Dirk Windelberg: Vergleich Schall 03 (1990) mit Schall 03 (2006) - ein Beispiel - Stand: 15. Dezember 2011

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1 Dr. Dirk Windelberg AG QUALITÄT Leibniz Universität Hannover Mathematik 15. Dezember 211 wi1112.tex Dirk Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) - ein Beispiel - Stand: 15. Dezember 211 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 1 1 Vergleichbarkeits-Grundsatz 2 2 Ein Beispiel Schall (2x) Schall (199) Ergebnis 8 Zusammenfassung Das hier vorgestellte Beispiel zur Berechnung des Emissionspegels einer Güterzugvorbeifahrt soll zeigen, dass der Rechenaufwand nach der Schall (2x) wesentlich höher ist als nach der Schall (199) das Ergebnis keinen relevanten Unterschied aufweist, der eine Neufassung rechtfertigen würde. Dabei besteht der wesentliche Unterschied in der Festlegung von 8 einzelnen Oktavpegel in der Schall (2x) anstelle von einem einzigen A-bewerteten Summenpegel in der Schall (199)) wobei die Streuung weder bei dem Summenpegel noch bei den 8 Oktavpegeln berücksichtigt wird.

2 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) 2 1 Vergleichbarkeits-Grundsatz Es ist notwendig, ein Verfahren anzugeben, um die Ergebnisse der Schall (2x) zu prüfen und/oder gegebenfalls mit denen der Schall (199) ([1]) zu vergleichen. Dazu sollten viele in 25 m Entfernung und in.5 m Höhe über SO gemessene Vorbeifahrpegel L p einzelner Güterwagen bzw. Güterzüge mit dem jeweils berechneten zugehörigen Grundwert (aus der Schall (199) oder/und mit dem jeweils berechneten zugehörigen längenbezogenen Schallleistungspegel (aus bis aus der Schall (2x)) verglichen werden - unter Berücksichtigung der Ungenauigkeiten (bzw. der Qualität der Daten). Das Ergebnis sollte einsehbar dokumentiert und gegebenenfalls zu einer Überarbeitung der Schall (2x) führen. 2 Ein Beispiel 2.1 Schall (2x) Der Pegel der längenbezogenen Schallleistung L W,A,f,h,m,F z im Oktavband f, im Höhenbereich h, infolge einer Teilquelle m für eine Fahrzeugeinheit F z je Stunde wird nach Gleichung (.1) berechnet : [ ] nq L W,A,f,h,m,F z = a A,h,m,F z + a f,h,m,f z + 1 log db n Q, Ich betrachte 1 Güterwagen G mit 2 Achsen (n Achs = 2 bei n Achs, = ) der Länge l = 2 m, der kein Kesselwagen ist und der mit v G = 8 km/h fährt. Dazu finde ich zur Fz-Kategrie 1 (auf Seite 75) dass ich nur Geräusche in der Höhe h = zu betrachten habe. Diese setzen sich zusammen aus m = 1 Rollgeräusche. Unnötigerweise werden diese auch noch unterteilt in Rad- und Schienen- Rollgeräusche, obwohl nur die resultierenden Geräusche für die Bestimmung des längenbezogenen Schallleistungspegels erforderlich sind m = 2 aerodynamische Geräusche.

