02002L0049 — SV — 25.03.2020 — 005.003

Den här texten är endast avsedd som ett dokumentationshjälpmedel och har ingen rättslig verkan. EU-institutionerna tar inget ansvar för innehållet. De autentiska versionerna av motsvarande rättsakter, inklusive ingresserna, publiceras i Europeiska unionens officiella tidning och finns i EUR-Lex. De officiella texterna är direkt tillgängliga via länkarna i det här dokumentet

Ändrat genom:

Rättat genom:

▼B

EUROPAPARLAMENTETS OCH RÅDETS DIREKTIV 2002/49/EG

av den 25 juni 2002

om bedömning och hantering av omgivningsbuller

Artikel 1

Mål

Artikel 2

Tillämpningsområde

Artikel 3

Definitioner

I detta direktiv avses med

▼M3

▼B

Artikel 4

Genomförande och ansvarsområden

Artikel 5

Bullermått och användningen av dessa

Till dess att det blir obligatoriskt att använda gemensamma bedömningsmetoder för att fastställa Lden och Lnight får medlemsstaterna för detta ändamål använda befintliga nationella bullermått och därmed sammanhängande uppgifter, som bör konverteras till ovannämnda mått. Uppgifterna får inte vara äldre än tre år.

Artikel 6

Bedömningsmetoder

▼M4

▼B

▼M4

Kommissionen ges befogenhet att anta delegerade akter i enlighet med artikel 12a med avseende på ändring av bilaga III i syfte att fastställa bedömningsmetoder för hälsoeffekter.

▼B

Artikel 7

Strategisk bullerkartläggning

Medlemsstaterna skall senast den 30 juni 2005 och därefter vart femte år underrätta kommissionen om de större vägarna med en trafiktäthet på mer än sex miljoner fordon per år, de större järnvägslinjerna med en trafiktäthet på mer än 60 000 tåg per år, de större flygplatserna och all tätbebyggelse med mer än 250 000 invånare på deras territorium.

Medlemsstaterna skall senast den 31 december 2008 underrätta kommissionen om all tätbebyggelse och alla större vägar och större järnvägslinjer på deras territorium.

Artikel 8

Handlingsplaner

De behöriga myndigheterna får välja vilka åtgärder planerna skall innehålla, men de skall särskilt inriktas på prioriterade frågor som kan fastställas på grund av att något relevant gränsvärde överskridits eller enligt andra kriterier som medlemsstaterna valt och särskilt gälla de viktigaste områdena som fastställts genom den strategiska bullerkartläggningen.

▼M3

Den översyn och de ändringar som i enlighet med första stycket skulle äga rum under 2023 ska skjutas upp och äga rum senast den 18 juli 2024.

▼B

Om skyldigheten att genomföra ett förfarande med allmänhetens deltagande följer både av detta direktiv och av någon annan gemenskapslagstiftning, får medlemsstaterna föreskriva gemensamma förfaranden för att undvika dubbelarbete.

Artikel 9

Information till allmänheten

▼M3

▼B

Artikel 10

Medlemstaternas och kommissionens insamling och offentliggörande av uppgifter

▼M3

▼B

Artikel 11

Översyn och rapportering

▼M4

Artikel 12

Anpassning till den tekniska och vetenskapliga utvecklingen

Kommissionen ges befogenhet att anta delegerade akter i enlighet med artikel 12a med avseende på ändring av bilaga I punkt 3 och bilagorna II och III i syfte att anpassa dem till den tekniska och vetenskapliga utvecklingen.

▼M4

Artikel 12a

Utövande av delegeringen

▼B

Artikel 13

Kommitté

Den tid som avses i artikel 5.6 i beslut 1999/468/EG skall vara tre månader.

▼M4 —————

▼B

Artikel 14

Överföring

När medlemsstaterna antar dessa bestämmelser skall de innehålla en hänvisning till detta direktiv eller åtföljas av en sådan hänvisning när de offentliggörs. Närmare föreskrifter om hur hänvisningen skall göras skall varje medlemsstat själv utfärda.

Artikel 15

Ikraftträdande

Detta direktiv träder i kraft samma dag som det offentliggörs i Europeiska gemenskapernas officiella tidning.

Artikel 16

Adressater

Detta direktiv riktar sig till medlemsstaterna.

