Messungen zu Schienenverkehrslärm

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1 Dr. Dirk Windelberg AG QUALITÄT im Institut für Algebra, Zahlentheorie und Diskrete Mathematik Universität Hannover Messungen zu Schienenverkehrslärm Bestimmung der Anzahl Aufweckreaktionen durch Schienenverkehrslärm im Mittelrheintal in Assmannshausen Inhaltsverzeichnis Stand: 24. November Vorbemerkungen 2 1 Grundlagen Definition: (mittlerer) Vorbeifahrpegel Jahres-Nacht-Mittelungspegel Berechnungsverfahren Schall 03 (1990) Emissionspegel 25 m von Gleismitte, 3.5 m über Grund Lärmminderung Anfang einer Video-Aufzeichnung Reales Messprotokoll Messung aller Güterzugvorbeifahrten einer Nacht Exemplarisches Messprotokoll mit Auswertung Lärmauffällige Güterwagen Nachweis einer Lärmminderung Ausbreitungsrechnung Lärmbelastung Einzelpegel Mess-Daten einzelner Vorbeifahrten Messung Aufwachwahrscheinlichkeit Aufweckwahrscheinlichkeiten infolge Schienenverkehrslärms Anzahl Aufweckreaktionen während einer Nacht me as1.tex

2 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 2 0 Vorbemerkungen Zur Berechnung des Schienenverkehrslärms gibt es die Schall 03 (1990) ([2]), die auch für jede Planfeststellung angewandt wird, um die Lärmbelastung durch Schienenverkehr zu bestimmen. Eine Messung ist nicht vorgesehen, da an einer vorhandenen Schienenstrecke die Streuung der Vorbeifahrpegel so stark ist, dass allein eine Bestandsaufnahme mathematisch/statistische Fachkenntnisse erfordern würde, und an einer geplanten Strecke ohnehin keine Messungen möglich sind. Ziel dieses Aufsatzes ist es, Möglichkeiten für einen Vergleich zwischen Berechnung und Messung bezüglich einer Beurteilung des Schienenverkehrslärms an einer vorhandenen Strecke aufzuzeigen. Dazu wird angegeben, welche Messdaten für einen solchen Vergleich notwendig sind. Zu den folgenden Fragestellungen werden dabei auch verschiedene Messanforderungen angegeben: 2. Tritt innerhalb eines bestimmten Zeitraumes im Schienen-Güterverkehr eine Lärmminderung ein, weil einzelne oder alle vorbeifahrenden Güterwagen in der Zwischenzeit leiser wurden? 3. Entsprechen die nach der Schall 03 (1990) berechneten Vorbeifahrpegel im energetischen Mittel den gemessenen Vorbeifahrpegeln? Wie hoch ist die Streuung? In diesem Aufsatz wird angenommen, dass von einer Messstation bei jeder Zugvorbeifahrt - sowohl der Vorbeifahrpegel - als auch die zur Berechnung dieses Vorbeifahrpegels nach der Schall 03 (1990) erforderlichen Parameter gemessen werden. Messung und Berechnung des Vorbeifahrpegel sollten miteinander verglichen werden können.

