1 Johdanto 3 2 Mittaus- ja analyysimenetelmät 4




Дата канвертавання24.04.2016
Памер92.4 Kb.


Melun leviäminen:
hiljaisten päällysteiden, rengastyyppien
ja meluesteiden vaikutus

Tapio Lahti ja Jarno Kokkonen

Insinööritoimisto Akukon Oy



Meluestemittaus Kehä I:llä Kannelmäen–Lassilan kohdalla

SISÄLLYS

1 Johdanto 3

2 Mittaus- ja analyysimenetelmät 4

2.1 Tallennus 4

2.2 Jälkikäsittely 5

3 Päällysteiden vertailumittaukset 7

3.1 Päällystekohdeparit 2006 7

3.1.1 Mittausjärjestelyt 7

3.1.2 Päällystetulokset 2006 7

3.2 Päällysteet Pirkkolassa 2007 9

3.2.1 Mittausjärjestelyt 9

3.2.2 Pirkkolan päällystetulokset 2007 11

4 Renkaiden vertailumittaukset 13

4.1 Rengasvertailu Nokialla 2006 13

4.1.1 Mittausjärjestelyt 13

4.1.2 Nokian rengasvertailun tulokset 13

3.2 Rengasvertailu Pirkkolassa 2007 14

5 Korkeus- ja leviämistarkastelu 16

6 Meluesteiden vaimennusmittaukset 17

6.1 Estevaimennuksen määritelmät 17

6.2 Kohteet, olosuhteet ja menetelmät 18

6.3 Estemittausten tulokset 21



7 Yhteenveto 22

Viitteet 23


1 Johdanto


VIEME-tutkimushankkeen melututkimusten toisen osan muodostaa Akukonin osuus, jossa tutkitaan melun säteilyä ja leviämistä tien ympäristöön. Tämän osuuden melumittaukset ovat sovellettuja ohi­ajo­mitta­uk­sia. Itse mittausten ja niiden välittömien tulosten ohella tämän osan toinen päätavoite on sel­vittää mittaustietojen kytkentää tieliikennemelun leviämismalleihin, nykyiseen pohjoismaiseen laskentamalliin sekä valmisteilla olevaan EU:n uuteen Harmonoise/Ima­gine  laskentamalliin [1–4].

Tutkimusten vuonna 2006 tehdyissä mittauksissa tehtiin kahdenlaisia vertailuja:



  • hiljaisen ja referenssipäällysteen välinen vertailu neljässä kohdeparissa,

  • kolmen rengas­tyypin vertailu Nokian Renkaiden testiradalla Nokialla.

Mittaustuloksia verrattiin melun leviämismalleilla saatuihin laskentatuloksiin.

Rengasvertailu oli erillinen rajattu kokonaisuutensa ja se valmistui vuoden 2006 osuudessa. Ensimmäisen kesän päällystevertailut muissa mittauskohteissa paitsi Helsingin Pirkkolassa katsottiin myös riittäviksi. Pirkkolantie sen sijaan valittiin kohteeksi, jossa tutkimuksia jatkettiin vuonna 2007. Hiljainen päällyste laskettiin syksyllä 2006, joten oli kiinnostavaa seurata päällysteen ominaisuuksia ensimmäisen talven jälkeen.

Nastarenkaiden meluisuus tavallisessa liikenteessä valittiin uudeksi tutkimus­aiheeksi vuodelle 2007. Etukäteen arvioitiin, että vakioliikenteessä nastarenkaat eivät ole läheskään niin paljon kesärenkaita meluisampia kuin uusi nastarengas Nokian testi­radan mittauksissa. Mittauspaikaksi sopi Pirkkolantie.

Toisena uutena aiheena vuonna 2007 oli leviämistutkimuksen laajentaminen koskemaan meluesteitä. Tavallisen perusesteen vaimennus liikenteen kokonaismelulle tunnetaan hyvin ja laskentamallilla sen vaikutus voidaan ennustaa luotettavasti. Viime vuosina ovat korkeat ja erikoiset esteet kuitenkin yleistyneet pääväylien varsilla. Oli kiinnostavaa tarkistaa, kuinka tehokkaita ne ovat rengasmelulla, suurehkoilla nopeuksilla sekä mikä on laskentamallien ennustama vaimennus mittaustuloksiin verrattuna. Meluestemittaukset tehtiin Helsingin Kehä I:llä. Sen varrella on lähekkäin useita erityyppisiä meluesteitä, joista eräät ovat erityisen kookkaita ja tehokkaita.

Melun leviäminen  osuuden toisen vuoden tutkimusaiheina oli­vat siten


  • Pirkkolantien hiljaisen ja vertailupäällysteen seuranta,

  • nastarenkaiden meluisuus Pirkkolassa,

  • neljän erityyppisen meluesteen vaimennus.

Mittaustuloksia verrattiin jälleen tieliikennemelun nykyisen pohjoismaisen laskentamallin laskentatuloksiin.

Tässä raportissa esitetään tiivis versio ”melun leviäminen”  osatutkimuksen mittauksista ja niiden perusanalyysin tulokset. Tutkimukset on esitetty laajemmin erillisissä taustaraporteissa [5, 6]. Aihepiiristä on lisäksi valmisteilla Jarno Kokkosen diplomityö, jossa mittauksia ja tuloksia tullaan käsittelemään yksityiskohtaisemmin ja vertailuja tehdään myös valmisteilla olevaan EU:n uuteen laskentamalliin.