BILAGA I

BULLERMÅTT

som avses i artikel 5

1.   Definition av dag-kväll-natt-nivå Lden

Dag-kväll-natt-nivån Lden i decibel (dB) definieras av följande formel:

där

där

och där

Höjden för bedömningspunkten för Lden beror på tillämpningen enligt följande:

2.   Definition av bullermått för natt

Nattbullermåttet Lnight är den A-vägda ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycksnivån enligt definition i ISO 1996-2: 1987, fastställd över ett års samtliga nattperioder,

där

3.   Ytterligare bullermått

I en del fall kan det utöver Lden och Lnight och i förekommande fall Lday och Levening vara fördelaktigt att använda särskilda bullermått och tillhörande gränsvärden. Nedan ges några exempel:

▼M2

BILAGA II

BEDÖMNINGSMETODER FÖR BULLERMÅTT

(som avses i artikel 6 i direktiv 2002/49/EG)

1.   INLEDNING

Värdena Lden och Lnight ska bestämmas vid bedömningspunkterna, genom beräkning enligt den metod som beskrivs i kapitel 2 och de data som beskrivs i kapitel 3. Mätningarna kan utföras enligt kapitel 4.

2.   GEMENSAMMA METODER FÖR BULLERBEDÖMNING

2.1    Allmänna bestämmelser – buller från vägtrafik, järnväg och industri

2.1.1    Definitioner för mått, frekvensområde och band

Bullerberäkningar ska definieras i ►C1  frekvensområdet i oktavband 63 Hz till 8 kHz ◄ . Frekvensbandsresultat ska fastställas för motsvarande frekvensintervall.

Beräkningarna utförs i oktavband för buller från vägtrafik, järnväg och industri, med undantag av ljudeffekten från järnvägsbullrets källa, som beräknas i tredjedelsoktavband. Resultatet av oktavbandsberäkningarna används för att beräkna det A-vägda långtidsmedelvärdet för ljudtrycksnivån för dags-, kvälls- och nattperioden, enligt definitionen i bilaga I och som avses i artikel 5 i direktiv 2002/49/EG. Värdet beräknas för vägtrafikbuller, järnvägsbuller och industribuller, genom addition över alla frekvenser:

där

Bullerparametrar:

Övriga fysikaliska parametrar:

2.1.2    Kvalitetsram

Ingångsvärdenas noggrannhet

Alla ingångsvärden som påverkar en källas emissionsnivå ska bestämmas med en minsta noggrannhet motsvarande osäkerheten ±2 dB(A) i källans emissionsnivå (övriga parametrar konstanta).

Standardvärden

När metoden används ska ingångsvärdena motsvara den verkliga tillämpningen. Generellt får standardvärden inte användas och antaganden får inte göras. Standardingångsvärden och antaganden kan godkännas om insamling av reella data förväntas medföra orimligt höga kostnader.

Kvalitet för programvara som används för beräkningar

Den programvara som används för att utföra beräkningarna ska vara förenlig med de metoder som beskrivs här, och programvaran ska generera bevis för lämpligheten genom att certifiera resultaten gentemot testfall.

2.2    Buller från vägtrafik

2.2.1    Beskrivning av källa

Klassificering av fordon

Vägtrafikbullrets källa ska bestämmas genom att kombinera bullret från alla fordon som ingår i trafikflödet. Fordonen grupperas till fem olika kategorier, utifrån deras bulleregenskaper:

Kategorin för tvåhjuliga motorfordon är uppdelad i underklasser för mopeder respektive motorcyklar, eftersom dessa två typer framförs på helt olika sätt och därmed ger upphov till mycket olika värden.

De första fyra kategorierna ska användas. Den femte kategorin är valfri. Den är reserverad för fordon som kan komma att utvecklas i framtiden och behöver en egen kategori på grund av avvikande bulleregenskaper. Kategorin kan användas för exempelvis el- eller hybridfordon eller andra fordon som utvecklas i framtiden och har bulleregenskaper som kraftigt avviker från egenskaperna för kategorierna 1–4.

De olika fordonsklasserna definieras utförligare i tabell [2.2.a].

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

I den här metoden representeras varje fordon (kategori 1, 2, 3, 4 eller 5) av en punktkälla med likformig ljudutstrålning i 2π-halvrymden ovanför marken. Den första reflektionen mot vägbanan behandlas implicit. Som framgår av figur [2.2.a] är punktkällan placerad 0,05 m ovanför vägbanan.

Figur [2.2.a]

Position för ekvivalent punktkälla för lätta fordon (kategori 1), tunga fordon (kategorierna 2 och 3) och tvåhjulingar (kategori 4)

Trafikflödet representeras av en källinje. Vid modellering av en väg med flera körfält, bör varje körfält representeras av en källinje som placeras i körfältets centrum. Det är dock även godtagbart att använda en modell med en källinje i mitten av en dubbelriktad väg eller en källinje per körbana i ytterfilen av flerfiliga vägar.

Ljudeffektemission

Allmänna överväganden

Källans ljudeffekt definieras i det ”halvfria fältet”, vilket innebär att den totala ljudeffekten inbegriper ljudets reflektion mot marken direkt under den modellerade källan, där det inte finns några störande objekt i den direkta omgivningen, utom reflektionen mot vägbana som inte är placerad direkt under den modellerade källan.