3 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 3 1 Grundlagen 1.1 Definition: (mittlerer) Vorbeifahrpegel An verschiedenen Messstationen wird der Schienenverkehrslärm gemessen, indem jede einzelne Vorbeifahrt eines Schienenfahrzeuges dokumentiert wird: Dazu werden während einer Vorbeifahrzeit (oder Einwirkzeit ) - mit einer bestimmten Taktfrequenz (F(ast) oder S(low)) und - mit einer bestimmten Bewertung (meist A ) gemessen. Aus Bild 1.1 kann daher erkannt werden: Vorbeifahrzeit = 16-4 =12 s maximaler Vorbeifahrpegel = 79.0 db(a) mittlerer Vorbeifahrpegel = 76.9 db(a) Bild 1.1 Definition (mittlerer) Vorbeifahrpegel Auflösung: 0.2 s 1.2 Jahres-Nacht-Mittelungspegel In mehreren Schritten werden die einzelnen Vorbeifahrpegel jeweils gemittelt, um daraus einen Jahres-Nacht-Mittelungspegel zu definieren: Stunden-Mittelungspegel Für jede der 8 Nachtstunden einer Nacht wird das energetische Mittel aller Vorbeifahrpegel der einzelnen Zugvorbeifahrten gebildet. Nacht-Mittelungspegel Für jede der 365 Nächten eines Jahres wird das energetische Mittel aller 8 einzelner Stunden-Mittelungspegel gebildet 1 ). Jahres-Nacht-Mittelungspegel Für ein Jahr wird das energetische Mittel aller 365 einzelner Stunden-Mittelungspegel gebildet 2 ). Wenn in der Lärmwirkungsforschung nach einer Dosis-Wirkungs-Beziehung gesucht wird, so wird die Dosis Schienenverkehrslärm beschrieben entweder durch den in einem Planfeststellungsverfahren festgelegten Jahres-Nacht- Mittelungspegel, der sich auf Daten aus einem zurückliegenden Jahr bezieht, oder durch den Nacht-Mittelungspegel einer frei definierten typischen Nacht 1 ) Es ist zwar nicht sinnvoll, einen Vorbeifahrpegel von z.b. 60 dba) für 25 s um 22:30 Uhr bezüglich seiner nächtliche Störwirkung ebenso zu bewerten wie einen gleichen Vorbeifahrpegel um 02:20 Uhr, aber die Schall 03 (1990) sowie der L DN und der L DEN erfordern keine feinere Aufteilung der nächtlichen Pegel. 2 ) Dieser Jahres-Nacht-Mittelungspegel sollte jedoch noch nicht als Mittelungspegel einer typischen Nacht definiert werden.

4 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) Berechnungsverfahren Schall 03 (1990) Emissionspegel 25 m von Gleismitte, 3.5 m über Grund Nach der Schall 03 (1990) wird der auf eine Stunde bezogene Emissionspegel L m,e eines einzelnen Güterzuges (ohne die Lok) 3 ) für eine Messstation, die sich in einem seitlichen Abstand von 25 m von der Gleismitte und in einer Höhe von 3.5 m über der Schienenoberfläche in ebenem Gelände befindet, wie folgt gerechnet: Darin sind L m,e = G + D F z + D D + D l + D v + D F b + D Br + D Bü + D Ra (1) Abkürzung Erklärung Definition L m,e Emissionspegel des Güterzuges, bezogen auf eine Stunde G Grundwert zur Beschreibung eines Grundzustandes aller Schienen ( durchschnittlich guter Schienenzustand ) und aller Wagen mit allen ihren Rädern D F z Einfluss der Fahrzeugart Güterzüge: D F z = 0 D D Einfluss der Bremsbauart (=Anteil p der scheibengebremsten Güterwagen) D D = 10 lg [5 0, 04 p] D l Einfluss der Länge l des Güterzuges D l = 10 lg [0, 01 l] D v Einfluss der Geschwindigkeit v D v = 20 lg [0, 01 v] D F b Einfluss der Fahrbahnart Betonschwelle: D F b = 2 D Br Einfluss der Brücken keine Brücke: D Br = 0 D Bü Einfluss der Bahnübergänge kein Bahnübergang: D Bü = 0 D Ra Einfluss der Kurven Kurvenradius 500 m: 0 Tabelle 1.3.1: Parameter der Stunden-Pegel Bedeutung des Grundwertes für den Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Pegeln In der Schall 03 (1990) wird der Grundwert konstant durch G = 51 db(a) angesetzt. Wenn sich jedoch der Schienenzustand oder der Zustand der Güterwagen gegenüber einem bei der Verfassung der Schall 03 (1990) gewählten normalen Zustand ändert, dann stimmen Messung und L m,e nicht mehr überein. Hier wird daher die Formel (1) verwendet, um gemessene Vorbeifahrpegel mit den gerechneten Pegel zu vergleichen. Also ist hier L m,e = G D D + 10 lg [0.01 l] + 20 lg [0.01 v] = G + D D lg [ l v 2] (2) Der Einfluss der Bremssysteme wird nur durch den Anteil scheibengebremster Fahrzeuge berücksichtigt - nicht aber durch andere Brems-Sohlen. Für Güterwagen wird in der Schall 03 (1990) daher D D = 10 lg [5] = 7 gesetzt. 4 ) Diese Gleichung (2) kann nach dem Grundwert G aufgelöst werden: G = L m,e D D 2 10 lg [ l v 2] (3) 3 ) der Zusammenhang zwischen einem während einer Vorbeifahrzeit t (in Sekunden) erzeugten Vorbeifahrpegel p (in db(a) und einem (auf eine Stunde bezogenen) Emissionspegel L m,e ist gegeben durch [ ] t L m,e = 10 lg + p ) Eine Lärmminderung durch Umrüstung des Bremssystems von Güterwagen würde daher nur dann den Höchstwert von 7 db(a) ergeben, wenn sämtliche Güterwagen mit Scheibenbremsen ausgestattet sind.

