Raideliikennemelun laskentamalli / Beräkningsmodell för buller från spårbunden trafik

Ympäristöministeriö ^{○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○} 1

. . . .

HELSINKI 2002

Y m p ä r i s t ö o p a s 97

Raideliikennemelun laskentamalli

Beräkningsmodell för buller

från spårbunden trafik

Ympäristöopas 97 Ympäristöministeriö Ympäristönsuojeluosasto Taitto: Marjatta Naukkarinen

Kansikuva: Aleksi Aaltonen Julkaisu on saatavana myös Internetistä:

http://www.ymparisto.fi/palvelut/julkaisu/elektro/yo97/yo97.htm ISBN 952-11-1162-3 nid.

ISBN 952-11-1163-1 PDF ISSN 1238-8602

Edita Prima Oy Helsinki 2002

Sisällys

Ympäristöministeriön päätös raideliikennemelun

laskentamallista ...5

1 Johdanto ...6

2 Mallin periaatteet ...7

2.1 Junien melu ... 7

2.2 Laskentamallin luonne ... 8

2.3 Mallin käyttö ja sen suhde melun ohjearvoihin ... 8

2.4 Mallin tarkkuus ja rajoitukset ... 9

3 Laskentamenettely ...11

3.1 Junien mallintaminen äänilähteinä ... 11

3.2 Melulähteen äänitehotaso ... 13

3.2.1 Vuorokauden keskiäänitaso... 13

3.2.2 Enimmäistaso ... 13

3.2.3 Raidekorjaus ... 15

3.3 Äänen eteneminen ... 15

3.3.1 Geometrinen leviäminen, DLd ...16

3.3.2 Ilmakehän aiheuttama absorptio, DL...16

3.3.3 Estekorjaus, DLs ...17

3.3.4 Maakorjaus, DL_g, tasainen maa ... 18

3.3.5 Heijastavien pintojen vaikutus, DL_r , rakennusten julkisivut ... 21

3.4 Äänen eteneminen, tarkennuksia ja lisäyksiä peruslausekkeisiin. ... 21

3.4.1 Epätasainen maasto ... 21

3.4.2 Esteet ... 23

3.5 Muiden kuin vuorokauden pituisten ajanjaksojen keskiäänitaso ... 23

3.6 Suomessa käytössä olevien junien junatyyppivakioita a ja b ... 23

4 Määritelmiä...25

Kirjallisuusviitteet...28

Liite A: Raideliikennemelun yksinkertaistettu laskenta- menetelmä ...30

A.1 Vuorokauden keskiäänitaso (L_Aeq24)... 30

A.1.1 Lähtöarvo junatyyppikorjauksen ollessa nolla, Lref0 ...32

A.1.2 Junatyyppikorjaus, DLj ...33

A.1.3 Äänitasojen yhdistäminen ... 33

A.1.4 Radan huomioon ottava korjaus, DLc ...34

A.1.5 Näkökulmakorjaus, DL...35

A.1.6 Julkisivukorjaus, DLr ...36

A.1.7 Äänitason aleneminen, DL ... 36

A.2 Enimmäistaso (L_AmaxM ja L_AmaxF) ... 36

A.2.1 Enimmäistason lähtöarvo junatyyppikorjauksen ollessa nolla, LMref0 ...37

A.2.2 Junatyyppikorjaus, DLj ...38

A.2.3 Junan äärellisen pituuden huomioon ottava korjaus, DL...38

a

a

a

A.2.4 Radan kunnon huomioon ottava korjaus, DLc ...39

A.2.5 Äänitason aleneminen, DL ... 39

A.3 Tarkkuus ... 40

A.4 Laskentamenetelmän diagrammit... 41

A.4.1 Tavanomainen tukikerroksella varustettu rata, akustisesti pehmeä maa, sähkövetoiset junat ... 41

A.4.2 Tavanomainen tukikerroksella varustettu rata, akustisesti kova maa, sähkövetoiset junat ... 48

Liite B: Junien lähtöarvojen määrittäminen ...55

B.1 Uudistettu yhteispohjoismainen raideliikennemelun laskentamalli ... 55

B.2 Yksinkertaistettu laskentamenetelmä ... 56

Beräkningsmodell för buller från spårbunden trafik ...59

Kuvailulehdet ... 115

Dno

YM 2/401/2002

Viite Hänvisning

Jakelussa mainituille

Ympäristönsuojelulaki (86/2000) Raideliikennemelun laskentamalli

Ympäristöministeriö antaa liitteenä olevan yleisen ohjeen raideliikennemelun laske- misesta. Ohje annetaan ympäristönsuojelulain (86/2000) 108 §:n ja 117 §:n nojalla. Ohje tulee voimaan 1.5.2002 ja on voimassa toistaiseksi.

Melu on ympäristönsuojelulain 3 §:ssä tarkoitettu ympäristön pilaantumista ai- heuttava päästö. Lain 5 §:n mukaan toiminnan harjoittajan on oltava riittävästi selvil- lä toimintansa ympäristövaikutuksista, ympäristöriskeistä ja haitallisten vaikutusten vähentämismahdollisuuksista (selvilläolovelvollisuus). Lain 25 §:n mukaan kunnan on alueellaan huolehdittava paikallisten olojen edellyttämästä tarpeellisesta ympäristön tilan seurannasta. Tähän kuuluu muun muassa melutilanteen seuranta.

Liitteenä oleva raideliikennemelun laskentamalli on tarkoitettu ohjeeksi arvioi- taessa raideliikenteen aiheuttamaa melukuormitusta ympäristönsuojelulain täytän- töönpanossa ja soveltamisessa. Ohjetta voidaan käyttää tämän ohella myös suunnit- telussa.

PEKKA JALKANEN

Ylijohtaja Pekka Jalkanen

SIRKKA-LIISA PAIKKALA

Ympäristöneuvos Sirkka-Liisa Paikkala

JAKELU

Alueelliset ympäristökeskukset Ympäristölupavirastot

Suomen ympäristökeskus Kunnat

Suomen kuntaliitto

Liikenne- ja viestintäministeriö Ratahallintokeskus

Sosiaali- ja terveysministeriö Kansanterveyslaitos

VTT

Maanmittauslaitos VR-Yhtymä Oy

Asia Arende

Päiväys

22.4.2002 YMPÄRISTÖMINISTERIÖ

M I L J Ö M I N I S T E R I E T Y m p ä r i s t ö n s u o j e l u o s a s t o

Miljövårdsavdelningen

Johdanto

Raideliikennemelun laskentamallia voidaan käyttää melukuormituksen laskemiseen ja meluntorjuntatoimenpiteiden arviointiin. Raideliikennemelun laskentamallia voi- daan käyttää junien ohitusten aiheuttaman keskiäänitason (L_eqT) ja enimmäistason (L_max) laskemiseen. Laskennassa otetaan huomioon ainoastaan ilmaääni. Mallia voi- daan käyttää kaikentyyppisille kiskoilla liikkuville kulkuvälineille. Tulokset esitetään A-painotettuina äänitasoina perustuen oktaavikaistoittain tehtyihin laskentoihin.

Mallissa laskenta tehdään oktaavikaistoittain ja käytetään viitteen [2] mukaista äänen etenemismallia lisättynä luvussa 3 esitetyillä parannuksilla. Mallissa meluläh- teet (koko liikenne tai yksittäiset junat) kuvataan määrätyn pituisen radan pituuden aiheuttamalla ääniteholla keskiäänitasoa laskettaessa ja määrätyn pituisen junan pi- tuuden aiheuttamalla ääniteholla enimmäistasoa laskettaessa. Rata ja juna jaetaan osiin, ja osia käsitellään pistelähteinä. Äänen etenemiseen vaikuttavista tekijöistä otetaan huomioon etäisyyden, ilman absorption, maan ja esteiden vaikutukset. Kaikki lasken- nat tehdään oktaavikaistoittain taajuusalueella 63 Hz - 4000 Hz kullekin osalähteelle erikseen. Lähteen eri osien vaikutukset yhdistetään tarkastelupisteestä tarkasteltuna.

Ympäristöministeriön yleinen ohje on Suomen oloihin tehty sovellutus uudis- tetusta yhteispohjoismaisesta raideliikennemelun laskentamallista. Yleisen ohjeen liit- teenä on käsin tapahtuvaan laskentaan soveltuva yksinkertaistettu laskentamenetel- mä.