Trafikflöde

Bullret från ett trafikflöde representeras av en källinje med en viss riktad ljudeffekt per meter och frekvens. Trafikflödets buller är summan av bullret från de enskilda fordonen i trafikflödet, med hänsyn till den tid som fordonen befinner sig på det aktuella vägavsnittet. För att få med enskilda fordons inverkan krävs det en trafikflödesmodell.

Anta att det finns ett konstant trafikflöde av Qm fordon av kategori m per timme, med den genomsnittliga hastigheten vm (km/tim). Den riktade ljudeffekten per meter i frekvensband i för källinje LW′, eq,line,i,m definieras då av

där LW,i,m är den riktade ljudeffekten för ett enskilt fordon. LW′,m uttrycks i dB (re. 10– 12 W/m). Ljudeffektnivåerna beräknas för ►C1  varje oktavband i, från 63 Hz till 8 kHz ◄ .

Komponenten Qm ska uttryckas som ett årsgenomsnitt per timme, per tidsperiod (dag-kväll-natt), per fordonsklass och per källinje. För alla kategorier ska ingångsdata ha samlats in genom trafikräkning eller ha härletts från trafikmodeller.

Hastigheten vm är en representativ hastighet per fordonskategori: I de flesta fall används den lägre hastigheten av den högsta tillåtna hastigheten för vägavsnittet och den högsta tillåtna hastigheten för fordonskategorin. Om det inte finns tillgång till lokala mätdata ska den högsta tillåtna hastigheten för fordonskategorin användas.

Enskilt fordon

I trafikflödet förutsätts alla fordon av kategori m köra med samma hastighet, dvs. vm , som är den genomsnittliga hastigheten för flödet av fordon i den aktuella kategorin.

Ett vägfordon modelleras med ett antal matematiska ekvationer som representerar de två huvudbullerkällorna:

Aerodynamiskt buller är inkluderat i rullningsbullerkällan.

För lätta, medeltunga och tunga motorfordon (kategori 1, 2 och 3) är den totala ljudeffekten lika med energisumman av rullningsbullret och framdrivningsbullret. Den totala ljudeffekten från källinjerna m = 1, 2 eller 3 definieras därmed av

där LWR,i,m är rullningsbullrets ljudeffektnivå och LWP,i,m framdrivningsbullrets ljudeffektnivå. Detta gäller för alla hastigheter. För lägre hastigheter än 20 km/tim definieras ljudeffektnivån av vm = 20 km/tim i samma formel.

För tvåhjulingar (kategori 4) beaktas endast källans framdrivningsbuller:

Detta gäller för alla hastigheter. För lägre hastigheter än 20 km/tim definieras ljudeffektnivån av vm = 20 km/tim i samma formel.

2.2.2    Referensförhållanden

Beräkningarna och koefficienterna för källan är giltiga för följande referensförhållanden:

2.2.3    Rullningsbuller

Generell formel

Rullningsbullrets ljudeffekt i frekvensband i för ett fordon av klass m = 1, 2 eller 3 definieras som

Koefficienterna AR,i,m och BR,i,m anges i oktavband för varje fordonskategori och för referenshastigheten vref = 70 km/tim. ΔLWR,i,m är summan av de korrigeringskoefficienter som ska användas för rullningsbullret under specifika väg- eller fordonsförhållanden som avviker från referensförhållandena:

ΔLWR,road,i,m beskriver hur rullningsbullret påverkas när vägbanans akustiska egenskaper avviker från den virtuella referensbanan enligt definitionen i kapitel 2.2.2. Värdet inkluderar effekten både på utbredningen och på genereringen.

ΔLstudded tyres,i,m är en korrigeringskoefficient för det kraftigare rullningsbullret från lätta fordon som är utrustade med dubbdäck.

ΔLWR,acc,i,m beskriver hur rullningsbullret påverkas av en vägkorsning med trafikljus eller av en rondell. Koefficienten inbegriper effekten av hastighetsförändringar.

ΔLW,temp är en korrigeringsterm som används då den genomsnittliga temperaturen τ avviker från referenstemperaturen τref = 20 °C.

Korrigering för dubbdäck

I situationer där en betydande andel av de lätta fordonen i trafikflödet är utrustade med dubbdäck under flera månader per år, ska dubbdäckens effekt på rullningsbullret beaktas. För varje fordon av kategori m = 1 som är utrustat med dubbdäck, beräknas en hastighetsberoende ökning av rullningsbullret enligt formeln

Δstud,i (v) =	ai + bi × lg(50/70) för v < 50 km/tim	(2.2.6)
	ai + bi × lg(v/70) för 50 ≤ v ≤ 90 km/tim
	ai + bi × lg(90/70) för v > 90 km/tim

där koefficienterna ai och bi anges för varje oktavband.