3 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) Nun werte ich das Einzelblatt aus - so wie es vorgesehen ist: A8.1.1 Rollgeräusche Ich finde die Bezeichnungen - Radrauigkeit : Hier ist eine nicht genauer definierte Rauigkeit jedes der vier Räder meines Güterwagens eingetragen - die eigentlich niemandem bekannt ist und die sich zudem bei jedem Bremsen mit der Grauguß-Klotzbremse ändert. Und natürlich wurde das energetische (oder das arithmetische?) Mittel über die vier nicht genauer definierten Radrauigkeiten gebildet!? Nein! Es wurde nicht nur über die vier Räder meines Güterwagens irgendwie gemittelt, sondern über alle Räder von in Deutschland irgendwann einmal gemessenen Güterwagen (vielleicht war mein Güterwagen garnicht dabei!). a R,okt bezeichnet dann den in Oktaven aufgeteilten Pegel und a R,A den A-bewerteten Pegel. - Schienenrauigkeit : Hier ist die Schienenrauigkeit eines vom Schallmesswagen mit p SMW = 51 db(a) bewerteten Gleises gemeint. a S,okt bezeichnet dann den in Oktaven aufgeteilten Pegel und a S,A den A-bewerteten Pegel. Mit Gleichung (7) kann ich dann die Schienen- und die Radrauigkeit zusammenfassen. Es gibt eigentlich keinen Grund, die Rollgeräusche in Rad- und Schienengeräusche aufzuteilen, ihnen nur ein m = 1 zuzuordnen und sie dann wieder zusammenzufassen. In dem Einzelblatt finde ich: a R,okt,m=1,h= (G) a R,A,m=1,h= (G) = 71 a S,okt,m=1,h= (G) a S,A,m=1,h= (G) = 67 gemeint ist aber eigentlich a R,okt,m=1,h= (G) a R,A,m=1,h= (G) = 71 a S,okt,m=1,h= (G) a S,A,m=1,h= (G) = 67 und daraus ergibt sich als energetische Summe a R+S,okt,m=1,h= (G) a A,m=1,h= (G) = 72 Dafür würde ich einführen: Ein Pegel p wird hier von seinen 8 Oktavpegeln p 1, p 2, p,p,..., p 8 erzeugt - dafür schreiben wir: p = (p 1, p 2, p, p, p 5, p 6, p 7, p 8 ) oder p = und wir führen zusätzlich einen Betrag dieses Vektors ein: p := 1 lg p 1 p 2 p p p 5 p 6 p 7 p 8, [ 8 i=1 1.1 p i Weiter wird eine Addition dieser Vektoren (entsprechend der energetischen Addition) erklärt: Es seien zunächst s und t zwei reelle Zahlen. Dann sei s t := 1 lg [ 1.1 s t] ].

4 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) Diese Definition erweitern wir auf Vektoren gemäß der Vorschrift: p 1 p 2 p p q = p p 5 := p 6 p 7 p 8 q 1 q 2 q q q 5 q 6 q 7 q 8 p 1 q 1 p 2 q 2 p q p q p 5 q 5 p 6 q 6 p 7 q 7 p 8 q 8 Dann können wir die Rollgeräusche eines Güterwagens beschreiben: a R S := a R a S = = 65 mit a R S = 72 (a) Damit ist der Summand a R S bestimmt.

5 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) 5 A8.1.2 aerodynamische Geräusche Dem Einzelblatt entnehmen wir für die Höhe h = zusätzlich: a Ae = (,,,, 1, 2, 16, ) mit a Ae = 1 Damit haben wir in der Höhe h = eine zweite Schallquelle, also schreiben wir m = 2 für die aerodynamischen Geräusche (und m = 1 für die Rollgeräusche). A8.2 Geschwindigkeit Dem Einzelblatt entnehmen wir: Koeffizient b in der Höhe h = für m = 1 und m = 2: b okt,m=1 (G) b okt,m=2 (G) In unserer oben eingeführten Schreibweise ergibt sich daraus wegen v G = v ki,f z und daher lg [v G ] = lg [.8].1 sowohl für m = 1 als auch für m = 2: b lg (vg ) = 1 (.1) = = 8 km/h A8.2 Schienenzustand Der Schienenzustand wird im Einzelblatt durch p SMW = 51 db(a) angegeben. Hier ist aber der Schienenzustand als durchschnittlich angenommen, und das bedeutet nach wi5522 (vorbehaltlich einer Prüfung auf Repräsentativität und der Berechtigung, einen Mittelwert über alle Schienenwege und alle Güterwagen zu bilden), dass hier c als Gleispflegezuschlag zunächst mit 2 db anzusetzen ist 1 ): Koeffizient c in der Höhe h = : c S (G) In unserer oben eingeführten Schreibweise ergibt sich daraus c = 1 ) Mittelwert der Schienenzustände an einem anderen Ort, an dem zufällig eine Messstelle errichtet war, an der jeweils von jedem der vorbeifahrenden Güterzüge der Mittelwert der an diesem Güterzug angehängten Güterwagen (als Vorbeifahrpegel des Güterzuges) bestimmt wurde und diese Mittelwerte von Güterwagen dann wiederum zu einem Geamtmittelwert aller vorbeigefahrenen Güterzüge zusammenfasst wurden, aus dem dann der Schienenzustand an diesem Ort durch Vergleich mit dem Grundwert 51 errechnet wurde.