Pohjoismaiden ympäristö- ja liikenneviranomaiset sekä akustikot ovat toimineet monen vuoden ajan yhteistyössä kehittääkseen, uudistaakseen ja yhdenmukaistaak- seen ympäristömelun arvioinnissa käytettäviä laskentamenetelmiä. Ensimmäinen raideliikennemelun laskentamalli valmistui vuonna 1984 [1]. Suomessa malli [33] jul- kaistiin vuonna 1986. Uudistettu malli saatiin valmiiksi vuonna 1996 [34], ja se pe- rustuu Norjassa, Ruotsissa, Suomessa ja Tanskassa sekä muissa maissa tehtyyn työ- hön.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

1

Mallin periaatteet

Laskentamallia voidaan käyttää raiteilla liikkuvan kaluston aiheuttaman melun las- kemiseen useissa erilaisissa tilanteissa. Mallilla on mahdollista määrittää ulkona val- litsevia melutasoja, joko oktaavikaistoittain tai A-painotettuina tasoina. Tarkastelu- pisteessä vallitsevat melutasot riippuvat kolmesta päätekijästä:

· äänilähde (liikenteen koostumus, junan pyörien/kiskojen kunto ja toimintaolosuhteet)

· maasto

· tarkastelupisteen sijainti.

2.1 Junien melu

Junatyypin melu vaihtelee huomattavasti paikasta toiseen, vaikka junien nopeus ja pituus pysyisivätkin samoina. Mittauksissa on saatu jopa ± 5 dB eroja samaan juna- tyyppiin kuuluvien junien ohiajojen aiheuttamissa normalisoiduissa A-painotetuissa äänialtistustasoissa [esimerkiksi 3, 5]. Hajontaan vaikuttavat mm. kiskojen ja junan pyörien epätasaisuuserot.

Tutkimusten [38, 37] mukaan Suomessa sähköistetyillä rataosilla käytössä olevat henkilöliikenteen junat voidaan jakaa melulaskentoja tehtäessä viiteen ryhmään si- ten, että kuhunkin ryhmään kuuluvien erillisten junien melupäästöjen voidaan lasken- nassa olettaa olevan samanlaiset. Ensimmäisen ryhmän muodostavat Sm1- ja Sm2- tyyppiset sähkömoottorijunat, toisen ryhmän Sm4-tyyppiset sähkömoottorijunat, kolmannen ryhmän Sr1- tai Sr2-veturin vetämät pikajunat ja paikallisliikenteen ju- nat, neljännen ryhmän Sr2-veturin vetämät kaksikerroksisista IC-vaunuista koostu- vat junat ja viidennen ryhmän Pendolino.

Tavarajunat jaetaan kahteen ryhmään. Melulaskentoja tehtäessä suomalaisista vaunuista koostuvia tavarajunia voidaan käsitellä yhtenä ryhmänä (F-TaJu). Sen si- jaan useilla rataosilla käytössä olevien venäläisistä tavaravaunuista koostuvien tava- rajunien melu poikkeaa muista tavarajunista siinä määrin, että niitä on käsiteltävä melulaskennoissa omana ryhmänään (R-TaJu).

Mallissa mukana olevat junien päästötiedot perustuvat yksittäisten junien ohi- ajojen melun mittauksiin. Suomessa mittaukset on tehty pääasiassa kolmen suurehkon mittauskokonaisuuden yhteydessä, joiden tiivistelmät ovat viitteissä [36, 37, 38].

Kuvan 1 äänialtistustasojen tehollisarvot on normalisoitu vastaamaan 100 m pi- tuista junaa, 10 m mittausetäisyyttä (mitattuna kiskojen keskilinjasta mikrofoniin) ja 2 m korkeudella akustisesti pehmeän tasaisen maan kohdalla. Radan tukikerroksen on oletettu sijaitsevan suunnilleen samalla tasolla kuin ympäröivän maaston pinta.

Mitattuja tuloksia on verrattu vastaaviin viitteen [1] mukaisiin tuloksiin, joissa juna- tyyppikorjaus on nolla.

Menetelmä, jolla mitatut ohiajojen äänenpainetasot muunnetaan mallissa käytettäviksi äänitehotasoiksi, on kuvattu liitteessä B.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

2

Kuva 1. Yksittäisten junien ohiajojen mitattujen äänialtistustasojen keskimääräiset tehollisar- vot junatyypeittäin eri nopeuksilla. Normalisointi luvun 2.1 mukaisesti.

2.2 Laskentamallin luonne

Teoriassa on mahdollista määrittää tietyssä tarkastelupisteessä vallitseva äänenpaine- taso tarkasti, kun äänilähde, maanpinta ja sääolot tunnetaan yksityiskohtaisesti. Käy- tännön tilanteissa on kuitenkin monesti mahdotonta kuvata näitä suureita yhdellä määrätyllä tavalla, vaikka ääni kulkisi hyvinkin tasaisen maanpinnan yli.

Laskentamallien käyttö edellyttää asiaan liittyviä taustatietoja, jotta malleja voi- si hyödyntää ja välttää niihin liittyviä virhemahdollisuuksia. Raideliikennemelun las- kentamalli on kehitetty arvioimaan ratojen ympäristöissä vallitsevia melutasoja ja toimimaan maankäytön suunnittelun ja meluntorjunnan apuna.

2.3 Mallin käyttö ja sen suhde melun ohjearvoihin

Mallin laskennat vastaavat kesäoloja ja lämpötilainversiota tai myötätuulta. Mallilla laskettuja tuloksia voidaan verrata esimerkiksi viitteen [13] mukaisilla mittauksilla saatuihin melutasoihin. Jos laskennan tuloksia verrataan melutason ohjearvoihin [39], tulee huomata, että laskentaetäisyyden (kiskojen keskilinjan ja tarkastelupisteen väli- nen etäisyys) ollessa yli 50 m, lasketut arvot edustavat pahinta tapausta. Tällainen tilanne esiintyy vain osan ajasta (esimerkiksi kun lähteen ja tarkastelupisteen välillä on lämpötilainversio tai tuuli lähteestä tarkastelupisteeseen).

1RSHXVNPK

$llQLDOWLVWXVWDVRG%

6P 6P 6U ,&

3HQGROLQR )7D-X 57D-X YHUWDLOX

Lämpötilainversio esiintyy usein yöllä ja se riippuu vähemmän paikasta kuin myötä- tuuli. Säätilatilastoja voidaan käyttää apuna arvioitaessa kokonaisaikaa, jona laskettu tulos on edellä mainitussa mielessä edustava. Ottamalla huomioon paikalliset pitkän- ajan sääolot lasketut tulokset on mahdollista korjata ja määrittää pitkänajan keskiää- nitaso. Mallissa tätä ei ole otettu huomioon. Useissa tapauksissa riittää, kun määrite- tään kuinka usein ja mihin aikaan päivästä/yöstä lämpötilainversio ja myötätuuli esiin- tyvät kriittisten kevät- ja kesäkuukausien aikana.

2.4 Mallin tarkkuus ja rajoitukset

Mallin tarkkuus -käsitettä käytetään tässä merkitsemään lasketun ja esimerkiksi viit- teiden [13, 18] mukaisilla menetelmillä mitatun tuloksen eroa.

Perusalgoritmeja on verrattu mitattuihin tuloksiin [viite 17]. Mallin kehitystyön yhteydessä on tehty joitakin kokeita. Näiden tutkimusten perusteella tiedetään mal- lin tarkkuus likimääräisesti. Yksittäisten oktaavikaistoittaisen laskennan tarkkuus on laskettua A-painotettua tasoa huonompi.

Malli perustuu laajempiin junamelun mittauksiin kuin vanha yhteispohjoismai- nen raideliikennemelun laskentamalli, mutta äänilähdettä kuvaavat tiedot eivät ole täydellisiä. Alle 30 km/h nopeuksilla on saatavilla vain hyvin niukasti lähteen melu- päästön mittauksia. Jos laskentapaikalla on liikennettä alle 30 km/h nopeuksilla, käy- tetään toistaiseksi nopeudella 30 km/h mitattuja päästötietoja.

Kuva 1 osoittaa millä nopeuksilla päästömittauksia Suomessa on tehty. Kohdas- sa 3.1 annettuja äänen säteilyä kuvaavia riippuvuuksia tulee käyttää vain esitetyillä nopeusalueilla (± 10 km/h).

Äänen säteily yksittäisistä junista riippuu junan pyörien ja kiskojen pinnan kun- nosta [esimerkiksi 19, 20]. Niitä on vaikea määrittää. Päästöarvot perustuvat eri mit- tauspaikoilla (erilainen mittausgeometria ja erilaiset liikenneolot) saatuihin keskimää- räisiin tuloksiin. Määrityksessä on oletettu, että tulokset edustavat nykyistä keskimää- räistä radan ja liikkuvan kaluston kuntoa.

