List: 2 Obsah 1 POPIS, STAV A IDENTIFIKACE ZKOUŠKY A ZAKÁZKY...4 1.1 POPIS ZAKÁZKY...4 1.2 ÚVOD DO METODIKY...4 1.2.1 Základní informace...4 1.2.2 Předmět řešení úkolu...5 1.2.3 Cíl řešení úkolu...5 1.3 ZVLÁŠTNÍ CHARAKTER ŽELEZNIČNÍHO HLUKU...5 1.3.1 Hluk trakce...6 1.3.2 Hluk valení...6 1.3.3 Aerodynamický hluk...7 2 METODIKA PODLE ČSN EN ISO 3095 S ODCHYLKAMI STANOVENÝMI V TSI SUBSYSTÉMU KOLEJOVÁ VOZIDLA HLUK...8 2.1 ZÁKLADNÍ POJMY A DEFINICE...8 2.1.1 Vlak (train)...8 2.1.2 Zkouška typu kolejových vozidel z hlediska emise hluku (type test for noise emission of railbound vehicles)...8 2.1.3 Kontrolní zkouška kolejových vozidel z hlediska emise hluku (monitoring test for noise emission of railbound vehicles)...8 2.1.4 Zkouška hodnocení okolního prostředí (environmental assesment test)...8 2.1.5 Drsnost (roughness) - r...8 2.1.6 Hladina drsnosti (roughness level) - L r...9 2.1.7 Akustický tlak (sound pressure) - p...9 2.1.8 Hladina akustického tlaku (sound pressure level) - L p...9 2.1.9 Vážená hladina akustického tlaku A (A-weighted sound pressure level) - L pa...9 2.1.10 Maximální hladina akustického tlaku AF (AF-weighted maximum sound pressure level) - L pafmax...10 2.1.11 Ekvivalentní trvalá vážená hladina akustického tlaku A (A-weighted equivalent continuous sound pressure level) - L paeq,t...10 2.1.12 Ekvivalentní trvalá vážená hladina akustického tlaku A za dobu průjezdu (A-weighted equivalent continuous sound pressure level on the pass-by time) - L paeq,tp...10 2.1.13 Hladina jednotlivé události A, hladina jednorázové expozice hluku (single event level) - SEL...11 2.1.14 Hladina expozice průjezdu A (transit exposure level) - TEL...11 2.1.15 Časový interval měření T a doba průjezdu vlaku T p (measurement time interval T, and train pass-by time T p )...12 2.1.16 Hluk s impulsním charakterem (noise with impulsive charakter)...14 2.1.17 Hluk s tónovým charakterem (noise with tonal charakter)...14 2.2 MĚŘENÉ VELIČINY...14 2.2.1 Všeobecně...14 2.2.2 Měřené veličiny pro vlaky pohybujících se stálou jízdní rychlostí podél pevného stanoviště...14 2.2.2.1 Pro celé vlaky... 14 2.2.2.2 Pro části vlaků... 14 2.2.3 Měřená veličina pro stojící vozidla...14 2.2.4 Měřená veličina pro rozjezd a brzdění...14 2.2.5 Měřená veličina pro vnitřní hluk v kabině strojvedoucího...14 2.2.6 Kmitočtová analýza...15 2.2.7 Hluk s tónovým charakterem...15 2.2.8 Hluk impulsního charakteru...15 2.2.9 Doplňující měření na nástupištích, mostech a v tunelech...15 2.3 PŘÍSTROJOVÉ VYBAVENÍ...15 2.4 ZKUŠEBNÍ PODMÍNKY...16 2.4.1 Odchylky od požadavků...16 2.4.2 Zkušební prostředí...16 2.4.2.1 Akustické prostředí... 16 2.4.2.2 Meteorologické podmínky... 16
List: 3 2.4.2.3 Hladina akustického tlaku pozadí... 16 2.4.3 Polohy mikrofonů...17 2.4.3.1 Všeobecně... 17 2.4.3.2 Měření u stojících vozidel... 18 2.4.3.3 Měření u vozidel jedoucích konstantní rychlostí... 19 2.4.3.4 Měření u vozidel při rozjezdu z klidového stavu nebo při brzdění... 20 2.4.4 Stav vozidla...21 2.4.4.1 Všeobecně... 21 2.4.4.2 Stav zatížení nebo provozní podmínky...21 2.4.4.3 Dveře, okna, pomocná zařízení... 22 2.4.5 Traťové podmínky...22 2.4.5.1 Všeobecně... 22 2.4.6 Drsnost kolejnic...22 2.4.6.1 Definice pojížděné plochy na temenu kolejnice... 22 2.4.6.2 Poloha podél koleje (tratě)... 23 2.4.6.2.1 Základní informace... 23 2.4.6.2.2 Přímé měření drsnosti... 24 2.4.6.2.3 Nepřímé měření drsnosti... 25 2.4.6.3 Zpracování údajů o drsnosti... 25 2.4.6.3.1 Vyhodnocení přímého měření drsnosti... 25 2.4.6.3.2 Vyhodnocení nepřímého měření drsnosti... 25 2.4.6.3.3 Schválení zkušebního úseku... 26 2.4.7 Stupeň dynamického útlumu trati (Track Decay Rate) - TDR...28 2.4.7.1 Základní údaje... 28 2.4.7.2 Postup měření TDR...28 2.4.7.3 Vyhodnocení měření TDR... 31 2.5 POSTUP ZKOUŠKY...32 2.5.1 Všeobecně...32 2.5.2 Měření u vozidel jedoucích konstantní rychlostí...33 2.5.3 Měření u vozidel při rozjíždění z klidového stavu...33 2.5.4 Měření u zpomalujících vozidel...34 2.5.5 Měření u stojících vozidel...34 2.6 PROTOKOL O ZKOUŠCE...35 3 MEZNÍ HODNOTY UVEDENÉ V PROVOZNÍCH A TECHNICKÝCH SPECIFIKACÍCH TSI SUBSYSTÉMU KOLEJOVÁ VOZIDLA HLUK...35 3.1 DEFINICE SUBSYSTÉMU...35 3.2 CHARAKTERISTIKA SUBSYSTÉMU...36 3.2.1 Úvod...36 3.2.2 Provozní a technické specifikace subsystému...36 3.2.2.1 Hluk vyzařovaný nákladními vozy... 36 3.2.2.1.1 Mezní hodnoty hluku projíždějících vozidel... 37 3.2.2.1.2 Mezní hodnoty hluku při stání... 37 3.2.2.2 Hluk vyzařovaný lokomotivami, ucelenými jednotkami a osobními vozy... 38 3.2.2.2.1 Úvod... 38 3.2.2.2.2 Mezní hodnoty hluku při stání... 38 3.2.2.2.3 Mezní hodnoty hluku při rozjezdu... 39 3.2.2.2.4 Mezní hluk vozidel projíždějících konstantní rychlostí podél pevného stanoviště... 39 3.2.2.2.5 Vnitřní hluk lokomotiv, ucelených jednotek a řídících vozů... 40 3.2.3 Registry infrastruktury a kolejových vozidel...40 3.2.3.1 Registr infrastruktury... 40 3.2.3.2 Registr kolejových vozidel... 41 4 PŘÍLOHY...42 4.1 SEZNAMY VOZIDEL PRO HLUKOVÉ MĚŘENÍ DO REGISTRU...42 4.1.1 Nákladní vozy...42 4.1.2 Osobní vozy...43 4.1.3 Elektrické jednotky...43 4.1.4 Motorové jednotky...43 4.1.5 Lokomotivy...43 4.2 VZOROVÝ PROTOKOL Z MĚŘENÍ HLUKU NÁKLADNÍHO VOZU PODLE TSI, SUBSYSTÉM HLUK...44