5 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 5 Bei zweigleisigen Strecken beträgt der Abstand zwischen den Gleismitten meist 4 m. Wenn dann - wie in dem folgenden Beispiel - die Messstation an einer langen, geraden Strecke in einem Abstand von 25 m zu der Mitte zwischen den beiden Gleisen installiert wird, so sind nur geringe Korrekturen 5 ) notwendig, um den Emissionspegel L m,e für jedes der beiden Gleise zu bestimmen: - Für das Gleis, dessen Gleismitte von der Messstation einen Abstand von 23 m beträgt, ist der Emissionspegel L m,e,23 = L m,e (4) - Für das Gleis, dessen Gleismitte von der Messstation einen Abstand von 27 m beträgt, ist der Emissionspegel L m,e,27 = L m,e 0.4 (5) Wenn angenommen wird, dass sich innerhalb zu vernachlässigbarer Schranken der Schienenzustand der Gleise (und die Lage der Gleise) an einer Messstation nicht ändert, dann ist es möglich, für verschiedene Güterzüge die nach (3) berechneten Grundwerte als Qualitätsmaß für die Schallerzeugung des Güterzuges zu verwenden: je höher der Grundwert, desto lauter ist der Güterzug (Nach der Schall 03 (1990) wird dieser Grundwert G := 51 db(a) gesetzt - diesen Wert sollte der Grundwert bei durchschnittlich gutem Schienenzustand besitzen. 5 ) nach Schall 03 (1990) ist D s (23 m) = 1.9, D s (25 m) = 1.6 und D s (27 m) = 1.2.

6 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 6 2 Lärmminderung 2.1 Anfang einer Video-Aufzeichnung Am : Beginn der Messung: 01:25:27 Uhr: Geschwindigkeit: 97 km/h Bild :25: / 50.5 db(a) Bild :25: / 63.5 db(a) Bild :25: / 70.7 db(a) Bild :25: / 75.1 db(a) Bilder 2.1 bis 2.4:Personenzug, Fahrtrichtung nach links (hinteres Gleis) 2.2 Reales Messprotokoll Für jede (Güter-)Zugvorbeifahrt werden folgende Parameter verwendet, um den Grundwert nach Gleichung (3) (bzw. (4) und (5)) zu berechnen: Aus jedem dieser Bilder wird mit Hilfe eines eigenen Programmes z.b. der Vorbeifahrpegel dieser Sekunde herausgelesen: x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Bild 2.5: Pixel zum Vorbeifahrpegel, herausgelesen aus Bild 2.3 Güterzug-Monitoring zur Beurteilung von Lärmminderungsmaßnahmen pro Vorbeifahrt: A.1 Fahrzeugart (Güterzug / andere Geräuschquelle) A.2 Uhrzeit in hh : min der üterzug-vorbeifahrt A.3 Fahrtrichtung (zur Berechnung des Abstandes s k (in m) zum Gleis) A.4 Geschwindigkeit in km/h während der Vorbeifahrt während (mindestens) jeder Sekunde der Vorbeifahrt: A.5 Vorbeifahrpegel p in db(a) während jeder Sekunde A.6 maximaler Vorbeifahrpegel p max in db(a) während jeder Sekunde A.7 Vorbeifahrzeit in s (zur Berechnung der Gesamtlänge des Güterzuges

7 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 7 In dem folgenden Messprotokoll sind die Sekunden in schwarz geschrieben, wenn der Güterzug zwar schon zu hören, aber es ist noch keine Vorbeifahrzeit gemäß Bild 1.1 ist. Während der Vorbeifahrzeit sind die Sekunden in rot geschrieben. H:234705: (Gleis 27 m, nach links) H:232751: (Gleis 23 m, nach rechts) Geschwindigkeit: 88 km/h Geschwindigkeit: 99 km/h Sekun- mittlerer maximaler Sekun- mittlerer maximaler den Pegel Pegel den Pegel Pegel s L A,F,eq,1 s L A,F,max,1 s s L A,F,eq,1 s L A,F,max,1 s mittel mittel max max Tabelle 2.1: Messprotokoll und Auswertung der Güterzugvorbeifahrten H und H (Diese Daten wurden direkt den Video-Aufzeichnungen am Ort H entnommen)