Havaintojen mukaan lähempänä kuin 30 m radasta sijaitsevissa tarkastelupis- teissä lasketun A-painotetun 24 tunnin keskiäänitason tarkkuus on yleensä ± 2 dB ja lähes aina ± 3 dB, kun molemmat raiteet ovat näkyvissä ja korkeuskulma on alle 20°.

Korkeuskulmalla tarkoitetaan radan tukikerroksen pinnan tason ja kiskojen keskilin- jan ja tarkastelupisteen välisen viivan (mitattuna kohtisuoraan kiskoja kohti) välistä kulmaa. Tarkkuus sisältää sekä geometrian että liikenteen vaikutuksen. Lisäksi ole- tuksena on, että kohdassa 3.2.3 esitettyjä korjauksia on käytetty.

Suuremmilla korkeuskulmilla malli antaa liian suuria melutasoja, varsinkin las- kettaessa yli 120 km/h kulkevien sähköjunien melua. Lisätietoja junan rungon aiheut- tamasta estevaikutuksesta sekä katsaus asiaan liittyvästä kirjallisuudesta on esitetty viitteissä [14 ja 16]. Suppeiden tutkimusten mukaan useissa yksinkertaisissa esteti- lanteissa (korkeuskulma alle 20°) tarkkuuden on todettu olevan ± 2 dB. Kun näissä tapauksissa lasketaan A-painotettua enimmäistasoa, tarkkuuden voidaan arvioida ole- van ± 3 dB (L_maxM) ja hieman tätä parempi (L_maxF).

Kun hyvin suuri osa radasta on nähtävissä tarkastelupisteessä, laskennan tark- kuus on yleensä hyvä. Tässä tapauksessa jopa erittäin epätasaisessa maastossa koko- naistarkkuus A-painotetuille 24 tunnin keskiäänitasoille on noin ± 3 dB etäisyyden ollessa enintään 300 - 500 m radasta. A-painotettujen enimmäistasojen epätarkkuus on todennäköisesti vain hieman tätä suurempi. Pääasiallisin syy näille suhteellisen pienille epätarkkuuksille on se, ettei maanpinnalla ole suurta merkitystä raideliikennemelulle yleensä käytössä olevilla junien nopeuksilla.

Tarkkuuden voidaan olettaa olevan samansuuruisen, kun maasto on epätasainen ja kun estevaikutus aiheutuu yhdestä lähellä lähdettä tai tarkastelupistettä olevasta meluesteestä. Muunlaisissa epätasaisissa maastoissa ja esimerkiksi, kun äänen kul- kuun vaikuttaa useampikertainen diffraktio, heijastukset, kasvillisuus jne, voidaan odottaa suurempia epätarkkuuksia.

Radan tukikerroksen pinnalla junan alla on erittäin tärkeä vaikutus (ja myös ym- päristöön säteilevään osaan äänestä) taajuusalueella 300 - 3000 Hz syntyvään raitei- den ja junan pyörien muodostamaan äänikenttään. Tästä syystä tukikerroksen pinta on valittu sopivaksi vertailupinnaksi äänilähteen korkeuksien määrittämisessä, vaik- ka rata olisi leikkauksessa tai penkereellä.

Kiinteän, mutta taajuudesta riippuvan äänilähteen korkeuden käyttäminen vai- kuttaa mm. maanpinnan keskialueen kokoon (kohta 3.3.1) ja syntyvään äänikenttään.

Junille tällä on merkitystä vain, kun maan pinta on akustisesti kova. Jos äänilähteen ja tarkastelupisteen korkeudet aliarvioidaan noin 2 metrillä, maavaimennus voi tulla yliarvioiduksi enintään 0,5 dB kaikilla taajuuskaistoilla.

Esitetyt arviot voidaan tehdä, kun tarkasteluetäisyydet ovat alle 1000 m. Kohdan 3.4.1 menettelyn epätasaisen maan huomioon ottamiseksi aiheuttama virhe lasket- tuun A-painotettuun tasoon on täten ilmeisesti alle ± 1 dB suurimmassa osassa käy- tännön tapauksia. Tämän menettelyn käyttäminen muiden lähdetyyppien yhteydes- sä ei välttämättä ole tarkoituksenmukaista.

Laskentamenettely

Raideliikennemelun laskentamallia voidaan käyttää vuorokauden (24 h) keskiäänita- son (L_eq24) ja yksittäisten junien enimmäistason (L_max) laskemiseen. Junien ohiajojen enimmäistaso lasketaan sekä keskiarvona junan pituudelta (L_maxM) että F-aikapainotet- tuna enimmäistasona (L_maxF). Laskennat tehdään oktaavikaistoittain (63 Hz - 4000 Hz).

3.1 Junien mallintaminen äänilähteinä

Keskiäänitasoa laskettaessa raide jaetaan kiskojen suuntaisiin perusosiin (kuva 3a).

Vastaavasti enimmäistasoa laskettaessa juna jaetaan kiskojen suuntaisiin perusosiin (kuva 3b). Kunkin perusosan pituuden tulee olla vähemmän kuin puolet raiteen ja tarkastelupisteen välisestä etäisyydestä. Kunkin peruselementin pituutta vastaavan todellisen äänilähteen (junan tai kiskojen) aiheuttama ääniteho kuvataan mallissa yh- dellä peruselementin keskipisteeseen sijoitetulla pistelähteellä. Pistelähteen korkeu- delle annetaan laskennassa eri arvo riippuen siitä, millä taajuusalueella eri osaläh- teistä (pyörät, kiskot, moottori, vaunut jne.) aiheutuvan melun vaikutus on vallitse- vin. Eri osalähteet selviävät kuvasta 2.

Kuva 2. Laskentamallissa käytetyt pisteosalähteiden korkeudet. Kiskojen pinta on yleensä 0,2 m radan tukikerroksen yläpuolella.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

3

2VDOlKGH2NWDDYLNDLVWDQNHVNLWDDMXXV+]

.LVNRW

3\|UlW 0RRWWRUL\P

.DDUUHNLUVNXQWD 9DXQXW

-DUUXWXV /lKWHHQNRUNHXV PNLVNRVWD

Kuva 3. Radan ja junan pituuksien jakaminen lyhyisiin perusosiin laskettaessa keskiääni- ja enimmäistasoja. Kutakin perusosaa käsitellään pistelähteenä.

3.2 Melulähteen äänitehotaso

3.2.1 Vuorokauden keskiäänitaso

Kukin junan ohiajo tuottaa akustisen energia-annoksen määrättyyn tarkastelupistee- seen, ja sen jälkeen seuraa hiljainen jakso. Jos kaikkien tyypillisen vuorokauden aika- na ohiajavien junien meluannokset ovat jakautuneet tasaisesti vuorokauden ajalle, vuorokauden keskiäänitaso voidaan määrittää. Tässä tapauksessa koko radan pituus on tärkeä. Jokaisen radan perusosan oletetaan tuottavan samansuuruisen ääniener- giamäärän paitsi, jos junan nopeus tai radan olosuhteet vaihtelevat, kuva 3. Kunkin radan perusosan vaikutus lasketaan käyttämällä kohdissa 3.3 ja 3.4 esitettyä menette- lyä. Lopuksi ne lasketaan yhteen, jolloin saadaan vuorokauden keskiäänitaso tarkas- telun kohteena olevassa tarkastelupisteessä. (Käytännössä radan perusosat rajoitetaan niihin, joilla on merkittävä vaikutus tarkastelupisteestä katsoen).

Oktaavikaistoittain tehtyihin päästömittauksiin perustuen on mahdollista mää- rittää junan aiheuttama metrin pituista raideosaa vastaava äänitehotaso, kun junan tyyppi, nopeus ja liikennetiheys tiedetään. Äänitehotaso keskiäänitasolle (L_W0) saa- daan kaavasta

( )

/ Y

O

:

D OJ Ë OJ

E

ÍÌ Û

ÝÜ

missä

a ja b ovat junatyypistä riippuvia vakioita (kohta 3.6) l₂₄ junatyypin kokonaispituus vuorokaudessa, m v junatyypin nopeus, km/h.

Muiden junatyyppien tiedot voidaan lisätä malliin, kun riittävä määrä mittauksia on tehty ja tuloksille on saatu hyväksyminen, katso liite B.