Kuva 1. Mikrofonit Nokian koeradalla, oikeanpuoleisessa kuvassa näkyy taustalla myös takamikrofoni.

2 Mittaus- ja analyysimenetelmät

2.1 Tallennus


Kaikissa ”melun leviäminen” -osatutkimuksen mittauksissa käytettiin samaa mittausmenet­telyä. Ohiajomittausten perusmenetelmä, tilastollinen ohiajo eli statistical pass-by (SPB), on kansainvälisesti standardoitu (ISO 11819-1) [7]. Ohiajomenetelmästä on käytettävissä laajennettu muoto, pohjoismainen Nordtest-mene­telmä (NT acou 109) [8], joka on tarkoitettu lähinnä laskenta­­mal­li­en lähtöarvojen mittauksiin.

Tässä tutkimuksessa Nordtestin mittausmenetelmää sovellettiin edelleen hieman laajem­min. Kahden mikrofonipisteen sijasta käytettiin kolmea mikrofonia (Kuva 1) vakioetäi­syydellä (10 m keskilinjasta) ja kolmella eri korkeudella (ISO:n vakiokorkeus 1,2 m sekä Nordtestin korkeudet 0,2 m ja 4,0 m).

Lisäksi käytettiin neljättä mikrofonia, joka oli edellisten takana kauempana tiestä ja 1,7 m korkeudella. Tällä ”taka- eli kaukopisteellä” tavoiteltiin tietoa melun lähileviämisestä muutaman kymmenen metrin matkalla ja mahdollisuutta verrata tätä tietoa laskentamalleilla saataviin leviämisennusteisiin.

Meluestemittauksissa käytettiin samaa neljän mikrofonikanavan järjestelmää. Mikrofonien paikat poikkesivat hieman päällystemittauksissa käytetyistä. Yleensä yksi mikrofoni oli esteen edessä tien puolella ja toinen esteen harjan yläpuolella. Kolmas ja neljäs olivat eri etäisyyksillä esteen takana.

Äänisignaalit tallennettiin digitaalisilla DAT-nauhureilla ja siirrettiin analyysiin käytettyjen tietokoneiden kovalevyille jälkeenpäin tapahtuvaa analysointia varten. Tallennusjaksojen pituus oli yleensä noin 30 min. Digitaalisen tallennuksen ansiosta kaikkien mikrofonien äänisignaalit olivat täydellisinä ja vääristymättöminä käytettävissä kaikissa mittauksen jälkeenkin tehdyissä analyyseissä.



Kuva 2. Auton ohiajon aika–spektrimaisema. Aika juoksee ylhäältä alas (kesto 20 s), taajuus on vaaka-akselilla. Moottorin melu näkyy harjanteena n. 70 Hz taajuudella. Keskellä rengasmelun huippu, oikealla nastojen suuritaajuista rapinaa.

Ohiajaneista autoista tehtiin muistiinpanot ja mittaustilanteet videoitiin. Ohi­ajot luokiteltiin puhtaisiin ja muiden ajoneuvojen melun pilaamiin. Muistiinpanojen ja videon avulla autot voitiin jälkeenpäin yksilöidä, ohiajot voitiin tunnistaa myös äänisignaalien tallenteista sekä ajoneuvoluokka, suunta ja nopeus voitiin määrittää.

Tien pintalämpö­tilaa ei mitattu. Epäsuoraa informaatiota pintalämpötilasta voidaan saada ilman lämpötilasta, pilvisyydestä ja ajankohdasta. Kaikissa tapauksissa päällysteet olivat kuivia, vaikka maaperä olikin märkä useimpina mittauspäivinä.

2.2 Jälkikäsittely


Tallennuksen ja jälkianalyysin avulla voidaan tarkkailla lukuisia melun eri yksityiskohtia ja syy–seuraussuhteita, jotka eivät ole enää näkyvissä lopputuloksissa. Esimerkkinä esitetään yksi ohi­ajo Nokian mittauksissa, rengas on nastarengas ja nopeus 80 km/h. Kuvassa 2 on yhden mikrofonin signaalin 3-ulotteinen spektrimaisema, kuvassa 3 kaikkien neljän mikrofonisignaalin tavalliset liukuvan AF-äänitason käyrät (A-taa­juus­painotus ja F-aikapainotus) sekä kuvassa 4 vastaavat kapeakaistaiset spektrit.

Melun perusanalyysissä tallennetuille sig­naa­leille tehtiin jälkikäsittelynä puhdistustyyppinen editointi sekä ohi­ajojen tunnistus ja luokittelu.





Kuva 3. Auton ohiajon liukuvan AF-äänitason LAF(t) käyrät mikrofonipisteissä (kumpa­re n. 14 s kohdalla johtuu moottorin uudelleen kytkennästä).



Kuva 4. Auton ohiajon A-painotetut kapeakaistaiset (1/24-oktaavi) spektrit (ääni­altis­tus­tasot LAE) mikro­fonipisteissä.

Tallenteista analysoitiin äänialtistustasot LE spektreinä terssikaistoittain sekä vastaavat ekvivalenttitasot Leq. Seuraavaksi raa’at mittaustulokset normalisoitiin pohjois­maisen laskentamallin [2] nimellistilanteeseen: 1000 ajon/h, ei raskaita ajoneuvoja, nopeus 50 km/h ja etäisyys tien keskilinjasta 10 m. Kunkin ohiajon arvioidun keskimääräisen etäisyyden ja mitatun nopeuden normalisointiin käytettiin nykyistä laskentamallia.

