PAAB - Psychoakustische Analyse auffälliger Bogengeräusche

Abstract

Auffällige Bogengeräusche stechen aufgrund ihrer hochfrequenten, oft tonalen (Kurvenquietschen) oder auch transienten, breitbandigen Charakteristik (Kurvenkreischen) aus dem üblichen, in Bögen oft erhöhten Vorbeifahrtsgeräusch hervor. Die allgemeinen Entstehungsmechanismen solcher Bogengeräusche sind weitgehend bekannt: der Spurkranzanlauf beim Kurvenkreischen und der laterale Stick-Slip Effekt beim Kurvenquietschen. Die beiden umfangreichen Studien BEGEL und ESB hatten bereits Einflussfaktoren auf Auftrittshäufigkeiten, sowie schalltechnische Anpassungswerte zum Thema, die Frage einer veränderten Belästigungswirkung wurde hingegen nicht beleuchtet. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass Bogengeräusche die Lästigkeit des Vorbeifahrtsgeräusches erhöhen, wie sich aber das veränderte Frequenzspektrum, die Dauer oder zeitliche Variationen bei verschiedenen Rollgeräuschen im Detail auswirken ist unklar. Die vorliegende Studie untersucht daher akustische Emissionsparameter mittels eines Wahrnehmungstests im Labor mit 30 Versuchspersonen. Hierzu wurden in drei Bögen mit Radien im Bereich von rund 300 – 330 m Vorbeifahrtsgeräusche in verschiedenen Entfernungen (in 7,5 m, 25 m und 50 m Entfernung zur Gleisachse) messtechnisch erfasst. Mit Hilfe sogenannter Frame-Multiplier konnten zeitvariable, akustische Auffälligkeiten gezielt manipuliert und mit unterschiedlichen Grundrollgeräuschen kombiniert werden, um verschiedene Forschungsfragen systematisch abzufragen. Während perzeptive Anpassungswerte nur zum Teil durch akustische Größen beschreibbar waren, konnte ein einfaches Modell für Gesamtanpassungswerte (Summe aus schalltechnischen und perzeptiven Anteilen) entwickelt werden, welches den großen Vorteil besitzt, nicht weiter zwischen Kurvenkreischen und -quietschen unterscheiden zu müssen.

Exemplarisch berechnete Anpassungswerte für die Messdaten aus BEGEL, ESB und PAAB liefern eine Einschätzung der Größenordnung für betrachtete Konstellationen aus Bogenradius und Zugskategorie. Hervorzuheben ist dabei die teilweise unerwartet hohe Variabilität der berechneten Anpassungswerte, die unter anderem auf signifikante, nicht vollständig durch oberbautechnische Einflussgrößen erklärbare Differenzen im Rollgeräusch des mittleren Frequenzbereichs fußen.

Aus dem Entstehungsprozess der Umgebungslärmrichtline gehen Indizien hervor, dass die im Europäischen Berechnungsmodell vorgesehenen, pauschalen Zuschläge von 8 dB für enge Bögen und 5 dB für etwas weitere Bögen nicht alleinig schalltechnische Auswirkungen auffälliger Bogengeräusche adressieren, sondern dass diese Zuschläge ebenfalls als Gesamtanpassungswerte eingeführt wurden und keine weiteren perzeptiven Zuschläge mehr erforderlich sind. Vor diesem Hintergrund werden die exemplarischen Gesamtanpassungswerte in Bezug auf bestehende Anpassungswerte der nationalen Implementierung des Berechnungsmodells, der RVE 04.01.02, eingeordnet (exemplarisch berechnete Werte bestätigen die pauschalen Vorgaben der RVE (nur) zum Teil) und Empfehlungen für Verbesserungen gegeben.

In addition to an often increased noise level, trains passing through a curve frequently have additional salient features in the pass-by noise which are typically tonal (curve squeal) or transient covering a wide frequency range (flanging noise). The main mechanisms behind these two sources of noise are well known: the lateral stick-slip effect which produces squeal and the flange hitting the rail thus producing the typical flanging noise. Recently, two comprehensive studies, BEGEL and ESB, were concerned with influencing factors and the effect on the pass-by level of such curve-specific noise, but effects on the annoyance were not included. Basically, it can be assumed that such salient acoustic features increase the annoyance of the passing noise, but how the frequency spectrum, the duration or temporal variations in relation to the rolling noise or train type affect the annoyance increase in detail is still unclear.

The present study aimed at investigating the influence of such emission parameters on annoyance in a perception test in the laboratory with 30 listeners. For this purpose, passing noise were measured in three narrow curves with radii between approximately 300 330 m at different distances (7,5 m, 25 m and 50 m from the center of the track). By the means of so-called frame multipliers, time-variable, salient features could be manipulated and combined with various clean rolling noises in order to address various research questions. Analysed judgements showed, that perceptual adjustment values were difficult to describe by acoustic quantities. In contrast, for overall adjustment values (sum of acoustic and perceptual proportions) a simple model could be developed. The special advantage of this model is, that it has not longer to be distinguished between squeal types (curve squeal and flanging noise). Adjustment values exemplarily calculated based on available measurement data from BEGEL, ESB and PAAB provide an estimation of the magnitude for considered constellations of curve radio and train categories. The variability of the calculated adjustment values is in some cases significantly higher than expected. Reasons for this are, among other things, considerable differences of the rolling noise, which are not fully explainable by variations in acoustic superstructure properties.

The history of the environmental noise directive provides indications that the adjustment values specified in the European prediction model (8 dB for narrow curves and 5 dB for slightly wider curves) do not only address the acoustic effects of salient features in the pass-by noise, but also comprise perceptive effects. Thus, no further perceptive adjustments will be necessary for values of the European prediction model. Against this background, the exemplary calculated overall adjustment values are classified in relation to existing adjustment values of the national implementation of the prediction model in the RVE 04.01.02 (exemplarily calculated adjustment values confirm the values of the RVE (only) partially), and recommendations for improvements are given.