List: 4 1 Popis, stav a identifikace zkoušky a zakázky 1.1 Popis zakázky Zakázkové číslo: X 01 210 03 6018 Název objednatele: Česká republika Ministerstvo dopravy Adresa objednatele: Nábřeží Ludvíka Svobody 1222/12 110 15 Praha 1 Popis předmětu zakázky: Metodika pro měření akustických parametrů kolejových vozidel podle TSI, subsystém Kolejová vozidla hluk Předmětem zakázky je vytvoření metodiky měření tak, aby umožnila naměření akustických parametrů vozidel předepsaným způsobem. Metodika měření bude vycházet z ČSN EN ISO 3095 Železniční aplikace Akustika Měření hluku vyzařovaného kolejovými vozidly (Railway applications Acoustics Measurement of noise emitted by railbound vehicles), vydání září 2006, a budou v ní zapracovány všechny odchylky, které jsou požadovány na základě směrnice 2001/16/ES o technické specifikaci pro interoperabilitu transevropského konvenčního železničního systému a zejména podle Rozhodnutí komise (2006/66/ES) ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému Kolejová vozidla hluk transevropského konvenčního železničního systému. Tato zpráva je zároveň pololetní zprávou ve smyslu bodu 3.1.1 smlouvy VUZ č. 211 6 014. 1.2 Úvod do metodiky 1.2.1 Základní informace Sílící tlaky veřejnosti na ochranu životního prostředí způsobují, že se do popředí pozornosti dostávají všechny dopady, které životní prostředí ovlivňují. Součástí těchto celkových dopadů jsou i hlukové emise a v kontextu s tím i imise jako součást znečištění životního prostředí. Hlukové emise, po případě imise z železničního provozu nejsou též zanedbatelné, i když tento druh dopravy je všeobecně považován za šetrný k životnímu prostředí a umožňující trvale udržitelný rozvoj s minimalizací negativních dopadů na životní prostředí. Pokrytí předpokládaného nárůstu přepravních objemů lze dosáhnout pouze revitalizací železniční přepravy s minimálními negativními dopady na životní prostředí. Výsledkem bude jednotný železniční přepravní trh v Evropě s vysokou mírou interoperability a s rovným přístupem na trh všech subjektů, které budou splňovat stanovené podmínky. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2001/16/ES ze dne 19. března 2001 poskytuje nezbytný legislativní rámec pro splnění těchto vytyčených cílů. Česká republika, jako člen Evropské Unie bude muset též splňovat požadované podmínky, aby vyhověla požadavkům, které ze členství v EU vyplývají. Databáze hlukových zdrojů je jedním z prvních důležitých a nezbytných kroků, které jsou požadovány v souvislosti s minimalizací dopadů dopravy na životní prostředí. Jsou to požadavky stanovené právě ve Směrnici 2001/16/EC o interoperabilitě konvenčního železničního systému (Interoperability of the trans-european conventional rail systém). Směrnice předepisuje Technické specifikace pro interoperabilitu konvenčního železničního systému. Součástí stanovených požadavků je vytvoření registru
List: 5 infrastruktury a registru kolejových vozidel. Registr kolejových vozidel musí obsahovat všechna kolejová vozidla aspirující na interoperabilní statut. Mezi jinými údaji charakterizující každé vozidlo uvedené v registru jsou i akustické parametry vozidla. Akustické parametry vozidla musí vyhovovat limitním hodnotám podle Rozhodnutí komise (2006/66/ES) ze dne 23. prosince 2005 o technické specifikaci pro interoperabilitu subsystému Kolejová vozidla hluk transevropského konvenčního železničního systému. Tyto akustické parametry musí být změřeny podle metodiky vypracované také na základě výše uvedeného Rozhodnutí komise. 1.2.2 Předmět řešení úkolu Předmětem řešení úkolu je vytvoření databáze zdrojů hluku v železniční dopravě, která bude poskytovat relevantní údaje o hlukových parametrech jednotlivých zdrojů. Databáze bude koncipována jako otevřený systém, který umožní další doplňování a aktualizaci dat s možností pozdějšího začlenění do registru kolejových vozidel, po případě vytvořenou hlukovou databázi na registr kolejových vozidel rozšířit. Tento výsledný registr kolejových vozidel bude posléze začleněn do globálního evropského registru kolejových vozidel. 1.2.3 Cíl řešení úkolu Hlavním konečným cílem řešení úkolu pak bude naplnění registru kolejových vozidel, který je vytvářen v rámci TSI pro konvenční vozidla. 1.3 Zvláštní charakter železničního hluku Hluk z železničního provozu jako takový se skládá zhruba ze tří složek. Je to hluk trakce, hluk valení a aerodynamický hluk. V dalším obrázku je uveden graf znázorňující všechny tyto jednotlivé hlukové složky v závislosti na rychlosti a jejich podíl na celkových hlukových emisích. Obr. 1 Příspěvek hlavních zdrojů hlukových emisí na celkovém hluku.
List: 6 Při rychlostech nižších než je 60 km/h je často dominantní hluk trakčních motorů nebo pomocných systémů. V tomto případě se hladina hluku s rychlostí nemění vůbec nebo jen málo a závislost je v rozsahu 0-20 log V. Ve středním rychlostním pásmu, t.j. 60-200 km/h je obvykle dominantní hluk valení, který je pak závislý na drsnosti kol a kolejnic. Rychlostní závislost se pak pohybuje v rozsahu 20-30 log V. Při vysokých rychlostech nad 200 km/h začíná dominovat aerodynamický hluk a rychlostní závislost se pak pohybuje v rozsahu 50-70 log V. 1.3.1 Hluk trakce Hluk trakčních motorů je dominantní při rychlostech do cca 60 km/h a s rychlostí se téměř nemění. Výrazně vyšší hlukové emise jsou u nezávislé trakce, kde jsou hnací vozidla poháněny většinou dieselovým motorem. V tomto případě jsou akustické emise závislé více na okamžitých otáčkách motoru než na rychlosti průjezdu. Důležitý je poznatek, že při těchto rychlostech a stejně tak při rozjezdu jsou hlukové emise hnacích vozidel nezávislé trakce výrazně vyšší než u elektrické trakce. 1.3.2 Hluk valení V rozsahu cca 60 200 km/h tj. ve středním rychlostním pásmu a tedy i ve velké většině posuzovaných případů je dominantní hluk valení, který vzniká interakcí nerovností na povrchu kola a kolejnic. V následujícím obrázku je schématicky znázorněn mechanismus vzniku hluku valení. Obr. 2 Vývoj, přenos a emise hluku valení Pro hluk valení je dominantní z hlediska akustických emisí takzvaná drsnost koleje a oběžných ploch kol. Z interakce nerovností (drsností) kola a kolejnice vzniká hluk valení, který je dominantní v rychlostním pásmu cca 60 200 km/h. Zde je nutno zdůraznit, že protihlukové úpravy na vozidle, které bude provozováno na drsné koleji budou neúčinné, protože v tomto okamžiku se stanou emise z trati dominantní. V extrémním případě může rozdíl mezi hladkou kolejí a tak drsnou kolejí, že je na ní možno pozorovat vlnkovitost činit až 20 db(a).