Kahden alemman lähipisteen etäisyydet ovat laskentamallin nimellistilanteen etäisyys 10 m. Ylä- ja takapisteiden tulokset normalisoitiin myös 10 m etäisyydelle. Toisin sanoen takapisteen tuloksista poistettiin etäisyysvaimennuksen osuus. Saadut normalisoidut tulokset edustavat kevyiden ajoneuvojen liikennevirran melupäästöä nimellistilanteessa ja leviämisen osalta pelkän maavaimennuksen osuutta.

Primääritulokset 10 m etäisyydellä muodostettiin keski- ja yläpisteen tulosten energiakeskiarvona. Nämä kaksi tulosta olivat kaikissa tapauksissa poikkeuksetta lähinnä toisiaan. Alapisteen tulokset poikkesivat jo selvästi enemmän keskimmäisen tuloksista.


3 Päällysteiden vertailumittaukset

3.1 Päällystekohdeparit 2006

3.1.1 Mittausjärjestelyt


Tutkimuksen päällysteosassa tehtiin kesällä 2006 kahdenlaisia vertailumittauksia:

  • vertailu hiljaisen päällysteen ja sen lähellä samalla tiellä sijaitsevan tavallisen, ns. referenssipäällysteen, välillä kolmessa eri kohdeparissa;

  • vertailu Pirkkolantien kohteessa vanhan tavallisen päällysteen ja uuden hiljaisen päällysteen välillä;

Mittauspaikat oli valittu samoilta tieosuuksilta, joilla tehtiin koko tutkimushankkeen mui­takin mittauksia. Mittauspäivät ja  ajankohdat on lueteltu taulukossa 1.

Taulukko 1. Renkaiden ja päällysteiden vertailumittaukset 2006: kohteet, ajankohdat ja kaukopisteen etäisyy­det tien keskilinjasta.

kohde pvm alkoi klo kesto, min kaukop, m

Röykkä referenssi 20.6.06 13.05 19 65

hiljainen 20.6.06 11.40 29 40



Klaukkala referenssi 20.6.06 15.15 25 30

hiljainen 21.6.06 12.05 20 30



Konalantie referenssi 21.6.06 13.45 22 25

hiljainen 21.6.06 15.55 22 40



Pirkkolantie alkuperäinen 28.4.06 13.55 47 25

uusi hiljainen 13.10.06 14.45 32 25


3.1.2 Päällystetulokset 2006


Päällystevertailuiden kokonaistulokset on esitetty kuvassa 5 ja taulukossa 2. Yksityiskoh­taisia tuloksia eli terssispektrejä kohteittain ja pisteittäin on esitetty taustaraportissa [5]. Perustulosten ohella on esitetty vertailu nykyisen pohjoismaisen tieliikennemelun las­kentamallin lähtöarvoon 68 dB.

Tulokset ovat tarkemmassa uusinta-analyysissä hieman muuttuneet alkuperäisiin vuoden 2006 raportissa ilmoitettuihin lukuarvoihin nähden. Muutoksen syynä on se, että ajoneuvojakautumaan ja nopeuksiin liittyvä normalisointi tehtiin alun perin laskentamallin edellisellä, mutta ns. virallisella (suomenkielisellä) versiolla [1]. Uusittu analyysi tehtiin viimeisimmällä versiolla [2].

Tulokset osoittavat, että hiljaiset päällysteet olivat n. 2–3 dB hiljaisempia kuin vertailupäällysteet. Hiljaisin oli Pirkkolantien tuore (alle 2 viikon ikäinen) päällyste, reilu 3 dB hiljaisempi kuin kohteen vanha päällyste. Meluisin päällyste oli Konalantien vertailupäällyste, jonka tulos oli melkein 4 dB suurempi kuin laskentamallin lähtöarvo.



Kuva 5. Vuoden 2006 päällystevertailun kokonaistulokset koko liikennevirralle, normalisoituina poh­joismaisen tieliikennemelun laskentamallin nykyisen version nimellistilanteeseen (mallin lähtöarvo = 68 dB).

Taulukko 2. Vuoden 2006 päällystevertailun tulokset (ekvivalentit A-äänitasot LAeq ja niiden erotukset [dB]) ja ero nykyisen laskentamallin nimelliseen lähtöarvoon.

kohde raaka normalisoitu re laskentamalli

Röykkä referenssi 72,1 69,1 +1,1

hiljainen 67,4 66,1 –1,9

erotus +3,0

Klaukkala referenssi 72,0 68,8 +0,8

hiljainen 70,6 67,0 –1,0

erotus +1,8

Konala referenssi 66,9 70,9 +2,9

hiljainen 66,3 67,6 –0,4

erotus +3,3

Pirkkola alkuperäinen 68,0 68,9 +0,9

uusi hiljainen 65,0 65,2 –2,8

erotus +3,7

3.2 Päällysteet Pirkkolassa 2007

3.2.1 Mittausjärjestelyt


Pirkkolantiellä tehtiin vuoden 2007 aikana kolme vertailumittausta: keväällä, kesällä ja syksyllä. Hiljaisen päällysteen mittauskohta oli sama kuin vuoden 2006 mittauksissa.

Referenssikohde sijaitsi edellisestä kohdasta n. 330 m länteen. Kauko- eli takapisteen etäisyys tien keskilinjasta oli muuten sama 25 m vakio­etäisyys kuin vuoden 2006 mittauksissakin, mutta viimeisessä referenssikohdan mit­tauksessa etäisyys oli 30 m.





Kuva 6. Mittauspaikkojen sijainti Helsingin Pirkkolantiellä. Mittakaava 1:5000.