6 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) 6 A8. längenbezogener Schallleistungspegel Nun zählen wir zusammen: Zunächst ist L W,h=,k i,m=1 = a R S + b lg (v G ) + c = und L W,h=,k i,m=2 = a Ae + b lg (v G ) + c = Damit ergibt sich nach Formel (5) L W,h=,k i = L LW W,h=,k i,m=1,h=,k i,m=2 = mit dem längenbezogenen Schallleistungspegel L W (G) = 75 = = = die Bezeichung L W,h=,k i ist zu schwerfällig: zunächst wird ja nur der Schallleistungspegel als Linienquelle berechnet, also am Ort des Entstehens. Der Index k s ist hier also (noch nicht) erforderlich - aber wenn er dabei auftritt, führt er zu Verständnisschwierigkeiten. Ein neuer Buchstabe sollte dafür verwendet werden. Um von hier auf eine mit einem Schallpegelmesser messbare Größe zu kommen, also z.b. auf den im Abstand von 25 m vom Gleis in.5 m Höhe gemessenen Vorbeifahrpegel p vorbei, gilt die Beziehung p vorbei = L W (W i5) d.h. es ergibt sich für mein Fahrzeug p vorbei,2x = = Diese Beziehung sollte unbedingt in der Schall 2x angegeben werden.

7 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) Schall (199) Nun wird dieser Wert verglichen mit dem Emissionspegel aus der Schall (199): Bezeichnung Wert Grundwert 51 Fahrzeugart D F z Bremsbauart D D = 1 lg[5. p] mit p = % 7 D l = 1 lg[.1 l] mit l = 2 m -7 D v = 2 lg[.1 v] mit v = 8 km/h -2 Schwellengleis im Schotterbett (Betonschwelle) D F b 2 D F b vorbehaltlich genauerer Bestimmung der Schienenrauigkeit 2 L m,e = 1 lg [ 1.1 (51+D F z+d D +D l +D v) ] + D F b = 51 + D F z + D D + D l + D v + D F b 5 Also beträgt der Stundenpegel 5 db(a). Bei v = 8 km/h fahren 2 m Güterwagen in 1 h vorbei. Da sich der Vorbeifahrpegel p vorbei nach der Schall (199) aus der Gleichung [ ] 1 Stundenpegel = 1 lg + p vorbei berechnet, ergibt sich hier 5 = 6 + p vorbei oder p vorbei,199 = = 9 db(a) Im Rahmen der bisherigen Rechengenauigkeit also gute Übereinstimmung! Dennoch sollte berücksichtigt werden: A6.5 Prüfbarkeit Es ist notwendig, ein Verfahren anzugeben, um die Ergebnisse der Schall (2x) zu prüfen und/oder gegebenfalls mit denen der Schall (199) zu vergleichen. Dazu sollten viele in 25 m Entfernung und in.5 m Höhe über SO gemessene Vorbeifahrpegel L p einzelner Güterwagen bzw. Güterzüge mit dem jeweils berechneten zugehörigen längenbezogenen Schallleistungspegel (aus bis aus der Schall (2x)) verglichen werden - unter Berücksichtigung der Ungenauigkeiten (bzw. der Qualität der Daten). Das Ergebnis sollte einsehbar dokumentiert und gegebenenfalls zu einer Überarbeitung der Schall (2x) führen.

8 D. Windelberg: Vergleich Schall (199) mit Schall (26) (wi1112.tex ) 8 Ergebnis Dieser Vergleich zeigt, dass der Unterschied zwischen und dem hier nach der (alten) Schall (199) berechneten Emissionspegel p vorbei,199 = 9 db(a) dem nach der bisher vorliegenden, aber noch nicht in Kraft getretenen neuen Schall (2x) berechneten Emissionspegel p vorbei,2x = 9 db(a) so gering ist, dass es nicht sinnvoll ist, das einfache Rechenverfahren der Schall (199) durch das nach Oktaven verfeinerte Rechenverfahren der Schall (2x) zu ersetzen. Zu bedenken bleibt, und dass die gemessenen Vorbeifahrpegel von Güterwagen sehr stark schwanken, und zwar nicht um den in der Schall (199) angegebenen Grundwert G := 51 db(a), sondern um das energetische Mittel von G em = 5 db(a) (siehe [2]; dort befindet sich auch die nebenstehende Graphik) dass die Grundwerte von 95% der gemessenen Güterzugvorbeifahrten an verschiedenen Orten unterhalb von 57 db(a) liegen. Bild 1.2 Grundwerte von Güterzügen Literatur [1] Schall (199): Richtlinie zur Berechnung der Schallimmissionen von Schienenwegen. Information Akustik. Deutsche Bundesbahn, Zentrale [2] Windelberg, Dirk: Güterzug-Schallemissionen: Messung und gesetzliche Bewertung. Immissionsschutz, 1 (28),