List: 7 Pro ilustraci na následujících obrázcích jsou uvedeny typické případy hladké a vlnkovité koleje. Obr. 3 Příklad povrchu kolejnic Na obrázku vlevo je typický příklad vlnkovité koleje s vyznačením vlnové délky a na obrázku vpravo je příklad hladké koleje z koridoru. Drsnost kolejnic je hlavním ovlivňujícím parametrem akustických emisí vznikající valením kola po kolejnici. První zásadou pro účinnost všech protihlukových opatření na vozidle, je udržovat povrch kolejnic co nejhladší a tím minimalizovat příspěvek tratě. V celkových hlukových emisích je trať dominantní téměř ve všech případech ve frekvenčním pásmu do 1500 Hz. Pro oddělení akustických příspěvků vozidla a trati je klíčové znát příspěvek trati. Proto je v TSI i v normě ČSN EN ISO 3095 formulován požadavek na vlastnosti koleje ve formě drsnosti povrchu kolejnic a stupně dynamického útlumu trati. Proto je nutné měření realizovat na referenčním úseku trati, který tyto podmínky splňuje. Mechanismus vzniku zvýšené drsnosti povrchu kolejnic až do vlnkovitosti ještě není plně prozkoumán, ale nepochybně k tomu dochází tam, kde se vozidlo rozjíždí, brzdí, v blízkosti výměn a křížení. Dalším klíčovým přispěvatelem pro hluk valení je drsnost oběžných ploch kol. Tam jednoznačně je hlavní příčinou zvyšování drsnosti brzda s klasickým brzdovým špalíkem z šedé litiny. Tam, kde brzdící účinek není aplikován na oběžné plochy kol, tj. u vozů z kotoučovou brzdou zůstávají oběžné plochy kol hladší a příspěvek akustických emisí je nižší. 1.3.3 Aerodynamický hluk Aerodynamický hluk je dominantní při rychlostech nad 200 km/h, takže pro TSI konvenčních vozidel není relevantní. Významnými zdroji hluku při vysokých rychlostech je pantograf, nekapotované podvozky a turbulence při nedostatečně aerodynamickém tvaru vozidla.
List: 8 2 Metodika podle ČSN EN ISO 3095 s odchylkami stanovenými v TSI subsystému Kolejová vozidla hluk Všechny případné odchylky, změny či dodatky podle TSI subsystému Kolejová vozidla hluk jsou jasně uvedeny a vysvětleny u každého bodu, kterého se to týká. 2.1 Základní pojmy a definice 2.1.1 Vlak (train) Jedná se o jednotlivé vozidlo nebo určitý počet vzájemně spřažených vozidel/jednotek provozovaných na pozemním dopravním systému s vedením. TSI, Subsystém hluk zahrnuje tato kolejová vozidla. Lokomotivy, ucelené jednotky, nákladní vozy a osobní vozy, u kterých je pravděpodobné, že budou jezdit po celé transevropské konvenční železniční síti anebo po její části. Nákladní vozy zahrnují i kolejová vozidla určená k přepravě kamionů. Tato kolejová vozidla zahrnují ta, která jsou určena pro mezinárodní přepravu, i ta, která jsou určena pouze pro (specifické) vnitrostátní použití, při čemž se bere náležitě v úvahu místní, regionální nebo dálkové použití kolejových vozidel. 2.1.2 Zkouška typu kolejových vozidel z hlediska emise hluku (type test for noise emission of railbound vehicles) Zkráceně nazývaná též zkouška typu. Je to měření prováděné k prokázání nebo pro kontrolu, zda vozidlo dodané výrobcem splňuje předepsané požadavky na hluk. Tento typ zkoušky bude realizován pro naplnění registru kolejových vozidel. 2.1.3 Kontrolní zkouška kolejových vozidel z hlediska emise hluku (monitoring test for noise emission of railbound vehicles) Kontrolní zkouška je prováděna pro kontrolu, zda se po prvotním dodání nebo po úpravě změnil hluk vozidla. V této fázi zkouška nebude pro potřeby databáze realizována. 2.1.4 Zkouška hodnocení okolního prostředí (environmental assesment test) Je měření prováděné pro shromažďování údajů využitelných v predikční metodě při hodnocení okolního prostředí. TSI, Subsystém hluk tento typ zkoušky nepožaduje. Pro potřeby databáze nebude tato zkouška realizována. 2.1.5 Drsnost (roughness) - r Je střední kvadratická hodnota (RMS) změn amplitudy pojížděného povrchu kolejnice ve směru podélného pohybu, měřeno po délce kolejnice, vyjádřeno v µm. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk.
List: 9 2.1.6 Hladina drsnosti (roughness level) - L r Je hladina drsnosti daná vztahem : kde L r = 10 log r r 0 2 [db] L r r r 0 - je hladina drsnosti v db; - je střední kvadratická hodnota drsnosti v µm; - je referenční drsnost 1 µm. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.7 Akustický tlak (sound pressure) - p Je střední kvadratická hodnota (RMS) proměnného tlaku superponovaná na statický atmosférický tlak měřený po určitý časový interval, vyjádřený v pascalech (Pa). Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.8 Hladina akustického tlaku (sound pressure level) - L p Je hladina akustického tlaku v decibelech daná vztahem 2 p L p = 10 log [db] p 0 kde L p - je hladina akustického tlaku v db; p - je střední kvadratická odchylka akustického tlaku v Pa ; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.9 Vážená hladina akustického tlaku A (A-weighted sound pressure level) - L pa Je hladina akustického tlaku získaná použitím kmitočtového vážení A (podle EN 61671-1 a EN 61672-2), daná následujícím vztahem 2 p A L pa = 10 log [db(a)] p0 kde L pa p A - je vážená hladina akustického tlaku A v db(a); - je střední kvadratická odchylka váženého akustického tlaku A v Pa; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk.