Kuva 7. Mittauspaikat Pirkkolantiellä: (vasen) hiljainen, (oikea) referenssi.

Mittauspaikat näkyvät kuvissa 6 ja 7. Mittauspäivät ja  ajat on lueteltu taulukossa 3 ja liikennemäärätiedot taulukossa 4.

Kevään mittausten aikana lähes kaikilla kevyillä ajoneuvoilla oli vielä nastarenkaat. Kevään mittaus edustaakin tilannetta, jossa tie on paljas, mutta vielä talvikunnossa (mittaushetken lämpötilaa lukuun ottamatta), ja autoissa on talvirenkaat.Keskimääräisissä nopeuksissa ei ollut merkittävää vaihtelua eri mittauskertojen välillä.

Taulukko 3. Pirkkolantien päällystemittausten ajankohdat 2007.

mittaus kohde pvm alkoi klo

Kevät 07 hiljainen 27.3.07 13.55

referenssi 27.3.07 15.30



Kesä 07 hiljainen 8.6.07 12.55

referenssi 8.6.07 13.05



Syksy 07 hiljainen 25.9.07 13.55

referenssi 26.9.07 11.30



Taulukko 4. Pirkkolantien 2007 mitatut keskimääräiset nopeudet ja analyysiin mukaan otetut kevyiden ajoneuvojen liikennemäärät.

pvm kohde nopeus, km/h itään länteen

27.3 hiljainen 49 60 38

27.3 referenssi 46 136 50

8.6 hiljainen 49 86 59

8.6 referenssi 48 86 62

25.9 hiljainen 48 76 83

26.9 referenssi 49 71 52

Raskaat ajoneuvot hylättiin vuoden 2007 mittausten analyysissä. Tärkein syy oli, että niiden luku­määrä oli liian pieni luotettavaan tilastolliseen analyysiin. Toinen merkittävä tekijä oli, että ne koostuivat lähin­nä busseista, joille laskentamalli olisi normalisoinnissa antanut pienehköä lukumäärää suuremman mer­ki­tyk­sen. Lisäksi bussien ajotapa oli eri­lainen hiljaisen ja referenssipäällysteen kohdalla. Referenssipäällysteen kohdalla bussit kiihdyttivät ja jarruttivat läheisen pysäkin takia. Hiljaisen päällysteen kohdalla ne ajoivat enimmäkseen tasaisella nopeudella.


3.2.2 Pirkkolan päällystetulokset 2007


Päällystevertailun kokonaistulokset A-äänitasolle LAeq on esitetty kuvassa 8 ja taulukossa 5. Yksityiskohtaisia tuloksia eli terssispektrit kohteittain ja pisteittäin on esitetty vuoden 2007 taustaraportissa [2].

Taulukossa 5 on esitetty raa’at mittaustulokset ja laskentamallin nimellistilanteeseen normalisoidut tulokset sekä vertailu nykyisen pohjoismaisen tieliikennemelun laskentamallin kevyiden ajoneuvojen laskentatulokseen verrattuna. Normalisointi on tehty las­kenta­mallin kevyiden ajoneuvojen lähtöarvoon mittaustilanteen keski­määräisellä nopeu­della.

Tulokset osoittavat, että hiljainen päällyste oli keväällä, talven jälkeisessä kunnossa ja nastarenkailla, peräti yhtä äänekäs kuin referenssipäällyste. Kesällä hiljaisen päällysteen toiminta palautui lähes uuden veroiseksi. Syksyllä meluisuus kasvoi hieman uudelleen.



Kuva 8. Päällystevertailun kokonaistulokset Pirkkolassa: vain kevyiden ajoneuvojen melu, normalisoituna poh­joismaisen laskentamallin nimellistilanteeseen.

Taulukko 5. Päällystevertailun tulokset Pirkkolassa, vain kevyet ajoneuvot (ekvivalentit A-äänitasot LAeq ja niiden erotuk­set [dB]).

aika päällyste raaka normalisoitu re laskentamalli

2006 alkuperäinen 67,5 69,9 +2,2

uusi hiljainen 66,0 67,2 –0,4

erotus +2,7

kevät 07 referenssi 70,0 71,1 +3,7

hiljainen 68,1 71,2 +3,7

erotus –0,1

kesä 07 referenssi 66,8 70,5 +2,8

hiljainen 63,8 67,5 –0,3

erotus +3,0

syksy 07 referenssi 66,9 70,3 +2,5

hiljainen 65,1 68,4 +0,4

erotus +1,9

Tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että Pirkkolantie oli referenssipäällysteen kohdalla ainakin kevyillä ajoneuvoilla n. 2,5 dB meluisampi kuin pohjoismaisen laskentamallin perustilanne ja oletuspäällyste. Sen sijaan mitattu hiljainen päällyste vastaisikin itse asiassa varsin hyvin laskentamallin lähtötilannetta.

Hiljainen päällyste muuttui talven kuluessa karkeaksi, mahdollisesti nastarenkaiden aihe­uttamana, mikä pääosin selittänee kevään suuremman meluisuuden. Rosoisuus silottui kesään mennessä, kun päällysteen kivet painuivat takaisin pehmenneeseen bitumimassaan. Referenssipäällysteen ulkonäkö ja meluisuus vaihtelivat selvästi vähem­män eri vuodenaikoina. Kuva 9 esittää hiljaisen päällysteen ulkonäön muutosta ensimmäisen talven aikana.



Kuva 9. Hiljainen päällyste uutena syksyllä 2006 (vasen) ja keväällä 2007 (oikea).

