Herrie om Schiphol; ARRAY-TECHNOLOGIE BIEDT DOELTREFFENDE METINGEN VAN VLIEGTUIGLAWAAI

Opnieuw is er heisa rond Schiphol. De discussie wordt bemoeilijkt doordat de hoeveelheid vliegtuiglawaai niet zozeer wordt gemeten maar berekend. Delftse array-technologie kan hier te hulp schieten.

VLIEGTUIGEN maken lawaai, maar hoevéél lawaai? “Het in situ meten van het aantal decibel dat een bepaald vliegtuig produceert is technisch lastig”, zegt dr.ir. M.M. Boone, bij de opleiding Technische Natuurkunde van de TU Delft verbonden aan de sectie Akoestische beeldvorming en Geluidbeheersing. “Zo'n meting is vooral interessant op een zonegrens rond Schiphol, daar is hij bepalend. Maar het probleem is dat je altijd te maken hebt met verstoringen. Dat kunnen omgevingsgeluiden zijn, maar ook geluiden van andere vliegtuigen, het weer of de bodemgesteldheid. Een standaard meetmicrofoon is rondom gevoelig, hij pikt alles op. Een vliegtuig volgen met richtinggevoelige microfoons vergt een mechanische inrichting. Die is niet alleen moeilijk te verwezenlijken, ook kun je er maar één vliegtuig tegelijk mee monitoren.”

Vliegtuiglawaai valt onder de luchtvaartwet van het Ministerie van Verkeer en waterstaat, waarbij de Rijksluchtvaartdienst is belast met de controle op de naleving. De huidige normen zijn gebaseerd op de Kosten-eenheid (Ke), in de jaren zestig in het leven geroepen door de Delftse hoogleraar C.W. Kosten. Deze maat, die overigens uitsluitend in Nederland wordt gebruikt, is een cumulatieve jaargrootheid. Erin verwerkt zijn de samenstelling van de luchtvloot die Schiphol aandoet, het aantal vluchten, de verdeling over de aanvliegroutes, de meetlocatie, een definitie van 'hinder' en een straffactor voor nachtvluchten. Waarmee ook de psychologie en de politiek de uitkomst beïnvloeden.

Boone: “Door Kosten is indertijd een verband gelegd tussen het maximale geluidniveau in decibel van een passerend vliegtuig en de optredende hinder, vastgesteld via enquêtes afgenomen bij omwonenden. Is dat voor Schiphol geen onredelijk uitgangspunt, bij kleine vliegvelden, waar pleziertoestellen aanhoudend rondjes draaien, ligt dat anders. De commotie rond vliegveld Beek heeft geleid tot de invoering van een nachtnormering. Die houdt, in tegenstelling tot de Kosten-eenheid, wel rekening met tijdsduren en vormt zo de basis voor de zonering van de hoeveelheid slaapverstoring.”

Kosten heeft de zaak zo genormeerd dat het aantal ernstig gehinderden op een bepaalde plaats gelijk is aan de hoeveelheid Ke ter plekke minus tien. Bij 35 Ke, de contour waarbinnen de wetgever geluidsisolatie dan wel sanering van woningen noodzakelijk acht, zou dus een kwart van de bewoners flinke lawaaioverlast ondervinden. Door alleen het maximale geluidsniveau in de berekeningen mee te nemen, in plaats van te sommeren over langere tijd, bereikte Kosten een vereenvoudiging die in een tijd dat meetapparatuur niet zonder meer aan computers viel te koppelen goed van pas kwam.

VERMEEND

Hoewel door Kosten altijd is benadrukt dat werkelijk uitgevoerde metingen aan de basis van zijn methode hoorden te staan, wordt er in de praktijk vooral gerekend. Geluidsniveaus worden niet afgelezen van instrumenten, maar zijn ontleend aan tabellen waarbij vliegtuigen in categorieën zijn ingedeeld. Wel worden voorspelde aantallen Kosten-eenheden achteraf gecontroleerd aan de hand van radargegevens die precies vertellen hoeveel vliegtuigen van welk type op welke baan zijn geland of vertrokken. Boone: “Weliswaar houdt Schiphol er een eigen monitoringsysteem op na, geluidgegevens waar ik sterk in geïnteresseerd ben, maar men treedt er niet mee naar buiten en ook in de controleberekeningen spelen ze geen rol. Dus verloopt de politieke besluitvorming rond Schiphol op basis van een vermeende hoeveelheid lawaai, in plaats van op nette metingen van het werkelijke geluid.”

