Empa verkent geluidsvorming bij personen- en goederentreinen

Bij Empa onderzoeken akoestische experts al jaren hoe geluid door personen- en goederentreinen ontstaat – en welke technische en bouwkundige maatregelen daartegen bijzonder effectief zijn. Hun theoretische en praktische bevindingen zijn nu in het project “SILVARSTAR” verwerkt. Het resultaat is een simulatiehulpmiddel voor treinlawaai, dat ook in de praktijk kan helpen.

(Dübendorf/St. Gallen/Thun) Voor omwonenden van spoorlijnen is het vaak hinderlijk – en voor experts die hen willen helpen, een zo veelzijdige uitdaging dat er eigenlijk een meervoud van “treinlawaai” zou moeten bestaan. Rolgeluiden van stalen wielen op ruwe of gladde rails, remgeluiden in verschillende frequenties, motorgeluiden, aerodynamische geluiden … – al deze geluiden worden gedempt of beïnvloed door geluidswanden, taluds, de samenstelling van de bodem onder de sporen en ook door de omgeving waarin de geluidsgolven zich verspreiden.

Hoe complex deze akoestische gevolgen van het spoorvervoer zijn, weten Empa-onderzoekers onder leiding van groepshoofd Reto Pieren van de afdeling “Akoestiek / Geluidreductie” uit praktische en theoretische ervaring. Al jaren onderzoeken ze het fenomeen met metingen, simulaties, validaties: bevindingen die hebben geleid tot het tweejarige EU-project “SILVARSTAR” met veel partners (zie infobox). Pieren presenteerde de resultaten nu op de vakconferentie “forum acusticum” in Turijn: een akoestische simulatie van treinlawaai in de meest uiteenlopende vormen – hoorbaar en ervaarbaar met behulp van virtual reality.

Dergelijke hulpmiddelen voor de “auralisatie” zijn sporadisch als prototypes in het onderzoek beschikbaar, maar in de praktijk van planning en geluidsbescherming zijn ze tot nu toe niet beschikbaar. Het “complete pakket” SILVARSTAR moet dat veranderen – dankzij de gebundelde kennis van veel experts. Terwijl het Empa-team, dat de projectleiding had bij de simulatie, zijn akoestische expertise uit talrijke projecten liet vloeien, droegen experts van de “University Southampton” en het Zürcher bedrijf Bandara VR GmbH waardevolle knowhow bij om een gebruiksvriendelijk systeem te ontwikkelen. Als basis diende onder andere de veelgebruikte software “Unity” voor professionele game-ontwikkelaars.

Een hulpmiddel dat ook leken kunnen gebruiken

Het doel was uiteindelijk een hulpmiddel dat ook leken kunnen gebruiken. Bijvoorbeeld verkeerspolitici die de gevolgen van een toekomstige spoorlijn willen inschatten. Hoe zij dergelijke virtuele voorbijrijden ervaren, laat een video van voorbijrijden zien, die te vinden is op de SILVARSTAR-website van Empa: Voor een enkele route kunnen meerdere scenario’s worden vergeleken, bijvoorbeeld met treintypes van goederentrein tot regionale trein tot ICE, met hoge of lage geluidswanden, specifieke wiel- en dempingstypen die ook een hoorbaar effect op het treinlawaai hebben, en vele andere factoren. En omdat ook de omgeving een rol speelt, kunnen gebruikers kiezen tussen “stad” of “platteland” of een gelijkvloerse of verhoogde positie kiezen, bijvoorbeeld op een balkon.

Achter deze mogelijkheden schuilen complexe algoritmen in een fysica-gebaseerd rekenmodel, dat akoestische signalen niet uit gearchiveerde geluidsbestanden genereert, maar allemaal afzonderlijk berekent en produceert – voor honderden geluidsbronnen en invloedsfactoren, afhankelijk van de complexiteit van het scenario. Dit stelde het Empa-team ook voor uitdagingen. De grote verscheidenheid aan invloeden maakt realistische simulaties mogelijk. Maar het vereiste ook dat het netwerk van algoritmen zinvol werd gereduceerd tot het essentiële – ook met het oog op de benodigde rekentijd: Tot drie uur heeft een moderne pc nodig voor een voorbijrijden van een 500-meter goederentrein, zodat de geluidsemissies onder verschillende omstandigheden hoorbaar kunnen worden gemaakt.

De inspanning loont

Maar de inspanning loont, zoals de validatie van het systeem aantoonde. De grafieken van de gesynthetiseerde geluidsverlopen liggen zeer dicht bij gemeten vergelijkingswaarden en zijn zelfs deels identiek. Subjectieve indrukken werden geleverd tijdens demonstraties op verkeers-techniekbeurzen zoals de “InnoTrans” van vorig jaar in Berlijn: De bezoekers gaven de simulatie een hoge geloofwaardigheid en toonden grote interesse in de toepassing van het virtuele “treinlawaai-spel”.

Voor geïnteresseerden is de download van de tools met licentieovereenkomst voor niet-commerciële doeleinden mogelijk via de SILVARSTAR-website van Empa. “De eerste toepassingen van de simulatie beginnen al”, zegt Empa-onderzoeker Reto Pieren, “we zijn zeer tevreden met de resultaten en verwachten voor de toekomst talrijke toepassingen.”

Internationaal project met EU-financiering

Het Europese onderzoeksproject “SILVARSTAR”, dat iets meer dan twee jaar duurde, werd gefinancierd in het kader van het EU-programma “Horizon 2020” door “Europe’s Rail”. In het projectconsortium werkten naast Empa industriële en academische partners uit vijf Europese landen mee: Vibratec (Frankrijk, coördinatie), Wölfel Engineering (Duitsland), de “University of Southampton” (Engeland), KU Leuven en UNIFE, de “Union des Industries Ferroviaires Européennes” (beide uit België). Naast de simulatie van treinlawaai ontwikkelde het project ook modellen voor de trillingen van de ondergrond door treinverkeer.

Foto: © Empa / Bijschrift: Speelse ervaring van een goederentrein die voorbijrijdt: Het scherm toont wat de gebruiker in virtual reality driedimensionaal ziet – met het realistische treinlawaai exact op haar positie.