4 Renkaiden vertailumittaukset

4.1 Rengasvertailu Nokialla 2006

4.1.1 Mittausjärjestelyt


Nokian Renkaat Oy:n koeajoradalla Nokialla mitattiin kolmen eri rengastyypin melua. Renkaat olivat samat kesä-, kitka- ja nastarengas kuin projektin muissakin mittauksissa (Z, Hakkapeliitta Rsi ja Hakkapeliitta 5). Autona oli Mercedes-Benz 230C Kompressor.

Mittaukset tehtiin 8.6.2006 keskipäivällä. Mittauspaikka oli koeradan melu­mittaus­pis­tees­sä, jossa on erityinen melumittauksiin standardoitu päällyste. Mittauspisteiden sijoit­telu oli sama kuin päällystemittauksissa. Mikrofonit näkyvät kuvassa 1. Takapiste oli 25 m etäisyydellä ajolinjasta.

Mittaukset tehtiin kahdella nopeudella, 50 km/h ja 80 km/h. Jokaisen rengas+nopeus  yh­dis­tel­män ohiajo toistettiin 8 kertaa. Auto ohitti mittauskohdan rullaten tyhjäkäynnillä, kyt­kin painettuna pohjaan.

4.1.2 Nokian rengasvertailun tulokset


Kesä-, kitka- ja nastarenkaiden vertailun kokonaistulokset on esitetty kuvassa 10 ja taulukossa 6. Yksityiskohtaiset tulokset eli terssispektrit renkaittain ja pisteittäin on esitetty vuoden 2006 taustaraportissa [5]. Perustulosten ohella on esitetty vertailu EU:n tulevan tieliikennemelun Harmonoise-laskentamallin lähtöarvoihin.

Tulokset osoittavat, että kesä- ja kitkarengas ovat suunnilleen yhtä meluisia; pienemmäl­lä nopeudella kesärengas on 0,8 dB ja suuremmalla 0,5 dB hiljaisempi. Uusi sisään­ajamaton nastarengas on muita renkaita hyvin paljon melui­sampi, peräti n. 8–9 dB.

Kesärengas on hyvin lähellä Harmonoise-mallin vakiorengasta, kun tarkastellaan vain kokonaismelupäästöjä A-äänitehotasoina. Kuvassa 11 on verrattu kesärenkaan spektrituloksia mallin vierimismelun nimellisen päästön spektreihin molemmilla nopeuksilla.



Kuva 10. Nokian testiradan rengasvertailun kokonaistulokset.

Taulukko 6. Nokian rengasvertailun kokonaistulokset: melupäästöt sekä vertailun vuoksi Harmonoise-laskentamallin nimellistilanteen vierimismelun päästöt (A-ääniteho­tasot LWA [dB]).

rengas 50 km/h 80 km/h

kesä 93,3 100,4

kitka 94,1 100,9

nasta 102,8 109,2

Harmonoise vakio 93,5 99,9

Kaistalta 1,25 kHz ylöspäin vastaavuus on erittäin hyvä. Kesärenkaalla näkyy renkaan pyö­rimisnopeuden ja kuvioinnin jaksollisuuden tuottamat paikalliset huiput kaistoilla 500 Hz (50 km/h) ja 800 Hz – 1 kHz (80 km/h), jotka ymmärrettävästi poikkeavat laskentamallin päästön tasaisista käyristä (jotka edustavat koko auto- ja rengaskantaa).

Näiden taajuuksien alapuolella käyrät eroavat toisistaan hämmästyttävällä tavalla. Nokian mittaustilanteessa oli periaatteessa mukana hieman moottorimelua, vaikka juuri mikrofonien kohdalla auto rullasikin tyhjäkäynnillä. Harmonoisen vierintämelun pitäisi olla puhdas moottorimelusta. Ja kuitenkin mallin käyrät kulkevat pienillä taajuuksilla ylempänä, juuri sen muotoisina, että niissä on mukana moottorimelua. Julkaistut päästökäyrät eivät kenties ole vielä aivan valmiita.

3.2 Rengasvertailu Pirkkolassa 2007


Pirkkolan päällystemittauksista 2007 voidaan erotella myös mittaustulokset nastarenkaiden ja nastattomien renkaiden vertailua varten. Tämän rengasvertailun kokonais­tulokset A-äänitasolle LAeq on esitetty kuvassa 12. Sinänsä kuvassa on miltei sama informaatio kuin päällystevertailun kuvassa 8 ja taulukossa 5. Kevään mittaustuloksiin on tässä kuitenkin otettu mukaan vain nastarenkaat, mikä tuottaa pieniä eroja.



Kuva 11. Nokian testiradan kesärenkaan yksityiskohtaisten mittaustulosten [mitt-] vertailu Harmonoise-mallin vierimismelun nimelliseen melupäästöön [Har-]; lisäparametrina nopeus [km/h].



Kuva 12. Nasta- ja kesärenkaiden vertailun tulokset: vain kevyiden ajoneuvojen melu ja kevätmittauksessa vain niiden ajoneuvojen melu, joilla on nastarenkaat.

Kuvasta nähdään, että peruspäällysteellä (referenssi) nastarenkaat ovat vain noin 1 dB meluisammat kuin kesärenkaat, mutta hiljaisella päällysteellä nastarenkaat ovat lähes 4 dB meluisammat. On kuitenkin korostettava, että ero ei ole pelkästään renkaan aiheuttama, vaan kyseessä on renkaan+päällysteen yhteisvaikutus. Joka tapauksessa keskimää­räinen nastarengas on vakioliikenteessä merkittävästi hiljaisempi kuin aivan uusi nastarengas testirataolosuhteissa, kun kummassakin tapauksessa vertailukohtana käytetään kesärengasta (kuva 10).