Intussen staat ook de relatie tussen het aantal Kosten-eenheden en de hoeveelheid ervaren hinder ter discussie. Zo is een groot aantal klachten afkomstig van een klein aantal omwonenden. Ter verbetering van alle onduidelijkheden stelde prof.dr.ir. A.J. Berkhout, in Delft de opvolger van Kosten, eind vorig jaar een nieuwe aanpak voor: dynamisch lawaaimanagement. Centraal hierin staat een meetnetwerk dat van elk vliegtuig op elk moment tijdens het landen of opstijgen op een aantal plaatsen rondom Schiphol nauwkeurig het geluidsniveau meet. Als deze gegevens instantaan de verkeerstoren ter beschikking staan kan de vluchtleiding, aldus het voorstel van Berkhout, op basis daarvan beslissen waar, hoe en wanneer de start of landing zijn beslag moet krijgen. De ene keer bijvoorbeeld steil ervandoor gaan op vol vermogen, bij een volgende vlucht rustig langzaam klimmen. Verder stelt de Delftse hoogleraar voor om klachten te koppelen aan de werkelijke geluidverdeling, wat een betrouwbaarder dosis-effect relatie moet opleveren dan enquêtes kunnen leveren.

Ter uitwerking van het plan Berkhout is Boone in Delft aan de slag gegaan met array-technologie. De eenvoudigste uitvoering van dit meetsysteem is een rij gekoppelde microfoons. Afhankelijk van de geluidsfrequentie die je wilt meten, moeten die microfoons op een bepaalde afstand van elkaar staan - bij 1 kHz zo'n 15 centimeter. Door met speciale signaalverwerkingstechnieken microfoons met elkaar te combineren zijn zelfs met een sparse array, waarbij uit de rij een aantal microfoons wordt weggelaten, meerdere octaven tegelijk te bestrijken.

MOEITELOOS

Het natuurkundige principe achter de array-technologie is dat een geluidsgolf niet alle microfoons tegelijk bereikt maar ze na elkaar aandoet. Uit de faseverschillen die aldus tussen de signalen van de individuele microfoons optreden valt de richting en de sterkte van de geluidsbron te reconstrueren. Ook kan een array moeiteloos meerdere bronnen tegelijk elektronisch monitoren. Het is in wezen dezelfde techniek als die bij de radiotelescoop Westerbork wordt toegepast. Alleen gaat het in Drenthe om (elektromagnetische) radiogolven in plaats van geluidsgolven, en zijn er minder 'microfoons' nodig door één telescoop verrijdbaar op te stellen.

Boone deed begin jaren tachtig ervaring op met array-technologie toen hij als stafmedewerker en promovendus van Berkhout onderzoek deed naar lawaai in de industrie. Aanleiding was de Wet Geluidhinder die tot zonering van geluidniveaus noopte. Boone: “Ik heb in mijn promotie-onderzoek op basis van een sparse array een synthetiserende akoestische antenne ontwikkeld, Syntakan gedoopt. Dat ontwerp is overgenomen en vercommercialiseerd door de Technisch Physische Dienst van TNO. Door de microfoons niet langs een lijn te plaatsen maar in de vorm van een T op te stellen, bereik je dat je naast de horizontale richting ook de hoogte van het geluid weet, onder andere belangrijk bij geluidsmetingen aan passerende treinen.”

In zijn Delftse laboratorium heeft Boone een aantal configuraties aan sparse arrays doorgerekend met als geluidsbronnen gesimuleerde vliegtuigen. Voor de signaalverwerking blijkt het het handigst als het array in de richting van het naderende vliegtuig wijst. Boone: “Om dit in een vaste opstelling van microfoons te realiseren is in principe een driedimensionale configuratie nodig, dan kun je altijd in de gewenste richting een lijn aan microfoons aansturen. Maar door de sparse array-aanpak volstaat in de praktijk de vorm van een kruis met een staander. Met een simulatie-opstelling van 46 microfoons, die de octaven tussen 250 Hz en 2000 Hz oppikken, krijg ik goede resultaten.”

Graag zou Boone bij Schiphol een prototype neerzetten om te kijken hoe de simulatie-uitkomsten zich verhouden tot de weerbarstige praktijk. “Meten is weten. Alleen, zo'n opstelling kost al gauw een half miljoen en wie zal dat betalen? De Rijksluchtvaartdienst? Schiphol? De Stichting Technische Wetenschappen? Vast staat dat de methode om geluidniveaus te bepalen beter moet, en dan is mijn array-technologie een duidelijke stap vooruit. Een goede integratie van degelijke fysische input en een realistisch rekenmodel, daar gaat het om. Wat je moet proberen is met uitgekiende locaties je metingen om Schiphol zo in te richten dat ze tegelijk een ijking opleveren van je rekenmethode en zo de parameters in dat model bijstellen. Wij noemen dat geïntegreerd meten en rekenen. Een goede meetmethode van vliegtuiglawaai zal de zuiverheid van de discussie ten goede komen. Maar geen misverstand: je kunt meten en rekenen tot je een ons weegt, de hinder wordt er niet minder om.”