List: 10 2.1.10 Maximální hladina akustického tlaku AF (AF-weighted maximum sound pressure level) - L pafmax Je nejvyšší hodnota vážené hladiny akustického tlaku A, určená v průběhu časového měření T při použití rychlého časového vážení F (FAST, RAPID podle EN 61672-1), daná vztahem L pamax = 10 log p Amax p 0 2 [db(a)] kde L pamax - je maximální hodnota hladiny akustického tlaku A v db(a) dosažená po dobu měření ; p Amax - je maximální střední kvadratická odchylka hladiny akustického tlaku A v Pa dosažená po dobu měření; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.11 Ekvivalentní trvalá vážená hladina akustického tlaku A (A-weighted equivalent continuous sound pressure level) - L paeq,t Je taková vážená hodnota hladiny akustického tlaku A spojitého stálého zvuku, která ve specifikovaném časovém intervalu T má tutéž hodnotu druhé mocniny akustického tlaku jako posuzovaný zvuk, jehož hladina se v čase mění. Tato hladina je dána vztahem kde 1 L paeq,t = 10 log T T 0 2 p A ( t) dt 2 p0 [db(a)] L paeq,t - je ekvivalentní trvalá hladina akustického tlaku A v db(a); T - je časový interval měření po který probíhá výpočet v s; p A (t) - je okamžitý vážený akustický tlak A v Pa; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.12 Ekvivalentní trvalá vážená hladina akustického tlaku A za dobu průjezdu (Aweighted equivalent continuous sound pressure level on the pass-by time) - L paeq,tp Je taková hodnota hladiny akustického tlaku A spojitého stálého zvuku, která ve specifikovaném časovém intervalu T p má tutéž hodnotu druhé mocniny akustického tlaku jako posuzovaný zvuk, jehož hladina se v čase mění. Tato hladina je dána vztahem
List: 11 kde L paeq,tp = 10 log T 2 T 2 2 1 p A ( t) dt 2 T1 p T 1 0 [db(a)] L paeq,tp - je ekvivalentní vážená hladina akustického tlaku A za dobu průjezdu v db; T p =T 2 - T 1 - je časový interval měření průjezdu začínající v T 1 a končící v T 2, v s, viz Obr.4; p A (t) - je okamžitý vážený akustický tlak A v Pa; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Tato veličina je součástí TSI, Subsystém hluk. 2.1.13 Hladina jednotlivé události A, hladina jednorázové expozice hluku (single event level) - SEL Je vážená hladina hluku A jednotlivé události měřená po časový interval T a normalizovaná na T 0 = 1 s; časový interval T je tak dlouhý, aby mohl zahrnout veškerou akustickou energii dané události v bodech alespoň do 10 db pod nižší hodnotou L pa během časového intervalu T; SEL je dána vztahem kde 1 SEL = 10 log T 0 T 0 2 p A ( t) dt 2 p0 [db(a)] SEL - je vážená hladina expozice hluku A v db; T 0 = 1s - je referenční časový interval; T - je časový interval měření po který probíhá výpočet v s; p A (t) - je okamžitý vážený akustický tlak A v Pa; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Hladina jednotlivé události, SEL má vazbu na ekvivalentní hladinu akustického tlaku A, L paeq,t, podle následujícího vztahu SEL = L paeq,t + 10 log T T 0 [db(a)] Tato veličina není součástí TSI, Subsystém hluk a pro měření podle TSI není používána. 2.1.14 Hladina expozice průjezdu A (transit exposure level) - TEL Je vážená hladina expozice hluku A průjezdu vlaku, měřená v časovém intervalu T a normalizovaná na dobu průjezdu T p ; doba průjezdu T p v s, pak je délka vlaku (vozidla) v metrech, od nárazníku k nárazníku, dělená rychlostí průjezdu V v (m/s); časový interval T je tak dlouhý, aby mohl zahrnout veškerou akustickou energii dané události v bodech alespoň do 10 db pod nižší hodnotou L pa během časového intervalu T; TEL je dána následujícím vztahem 1 TEL = 10 log T p T 0 2 p A ( t) dt 2 p0
List: 12 kde TEL - je vážená hladina expozice průjezdu A, měřená v db; T - je časový interval měření v s; T p - je doba průjezdu vlaku v sekundách, což je celková délka vlaku v (m), dělená jízdní rychlostí vlaku v (m/s). p A (t) - je okamžitý vážený akustický tlak A v Pa; p 0 - je referenční hodnota akustického tlaku 20 µpa podle ISO 1996-1:2003. Hladina expozice průjezdu, TEL má vazbu na hladinu jednotlivé události SEL, a na ekvivalentní hladinu akustického tlaku A, L paeq,t, podle následujících vztahů a kde TEL = SEL + 10 log TEL = L paeq,t + 10 log T T 0 p T T p [db(a)] [db(a)] T 0 = 1s - je referenční časový interval. Tato veličina není součástí TSI, Subsystém hluk a pro měření podle TSI není používána. 2.1.15 Časový interval měření T a doba průjezdu vlaku T p (measurement time interval T, and train pass-by time T p ) Časový interval měření se volí tak, že měření začíná v okamžiku, kdy vážená hladina akustického tlaku A je o 10 db nižší, než hladina zjištěná v okamžiku, kdy je čelo vlaku před místem mikrofonu; měření je ukončeno v okamžiku, kdy je hladina akustického tlaku A o 10 db nižší než hladina zjištěna v okamžiku, kdy konec vlaku je před místem mikrofonu. Na následujícím obrázku je příklad volby časového intervalu měření, T, pro celý vlak, nebo ucelenou jednotku.
List: 13 Obr. 4 Příklad volby časového intervalu měření T, pro celý vlak Při měření vozidla (vozidel), které (která) tvoří součást vlaku a pro potřeby TSI, Subsystém hluk, je ve všech případech časový interval T = T p, při měření ucelených jednotek je časový interval měření rovný době průjezdu soupravy. Pro tyto případy je výhodné použití nezávislého zařízení pro měření časového intervalu průjezdu vlaku, protože nemůže být odvozen z hladiny akustického tlaku v závislosti na čase. Při měření přípojných vozidel časový interval T začíná v okamžiku, kdy před místem mikrofonu projíždí střed prvního zkoušeného vozidla, a končí v okamžiku, kdy před místem mikrofonu projíždí střed posledního zkoušeného vozidla. Na následujícím obrázku je znázorněn požadovaný časový interval měření T, po případě měření jednotlivého přípojného vozidla (jsou nezbytné minimálně dvě vozidla stejného typu). Kromě toho znázorňuje příklad časového průběhu hladiny akustického tlaku A, L pa, při průjezdu vlaku. Obr. 5 Příklad volby časového intervalu měření T, pro části vlaku
List: 14 Tento způsob volby časového intervalu při měření části vlaků je součástí TSI, Subsystém hluk a při měření je používán. 2.1.16 Hluk s impulsním charakterem (noise with impulsive charakter) Je hluk, který obsahuje izolovanou událost nebo řadu takových událostí; impulsní charakter je obvykle potvrzen, jestliže rozdíl mezi L paieq,t a L paeq,t je větší než 3 db. 2.1.17 Hluk s tónovým charakterem (noise with tonal charakter) Je hluk, který obsahuje slyšitelné tóny. 2.2 Měřené veličiny 2.2.1 Všeobecně Veličiny, které se mají měřit při všech polohách mikrofonu a jsou stanoveny níže. Ve všech případech bude uvedena i návaznost na TSI, Subsystém hluk. 2.2.2 Měřené veličiny pro vlaky pohybujících se stálou jízdní rychlostí podél pevného stanoviště 2.2.2.1 Pro celé vlaky Pro celé vlaky včetně vlaků sestávajících z jediného vozidla je měřenou veličinou hladina provozní expozice, TEL, nebo ekvivalentní vážená hladina akustického tlaku A za časový interval průjezdu, L paeq,tp, podle daného případu. Podle TSI, Subsystém hluk se používá pouze veličina L paeq,tp a vždy T= T p, to znamená měří se pouze po dobu průjezdu. 2.2.2.2 Pro části vlaků Pro části vlaků je měřenou veličinou ekvivalentní vážená hladina akustického tlaku A za časový interval průjezdu, L paeq,tp. Tato veličina je předepsána i podle TSI, Subsystém hluk. 2.2.3 Měřená veličina pro stojící vozidla Měřenou veličinou pro stojící vozidla je ekvivalentní vážená hladina akustického tlaku A, L paeq,t. Tato veličina je předepsána i podle TSI, Subsystém hluk. 2.2.4 Měřená veličina pro rozjezd a brzdění Měřenou veličinou pro zkoušky při rozjezdu nebo při brzdění musí být maximální akustický tlak AF, L pafmax. Podle TSI, Subsystém hluk se měří pouze hluk při rozjezdu. 2.2.5 Měřená veličina pro vnitřní hluk v kabině strojvedoucího Vnitřní hluk v kabině strojvedoucího nepokrývá norma ČSN EN ISO 3095, ale norma ČSN EN ISO 3381. Podle TSI, Subsystém hluk, je měření vnitřního hluku v kabině strojvedoucího předepsáno. Měřenou veličinou je ekvivalentní vážená hladina akustického tlaku A, L paeq,t.