Taulukko 7. Vuoden 2006 mittausten ala- ja taka- eli kaukopisteen tulosten erot primääritulokseen verrattuna [dB]; erot johtuvat pääosin maavaimennuksesta ja alapisteessä lisäksi hieman pystysuuntaavuudesta.

kohde alapiste takapiste

Röykkä referenssi –0,9 –5,3

hiljainen –0,9 –4,1



Klaukkala referenssi –0,9 –3,7

hiljainen –2,5 –4,0



Konala referenssi –6,3 –3,7

hiljainen –1,0 –4,9



Pirkkola alkuperäinen –3,7 –4,7

uusi hiljainen –3,0 –2,6



Nokia kesärengas –1,9 –4,1

kitkarengas –1,9 –4,2

nastarengas ­–1,7 –5,1

5 Korkeus- ja leviämistarkastelu


Päällyste- ja rengasmittausten lähipisteiden eri korkeuksilla olleiden mikrofonien tulokset poikkesivat yleensä syste­maattisesti toisistaan seuraavasti: keski- ja yläpisteissä saatiin aina lähes samat tulokset. Primääritulos muodostettiinkin näiden kahden energiakeski­arvona. Alapisteessä saatiin yleensä selvästi pienempi tulos kuin kahdessa korkeammalla olleessa pisteessä.

Taka- eli kaukopisteen tulokset on normalisoitu 10 m etäisyydelle, joten tuloksissa on jäl­jellä vain leviämisen maavaimennuksen osuus.

Taulukossa 7 verrataan vuoden 2006 mittausten eri kohteiden ala- ja takapisteiden tuloksia primäärituloksiin.

Takapisteissä esiintyy melko vakio pehmeän maan aiheuttama n. 4–5 dB lisävaimennus. Ainoa selvempi poikkeus tästä on Pirkkolan syksymittauksen vain 2,6 dB vaimennus. Mittauspiste oli sama kuin keväällä, eli maaperässä on täytynyt tapahtua akustinen muutos. Selitys on ilmeinen: keväällä maanpinta oli täysin kuiva, syksyllä taas runsaan sateen läpikastelema. Märkä maa on akustisesti kovempaa kuin kuiva.

Alapisteiden erot ovat enemmän hajallaan. Konalan referenssipisteessä maavaimennus on peräti yli 6 dB. Maa mikrofonin kohdalla oli pehmeää ruohoa, mutta jalkakäytävän reunakivellä on voinut myös olla vaikutusta.

Niissä kohteissa, joissa asfaltti ulottui alamikrofonille asti (Röykkä molemmat, Klaukkala referenssi ja Konala hiljainen), alapisteen maavaimennus on vain n. 1 dB. Muissa kohteissa (Pirkkola ja Klaukkala hiljainen) maa mikrofonin lähellä oli osittain pehmeää, lähinnä ruohoa.

Nokialla alapisteen vaimennus on vajaa 2 dB. Vaikka maa on mikrofonin ympärillä tasaista asfalttia, saattaa juuri pinnan tasaisuudella olla vaikutusta; pinta ei ole samalla tavalla kupera kuin tavallinen tie.

Yhteenvetona alapisteen tuloksista voisi todeta, että siinä saatavissa tuloksissa on enemmän hajontaa kuin ylempänä. Tämän korkeuden käyttö Nordtest-menetelmässä toisena varsinaisena mittauspisteenä ei kenties ole aivan loppuun saakka harkittua.

Ala-, keski- ja yläpisteen erot tuottavat periaatteessa tietoja pystysuuntaavuudesta. Tässä tutkimuksessa saadut tulokset näyttäisivät kuitenkin viittaavan siihen, että suuntaavuus on yleensä vähäinen (keski- ja yläpisteen tulokset ovat yleensä lähes samoja). Alapisteen vaimennus voitaisiin periaatteessa tulkita myös suuntaavuudesta johtuvaksi. Tässä tulkitaan kuitenkin alustavasti, että noin 1 dB suuremmat erot alapisteessä johtuvat ensisijaisesti nimenomaan maavaimennuksesta mikrofonin lähellä.

6 Meluesteiden vaimennusmittaukset

6.1 Estevaimennuksen määritelmät


Meluesteen vaimennus ei ole yksiselitteinen käsite. Yleensä meluesteen vaimennuksella tarkoitetaan sen lisäysvaimennusta (engl. insertion loss):

Di = LAeLAj [dB]

missä LAe on tarkastelupisteen melun A-äänitaso ennen esteen rakentamista ja



LAj on ääni­taso sen rakentamisen jälkeen.

Käsite on periaatteessa selkeä ja maallikostakin helposti ymmärrettävä. Sen sijaan lisäys­vaimennuksen käytännön mittaus voi olla hankalaa ja epäluotettavaa. Jos melueste on jo olemassa, ennen-mittausta ei yleensä voida tehdä.

Ympäristömelun laskentamalleissa esteen vaimennuksella tarkoitetaan A-ääni­tason muu­­tosta Le, joka esiintyy silloin, kun maanpinta on akustisesti täysin kova (tai maanpintaa ei ole). Tämä ei kuitenkaan yleensä ole sama kuin esteen lisäysvaimennus, koska käytännössä maanpinta on pehmeä ja esteen lisääminen samalla myös heikentää sen maavaimennusta. Näin tapahtuu sekä todellisuudessa että laskentamalleissa. Esteen lisääminen siis muuttaa myös laskentamallin maavai­men­nus­termiä, jolloin esteen lisäysvaimennus on pienempi kuin mallin estetermi.