8 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 8 Die Auswertung dieser Daten ergibt für den jeweiligen Grundwert nach (3): Bezeichnung Güterzug (H234705) Güterzug (H232751) Vorbeifahrzeit t 28 s 24 s Geschwindigkeit v 88 km/h= 24.4 m/s 91 km/h= 25.3 m/s Länge (l = v t) 684 m 607 m Emissionspegel nach (4) 53.1 db(a) Emissionspegel nach (5) 48.3 db(a) Tabelle 2.2: Berechnung der Grundwerte (nach Schall 03 (1990) wird der Grundwert mit 51 db(a) angenommen) 2.3 Messung aller Güterzugvorbeifahrten einer Nacht Um die oben angegebenen Parameter zu messen, wird in Voerde und in Hamminkeln eine automatisierte Messung mit Hilfe eines Schall-Messgerätes zur Dokumentation von Uhrzeit, mittlerer Vorbeifahrpegel und maximalem Vorbeifahrpegel, einer Video-Kamera, die sich bei jedem Pegel oberhalb eines bestimmten Grenzpegels einschaltet (und nach Unterschreitung dieses Pegels wieder abschaltet), einem mit der Video-Kamera gekoppelten Messgerät, das die jeweilige Vorbeifahrgeschwindigkeit registriert durchgeführt. Eine Bildauswertung erlaubt dann, Fremdgeräusche (wie z.b. Personenzüge in den Bildern 2.1 bis 2.4) auszuschliessen und die Fahrtrichtung (und damit den Abstand s k zwischen Messstation und Gleis) zu erkennen. 2.4 Exemplarisches Messprotokoll mit Auswertung Messprotokoll Auswertung Uhr- Vorbeifahr- Vorbeifahr- Geschwin- Abstand zum Maximal- G zeit pegel p dauer t digkeit v Gleis s k pegel p max Nr. in db(a) in s in km/h in m in db(a) in db(a) 1 22: : : Tabelle 2.3: Exemplarisches Messprotokoll mit Auswertung Lärmauffällige Güterwagen Die Differenz zwischen dem (mittleren) Vorbeifahrpegel und dem Maximalpegel eines Güterzuges zeigt an, ob es einzelne Wagen dieses Zuge gibt, die auffällig lauter sind als das energetische Mittel aller Güterwagen dieses Zuges. Als auffällig wird hier p max p > 3 db(a) empfohlen. Für den Umgang mit Güterwagen, die das Mittel p um mehr als 3 db(a) überschreiten, gibt es bisher noch keine Empfehlung. In dem obigen Beispiel gibt es keinen lärmauffälligen Güterzug.

9 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 9 In dem exemplarischen Messprotokoll hat der Güterzug um 23:19 Uhr einen um (3, 2) = = 2.0 db(a) höheren Grundwert als der Güterzug um 23:17 Uhr und einen um (3, 1) = = 8.3 db(a) höheren Grundwert als der Güterzug um 22:40 Uhr. Folglich ist hier Güterzug Nr. 3 der lauteste Güterzug, der über das gleiche Gleis fuhr wie der Güterzug Nr. 1; der Unterschied liegt vermutlich nicht an den Schienen dieses Gleises, sondern an den Rädern oder Aufbauten (obwohl keiner der beiden Güterzüge lärmauffällig war). Durch ein Messprotokoll mit z.b. 100 aufeinanderfolgenden Güterzugvorbeifahrten lassen sich die Verteilung der Grundwerte die Verteilung der Differenzen p max p bestimmen Nachweis einer Lärmminderung Wird etwa nach einem Jahr ein entsprechendes Messprotokoll angelegt und werden die entsprechenden Verteilungen miteinander verglichen, kann entschieden werden, ob sich die Grundwerte im Laufe eines Jahres verbessert haben (oder nicht). Zusätzlich kann erkannt werden, ob sich die Differenzen p max p verkleinert haben Ausbreitungsrechnung Wenn sich die Messstation nicht in diesem Abstand und/oder dieser Höhe bezüglich des betrachteten Gleises befindet, so ist der Immissionspegel L r,ms an der Messstation mit Hilfe der Ausbreitungsrechnung aus der Schall 03 (1990) zu berechnen und die Differenz MS := L m,e L r,ms (6) zu bestimmen. (Befindet sich die Messstation in 25 m Abstand von der Gleismitte und 3.5 m oberhalb der Schienenoberkante an einer langen, geraden Strecke, so wird L r,ms = 0 gesetzt.)

10 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 10 3 Lärmbelastung 3.1 Einzelpegel Mess-Daten einzelner Vorbeifahrten In diesem Abschnitt wird angenommen, dass für jede Zugvorbeifahrt einer Nacht folgende Parameter erfasst wurden: Parameter für Messungen einzelner Vorbeifahrpegel (ohne Geschwindigkeitsmessung und ohne Berücksichtigung unterschiedlicher Abstände zum Gleis) B.1 Uhrzeit in hh (zur Berechnung es Stundenpegels) B.2 mittlerer Vorbeifahrpegel p in db(a) B.3 Vorbeifahrzeit t in s B.4 (Ergänzend: maximaler Vorbeifahrpegel p max in db(a)) Die hier genannten Messungen werden z.b. in Assmannshausen und in Oberwesel durchgeführt. Die Messergebnisse sollen dann mit den auf den Lärmkarten des EBA angegebenen Lärmbelastungen verglichen werden. Für jede Vorbeifahrt j während dieser Nacht (also 1 j J) wird nach einer Beziehung zwischen und - dem Pegel p S (j) am Ohr des (schlafenden) Bewohners B mit einem individuellen Schlafpegel S(B) - unter Berücksichtigung der Schallausbreitung und der Fensterstellung des Schlafzimmers - seiner Wirkung auf den Schlaf von B gesucht.

11 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) Messung Mit Hilfe der Berechnungen der Schallausbreitung nach der Schall 03 (1990) läßt sich berechnen, wie sich der an der Messstation während einer Vorbeifahrzeit t gemessene Pegel p auf seinem Weg in das Schlafzimmer eines Schläfers B zu einem Pegel p B ändert. In Bild 4.1 und Bild 4.2 werden die Vorbeifahrpegel unter Verwendung der Aufzeichnungen B.1 bis B.4 und unter Berücksichtigung der Ausbreitung des Schalls von der Messstation bis an das Ohr des Schläfers B eingetragen Aufwachwahrscheinlichkeit Hier wird angenommen, dass während mehrerer Nächte ohne Störung durch Verkehrslärm für einen Schläfer Untersuchungen zu Schlafstadienwechseln und Aufwachwahrscheinlichkeit durchgeführt wurden. Dabei wurde (zum Beispiel) zunächst während mehrerer Nächte (z.b. in der gewohnten Umgebung) jeweils alle 20 Minuten die Aufweckwahrscheinlichkeit gemessen. Nach Abschluss dieser Phase ohne Störungen wird dann zu jeder der 25 Zeiten der Mittelwert der Aufwachwahrscheinlichkeiten bestimmt. Die Ergebnisse werden dann z.b. entsprechend der Tabelle 3.3 zusammengefasst: Zeit t 22:00 22:20 22:40 23:00 23:20 23:40 24:00 00:20 00:40 c grd (t) 26% 27% 33% 5% 32% 27% 23% 25% 20% Zeit t 01:00 01:20 01:40 02:00 02:20 02:40 03:00 03:20 03:40 c grd (t) 22% 48% 10% 09% 26% 27% 36% 25% 14% Zeit t 04:00 04:20 04:40 05:00 05:20 05:40 06:00 c grd (t) 58% 36% 37% 64% 29% 57% 53% Tabelle 3.3: Aufwachwahrscheinlichkeit c grd ohne Störung Die in der Tabelle 3.3 aufgeführten Ergebnisse lassen sich graphisch sinnvoll durch eine periodische Funktion (hier: Cosinus) darstellen. Es werden eine mittlere Kurve sowie zusätzlich die beiden 95%-Toleranzkurven in Bild 3.2 angegeben. c oben (t) = Bild 3.2: Aufwachwahrscheinlichkeit in % mit oberer und unterer 95%-Toleranzkurve [ ( cos t 20 ) ] 2 π für 22 t cos [ ( t+4 12 ) 2 π ] für 00 t 06 Uhr Uhr (7)

12 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 12 und die beiden 95%-Toleranzkurven [ ( cos t 20 ) ] 2 12 π c oben (t) = [ ( cos t+4 ) ] 2 12 π für 22 t 24 für 00 t 06 Uhr Uhr (8) [ ( cos t 20 ) ] 2 12 π c unten (t) = [ ( cos t+4 ) ] 2 12 π für 22 t 24 für 00 t 06 Uhr Uhr (9) Zur Beschreibung der Aufwachwahrscheinlichkeit wird im Folgenden vereinfachend die mittlere Kurve (7) gewählt.

13 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 13 Die in Bild 3.2 dargestellten Kurven der Aufwachwahrscheinlichkeit sind (wie der Schlafpegel) für jeden Schläfer jeweils abhängig von seinen persönlichen, individuellen Erfahrungen und Erlebnissen 6 ) Aufweckwahrscheinlichkeiten infolge Schienenverkehrslärms Für n Schläfer B(i) (1 i n) sei jeweils die individuelle Aufwachwahrscheinlichkeitskurve (wie die mittlere Kurve in Bild 3.2) für einen Schlaf ohne Schienenverkehrslärm bekannt. In weiteren Nächten wird dann untersucht, wie die Aufwachwahrscheinlichkeit infolge von Störungen durch Verkehrslärm zu einer Aufweckwahrscheinlichkeit führt. Dazu werden auf grund von Messungen folgende Parameter bestimmt: 1 Als Dosis des j ten Güterzuges (1 j N): D ein gemessener (oder definierter) Verkehrslärmpegel p(f, j) mit einer definierten Frequenzverteilung (in 8 Oktaven f), der während einer gemessenen (oder definierten) Vorbeifahrzeit t(j) jeweils auf ein Ohr eines jeden Schläfers B(i) (1 i n) zu verschiedenen Nachtstunden (wie z.b. im Forschungsverbund Leiser Verkehr ([1])) wirkt, 2 Als Wirkung auf den Schläfer B(i): W.1 die Wahrscheinlichkeit einer Aufweckreaktion des Schläfers B(i) infolge des Verkehrslärmpegels p(f, j) mit der Vorbeifahrzeit t(j), W.2 der Initialisierungsfaktor c(j) der Aufwachwahrscheinlichkeit bei einer allgemeine Pegelreduktion beim Schlaf a bij ( c(j) = p(f, j) + a bij S + 27 ) C.2 t(j) 1.1 wobei im Folgenden a bij = 32 und S = 20 gesetzt sind, W.3 ein Rekreationsfaktor λ zur Berechnung der Rekreationsfunktion R(t) := c(j) 10 λ (t t(j)) C.3 für die Zeit t in s nach der Vorbeifahrt, also t t(j)), wobei im Folgenden λ = 0.5 gesetzt ist. (Zur Zeit t = t(j) erhöht sich die Aufwachwahrscheinlichkeit additiv um c(j).) Anzahl Aufweckreaktionen während einer Nacht Es sei N die Anzahl der während einer Nacht vorbeifahrenden Güter-Züge. Für jeden dieser N Güterzüge j (mit 1 j N) wurde gemessen bzw. berechnet: - die Uhrzeit t(j), zu der der Vorbeifahrpegel erzeugt wurde, und - der Initialisierungsfaktor c(j) 6 ) siehe auch [1], Abschnitt 4.2 (Methodik): Da die Probanden ihre Schlafzeiten in gewissen Grenzen frei wählen konnten und diese somit in dieser Feldstudie unterschiedlich ausfielen, ist die Berechnung der Anteile der Schlafstadien... nicht sinnvoll möglich. Dies gilt auch für die Indikatoren der Schlaffragmentierung.

14 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 14 Aus diesen Daten wird die Gesamt-Aufweckreaktion c ges (t) zu der (Uhr-)Zeit t (wobei t > t(j) ist) berechnet nach der Formel c norm (t) if t < t(1) c norm (t) + c(1) e λ (t t(1)) if t(1) t < t(2) c ges (t) := c norm (t) + c(1) e λ (t t(1)) + c(2) e λ (t t(2)) if t(2) t < t(3) C c norm (t) + j=n j=1 c(j) e λ (t t(j)) if t(j) t Damit lassen sich Aufweckreaktionen bestimmen und graphisch darstellen: Bild 3.3: Aufwachwahrscheinlichkeit und Aufweckreaktionen Ergebnis: keine Aufweckreaktion Bild 3.4: Aufwachwahrscheinlichkeit und Aufweckreaktionen Ergebnis: Aufweckreaktion

15 AG Qualita t: Messungen zu Schienenverkehrsla rm (emmer1.tex November 2011) Bild 4.1a: Vorbeifahrpegel Mi/Do Bild 4.1b: Vorbeifahrpegel Do/Fr Bild 4.2a: Aufweckpegel Mi/Do Bild 4.2b: Aufweckpegel Do/Fr Bild 4.1c: Vorbeifahrpegel Fr/Sa Bild 4.1d: Vorbeifahrpegel Sa/So Bild 4.2c: Aufweckpegel Fr/Sa Bild 4.2d: Aufweckpegel Sa/So 15

16 AG Qualita t: Messungen zu Schienenverkehrsla rm (emmer1.tex November 2011) Bild 4.1e: Vorbeifahrpegel So/Mo Bild 4.1f: Vorbeifahrpegel Mo/Di Bild 4.2e: Aufweckpegel So/Mo Bild 4.2f: Aufweckpegel Mo/Di Bild 4.1g: Vorbeifahrpegel Di/Mi Bild 4.1h: Vorbeifahrpegel Mi/Do Bild 4.2g: Aufweckpegel Di/Mi Bild 4.2h: Aufweckpegel Mi/Do 16

17 AG Qualität: Messungen zu Schienenverkehrslärm (emmer1.tex November 2011) 17 Eine Auswertung der Daten von jedem der 7 Wochentage einer Woche ergibt dann zunächst die Verteilung der jeweils lautesten Züge bzw. die Verteilung der Aufweckreaktionen über die 7 Nächte mit ihren Vorbeifahrpegeln in den jeweiligen Nachtstunden. Nacht Anzahl mittlerer Anzahl Güterzug- Vorbeifahrpegel Aufweck- Vorbeifahrten der Güterzüge Reaktionen mit Pegel > 90 db(a) mit Pegel > 90 db(a) Mi/Do (25/11) Do/Fr (25/11) Fr/Sa (25/11) Sa/So (25/11) So/Mo (25/11) Mo/Di (26/11) Di/Mi (26/11) Mi/Do (26/11) Bei einer Berechnung der Höhe der Lärmbelastung würde für sämtliche Zugvorbeifahrten die maximale Streckengeschwindigkeit und eine Länge von 500 m gewählt werden 7 ). Für eine optimale Datenerfassung wäre es notwendig, zur Ermittlung der Zuglänge jeweils Geschwindigkeit und Vorbeifahrzeit zu ermitteln. Literatur [1] Verbundprojekt DEUFRAKO/RAPS: Railway noise (and other modes) Annoyance, Performance, Sleep Wirkungsorientierte Bewertung unterschiedlicher Verkehrslärmarten. Teilvorhaben DLR: Metaanalyse und Feldstudie. FKZ: 19U6014B Abschlussbericht. Projektleiter: Dr. rer. nat. Uwe Mller [2] Schall 03 (1990): Richtlinie zur Berechnung der Schallimmissionen von Schienenwegen. Information Akustik 03. Deutsche Bundesbahn, Zentrale [3] Spreng, Manfred: Cortical Excitations, Cortical Excretion and Estimation of Tolerable Nightly Over- Flights. Noise & Health 16 (2002),39-46) [4] Windelberg, Dirk: Güterzug-Schallemissionen: Messung und gesetzliche Bewertung. Immissionsschutz, 13 (2008), [5] Windelberg, D.: Aufweck-Pegel und Lärmpausen bei Schienen- und Fluglärm. Immissionsschutz 8(2004), S [6] Vogelsang, B. und Windelberg, D.: Mathematische Aspekte der gesundheitlichen Beeinträchtigung durch transiente Geräuschereignisse auf der Grundlage von zeitlich veränderlichen Cortisol- Konzentrationen. Tagungsbericht DAGA 06, Braunschweig ) Diese Annahme ist nur selten erfüllt; daher wäre es sinnvoll, entweder auch die reale Geschwindigkeit zu messen oder mit Hilfe von Video-Aufnahmen diese zu berechnen. - Video-Aufnahmen liefern zusätzlich die Möglichkeit, Güterzüge von Personenzügen zu trennen und bei mehrgleisigen Strecken die unterschiedlichen Abstände zwischen Gleis und Messstation zu berücksichtigen.