3.2.2 Enimmäistaso

Junatyypin, junan nopeuden ja junan pituuden yhdistelmä, joka tuottaa korkeimman ohiajon melutason, määrää enimmäistason L_max määrätyssä tarkastelupisteessä. Rata- osalla säännöllisesti liikennöivät junat tulee ottaa huomioon. Yksittäisen junan ohi- ajon aiheuttama hetkellinen äänitaso on esitetty esimerkkinä kuvassa 4. Enimmäista- so voidaan ilmaista joko junan pituudelle määritettynä energiakeskiarvona (L_maxM) tai suurimpana tasona määritettynä aikapainotuksella F (L_maxF).

Kuva 4. Esimerkki junan ohiajon aiheuttamasta hetkellisestä äänitasosta.

L_maxM

Laskentamalli perustuu luvussa 2 mainituista päästötiedoista saatuihin energiakeski- arvostettuihin arvoihin. Laskennassa oletetaan, että kukin junan pituuden perusosa tuottaa samansuuruisen äänienergian. Tämä äänen säteily metrin pituista junan osaa kohti (L_Wt ) saadaan kaavasta

( )

/ Y

Y

:W D OJË OJ E

ÍÌ Û

ÝÜ ^{dB re 10-12 W,} (2)

missä

a ja b ovat junatyypistä riippuvia vakioita (kohta 3.5 ja liite A) v junatyypin nopeus, km/h.

Junan tulee sijaita radan osalla, jossa saadaan suurin äänitaso tarkastelupisteeseen (iteraatio voi olla tarpeellista). Kullakin tarkastelupisteellä on oma enimmäistasosta riippuva junan sijainti. Juna mallinnetaan viivalähteenä, jonka pituus on sama kuin junan pituus ja joka on jaettu perusosiin samalla tavalla kuin keskiäänitason lasken- nassa. Kunkin junan perusosan vaikutus lasketaan käyttämällä kohtien 3.3 ja 3.4 me- nettelyä ja yksittäisten perusosien vaikutus yhdistetään, jolloin saadaan tietyn tar- kastelupisteen enimmäistaso.

L_maxF

Mittauksien mukaan enimmäistasojen L_maxM ja L_maxF ero riippuu kahdesta päätekijäs- tä: junasta mitatusta etäisyydestä ja siitä, onko juna sähkö- vai dieselvetoinen [esi- merkiksi 27, 28, 29]. Mallissa käytetään seuraavia korjauksia:

/ / G

) 0 F

PD[ = PD[ + - Ë ÍÌ Û ÝÜ

dB, sähkövetoisille junille (3a)

/ / G

) 0 F

PD[

=

+ - Ë ÍÌ Û ÝÜ

Kun d_c > 100 m (sähkövetoiset junat) ja d_c > 200 m (dieselvetoiset junat), oletetaan että L_maxF = L_maxM. Lausekkeita käytetään kaikilla taajuuskaistoilla. Jotkut mittaukset ovat osoittaneet, että erotus L_maxF - L_maxM vähenee, mikäli äänen kulkutiellä on esteitä, mut- ta tätä vaikutusta ei ole otettu mallissa huomioon [29].

3.2.3 Raidekorjaus, DL

Raidekorjauksen arvo DL_c = 0, jos radalla on tukikerros, kiskot ovat yhteen hitsatut ja kiskot on kiinnitetty joko betoni- tai puupölkkyihin ja radan kunto on tyypillinen verrattuna muualla oleviin ratoihin. Jos kiskojen pinta tai junien pyörien pinta on hieman tavanomaista epätasaisempi, käytetään raidekorjaukselle arvoa DL_c = + 1…+3 dB. Erittäin kuluneille kiskoille ja/tai pyörille käytetään arvoa DL_c = + 4…+6 dB.

Erittäin hyväkuntoisella radalla voidaan raidekorjaukselle käyttää arvoa DL_c = - 1…- 3 dB. Jos kiskojen ja pyörien kosketuspinta on jatkuvasti erittäin tasainen, voi- daan käyttää suurempi negatiivisia arvoja (DL_c = - 4…- 6 dB). Negatiivisten raidekor- jausten käyttö tulee perustua hyvin dokumentoituihin ja asianmukaisiin kenttämit- tauksiin.

Ennen kuin poiketaan raidekorjauksen arvosta DL_c = 0, on tarpeellista varmistua siitä, että radan kunto ei jo sisälly junatyyppikorjaukseen DL_j. Muissa tapauksissa käy- tetään seuraavia raidekorjauksen arvoja rataosien pituuksille, joilla on seuraavat omi- naisuudet:

· raiteet, joissa on kiskojatkoksia DL_c = +3 dB

· 10 m raideosa, jolla on vaihteita tai kiskojen risteyksiä DL_c = +6 dB

· raideosat terässillalla, jolla ei ole tukikerrosta DL_c= +6 dB

· raideosat terässillalla, jolla on tukikerros DL_c = +3 dB (4)

3.3 Äänen eteneminen

Kun äänilähde on jaettu kohtien 3.1 ja 3.2 mukaisiin pistelähteisiin, kullekin tällaiselle pistelähteelle lasketaan erikseen äänen etenemisestä raiteesta tarkastelupisteeseen aiheutuvat vaikutukset. Laskennassa otetaan huomioon etäisyys, ilman absorptio, maanpinnan vaikutus, estevaikutus jne. ja mallissa käytetään viitteen [2] mukaisia laskenta-algoritmeja. Seuraavassa on esitetty lyhyesti tärkeimmät äänen etenemiseen tasaisen maan yli liittyvät tekijät, kun äänilähteenä on kiskoilla kulkeva juna.

Kunkin oktaavikaistan äänenpainetaso tarkastelupisteessä L_p (yhdestä pisteläh- teestä) saadaan kaavasta

/

= /

+ D /

+ D /

+ D /

+ D /

+ D /

+ D /

+ D /

L_W on kohtien 3.2.1 tai 3.2.2 mukainen äänilähteen keskiääni- tai enimmäistason oktaavikaistan äänitehotaso

DL_c kohdan 3.2.3 mukainen raidekorjaus DL_d kohdan 3.3.1 mukainen etäisyysvaimennus

DL_a kohdan 3.3.2 mukainen ilmakehän aiheuttama vaimennus

2NWDDYLNDLVWD+]

a_DG%P

DL_s kohdan 3.3.3 mukainen estekorjaus (kommentteja ja lisäyksiä akustisesti koville esteille on kohdassa 3.4.2). Jos äänen kulkutiellä on useita esteitä, laskennassa käytetään estettä, joka antaa suurimman estevaikutuksen.

DL_g kohdan 3.3.4 mukainen maavaimennus (epätasainen maa kohdassa 3.4.1) DL_v viitteen [2] kohdan 4.6 mukainen kasvillisuusvaimennus. Ei pakollinen

mallissa.

DL_r viitteen [2] kohdan 4.4 mukainen heijastuskorjaus. Ei pakollinen mallis- sa paitsi, että DL_r = 0…3 dB kaikilla oktaavikaistoilla tarkastelu- pisteissä,jotka sijaitsevat lähellä rakennuksen julkisivua, katso kohta 3.3.5.

Nämä tekijät lasketaan erikseen kullekin seitsemälle oktaavikaistalle 63 Hz - 4000 Hz.

Kunkin lähde-elementin vaikutukset yhdistetään kullakin oktaavikaistalla, minkä jäl- keen voidaan määrittää A-painotetut keskiääni- tai enimmäistasot.

3.3.1 Geometrinen leviäminen, DL

Kutakin viivalähteen perusosaa käsitellään ympärisäteilevänä pistelähteenä. DL_d on riippumaton taajuudesta, ja se on aina negatiivinen

( )

D/

= - OJ p U

r = äänilähteen ja tarkastelupisteen välinen etäisyys, m.

3.3.2 Ilmakehän aiheuttama absorptio, DL

DL_a kasvaa taajuuden kasvaessa ja on aina negatiivinen. Korjaus ottaa huomioon ilma- kehässä tapahtuvat energiahäviöiden ja molekyylirelaksaation aiheuttamat etenemis- häviöt, ja se määritetään lausekkeesta

D/_D = -a_D U dB, (7)

missä

r = äänilähteen ja tarkastelupisteen välisen äänen kulkutien pituus, m.

a_a = taulukon 1 mukainen vaimennuskerroin.

a_a:n arvo riippuu ilman suhteellisesta kosteudesta, staattisesta paineesta ja lämpöti- lasta. Suunnittelutarkoituksessa suositellaan käytettäväksi suhteellista kosteutta RH = 70% ja lämpötilaa 15°C kuten taulukossa 1. Staattisen ilmanpaineen vaikutus voidaan jättää ottamatta huomioon.

Taulukko 1. Vaimennuskerroin a _a.