Tässä tutkimuksessa esteen vaimennuksella tarkoitetaan lisäysvaimennusta. Sen mittaa­minen esteen rakentamisen jälkeen on haastavaa ja tapahtuu epäsuorasti. Lyhyesti ennen-mittausta jäljitellään tekemällä mittaus esteen harjan yläpuolella ja siirtämällä (normalisoimalla) tulos laskennallisesti esteen takana olevan tarkastelupisteen etäisyydelle [7]. Siirtäminen tapahtuu pelkän etäisyysvaimennustermin perusteella. Pehmeän maanpin­nan maavaimennusta tai maaston muotoja ei oteta huomioon.





Kuva 13. Estevaimennusten mittauspaikat Helsingin Kehä I:llä Lassilan–Kannel­mäen kohdalla. Mittakaava 1:5000.

Laskentamalleissa sen sijaan estevaimennuksen määritys voidaan tehdä suoraan lisäys­vaimennuksen määritelmän perusteella, poistamalla este väliaikaisesti mallista. Toisaal­ta laskentamallilla voidaan myös jäljitellä estevaimennuksen epäsuoraa mittausta, laskemalla äänitasot eri mittauspisteissä. Tässä työssä laskettiin laskentamallien tuottama arvio estevaimennuksesta tällä viimeksi mainitulla tavalla.


6.2 Kohteet, olosuhteet ja menetelmät


Estevaimennuksen tutkimuksessa mitattiin neljä erityyppistä meluestettä Kehä I:n varrella Helsingin Lassilassa ja Kannelmäessä. Esteille annettiin nimet ”Kaide”, ”Aita”, ”Lippa” ja ”Valli”. Mittauspaikat näkyvät kuvissa 13 ja 14.

Nimellä ”Lippa” tarkoitetaan Lassilan urheilukentän kohdalla olevaa korkeaa aita­tyyp­pistä estettä, jossa on voimakas kallistettu ylärakenne. Muut nimet kuvaavat sellaisinaan esteiden perustyyppiä. Esteiden perusominaisuudet on lueteltu taulukossa 8.

Mittauspäivät ja  ajat on lueteltu taulukossa 9 ja niiden aikana vallinnut sää taulukossa 3. Estevaimennusten mittaukset tehtiin yhtä aikaa esteen etu- ja takapuolella moni­kanavaisella järjestelmällä. Tämän takia mittauksen aikana esiintynyttä liikennemäärää ei tarvinnut tarkkailla tai laskea. Sääolosuhteet olivat mittauksille riittävän hyvät.





Kuva 14. Mitatut meluesteet: (ylä vasen) Kaide, (ylä oikea) Aita, (ala vasen) Lippa, (ala oikea) Valli.

Taulukko 8. Esteiden perustiedot ja esteen takapuolen mittauspisteiden etäisyys.

este tyyppi korkeus, m etäisyys esteen harjasta, m

takapiste 1 takapiste 2



Kaide matala peruskaide 1,0 16 36

Aita pysty perusaita 4 10 40

Lippa korkea aita+kallistettu lippa 7,5 20 40

Valli korkea maavalli 8 18 43

Taulukko 9. Estemittausten ajankohdat.

este pvm alkoi klo kesto, min

Kaide 5.10.07 13.20 23

Aita 5.10.07 11.20 30

Lippa 4.7.07 11.30 20

Valli 4.7.07 13.30 22





Kuva 15. Meluesteiden mitatut ja laskentamallilla lasketut vaimennukset:
(yläkuva) lähemmät takapisteet (etäisyydet 10–20 m esteestä)
(alakuva) kauemmat takapisteet (etäisyydet 36–43 m esteestä).

Mittauksissa käytettiin samaa neljän mikrofonikanavan järjestelmää kuin päällyste­mitta­uksissakin. Yksi mikrofoni oli yleensä esteen etupuolella alhaalla tienreunassa (piste ”etu ala”). Toinen oli esteen harjan yläpuolella (piste ”etu ylä”). Kolmas ja neljäs olivat esteen takapuolella; niitä kutsutaan mittauspisteiksi ”taka 1” ja ”taka 2”.

Lähempi takapiste oli 10–20 m päässä esteestä ja kauempi takapiste 36–43 m päässä esteestä. Kaide-tyyppisen esteen tapauksessa etu- ja yläpuolinen piste eivät olleet erikseen relevantteja. Ensimmäinen piste oli vain esteen harjan yläpuolella ja vapaaksi jäänyt mikrofoni ”taka 1” -pisteen yläpuolella.

Vaimennusta laskettaessa lähtötasona on käytetty esteen päällä olevaa yläpistettä, paitsi esteellä ”Valli”, jonka tapauksessa todellisen vaimennuksen kannalta edustavampi lähtötaso saatiin alapisteestä. Lasketut tulokset on saatu samalla menetelmällä kuin mitatut, eli tuloksissa on mukana sekä pehmeän maapinnan vaimennus että maaston muodon vaikutus.



