zijkant van dit decorstuk zijn op verschillende hoogtes luidsprekers aangebracht, die TGV-geluiden voortbrengen. Naast het spoor staat een kort stuk geluidsscherm. Acht microfoons in het weiland vangen de geluiden op.

De slimheid van deze opstelling zit hem vooral in de manier waarop de vastgelegde geluiden worden verwerkt. Zonder voorzorgen hebben de microfoons last van stoorgeluiden. Een deel van het geluid buigt langs de zijranden van het dertig meter lange scherm en bereiken daardoor toch de geluidsregistratie. Daarmee ontstaat geen natuurgetrouw beeld van de schermen die in werkelijkheid vaak kilometers lang worden.

Om de storende invloed van de randen te verminderen, zijn de microfoons extreem richtgevoelig gemaakt. Dat is bereikt door de geluiden die opgevangen worden in de computer met elkaar te vergelijken. De microfoons staan in een rij en registreren daarom vrijwel gelijktijdig de geluiden die recht van voren komen. Geluid van de zijkanten van het scherm komt schuin aan, en wordt daarom door de ene microfoon net iets eerder geregistreerd dan door de andere. Op die manier kunnen schuin invallende geluiden door de software worden herkend en weggefilterd.

Door deze truc is maar een kort scherm nodig. Zo kunnen de onderzoekers in korte tijd twintig verschillende schermen uitproberen. Daarbij wordt ook de hoogte van de schermen gevarieerd en de afstand tot de trein. Telkens als de onderzoekers in Loenersloot een bepaald geluidsscherm hebben gemeten, wordt de TGV-replica weggereden, en komt er een goederenwagon voor in de plaats. De geluidsweerkaatsing aan de zijkant van bijvoorbeeld een container is namelijk aanzienlijk anders dan bij de glad afgewerkte TGV. Er zullen daarom voor de Betuwelijn en de Hogesnelheidslijnen waarschijnlijk twee verschillende types geluidsschermen worden gekozen.

De metingen worden uitgevoerd in samenwerking met de Franse en Italiaanse spoorwegen, TNO, en enkele fabrikanten van geluidsschermen. Aan het begin van het project is een groot aantal vormen voor geluidsschermen bedacht. De variatie zit vooral in de afwerking van de bovenrand, het dempingsmateriaal, en de vorm. Zo zijn er schermen bedacht die naar de trein toe hellen of die een T-stuk aan de bovenkant hebben. TNO en de Franse spoorwegen hebben daarna een poging gewaagd om de akoestische eigenschappen van de verschillende vormen te berekenen met een computer. De moeilijkheid zit daarbij vooral in de voortplanting van het geluid langs de bovenrand van het scherm. De geluidsgolven worden op die plaats iets afgebogen en kunnen daardoor via een omweg toch nog de grond bereiken.

AFWIJKENDE VORMEN

Een schatting van die afbuiging is dus een belangrijk ingrediënt voor akoestische berekeningen. En juist dat blijkt lastig voor de afwijkende vormen die de onderzoekers hebben bedacht voor de bovenkant van hun schermen. Wel zijn de berekeningen nuttig om het effect van aanpassingen in de vorm te bestuderen. Helpt het om het scherm iets te laten hellen? Hoeveel scheelt het als we extra dempend materiaal aan de binnenkant aanbrengen? Aan de hand van dergelijke variaties zijn de eerste ideeën over schermvormen bijgesteld en zijn de meest belovende schermen geselecteerd. Maar om de prestaties van deze types echt te doorgronden, zijn metingen in de praktijk nodig.

Voor een deel zijn de schermen in het klein uitgetest. TNO heeft de schermen nagebouwd op een schaal van 1:32. Daarachter werd een zelfgebouwde speelgoed-TGV neergezet. Ook de akoestische eigenschappen zijn daarbijaangepast aan de schaal. Geluidsgolven moeten 32 keer zo klein worden om op dezelfde manier te kunnen weerkaatsen en afbuigen als in de grote werkelijkheid. Dat betekent dat de toonhoogte veel hoger wordt. Uit het treintje klinkt daarom een hoog gesis, dat gedeeltelijk boven de menselijke gehoorgrens ligt. Een dergelijke aanpassing is nodig voor de materialen die worden gebruikt.

De onderzoekers hebben lang gezocht naar kiezelsteentjes die het geluid weerkaatsen op een manier die vergelijkbaar is met het puin dat in het ballastbed van de rails wordt gebruikt. Ongeveer tien verschillende schermen zijn zo op schaal uitgetest. Daarbij zijn vormen gevonden die goedkoper te produceren zijn dan de huidige schermen, en het lawaai aanzienlijk beter tegenhouden. Welke vorm het uiteindelijk wint, zal moeten blijken uit de metingen bij Loenersloot. Want de akoestische eigenschappen zijn bij de schaalmodellen wel nagebootst, maar helemaal precies lukt dat nooit. Het winnende scherm zal in Frankrijk worden uitgeprobeerd naast een TGV-lijn. Ongeveer gelijktijdig zal een proefscherm voor goederentreinen langs een Italiaans spoor worden opgebouwd. Want er gaat niets boven helemaal echt.

    • Bram Vermeer