List: 15 2.2.6 Kmitočtová analýza Jestliže je požadována kmitočtová analýza, musí se provádět alespoň v třetinooktávových pásmech podle EN ISO 266; typický kmitočtový rozsah může být 31,5 Hz až 8 khz. Je však důležité zvolit dolní mezní kmitočet tak, aby bylo zaručeno, že součin nejnižší šířky pásma a doby trvání signálu je větší než jedna. Podle TSI, Subsystém hluk, není kmitočtová analýza přímo předepsána, ale doporučuje pro prokázání eventuálního tónového nebo impulsního charakteru hluku. 2.2.7 Hluk s tónovým charakterem Při výskytu hluku s předpokládaným tónovým charakterem se navrhuje v každé poloze mikrofonu provést kmitočtovou analýzu měření. V současné době neexistuje žádná metoda pro měření čistě tónového hluku od projíždějících vlaků; obvykle může být tónový charakter potvrzen, jestliže hladina v jednom kmitočtovém pásmu překračuje hladinu aritmetického průměru jeho sousedních pásem více než o 5 db; tuto metodu lze použít, pokud neexistují žádné jiné národní metody pro vyhodnocení čistých tónů. Tuto metodu je možno použít i při měření podle požadavků TSI, Subsystém hluk. 2.2.8 Hluk impulsního charakteru Při měření u stojících vozidel se při výskytu hluku s podezřelým impulsním charakterem navrhuje v každé poloze mikrofonu provést dvě měření: jedno s časovým vážením S (pomalu), druhé s časovým vážením I (impulsní) (viz EN 61672-1). V současné době neexistuje žádná metoda pro měření impulsního charakteru hluku od projíždějících vlaků: obvykle se může impulsní charakter potvrdit, jestliže rozdíl mezi dvěma měřeními s výše uvedeným časovým vážením je větší než 5 db; tuto metodu lze použít, pokud neexistují žádné jiné národní metody pro vyhodnocení impulsního charakteru. Tuto metodu je možno použít i při měření podle požadavků TSI, Subsystém hluk. 2.2.9 Doplňující měření na nástupištích, mostech a v tunelech Není předmětem TSI, Subsystém hluk. 2.3 Přístrojové vybavení Měřicí přístroje včetně mikrofonů, kabelů a záznamových zařízení musí splňovat požadavky na přístroje typu 1 stanovené v EN 61672-1. Mikrofony musí mít ve volném zvukovém poli zásadně rovinnou kmitočtovou charakteristiku. Třetinooktávové pásmové filtry musí splňovat požadavky třídy 1 v souladu s EN 61260. U mikrofonů se vždy musí používat ochrany proti větru. Před každou řadou měření a po ní se musí u mikrofonu (mikrofonů) použít kalibrátor hluku splňující požadavky třídy 1 v souladu s EN 60942 pro ověření kalibrace celé měřicí soustavy při jednom nebo více kmitočtech v celém zájmovém kmitočtovém rozsahu. Jestliže je rozdíl mezi dvěma kalibracemi větší než 0,5 db, musí být všechny výsledky měření zamítnuty. Shoda kalibrátoru s požadavky EN 60942 se musí ověřovat alespoň jednou za rok. Shoda měřicích přístrojů s požadavky EN 61672-1 a EN 61672-2 se musí ověřovat alespoň každé 2 roky. Datum posledního ověření shody s příslušnými evropskými normami musí být zaznamenáno.
List: 16 Přístrojové vybavení musí splňovat uvedené podmínky i pro měření podle TSI, Subsystém hluk. 2.4 Zkušební podmínky 2.4.1 Odchylky od požadavků Podmínky předepsané pro každou zkoušku musí být splněny co nejpřesněji. Mírné odchylky od stanovených zkušebních podmínek jsou u zkoušek typu přípustné, ale musí být popsány v protokolu o zkoušce; Tyto odchylky obecně zhorší reprodukovatelnost. Odchylky od požadavků, po případě doplňující požadavky stanovené v TSI, Subsystém hluk budou též uvedeny. 2.4.2 Zkušební prostředí 2.4.2.1 Akustické prostředí Místo měření (zkušební stanoviště) má být takové, aby se hluk mohl volně šířit; aby se toho dosáhlo, musí být povrch terénu v zásadě rovný a se sklonem vůči hornímu povrchu kolejnice 0 m až -1 m. Prostor kolem mikrofonů na obou stranách o poloměru rovnajícím se alespoň 3násobku měřené vzdálenosti musí být bez velkých odrazivých objektů, jako jsou bariéry, kopce, skály, mosty nebo budovy. V blízkosti mikrofonů nesmějí být žádné překážky, které by mohly narušovat zvukové pole. Proto mezi mikrofony a zdrojem hluku nesmějí být žádné osoby; pozorovatel musí být na takovém místě, aby výrazně neovlivňoval měřenou hladinu akustického tlaku. Prostor mezi vozidlem a mikrofony nesmí být zamokřen a musí být v maximální míře bez látek pohlcujících hluk (např. sněhu, vysoké vegetace, jiných kolejí) nebo s odrazivým povrchem (např. voda, led). Povrch terénu musí být popsán v protokolu o zkoušce. Při měření vnitřního hluku na stanovišti strojvedoucího pouze v rámci TSI, Subsystém - hluk na vozidlech provozovaných hlavně na povrchu musí být místo měření (referenční úsek tratě) takové, aby se s hlukem vnitřním směšoval pouze vnější hluk vozidla odrážený od koleje, nikoli hluk odrážený od budov, stěn a podobných velkých objektů vedle koleje (trati). Podmínky pro akustické prostředí bezezbytku platí i pro měření podle TSI, Subsystém hluk. 2.4.2.2 Meteorologické podmínky Měření se provádějí pouze při rychlosti větru menší než 5 m/s, měřeno ve výšce mikrofonu, a neprší-li nebo nesněží. Teplota, vlhkost, barometrický tlak, rychlost a směr větru musí být popsány (pokud možno naměřenými hodnotami) v protokolu o zkoušce. Podmínky pro meteorologické podmínky platí i pro měření podle TSI, Subsystém hluk. Navíc zkouška rozjezdu musí být realizována pouze na suché koleji. 2.4.2.3 Hladina akustického tlaku pozadí Je nutno zajistit, aby hluk z jiných zdrojů (např. jiných vozidel nebo průmyslových podniků a od větru) významně neovlivnil měření. Při typové zkoušce (a při zkoušce podle TSI, Subsystém hluk) musí být hladina akustického tlaku pozadí A alespoň o 10 db nižší než naměřená hodnota hladiny akustického tlaku A zjištěná měřením hluku vyzařovaného vozidlem při hluku pozadí. Při kmitočtové analýze musí být tento rozdíl v každém kmitočtovém pásmu alespoň 10 db.