Taulukko 10. Estevaimennuksen mittaustulokset esteiden takana olleissa mittauspisteissä sekä vertailu mallilla laskettuihin vaimennuksiin.

este taka1 taka2 taka1 ylä

Kaide mitattu 9,2 8,4 8,4

laskettu 10,5 9,3 6,8

erotus –1,3 –0,9 +1,6

Aita mitattu 13,4 11,9

laskettu 14,1 11,0

erotus –0,7 +0,9

Lippa mitattu 19,3 16,5

laskettu 19,8 19,5

erotus –0,5 –3,0

Valli mitattu 19,8 18,2

laskettu 23,6 20,7

erotus –3,8 –2,5

6.3 Estemittausten tulokset


Estemittausten tulokset on esitetty kuvassa 15 ja taulukossa 10.

Tulokset osoittavat, että matalilla esteillä mitattu ja laskentamallin ennustama vaimennus olivat lähellä toisiaan. Korkeilla esteillä ilmeni suurempia eroja siten, että mitattu vaimennus oli pienempi kuin laskettu. Ilmeinen osasyy pienempään mittaustulokseen voi olla se, että esteen yli tulevan äänen taso esteen takana on pieni, jolloin muu liikenteen taustamelu nostaa kokonaistasoa ja pienentää näennäistä vaimennusta.


7 Yhteenveto


Vuoden 2006 mittaukset tuottivat tietoja tienpäällysteiden melusta seuraavissa tapauksissa: vakioliikenteessä esiintyvät tavallisen ja hiljaisen päällysteen erot (Röykän, Klauk­kalan ja Konalan kohdeparit) sekä tuoreen hiljaisen asfaltin meluisuus vanhaan verrattuna (Pirkkolantie). Keskeisimmät tulokset olivat seuraavat:

  • Hiljaiset päällysteet olivat n. 2–3 dB hiljaisempia kuin vertailupäällysteet.

  • Hiljaisin oli Pirkkolantien uusi päällyste.

Vuoden 2007 päällystemittaukset koskivat Pirkkolantien hiljaisen päällysteen ominaisuuksia:

  • Keväällä nastarengasaikana hiljainen päällyste oli yhtä meluisa kuin referenssipäällyste.

  • Kesällä hiljainen päällyste palautui lähes ennalleen, mutta syksyksi meluisuus lisääntyi jälleen hieman.

Renkaiden melusta järjestettiin erityinen kontrolloitu koetilannne testiradalla (Nokia). Uusilla renkailla esiintyi seuraavia eroja eri rengastyyppien välillä:

  • Kesä- ja kitkarengas ovat suunnilleen yhtä meluisia; kesärengas oli
    0,5–0,8 dB hiljaisempi.

  • Uusi nastarengas oli muita paljon melui­sampi; ero oli peräti n. 8–9 dB.

Nastarenkaiden melua mitattiin myös kevättalvella 2007 Pirkkolassa. Nastarenkaiden melusta saatiin Pirkkolantiellä seuraavat havainnot:

  • Nastarenkaat ovat peruspäällysteellä noin 1 dB meluisammat kuin kesä­renkaat, mutta hiljaisella päällysteellä yli 3 dB meluisammat.

  • Vakioliikenteessä keskimääräinen nastarengas on siten selvästi hiljaisempi kuin uusi nastarengas testiradalla.

Vuoden 2007 meluesteiden vaimennuksen mittauksissa saatiin seuraavat tulokset:

  • Tavallisilla estetyypeillä mitatut ja laskentamallilla lasketut vaimennukset ovat lähellä toisiaan; tehokkailla esteillä mitatut tulokset ovat pienempiä kuin lasketut.

  • Korkeiden ja tehokkaiden meluesteiden vaimennuksen mittaus on hankalaa; ne vaimentavat niin paljon, että esteen takana kuuluukin myös muiden teiden liikenteen melua, mikä vääristää mittaustulosta.

Viitteet


1. Tieliikennemelun laskentamalli. Ympäristöministeriö, Ohje 6/1993, Helsinki 1993.

2. Road traffic noise. Nordic prediction method. TemaNord 1996:525, Nordic Council of Minis­ters, Kööpenhamina 1996.

3. Source modelling of road vehicles. HARMONOISE project, Work package 1.1, Deliverable 9, Document HAR11TR-041210-SP10.
(http://www.imagine-project.org/bestanden/D09_WP1.1_HAR11TR-041210-SP10.pdf)

4. The noise emission model for European road traffic. IMAGINE project, Deliverable 11, Document IMA55TR-060821-MP10.


(http://www.imagine-project.org/bestanden/
IMA55TR-060821-MP10%20-%20IMAGINE%20Deliverable%20D11.pdf)

5. Lahti T, Kokkonen J & Peltonen T, Vierintämelun ja  pölyn tutkimus VIEME. Melun ohiajomittaukset 2006. akukon 2140-1, Helsinki 11/2006. 12 s. + liitt. 11 s.


(http:…)

6. Lahti T & Kokkonen J, Vierintämelun ja  pölyn tutkimus VIEME. Melun ohi­ajo­mittaukset 2007: päällysteet ja meluesteet. akukon 2140-2, Helsinki 12/2007. 13 s. + liitt. 14 s.


(http:…)

7. ISO 11819-1:1997. Acoustics — Method for measuring the influence of road surfaces on traffic noise — Part 1: Statistical Pass-by method. International Organization for Standardization, Geneve 1997.

8. NT acou 109. Vehicles: Determination of immission relevant noise emission. Nord­test, Espoo 2001.

9. Storeheier S Å, Measurement of traffic noise barrier performance. Proposal for NORDTEST method. ELAB report STF44 A86157, Trondheim 1986. 34 s.




2140 – Helsinki 12/2007


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка