Lärmminderung bei Zügen mithilfe von Vorbeifahrtgeräuschtests

Dies ist eine gekürzte Fassung eines Artikels aus der Zeitschrift Electronic Design, der hier mit Genehmigung veröffentlicht wird. Für die Vollversion folgen Sie bitte dem Link.

Züge sind für den täglichen Transport von Personen und Gütern unverzichtbar. Allerdings sind sie nicht gerade leise und tragen in städtischen, vorstädtischen und ländlichen Gebieten zur Lärmbelästigung bei. Neben Hörnern und Pfeifen stellt das Rollgeräusch der Räder auf den Schienen die wichtigste Lärmquelle dar. 

In den Niederlanden benötigte DEKRA ein neues Datenerfassungssystem, um einige ältere Geräte zu ersetzen. Ziel war es, die Einrichtungszeit für Messungen zu verkürzen und die Effizienz zu verbessern. Das System sollte sich daher an unterschiedlichsten Einsatzorten – in den Bergen ebenso wie in Vororten oder Innenstädten – schnell aufbauen lassen. 

Zudem sollte es durch optische Sensoren ausgelöst werden können, um Messungen exakt beim Passieren eines Zuges an einer bestimmten Stelle zu starten, und in der Lage sein, aus den erfassten Rohdaten abgeleitete Werte zu berechnen und diese für die nachträgliche Offline-Analyse zu exportieren.

Das Foto zeigt die bei einer Eisenbahnbrücke (2) installierte mobile DEKRA-Messstation. An einer vertikalen Stange (1) mit einem optischen Triggersensor nahe der Spitze sind mehrere Mikrofone montiert. Die Techniker steuern und überwachen die Messungen bequem vom Messfahrzeug (3) aus. 

DEKRA Rail entschied sich aufgrund der geringen Größe und hohen Leistungsfähigkeit für das SIRIUS-Datenerfassungssystem von Dewesoft. Dieses kompakte System verfügt über acht analoge Eingänge mit hoher Bandbreite, die mit einer Vielzahl von Sensoren – insbesondere Mikrofonen – kompatibel sind; duale 24-Bit-A/D-Wandler an jedem analogen Eingang ermöglichen einen Dynamikbereich von über 160 dB, wie er für präzise akustische Analysen erforderlich ist. Das SIRIUS-System erfüllt die Anforderungen der Norm IEC 61672 für Schallpegelmesser der Klasse I.

Neben den High-End-Analogeingängen bietet SIRIUS auch digitale Eingänge, die mit optischen Sensoren kompatibel sind. Ebenso wichtig ist die Software DewesoftX mit ihren Modulen für Oktavbandanalyse, FFT und Schallpegelmessung. Die Software lässt sich einfach durch C++-Skripte erweitern, sodass Messtechniker benutzerdefinierte Berechnungen flexibel implementieren können.

SIRIUS ermöglicht frequenz- und zeitgewichtete Analysen mit gleichzeitiger Erkennung von Spitzenpegeln in einem leistungsstarken System mit Echtzeitberechnung von Ausgangskanälen wie Leq, Lim, LE, Lmin, Lmax, kategorisierten Schallpegeln und vielem mehr.

Im Messfahrzeug befinden sich die Mikrofon-Eingangsverstärker (1), die Trigger-Eingänge (2), das SIRIUS-Datenerfassungsmodul (3) sowie ein Laptop mit der Datenerfassungssoftware DewesoftX (4). Durch die Fenster ist ein vorbeifahrender Zug (5) zu sehen.

Die Mikrofone sind parallel zum Gleis installiert. Die Messergebnisse werden an allen in der folgenden Abbildung mit einem Stern markierten Punkten aktualisiert.

Die Ingenieure nutzten die automatisierte Datenexportfunktion von DewesoftX, um mithilfe ihrer selbst entwickelten Berichtstools und Vorlagen Berichte zu erstellen.

Innerhalb weniger Minuten konnten die DEKRA-Ingenieure die optimale Bildschirmkonfiguration für diese Anwendung erstellen. Die vier grünen Anzeigelampen im oberen Bereich zeigen an, dass alle vier Radsätze von den Triggern erkannt wurden und die Berechnungen aktiv sind. Im oberen Diagramm lassen sich die Triggerereignisse sowie die Signalpegel im Zeitverlauf beobachten. Der untere linke Bereich visualisiert vier A-gewichtete Geräuschspektren, wobei die dunkleren Schattierungen die Effektivwerte über das Berechnungsintervall T und die helleren die Spektren zum Zeitpunkt des LAFp_Max darstellen. 

Die digitalen Messskalen im unteren rechten Bereich zeigen die verschiedenen Schalldruckpegel, die verwendeten Berechnungszeiten (T) sowie die Anzahl der erkannten Zugradsätze an.

Mithilfe benutzerdefinierter Skripte in DewesoftX wurden zusätzliche Daten extrahiert und die zeitliche Synchronisation der Berechnungen mit den Triggerereignissen sichergestellt. Zur Verbesserung der Effizienz der Tests wurden zudem die Testautomatisierungsfunktionen der Software genutzt. Weitere Informationen zu Skripterstellung und Sequenzierung finden Sie im vollständigen Artikel.

Neben der automatischen Berechnung und dem Export getriggerter Ergebnisse hatten sich die DEKRA-Ingenieure auch die Möglichkeit gewünscht, Messdaten nachträglich zu analysieren und mit historischen Daten zu vergleichen.

Fazit

Die DEKRA-Ingenieure sind mit dem Leistungsumfang und der Benutzerfreundlichkeit des neuen Systems äußerst zufrieden. Sie können ihre anspruchsvolle Arbeit jetzt nicht nur einfacher und schneller als je zuvor erledigen, sondern profitieren zudem auch von neuen Funktionen und Möglichkeiten. Die Messdaten zeichnen sich durch eine deutlich höhere Bandbreite und einen größeren Dynamikbereich aus, und die Zeitverlaufs- und Akustikdaten sind präzise synchronisiert.

Weitere Informationen zu diesem Anwendungsfall, einschließlich einer Beschreibung der Skripterstellung und Sequenzierung, finden Sie im vollständigen Artikel in der Zeitschrift Electronic Design.