List: 17 Při kontrolních zkouškách musí být hladina akustického tlaku A pozadí alespoň o 5 db nižší než naměřená hodnota hladiny akustického tlaku A zjištěná měřením hluku vyzařovaného vozidlem. Je-li tento rozdíl menší než 10 db, musí být naměřená hodnota korigována podle tabulky 1. Tab. 1 Korekce hluku pozadí při kontrolních zkouškách Rozdíl mezi hladinou akustického tlaku A zjištěnou při měření hluku vyzařovaného vozidlem při hluku pozadí a vlastní hladinou akustického tlaku A pozadí db >10 6 až 9 5 Korekce, která se má přičíst k hladině akustického tlaku A zjištěné při měření hluku vyzařovaného vozidlem při hluku pozadí db 0 1 2 2.4.3 Polohy mikrofonů 2.4.3.1 Všeobecně Osa mikrofonu musí vždy být vodorovná a směřovat kolmo ke koleji. Použitelné standardní polohy mikrofonů jsou uvedeny na Obr. 8. Nemusí být vždy možné nebo nezbytné měřit ve všech polohách, ale zvolené polohy mikrofonů musí odpovídat jedné nebo více z definovaných poloh. Přípustné polohy mikrofonů jsou na obou stranách ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje, ve výšce (1,2 ± 0,2) m nad temenem kolejnice a na obou stranách ve vzdálenosti 25 m od osy koleje, ve výšce (3,5 ± 0,2) m nad horním povrchem kolejnice. Jestliže se v horní části zkoušeného vozidla nacházejí významné zdroje hluku (např. výfuková potrubí nebo sběrače proudu), jsou na obou stranách doplňující polohy mikrofonů ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje a ve výšce (3,5 ± 0,2) m nad temenem kolejnice. Pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk nesmí být mezi průběžnou kolejí a mikrofonem žádná další trať. Při měření vnitřního hluku v kabině strojvedoucího se mikrofon umístí ve výši ucha strojvedoucího (při poloze vsedě), ve středu horizontální roviny rozprostírající se od skel předního skla k zadní stěně kabiny; v tomto případě je přípustné jakékoli natočení mikrofonu. Umístění mikrofonu je vidět na následujícím obrázku. úroveň ucha Obr. 6 Umístění mikrofonu při měření vnitřního hluku v kabině strojvedoucího
List: 18 Pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk se použije pouze mikrofon uvnitř kabiny uprostřed v rovině ucha strojvedoucího. 2.4.3.2 Měření u stojících vozidel Mikrofon musí být umístěn ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje ve výšce (1,2 ± 0,2) m nad horním povrchem kolejnice a proti středu vozidla. Jestliže se v horní části zkoušeného vozidla (např. s pohonnými jednotkami) nacházejí významné zdroje hluku, doporučuje se další poloha mikrofonu ve výšce (3,5 ± 0,2) m nad horním povrchem kolejnice. Daná vzdálenost x mezi mikrofonem a boční stranou vozidla musí být udržována kolem obrysu vozidla podle Obr. 7. Rozteč a mezi polohami mikrofonů rovnoběžně s bočními stěnami vozidla musí být pokud možno 3 m až 5 m, aby byly pokud možno zajištěny tři polohy mikrofonů pro každou stranu. U vozidel s délkou přesahující 20 m musí být, kromě šesti poloh před čelem a za zadní částí vozidla, použito rovnoběžně s bočními stěnami více než šest poloh mikrofonů. Uvedené polohy mikrofonů musí zahrnovat také polohy na příčných osách kabiny strojvedoucího/řidiče a pohonné jednotky. Osy mikrofonů musí směřovat kolmo k obrysu vozidla (viz Obr. 6). Obr. 7 Polohy mikrofonů kolem stojícího vozidla Uvedené rozmístění mikrofonů platí i pro měření podle TSI, Subsystém hluk. Jestliže se mají měřit hladiny akustického tlaku u sacího a výfukového otvoru motoru nebo klimatizačního a chladicího systému, doporučuje se, aby byl mikrofon umístěn mimo proud plynů ve vzdálenosti 1 m od okraje sacího nebo výfukového otvoru pod úhlem 30 ke směru proudění plynů (viz následující obrázek) a pokud možno co nejdále od odrazných povrchů. Jestliže se ovládačem motoru nastavuje určitý výkon a před dosažením nastavené hodnoty dojde ke krátkému silnému vzrůstu hladiny akustického tlaku, musí být tato hladina akustického tlaku samostatně zaznamenána a deklarována. Při hodnocení hluku ventilátoru musí ventilátor pracovat s minimálními i maximálními otáčkami; pokud je to možné, lze také zvolit střední podmínky.
List: 19 měřicí mikrofony sací nebo výfukové potrubí proud plynu Obr. 8 Poloha mikrofonu u sacího nebo výfukového otvoru Pro měření podle TSI, Subsystém hluk se toto měření neprovádí. Při měření vnitřního hluku v kabině při stání se pro potřeby TSI, Subsystém hluk měří pouze vliv houkačky na strojvedoucího. Pro měření vlivu houkačky se použije 8 poloh mikrofonu rovnoměrně vzdálených od polohy hlavy strojvedoucího v okruhu o poloměru 25 cm (při poloze vsedě) ve vodorovné rovině. Aritmetický průměr těchto osmi hodnot se porovná s mezní hodnotou. 2.4.3.3 Měření u vozidel jedoucích konstantní rychlostí Jsou-li pro zkoušky typu stanovena měření na obou stranách (např. při nesymetrickém rozložení zdrojů hluku vlaku), není nutné provádět měření současně. V následujícím obrázku jsou uvedeny možné polohy mikrofonu. Obr. 9 Polohy mikrofonu pro měření vozidel konstantní rychlostí Pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk je poloha mikrofonu výhradně 7.5 m od osy koleje ve výšce 1.2 m nad temenem kolejnice. Při měření vnitřního hluku v kabině při jízdě konstantní rychlostí se pro potřeby TSI, Subsystém hluk měří pouze maximální rychlost uplatnitelná u rychlostí do 190 km/h. Pro měření při maximální rychlosti se mikrofon umístí ve výši ucha strojvedoucího (při poloze vsedě), ve středu horizontální roviny rozprostírající se od skel předního skla k zadní stěně kabiny.
List: 20 2.4.3.4 Měření u vozidel při rozjezdu z klidového stavu nebo při brzdění Svislé a příčné polohy sady mikrofonů jsou stejné pro všechny druhy zkoušek zrychlováním z klidového stavu a zpomalováním a odpovídají pouze polohám ve vzdálenosti 7,5 m od osy koleje jak je znázorněno v následujícím obrázku. Obr. 10 Polohy mikrofonu pro měření vozidel při rozjezdu a brzdění Počet sad a jejich rozmístění v podélném směru, tj. vzdálenost před čelem vlaku v okamžiku začátku rozjíždění nebo brzdění, závisí na druhu vlaku. Při dané vzdálenosti D mezi středy podvozků vozidla se sady mikrofonů umístí jedna sada mikrofonů ve vzdálenosti 20 m před čelem vlaku v případě rozjezdu samostatné hnací jednotky, jak je uvedeno v následujícím obrázku. Obr. 11 Polohy mikrofonu pro měření vozidel při rozjezdu a brzdění V případě rozjíždění vlaků s rozloženým pohonem nebo při zpomalování vlaků jakýmkoli způsobem se použijí dvě sady mikrofonů, jedna u čela vlaku a druhá ve vzdálenosti D/2 m před čelem vlaku, jak je znázorněno v následujícím obrázku.
List: 21 Obr. 12 Polohy mikrofonu pro měření vozidel při rozjezdu a brzdění Měření končí v okamžiku, kdy je konec jednotky 20 m za poslední sadou mikrofonů. Při zkoušce rozjezdu musí být měření ukončeno, když záď hnací jednotky je 20 m za poslední sadou mikrofonů nebo rychlost překročí 30 km/h. V rámci TSI, Subsystém hluk je předepsáno pouze měření rozjezdu podle výše uvedených podmínek. 2.4.4 Stav vozidla 2.4.4.1 Všeobecně Vozidlo musí být v běžném provozním stavu a pro zkoušku při konstantní rychlosti musí mít jeho kola najeto v obvyklých podmínkách alespoň 3 000 km (nebo 1 000 km u tramvají, vozidel metra nebo pro měření podle TSI, Subsystém - hluk) na koleji s běžným provozem. U vozidel se špalíkovými brzdami musí být příslušný brzdový špalík a oběžné plochy kol zabroušeny (zaběhnutý stav, kdy špalík a pojezdová plocha díky oboustrannému tření jsou vzájemně dostatečně přizpůsobeny). Pojezdové plochy kol musí být pokud možno bez jakýchkoli abnormalit, jako jsou plochá místa. Když se mají zkoušet přípojná vozidla, musí se vynaložit veškeré úsilí a zajistit, aby výsledky měření nebyly ovlivněny hlukem z jiných částí vlaku, např. sousedního hnacího vozidla. Pro měření podle TSI, Subsystém hluk je dále předepsáno před měřením odstranit nečistoty na mřížkách, filtrech a větrácích. 2.4.4.2 Stav zatížení nebo provozní podmínky Vozidla musí být nezatížená nebo neobsazená cestujícími, s výjimkou vlakové čety. U hnacích vozidel (např. lokomotiv) se použije běžné zatížení při provozních podmínkách (hnací síla). Pro měření podle TSI, Subsystém hluk nejsou předepsány žádné odchylky od této normy, kromě měření hluku v kabině strojvedoucího, kde tažená zátěž se musí rovnat alespoň dvěma třetinám povolené hodnoty.
List: 22 2.4.4.3 Dveře, okna, pomocná zařízení V průběhu měření musí být dveře a okna vozidla uzavřeny. Pomocné zařízení zkoušeného vozidla, které je během jízdy obvykle v provozu, musí být v činnosti. Jestliže se však hluk pomocného zařízení nevyskytuje často a pouze po krátkou dobu (méně než 2 % provozní doby) a jestliže ovlivňuje hladinu akustického tlaku od jiných zdrojů méně než o 5 db, nebude při měření brán v úvahu. V protokolu o zkoušce musí být popsán stav pomocných zařízení v průběhu zkoušky. 2.4.5 Traťové podmínky 2.4.5.1 Všeobecně U konvenčních vozidel se musí měření provádět na koleji se štěrkovým ložem a dřevěnými nebo betonovými pražci nebo na koleji běžně používané daným vlakem. Kolej musí být suchá a bez námrazy. Tyto zkoušky se provádějí na kolejovém (traťovém) úseku a s pražci, které se běžně používají pro konkrétní železniční síť. Jestliže jsou vozidla provozována také na kolejích jiné konstrukce, mají se pro tyto zkoušky použít. Kolej musí být dobře udržována. Stoupání tratě musí být nejvýše 3:1 000; poloměr oblouku r musí být: a) r 1 000 m pro zkoušky při rychlosti vlaku v 70 km/h; b) r 3 000 m pro zkoušky při rychlosti vlaku 70 < v 120 km/h; c) r 5 000 m pro zkoušky při rychlosti vlaku v > 120 km/h. Kolej v měřicím úseku musí být svařovaná a bez viditelných povrchových vad, jako jsou spálená místa nebo prohloubeniny na kolejnicích vytvořené vtlačením vnějších materiálů mezi kolo a kolejnici. Na místech svarů nebo na uvolněných pražcích nemá vznikat žádný slyšitelný hluk od nárazů. Hluk vytvářený kolejovými vozidly je ovlivněn povrchovými nerovnostmi pojezdové plochy kolejnic a dynamickými charakteristikami koleje. Nerovnost koleje se měří na měřicím úseku podle této normy, dynamické charakteristiky koleje jsou však dosud předmětem studií. Měření podle TSI, Subsystém hluk musí být realizováno na referenčním úseku trati, která splňuje předepsané podmínky. Hlavními parametry je drsnost povrchu kolejnic (rail roughness) a stupeň dynamického útlumu trati (Track Decay Rate - TDR). 2.4.6 Drsnost kolejnic Stav kolejnic se považuje za vhodný pro měření při zkoušce typu, jestliže hladiny nerovnosti v třetinooktávových pásmech v celém zkušebním úseku splňují následující požadavky a specifikace určené přímým a nepřímým měřením drsnosti povrchu kolejnic. Pro měření podle TSI, Subsystém hluk je drsnost kolejnic jedním z důležitých parametrů. 2.4.6.1 Definice pojížděné plochy na temenu kolejnice Na přímé koleji pojíždí kolo po zřetelně viditelném pojížděném pruhu, obvykle situovaném blízko osy hlavy kolejnice. Pojížděný pruh může být široký 60 mm (u staré koleje) nebo úzký 10 mm (u nové koleje). Drsnost kolejnice musí být měřena na čáře (linii) v ose tohoto pojížděného pruhu. Jestliže je pojížděný pruh dostatečně široký, měří se na dvou doplňkových rovnoběžných stopách po obou stranách osy se stejnou vzdáleností. Vzdálenost mezi osou
List: 23 pojížděného pruhu a oběma doplňkovými měřicími stopami závisí na šířce pojížděného pruhu: a) šířka pojížděného pruhu 10 mm: měření na jedné stopě; b) 10 mm < šířka pojížděného pruhu 20 mm: měření na třech stopách vzdálených od sebe 5 mm; c) šířka pojížděného pruhu > 20 mm: měření na třech stopách vzdálených od sebe 10 mm. Aby se mohly stanovit změny podél zkušební tratě, kontroluje se šířka a poloha pojížděného pásu na různých průřezech v místě měření. Tato definice je předepsána i pro měření podle TSI, Subsystém hluk. 2.4.6.2 Poloha podél koleje (tratě) 2.4.6.2.1 Základní informace Při měření vnějšího a vnitřního hluku musí být stanovena drsnost koleje v blízkosti místa měření hluku a úseku koleje, na kterém se provádí měření vnitřního hluku. Účelem protokolu o měření na trati je charakterizovat drsnost kolejnic na určitém úseku koleje bez podrobného měření drsnosti celé koleje. Proto se zkušební kolej rozdělí na úseky rozmístěné ve stanovených intervalech ve vztahu k úseku pro měření vnějšího hluku podle následujícího obrázku. nepřímé měření drsnosti zkušební kolej přímé měření drsnosti referenční úsek měřicí stanoviště pro měření vnějšího hluku Obr. 13 Popis koleje pro měření drsnosti Drsnost povrchu kolejnice je možno měřit dvěma způsoby: a) přímé měření drsnosti (při měření vnějšího hluku i pro potřeby TSI, Subsystém - hluk); b) nepřímé měření drsnosti kombinované s přímým měřením drsnosti (při měření vnitřního hluku, pro potřeby TSI, Subsystém hluk pouze vnitřní hluk na stanovišti strojvedoucího). Druhá možnost je alternativou pro vzorkování při přímém měření po celé délce zkušební koleje, a to kombinováním přímého měření drsnosti u místa měření vnějšího hluku
List: 24 s nepřímým měřením drsnosti na celé zkušební koleji. Při tomto postupu se úsek, kde se provádějí přímá měření drsnosti, považuje za referenční úsek. Nepřímo lze drsnost také měřit přes vibrace vyvolané hlavou kolejnice. 2.4.6.2.2 Přímé měření drsnosti Protože v současné době není k dispozici norma na přístroje pro měření drsnosti, musí být zaznamenána specifikace použitého zařízení, zejména typ přístroje, typ převodníku, vlnový rozsah, rozsah amplitudy, metoda zpracování údajů (název a verze softwaru) a datum poslední kalibrace. Přímá měření drsnosti se provádějí na referenčním úseku, jehož délka je úměrná vzdálenosti mikrofonu r od koleje a mění se od -2r do +2r vůči ose referenčního úseku, kde je umístěn mikrofon pro měření hluku. Drsnost kolejnice se měří na celém referenčním úseku na jedné, dvou nebo třech liniích na každé kolejnici v závislosti na šířce pojížděného pruhu s použitím přístroje schopného pokrýt vlnové délky odpovídající požadovanému kmitočtovému rozsahu pro měřené rychlosti vlaků. Doporučené měřicí rozsahy jsou: a) vlnový rozsah 0.008 m 0.500 m v třetinooktávovém pásmu (pro měření podle TSI, Subsystém hluk je doporučený vlnový rozsah 0.003 0.10 m); b) rozsah amplitudy -20 +30 db na 1 μm pro třetinooktávová pásma vlnových délek (pro měření podle TSI, Subsystém hluk by měl s ohledem na stanovené limitní hodnoty postačit dolní rozsah -10 db). Měření přístrojem schopným měřit pouze omezené délky l, minimálně l = 1 m, jsou přijatelná a mohou být provedena podle plánku uvedeného na následujícím obrázku. Zatímco měřitelná dolní mezní hodnota vlnové délky závisí pouze na vlastnostech přístroje, horní mezní hodnota závisí také na měřené délce l; např. l = 1 m dává přijatelné výsledky pouze pro vlnové délky kolem 0.100 m. Vzorky nerovnosti o délce l se snímají na třech rovnoběžných stopách (jedna stopa při šířce pojížděného pruhu 10 mm) na každé kolejnici v každém řezu, což představuje celkem 36 měření (tj. 12 při šířce pojížděného pásu 10 mm). referenční úsek řez 1 řez 2 řez 3 řez 4 řez 5 řez 6 měřicí stanoviště pro měření vnějšího hluku délka měření l, tři rovnoběžné stopy ve stejné vzdálenosti Obr. 14 Úseky vzorkování pro měření drsnosti kolejnic Pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk se počet stop použitých pro charakterizaci drsnosti zvolí s ohledem na skutečnou šířku pojížděné plochy. Počet měřených stop musí odpovídat umístění styčné kružnice na temeni kolejnice a skutečné
List: 25 šířce pojížděné plochy tak, aby všechny měřené stopy umístěné bezpečně uvnitř pojížděné plochy (uvnitř tzv. zrcátka ) byly zahrnuty do výpočtu průměrné drsnosti. 2.4.6.2.3 Nepřímé měření drsnosti Když se vnější hluk měří na úsecích koleje odlišných od referenčního úseku, nebo jestliže se (současně) měří vnitřní hluk, musí se také provést přímé měření nerovnosti příslušných úseků koleje, na kterých tato měření hluku probíhají. Jestliže se naopak přímá měření drsnosti provádějí pouze na referenčním úseku, lze shromáždit údaje rovněž pro alternativní části zkušební koleje nepřímým měřením. Nepřímá měření drsnosti lze provádět měřením hluku nebo vibrací snímačem zrychlení (akcelerometrem) na ložiskové skříni nápravy nebo mikrofonem umístěným pod vlakem nebo mikrofonem umístěným v osobním voze. Pro minimalizaci vlivu nerovnosti kol mají být kola vlaku trvale hladká, brzděná na kotouči nebo spékanými špalíky nebo nebrzděná. Drsnost kola má být pokud možno měřena přímo. Signály nepřímé drsnosti musí být zaznamenány podél celé koleje, na které se měří hluk, včetně referenčního úseku, kde se provedla přímá měření. Nepřímé měření drsnosti se použije pro potřeby TSI, Subsystém hluk při měření vnitřního hluku v kabině strojvedoucího. 2.4.6.3 Zpracování údajů o drsnosti Následující zpracování údajů o drsnosti je stejné i pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk. 2.4.6.3.1 Vyhodnocení přímého měření drsnosti Z měření drsnosti na každé stopě se vypočítá třetinooktávové spektrum vlnových délek nerovnosti. Průměrným spektrem přímé drsnosti platné pro referenční úsek koleje je energetická střední hodnota všech vypočítaných spekter nerovnosti. Velké rozdíly v úrovních drsnosti mohou být dány rozdílností metod zpracování. Některé prohloubeniny a výstupky určité hloubky/výšky a šířky, které se vyskytují v důsledku vad jízdních ploch kolejnic, nebudou koly sledovány, proto kola nebudou odpovídajícím způsobem kmitat. Pokud se v průběhu zpracování neprovedou korekce na tyto prohloubeniny a výstupky, vyjdou nereálně vysoké úrovně nerovnosti, jejichž důsledkem budou neplatné hodnoty analýzy a možné zamítnutí zkušební koleje pro překročení mezních hodnot drsnosti. Metody, které lze použít pro vyloučení prohloubenin a výstupků, nejsou dosud normalizovány. Metody, které berou v úvahu vliv drsnosti kolejnice na různých vzdálenostech od měřicího úseku, se v současnosti studují. Vyhodnocení přímého měření drsnosti je stejné i pro potřeby měření podle TSI, Subsystém hluk. 2.4.6.3.2 Vyhodnocení nepřímého měření drsnosti Signály nepřímého měření z každého alternativního měřicího úseku se analyzují samostatně a vypočítá se střední energetická hodnota. Od nepřímých údajů změřených na alternativních úsecích musí být odečteny nepřímé údaje změřené na referenčním úseku koleje. Tento rozdíl se připočte k průměrnému spektru přímo změřené drsnosti referenčního úseku a porovná s mezním spektrem drsnosti. Pro převod kmitočtového spektra na spektrum vlnové délky se použije vztah λ = v / f, přičemž λ se uvádí v m, zaznamenaná průměrná rychlost vlaku v se uvádí v m/s a f se uvádí v Hz.
List: 26 Pro možné pokrytí vlnového rozsahu od 0,01 do 0,1 m při měření v kmitočtových pásmech až do 10 khz je maximální přípustná rychlost vlaku pro nepřímá měření 360 km/h. Pro hodnocení vlnových délek pod 0,01 m (až do 0,0025 m) je maximální rychlost vlaku omezena na 90 km/h. V případě, že referenční trať je složena z jednoho úseku, je možno porovnání přímého a nepřímého měření drsnosti vyhodnotit statisticky pomocí směrodatné odchylky. Je-li směrodatná odchylka podobná na úseku, kde byla drsnost změřena přímo a na zbytku referenční trati, můžeme považovat za prokázané, že je hladina drsnosti stejná na celém referenčním úseku. Jinak je tento postup pro použití při měření podle TSI, Subsystém hluk nepovinný. 2.4.6.3.3 Schválení zkušebního úseku Průměrné spektrum měření přímé drsnosti se porovná s mezním spektrem drsnosti uvedeným na následujícím obrázku. 30 úroveň hladiny drsnosti v db (re 1µm) 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 23.50 21.70 19.80 18.00 16.10 14.30 12.40 10.60 8.80 6.90 5.10 3.20 1.40-0.50-2.30-4.10-6.00-7.80-9.70-9.70-9.70-9.70-9.70-9.70-9.70-9.70 0.63000 0.50000 0.40000 0.31500 0.25000 0.20000 0.16000 0.12500 0.10000 0.08000 0.06300 0.05000 0.04000 0.03150 0.02500 0.02000 0.01600 0.01250 0.01000 0.00800 0.00630 0.00500 0.00400 0.00315 0.00250 0.00200 0.00160 třetinooktávová střední vlnová délka [m] Obr. 15 Mezní spektrum drsnosti kolejnic Pro měření podle TSI, Subsystém hluk se použije odlišné spektrum mezních hodnot drsnosti podle grafu uvedeného v následujícím obrázku.