3.3.3 Estekorjaus, DL

Laskennassa käytetään apuna kuvan 5 mukaista maastoprofiilia, jossa näkyy lähde- ja tarkastelupisteiden välillä oleva maasto (S = lähde, I = tarkastelupiste). Mäkiä sekä luonnollisia ja keinotekoisia esteitä, jotka leikkaavat suoran viivan SI, käsitellään yk- sinkertaisina, ohuina esteinä. Estevaikutus kasvaa taajuuden kasvaessa. Koska kisko- jen ja pyörien tuottama raideliikennemelu on voimakkaimmillaan 1000 Hz:n taajuus- kaistalla, meluesteet ovat usein tehokas tapa melun vähentämiseksi. Jos useampi kuin yksi este leikkaa viivan SI, laskennassa käytetään vain suurimman estevaimennuksen antavaa estettä. Katso myös kohta 3.4.1.

Kuva 5. Maaston profiili ja esteiden yksinkertaistaminen.

Laskennassa oletetaan, että esteen pituus on paljon suurempi kuin esteen korkeus.

Jos esteiden, maaston, jne. tehollinen pituus on vähemmän kuin 3 kertaa tehollinen korkeus, esteen pituuden huomioon ottava korjaus lasketaan viitteen [2] mukaisesti.

Yksinkertaistettu esteen geometria ja tärkeät parametrit on esitetty kuvassa 6. H_s, H_i, H_g ja H_t ovat korkeuksia mitattuna yhteisestä vertailutasosta (esimerkiksi merenpin- nasta). Laskenta muodostuu kolmesta vaiheesta.

Vaihe 1:

Määritetään pisteiden K, Q ja T sijainnit (kuva 6). Piste Q sijaitsee aina pisteen K ylä- puolella ja etäisyys QK on

( )

DK G G

=

G

Etäisyys QT on esteen tehollinen korkeus h_e. Jos Q sijaitsee T:n alapuolella, h_e on posi- tiivinen. Jos Q sijaitsee T:n yläpuolella, h_e on negatiivinen:

K .7_H= - DK^, jos K on T:n alapuolella (9)

( )

K

= - .7 + D K

Vaihe 2:

Määritetään äänen kulkumatkan ero,

›=67 7, 64 4,+ - - _, jos K on T:n yläpuolella (11)

›=6, 64 4, 67 7,- - - - , jos K on T:n alapuolella. (12) Vaihe 3:

Määritetään estekorjaus DL_s (F on oktaavikaistan keskitaajuus)

( )

D/

= - &

OJ › ) +

Jos DL_s> 0 dB, niin estekorjaukselle annetaan arvo 0 dB.

Jos DL_s< -20 dB, niin estekorjaukselle annetaan arvo -20 dB.

( )

& + +

K

W J

= ) -

Jos C_h> 1, niin C_h:lle annetaan arvo 1.

Kuva 6. Yksinkertaisen esteen geometriset parametrit.

3.3.4 Maakorjaus, DL

, tasainen maa

Maanpinta vaikuttaa lähes aina äänen etenemiseen. Maanpinnan ominaisuudet, läh- teen ja tarkastelupisteen korkeudet, maanpinnan tyyppi, lähteen ja tarkastelupisteen välinen etäisyys ja mahdollinen estevaikutus äänen kulkutiellä, määräävät maakorja- uksen (DL_g). Jos maasto on epätasaista, katso kohta 3.4.1.

Kuvassa 7 on esitetty tärkeimmät geometriset parametrit. S on äänilähde ja I on tarkastelupiste. Tässä vaiheessa oletetaan, että maanpinta on tasainen, mutta ei vält- tämättä horisontaalinen. Äänilähteen ja tarkastelupisteen välinen etäisyys, mitattuna

¶

yhdensuuntaisena tämän pinnan kanssa (d) jaetaan kolmeen alueeseen: lähdealue (d_s), kohdealue (d_i) ja keskialue (d - (d_s+d_i)). Kukin alue vaikuttaa osaltaan maavaimennuk- seen (DL_g). Etäisyydet d_s ja d_i on määritelty kuvassa 7. Kun (d_s+d_i) d, keskialuetta ei ole ja sen vaikutus maakorjaukseen on nolla, katso viite [2]. Etäisyydet d_s ja d_i ovat aina pienempiä tai yhtä suuria kuin d. Korkeudet h_s ja h_i ovat äänilähteen ja tarkastelu- pisteen korkeudet. Kolmen korjaustermin arvot riippuvat äänilähteen ja tarkastelu- pisteen korkeuksista.

Kuva 7. Maakorjauksen laskennassa käytettävät geometriset parametrit.

Maan akustisia ominaisuuksia luonnehditaan tekijällä G, joka riippuu maanpinnan huokoisuudesta taulukon 2 mukaisesti. Arvoa G = 1 suositellaan käytettäväksi kisko- jen ja ratapölkkyjen alla sijaitsevalle tavanomaisesti huolletulle karkealle sepelituki- kerrokselle.

Taulukko 2. Maanpinnan tyyppi ja maatekijä G.

Maanpinnan tyyppi G Luonnehdinta

Asfalttia, tiheää kovapintaista soraa, betonia, vettä, kiveä ja

Kova maa 0 vastaavanlaisia maanpintoja pidetään akustisesti kovina.

Kiskojen/ratapölkkyjen alla olevaa sepelitukikerrosta ja kaikkia Huokoinen maa 1 maanpintoja, jotka soveltuvat kasvillisuuden kasvualustaksi pidetään

akustisesti huokoisena, esim. ruoho- ja viljelysmaa, metsä, nummi tai puutarha.

Jos suhteellinen osuus, p, maanpinnasta on huokoista ja loppu kovaa, Osittain huokoinen maa p/100 maatekijä G saadaan lausekkeesta G = p/100

Maakorjaus DL_g muodostuu kolmesta osavaikutuksesta, jotka kaikki voidaan liittää tiettyyn maapinnan alueeseen: yhteen lähdealueeseen, yhteen kohdealueeseen ja yh- teen keskialueeseen:

D /

= D /

+ D /

+ D /

>

Lähdealueen maakorjaus DL_g,s

Lähdealueen maakorjauksen laskennassa korvataan G ja h taulukon 3 lausekkeissa seuraavasti:

G = G_s (16)

h = h_s, tai (17)

h = h_s + h_e(1 - d_s1/d) (18)

Lauseketta 18 käytetään lausekkeen 17 sijasta, kun h_s < 5 m ja äänen kulkutiellä on este, esimerkiksi kun estekorjauksen määräävän esteen tehollinen korkeus, h_e, on po- sitiivinen.

Kohdealueen maakorjaus DL_g,i

Kohdealueen maakorjauksen laskenta tapahtuu samalla tavalla kuin lähdealueen maakorjauksen laskenta. Taulukon 3 lausekkeisiin sijoitetaan:

2NWDDYLQNHVNLWDDMXXV

+] D/JVWDLD/JL

G% D/JF

G%P

*DK P*F

*EK P*F

*FK P*F

*GK P*F

* P*F

* P*F

( )

(

)

D K = + H ^K Ë -H ^G H ^K H ^G

ÍÌ Û

ÝÜ + -

- - - - - ^-

E K = + H ^K Ë -H ^G

ÍÌ Û

ÝÜ

- -

F K = + H ^K Ë -H ^G

ÍÌ Û

ÝÜ

- -

G K = + H ^K Ë -H ^G

ÍÌ Û

ÝÜ

- -

P NXQGˆKVKL

P KVKLGNXQG>KVKL MRVP<Nl\WHWllQDUYRDP

Taulukko 3. Maavaimennuksen laskennassa käytettävät lausekkeet.

G = G_i (19)

h = h_i, tai (20)

h = h_i + h_e(1 - d_i2/d) (21)

Lauseketta 21 käytetään lausekkeen 20 sijasta, kun h_i < 5 m ja äänen kulkutiellä on este, esimerkiksi kun estekorjauksen määräävän esteen tehollinen korkeus, h_e, on po- sitiivinen.

Keskialueen maakorjaus L_g,c

Keskialueen maakorjaus lasketaan taulukon 3 mukaisesti. Jos h_s (vaihtoehtoisesti h_sc kohdassa 3.4.1) tai h_i (vaihtoehtoisesti h_ic kohdassa 3.4.1) on alle 5 m ja äänen kulkutiel- lä on este, esimerkiksi kun estekorjauksen määräävän esteen tehollinen korkeus, h_e, on positiivinen, taulukon 3 lausekkeissa käytetään lausekkeiden 18 ja 21 mukaisia kor- jattuja korkeuksia arvoa m laskettaessa.

3.3.5 Heijastavien pintojen vaikutus, DL

, rakennusten julkisivut

Kun tarkastelupiste sijaitsee lähellä rakennusta, äänitasoon vaikuttavat sekä suoraan äänilähteestä saapuva ääni että rakennuksen julkisivusta heijastunut ääni. Etäisyyk- sillä 0,5 m - 2 m rakennuksen julkisivusta käytetään julkisivukorjausta

DL_r = 3 dB (22)

Jos tarkastelupiste sijaitsee 2 - 20 m etäisyydellä rakennuksen julkisivusta käytetään julkisivukorjausta

DL_r = 3 - 3d_f/20 dB, (23)

missä d_f on etäisyys julkisivusta. Jos d_f on suurempi kuin 20 m, DL_r = 0 dB.

3.4 Äänen eteneminen, tarkennuksia ja lisäyksiä peruslausekkeisiin.

Viitteessä [2] kuvattu menetelmä ei ole riittävän tarkasti määritelty kaikkiin raidelii- kennemelun laskentatilanteisiin. Seuraavat määrittelyt ja lisäykset on havaittu hyö- dyllisiksi eräiden yleisten käytännön ongelmien ratkaisemiseksi.

3.4.1 Epätasainen maasto

Viitteessä [2] ei ole riittävästi ohjeita epätasaisen maaston maakorjauksen laskemi- seksi. Mallin laskentatarkoituksia varten maanpinnan kolmen osa-alueen ei tarvitse olla samalla korkeudella eikä yhdensuuntaisia. Mallissa on käytetty seuraavia määrit- telyjä.

Lähdealue

Lähteen korkeudet (h_s) ovat kiinteät, ja ne on määritelty kuvassa 3 (lisättynä kiskojen korkeudella). Tämä tarkoittaa sitä, että tukikerroksen pinta on määritelty edustamaan lähteen alla sijaitsevaa maanpintaa, riippumatta tämän pinnan todellisesta ulottuvuu-

D

desta tarkastelupisteen suuntaan. Tätä määrittelyä käytetään vain laskettaessa maa- korjausta. Laskennassa on suositeltavaa käyttää maatekijän arvoa G = 1 tukikerrosta vastaavan lähdealueen osalle.

Kohdealue

Usein riittää, kun laskennassa käytetään tarkastelupisteen alla sijaitsevan todellisen maanpinnan korkeutta kohdealueen korkeutena. Jos maasto on epätasaista eikä piste ole edustava koko kohdealueen (30 h_i) maanpinnalle, laskennassa on tarpeen käyttää keskimääräistä maanpinnan korkeutta ja ottaa tämä huomioon tarkastelupisteen kor- keuden h_i ja maatekijän G määrittämisessä.

Keskialue

Keskialueella tarkoitetaan lähteen ja tarkastelupisteen välisen maaston osuutta, joka saadaan, kun koko etäisyydestä d vähennetään lähdealueen ja kohdealueen osuudet (d_s + d_i). Jos tarkastelupisteen korkeus on yli 2 m ja lähteen korkeudet ovat tässä mää- ritellyn mukaisia, keskialueella on merkitystä vasta, kun d > 75 - 125 m.

Kuvassa 8 on esimerkki yksinkertaistetusta epätasaisesta maastosta. Jos äänen kulkutiellä on esteitä, nämä käsitellään erikseen, esimerkiksi etsimällä maaston pro- fiilista kohta, joka antaa suurimman estevaikutuksen, ja tämän jälkeen seuraamalla viitteen [2] mukaista menettelyä. Keskialueen vaikutuksen määrittämiseksi lasketaan maanpinnan (H_gg) keskimääräinen korkeus. Maanpintaa H_gg verrataan kohtisuoraan lähteen alla sijaitsevasta maanpinnan pisteestä kohtisuoraan tarkastelupisteen alla sijaitsevaan maanpinnan pisteeseen vedetyn viivan keskimääräiseen korkeuteen H_si. Keskialueen aiheuttaman maanpinnan vaikutuksen laskennassa käytettävät kor- jatut korkeudet ovat tällöin:

( )

K

= + K

+

- +

( )

K

= + K

+

- +

Korkeuksien h_sc ja h_ic pienimmät arvot ovat nolla.

Kuva 8. Maanpinnan keskialueen keskimääräisen korkeuden määrittäminen, kun maanpinta on epätasainen.

3.4.2 Esteet

Lähellä rataa sijaitsevat esteet, joiden pinta on akustisesti kova, heijastavat usein huo- mattavan määrän äänienergiaa takaisin junan suurista pinnoista. Tämä vähentää es- teen tehokkuutta. Tapauksissa, joissa on käytettävä heijastavaa estettä, estevaikutus DL_s pienenee seuraavasti:

D / D

G /

V

= - Ë

Í Ì Û Ý Ü

missä

d₁ on vaakatasossa lähteen ja tarkastelupisteen välistä suuntaa pitkin mitattu lähteen ja esteen välinen etäisyys. Jos (1-5/3d₁) < 0,7, käytetään arvoa DL_s´ = 0,7 DL_s.

Jos maasto on epätasainen, H_gg :lle annetaan arvo, joka vastaa matalimmalla sijaitse- van merkittävän kokoisen maanpinnan korkeutta. Äänen eteneminen esteen ohi tuli- si ottaa huomioon, mikäli mahdollista. Yhtälö (8) perustuu rajoitettuun mittaustie- toon [31, 32].

3.5 Muiden kuin vuorokauden pituisten ajanjaksojen keskiäänitaso

Jos halutaan laskea aikaa h tuntia ja liikennettä l_h vastaava keskiäänitaso, tämä voi- daan määrittää yksinkertaisesti muuntamalla liikennemäärä vastaavaksi 24-tunnin arvoksi (l₂₄ = l_h (24/h)). Laskettua arvoa l₂₄ käytetään lähtöarvon L_w0 määrittämisessä ajalle h tuntia ja näin tämän ajanjakson keskiäänitaso voidaan määrittää. Valitulla ajan- jaksolla ei ole vaikutusta luvussa 3.3 esitettyihin korjauksiin.

3.6 Suomessa käytössä olevien junien junatyyppi- vakioita a ja b

Kaavojen (1) ja (2) mukaiset junatyypistä riippuvat vakiot a ja b on määritetty Suo- messa käytössä oleville junille viitteiden [36, 37 ja 38] mittausten perusteella. Tauluk- koon 4 on koottu laskennassa tarvittavia Suomessa käytössä olevien junatyyppien ju- natyyppivakioiden a ja b arvoja.

Suomessa käytössä olevat junatyypit on jaettu seuraaviin ryhmiin:

henkilöliikenteen junat

· Sm1/2 = Sm1 ja Sm2 paikallisliikenteen sähkömoottorijunat

· Sr = Sr1- tai Sr2- veturin vetämät henkilöliikenteen junat (siniset, punaiset tai yksikerroksiset IC-vaunut)

· Pen = Pendolino (Sm3)

· Sm4 = Sm4 sähkömoottorijuna

· IC2 = Sr2-veturin vetämät kaksikerroksisista IC-vaunuista koostuvat junat

tavaraliikenteen junat

· F-TaJu = suomalaisista tavaravaunuista koostuvat tavarajunat

· R-TaJu = venäläisistä tavaravaunuista koostuvat tavarajunat.

-XQDW\\SSL /XRNND 7HKROlKGH 5DWDS|ON\W

6P P

V EHW

6U P V EHW

3HQ P

V EHWSXX

)7D-X W V EHW

57D-X W V EHW

6P P

V EHW

,&

P V EHW 9DNLR

7DDMXXV +]

D

E

D

E

D

E

D

E

D

E

D

E

D

E

Taulukko 4. Suomalaiset junat. Vakioiden a ja b arvoja junatyypin ja taajuuden funktiona.

Määritelmiä

Parametrit, joita on käytetty yhdessä luvussa, on yleensä kuvattu kyseisessä yhtey- dessä.

d äänilähteen ja tarkastelupisteen välinen etäisyys, m

d_f tarkastelupisteen ja rakennuksen julkisivun välinen etäisyys, m

DL geometrian ja etäisyyden vaikutus äänitasoon käsilaskentamenetel- mässä, dB

DL_c radan huomioon ottava korjaus, dB

DL näkökulmakorjaus käsilaskentamenetelmässä, dB DL_r julkisivun heijastuksen huomioon ottava korjaus, dB DL_j junatyyppikorjaus käsilaskentamenetelmässä, dB

G maatekijä, maanpinnan huokoisuutta kuvaaja tekijä, akustisesti kovalle pinnalle käytetään arvoa G = 0, akustisesti pehmeälle pinnalle käytetään arvoa G = 1

h_s äänilähteen korkeus mitattuna tukikerroksen pinnasta.

immissiopiste

katso tarkastelupiste keskiäänitaso

ekvivalenttitaso

L_eqT ajan T keskiäänitasoa kuvaava yleismerkintä

L_eq24 24 tunnin keskiäänitaso¹, taajuuspainotusta tai oktaavikaistaa ei ole määritelty

L_Aeq24 A-painotettu 24 tunnin keskiäänitaso¹

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

4

1 Raideliikennemelun laskentamallissa nämä arvot ovat energiakeskiarvostettuja tasoja, jotka ottavat huomioon seuraavien tekijöiden aiheuttamat satunnaiset vaihtelut:

- satunnaiset ilmakehän muutokset ”inversio/myötätuuli-ikkunassa” viitteen [23] mukaisesti - maanpinnan vaihtelut likimäärin digitaalikarttojen 0,5 - 1m resoluution mukaisesti

- maanpinnan ominaisuuksissa sään ja vuodenaikojen (lukuunottamatta lunta ja jäätä) aiheuttamien ajan mittaan tapahtuvien muutosten vaikutukset

Kaikkien raportin äänenpainetasojen referenssinä on 20 Pa.m

a

L_max enimmäistasoa kuvaavat yleismerkinnät (ilman tai alla määriteltyjen aikavakioiden kanssa), taajuuspainotusta tai oktaavikaistaa ei ole määri- telty¹

L_maxF L_maxM

L_Amax A-painotettu enimmäistaso, aikapainotusta ei määritelty¹

L_AmaxF A-painotettu enimmäistaso aikapainotuksella FAST¹

L_AmaxM A-painotetun enimmäistason tehollisarvo (vastaa lähes aikapainotuksella

SLOW määriteltyä arvoa), keskiarvostusaika vastaa junan tarkastelupis- teen ohitusaikaa¹

L_W lähes horisontaalisen äänitehotason yleismerkintä keskiarvostettuna kaikkiin suuntiin, taajuuspainotusta tai oktaavikaistaa ei määritelty (dB re 1 pW)

L_Wt käytetään kuvaamaan oktaaveittain metrin pituista junan pituutta vastaavaa äänitehotasoa laskettaessa tietyn junatyypin ja nopeuden aiheuttamaa enimmäistasoa

L_W0 käytetään kuvaamaan oktaaveittain metrin pituista radan pituutta vastaavaa äänitehotasoa laskettaessa tiettyjä liikenneoloja vastaavaa vuorokauden keskiäänitasoa

L_Aw lähes horisontaalinen A-painotettu äänitehotaso keskiarvostettuna kaik- kiin suuntiin (dB re 1 pW), L_Awt ja L_Awo voidaan laskea niitä vastaavista oktaavikaistojen arvoista

L_ref käsilaskentamenetelmässä käytetty vertailuarvo vuorokauden (24 h) kes- kiäänitasolle etäisyydellä 10 m kiskojen keskilinjasta, 2 m korkeudella tasaisen ja pehmeän maan yläpuolella, tukikerroksen pinnan oletetaan olevan ympäröivän maanpinnan tasalla

L_Mref käsilaskentamenetelmässä käytetty vertailuarvo enimmäistason tehollis- arvolle etäisyydellä 10 m kiskojen keskilinjasta, 2 m korkeudella tasaisen ja pehmeän maan yläpuolella, tukikerroksen pinnan oletetaan olevan ym- päröivän maanpinnan tasalla

melutaso katso äänenpainetaso ennustus- tai laskentapiste

katso tarkastelupiste tarkastelupiste

piste, jossa vallitsevaa melua halutaan laskea = immissiopiste

L_E (SEL) äänialtistustaso, ohiajavan juna koko äänienergia normalisoituna integ- rointiaikaan T = 1 s. Katso liite B. A-painotettu äänialtistustaso merki- tään L_AE

L_En liitteen B mukaisesti normalisoitu äänialtistustaso

äänialtistustaso katso L_E äänitehotaso

katso L_W äänenpainetaso

yleiskielessä käytetään myös termejä äänitaso tai melutaso este esteparametrit on määritelty kohdissa 4.3.2 ja 4.4.2

äänilähde laskettaessa keskiäänitasoa äänilähteen muodostaa rataosan se junalii- kenne, joka vaikuttaa merkittävästi tietyssä tarkastelupisteessä vallitse- vaan melutasoon. Laskettaessa enimmäistasoa äänilähteen muodostaa siinä paikassa oleva juna, joka aiheuttaa suurimman melutason. Liiken- nettä ja junaa voidaan kuvata pistelähteistä muodostetulla sarjalla.

maasto maanpinta suoraan äänilähteen ja tarkastelupisteen välillä

l₂₄ tyypillisen vuorokauden (24 h) aikana tarkastelupisteen ohittavien juni- en kokonaispituus junatyypeittäin, m

l_h satunnaisen h tunnin aikana tarkastelupisteen ohittavien junien koko- naispituus junatyypeittäin, m

v junan nopeus junatyypeittäin, km/h.

Kirjallisuusviitteet

1. Ringheim, M. Noise from railway traffic. KILDE report 67a. Voss, 1984.

2. Kragh, J. Environmental noise from industrial plants. General prediction method. Lyd- teknisk Laboratorium. Report no. 32. Lyngby, 1982.

3. Ringheim, M. Noise measurements on electrically driven trains. KILDE Report 148.

Voss, 1985.

4. Ringheim, M & Eikeland, F. Støy fra elektrisk drevne tog. KILDE rapport R671. Voss, 1994.

5. Göransson, C & Ström, T. Extern buller från svenska tågtyper. Statens Provnings- och Forskningsinstitut. SP rapport 1994:24. Borås 1994.

6. Eurasto, R. Technical Research Centre of Finland. Finnish train noise database. VTT Building Technology, Espoo 1994.

7. Brackenhoff, H& al. Handleiding meten en reheners indusstrielawaai. ICG Rapp IL-HR- 13-01, Holland 1981.

8. Verein Deutscher Ingenieure. Schallausbreitung im Freien. V DI 2714. Tyskland 1988.

9. International Organisation for Standardization. Attenuation of sound during propa- gation outdoors. Part 2. Draft ISO/DIS 9613, 1994.

10. Ringheim, M. Revisjon av Nordisk Reknemetode for jernbanestøy. KILDE rapport R634.

Voss, 1993.

11. Ringheim, M. Status for arbeidet med revisjon av Nordisk Reknemetode for jern- banestøy. KILDE notat N476. Voss, 1994.

12. Ringheim, M. Background material for the Nordic rail traffic noise prediction method.

KILDE report 130, Dec. 1984.

13. Raideliikennemelun mittaaminen. Mätning av buller från spårbunden trafik. Ympä- ristöministeriö/Miljöministeriet. Ympäristöopas 5. Helsinki 1996. 67 s.

14. Ringheim, M. Måling av direktivitet frå elektrisk drevne tog. KILDE rapport R323. Voss, 1989.

15. Ringheim, M. Noise emission from elektric trains. Directivity effects. Internoise-88, p.

1371 - 1373, Avignon 1988.

16. Ringheim, M. Direktivitet i lydavstråling frå tog. KILDE rapport R236. Voss, 1987.

17. Kragh, J. Noise from industrial plants. Measurements and predictions. Nordforsk Miljö- vårdsserien. Publikation 1984:1. Stockholm, 1984.

18. Statens Natursvårdsverk. Metod för immissionsmätning av extern industribuller. Stock- holm 1982.

19. Christensen, J. T. Hjul-skinnestøyprosjektet. “Runde hjul og glatte skinner”. DSB Måle- teknik rapport nr. MO38/92. København, 1992.

20. Savoir course. Noise and vibration from rail transport systems. Lecture notes, Beekber- gen, 1992.

21. Franke, S & Swenson, G. A brief tutorial on the fast field program (FPP) as applied to sound propagation in air. Applied Acoustics 27, 203-215, 1989.

22. Jonasson, H. How to expand the meteorological window for noise immission measure- ments. Nordtest workshop, Borås 1988.

23. Kragh, J & al. Ny meteorologisk ramme for måling af extern støy fra virksomheder. Lyd- teknisk Institut, rapport nr 148, Lyngby 1990.

24. Ringheim, M. Prediction methods for shooting noise and explosions. KILDE notat N562. Voss 1995.

25. Jakobsen, J & Falch, E. Noise from shooting ranges. Revision of the Joint Nordic Pre- diction method. NORDTEST project 1151-94, AV412/95. DELTA och KILDE Akustikk a/

s, 1995.

26. ISO. Acoustics - Description and measurement of environmental noise - ISO 1996/1: Ba- sic quantities and procedures. The International Organisation for Standardization, 1982.

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

27. Göransson, C. Mätning av maximala bullernivåer från tåg, med tidsvägning F och S.

Statens Provnings- och Forskningsinstitut, Akustik, delrapport 94F36057. Borås 1994.

28. Kragh, J & Carlsen, O. Støy fra accelerende tog. Lydteknisk Laboratorium, rapport LL1260/82. Lyngby, 1982.

29. Ringheim, M. Sammenfatting av støydata (SEL) for norske tog med elektrisk drift. KIL- DE N459 and unpublished background material. Voss, 1994.

30. Ringheim, M. Jernbanestøy. Dokumentasjon av togstøydata for Nordisk reknemetode for jernbanestøy. KILDE notat N383. Voss, 1993.

31. Kurze, U. Abschirmung an Bahnanlagen, Acoustica vol 45, 304-315, 1980.

32. van Leuuwen, J.J. Investigation of noise prediction models of acoustic barriers along railway lines. DGMR report R.93.165.A. The Hague, 1994.

33. Raideliikennemelun laskentamalli. Ympäristöministeriön ympäristön- ja luonnonsuoje- luosaston julkaisu, Sarja A:41. Helsinki 1986. 35 s.

34. Railway traffic noise - The Nordic prediction method. Nordic council of ministers, Te- maNord 1996:524. 72 s.

35. Eurasto, R. The Finnish train data for the Nordic prediction method for train noise.

VTT document dated 9. Sept. 1996.

36. Eurasto, R. Suomessa käytössä olevien junatyyppien meluemissiomittaukset ja raidelii- kennemelun laskentamallin lähtöarvojen ja junatyyppikorjausten määrittäminen. VTT Rakennustekniikka tutkimusselostus Nro RTE897/00. Espoo 14.3.2000. 60 s.

37. Eurasto, R. Raideliikennemelun laskentamallin lähtöarvot ja junatyyppikorjaukset Sm4- ja IC2-junille. VTT Rakennustekniikka Tutkimusraportti nro RTE3069/00. Espoo 2000. 48 s.

38. Eurasto, R. Raideliikennemelun laskentamallin parametrit. VTT Tiedotteita 1718. Espoo 1995. 34 s.

39. Valtioneuvoston päätös melutason ohjearvoista. VNp 993/1992.

Liite A: Raideliikennemelun yksinkertaistettu

laskentamenetelmä

Ympäristöministeriön yleisen ohjeen luvuissa 2 ja 3 kuvattu yhteispohjoismaiseen raideliikennemelun laskentamalliin pohjautuva laskentamalli on melko laaja ja ma- nuaalikäyttöön työläs.

Eräissä yksinkertaisissa geometrioissa on mahdollista saada riittävän tarkka kuva melutasoista yksinkertaisemmilla keinoilla. Joissakin tapauksissa voi riittää, jos saa- daan likimääräinen arvio määrätyn liikenteen aiheuttamista melutasoista. Tällaisissa tilanteissa laskennassa voidaan käyttää tässä esitettyä käsilaskentaan soveltuvaa yk- sinkertaistettua menetelmää. Menetelmä korvaa vanhan yhteispohjoismaisen raide- liikennemelun laskentamallin [1]. Menetelmää voidaan käyttää itsenäisesti arvioita- essa A-painotettuja 24-tunnin keskiäänitasoja ja enimmäistasoja rajallisessa määrässä geometrioita sekä interpolointiin näiden geometrioiden välillä.

Yksinkertaistettu menetelmä on ensisijaisesti tarkoitettu tilanteisiin, joissa maas- to ei muutu huomattavasti radan varrella. Sitä voidaan käyttää myös yksinkertaisissa tilanteissa, vaikka geometria vaihtelee radan varrella. Tämä tarkoittaa, että rajoitetun pituisia esteitä ja kaarevia raiteita voidaan käsitellä jakamalla rata osa-alueisiin. Las- kennat toistetaan kullekin osa-alueelle erikseen. Tuloksena saatavat keskiäänitasot yhdistetään. Korkeinta enimmäistasoa käytetään tämän parametrin lopullisena tu- loksena. Useampia raiteita käsitellään samalla tavalla kiinnittämällä erityistä huomiota mahdollisiin eroihin estevaikutuksessa. Kahta raidetta, joiden varrella ei ole esteitä ja joiden keskikohdat sijaitsevat enintään 10 m etäisyydellä ja 0,5 korkeudella toisistaan, voidaan usein käsitellä yhtenä raiteena, joka on sijoitettu todellisten raiteiden puo- leenväliin.

A.1 Vuorokauden keskiäänitaso (L

)

Laskettu vuorokauden keskiäänitaso on voimassa luvuissa 2 ja 3 kuvatuissa oloissa tarkasteltavaa paikkaa edustavissa liikenneoloissa (esimerkiksi vuosittainen keskiar- vo). Junien kokonaispituus (m) vuorokaudessa ja junien keskimääräinen nopeus mää- ritetään tunnetuista liikennetiedoista kullekin junatyypille erikseen. Jos junien todel- lista nopeutta ei voida arvioida, laskennassa käytetään tarkastelupaikan nopeusrajoi- tuksen mukaista nopeutta. Laskenta koostuu seuraavista vaiheista:

Vaihe 1:

Määritetään kohdan A.1.1 mukaisesti vuorokauden (24 h) A-painotettu keskiäänitaso 10 m etäisyydellä kiskojen keskilinjasta, kun junakorjaus on nolla.

Vaihe 2:

Kohdan A.1.2 mukaisesti määritetään kullekin junatyypille erikseen junatyyppikorja- us DL_j. Junatyypin n vaikutus koko vuorokauden vertailutasoon on L_refn = L_ref0 + DL_jn.

Vaihe 3:

Eri junatyyppien vaikutukset yhdistetään, jolloin saadaan koko vuorokauden vertai- lutaso 10 m etäisyydellä, L_ref. Kohta A.1.3.

Vaihe 4:

Määritetään raiteen huomioon ottava korjaus, DL_c, kohdan A.1.4 mukaisesti.

Vaihe 5:

Määritetään näkökulmakorjaus, DL , kohdan A.1.5 mukaisesti.

Vaihe 6:

Määritetään julkisivukorjaus, DL_r, kohdan A.1.6 mukaisesti.

Vaihe 7:

Määritetään laskentatilanteen geometrialle vertailupisteen ja tarkastelupisteen väli- nen äänitason aleneminen, DL, käyttämällä luvussa A.4 olevia diagrammeja.

Näiden vaiheiden jälkeen päädytään lopulta tarkastelupisteessä vallitsevaan vuo- rokauden keskiäänitasoon, joka saadaan lausekkeesta:

/

= /

+ D /

+ D /

+ D /

+ D /

Jos halutaan laskea vuorokautta lyhyempää ajanjaksoa vastaava keskiäänitaso, esimerkiksi ajassa h tuntia junan pituutta l_h metriä vastaava keskiäänitaso, tämä voi- daan laskea yksinkertaisesti muuttamalla liikennemäärä vastaavaksi 24 tunnin arvok- si (l₂₄ = l_h (24/h)) ja tämän jälkeen käyttämällä kuvaa A.1 suoraan aikaa h vastaavan lähtöarvon L_ref0 määrittämiseksi. Tarkasteluajan pituus ei vaikuta korjauksien arvoi- hin.

a

Kuva A.1. Vuorokauden (24 h) keskiäänitason laskennassa käytettävä lähtöarvo L_ref0, kun juna- tyyppikorjaus = 0.

A.1.1 Lähtöarvo junatyyppikorjauksen ollessa nolla, L_ref0

L_ref0 on A-painotettu keskiäänitaso vertailupisteessä, 10 m etäisyydellä kiskojen keski- linjasta ja 2 m korkeudella kiskojen pinnan tasosta. Se voidaan määrittää kuvasta A.1, kun junan nopeus ja liikennemäärä (kunkin junatyypin junien yhteenlaskettu pituus metreissä vuorokautta tai tarkasteluajanjaksoa kohden) on tiedossa ja junatyyppikor- jaus = 0. Radan oletetaan muodostuvan yhteen hitsatuista kiskoista, jotka on kiinni- tetty betonipölkkyihin normaalilla tukikerroksella ja alatukikerroksella varustetulla