Ökningen av rullningsbullret ska endast hänföras till den andel lätta fordon som är utrustade med dubbdäck, och gälla för en begränsad period Ts (i månader) av året. Om Qstud,ratio är den genomsnittliga andelen av den totala volymen av lätta, dubbdäcksutrustade fordon per timme under perioden Ts (i månader), uttrycks den årliga andelen av dubbdäcksutrustade fordon ps enligt följande:

Korrigeringen av rullningsbullret på grund av dubbdäck för fordon av kategori m = 1 i frekvensband i blir

För fordon av alla andra kategorier ska ingen korrigering utföras:

Lufttemperaturens effekt på rullningsbullerkorrigeringen

Lufttemperaturen påverkar rullningsbullret: rullningsbullrets ljudeffektnivå ökar med högre lufttemperatur. Effekten beaktas i vägbanekorrigeringen. Vägbanekorrigeringar skattas vanligen för lufttemperaturen τref = 20 °C. Om årsgenomsnittet för temperaturen inte är 20 °C ska vägbanebullret korrigeras med

Korrigeringstermen är positiv (dvs. bullret ökar) för temperaturer under 20 °C, och den är negativ (dvs. bullret minskar) för högre temperaturer. Koefficienten K beror på vägbanan och däckegenskaperna, och är generellt även frekvensberoende i viss mån. En generisk koefficient Km = 1 = 0,08 dB/°C för lätta fordon (kategori 1) och Km = 2 = Km = 3 = 0,04 dB/°C för tunga fordon (kategorierna 2 och 3) ska användas för alla vägbanor. Korrigeringskoefficienten ska användas för alla oktavband i intervallet 63–8 000  Hz.

2.2.4    Framdrivningsbuller

Generell formel

Framdrivningsbullret inkluderar bullret från motor, avgassystem, kraftöverföring, luftintag osv. Framdrivningsbullrets ljudeffektnivå i frekvensband i för ett fordon av klass m definieras som

Koefficienterna AP,i,m och BP,i,m anges i oktavband för varje fordonskategori och för referenshastigheten vref  = 70 km/tim.

ΔLWP,i,m motsvarar summan av de korrigeringskoefficienter som ska användas för framdrivningsbullret under specifika körförhållanden eller lokala förhållanden som avviker från referensförhållandena:

ΔLWP,road,i,m motsvarar hur vägbanan påverkar framdrivningsbullret genom absorption. Beräkningen ska utföras enligt kapitel 2.2.6.

ΔLWP,acc,i,m och ΔLWP,grad,i,m motsvarar effekten av vägens lutning och fordonets acceleration eller retardation vid vägkorsningar. Värdena ska beräknas enligt kapitlen 2.2.4 och 2.2.5.

Effekt av vägens lutning

Vägens lutning påverkar fordonsbullret på två sätt: lutningen inverkar på fordonets hastighet och därmed på rullnings- och framdrivningsbullret. För det andra påverkas motorbelastningen och motorns varvtal av förarens upp- och nedväxlingar, vilket i sin tur påverkar framdrivningsbullret. I det här avsnittet beaktas endast hur framdrivningsbullret påverkas, och konstant hastighet förutsätts.

Väglutningens inverkan på framdrivningsbullret motsvaras av korrigeringstermen ΔLWP,grad,m ,, som är en funktion av lutningen s (i %), fordonets hastighet vm (i km/tim) och fordonsklassen m. Om trafikflödet är dubbelriktat måste flödet delas upp i två komponenter, varav den ena ska korrigeras för uppförslutning och den andra för nedförslutning. Korrigeringstermen används för alla oktavband:

ΔLWP,grad,i,m = 1 (vm ) =		för s < – 6 %	(2.2.13)
	0	för – 6 % ≤ s ≤ 2 %
		för s > 2 %

ΔLWP,grad,i,m = 2 (vm ) =		för s < – 4 %	(2.2.14)
	0	för – 4 % ≤ s ≤ 0 %
		för s > 0 %

ΔLWP,grad,i,m = 3 (vm ) =		för s < – 4 %	(2.2.15)
	0	för – 4 % ≤ s ≤ 0 %
		för s > 0 %

Korrigeringen ΔLWP,grad,m inbegriper indirekt lutningens inverkan på hastigheten.

2.2.5    Effekten av fordonens acceleration och retardation

Före och efter rondeller och vägkorsningar med trafikljus ska en korrigering för fordonets acceleration och retardation användas.

Korrigeringstermerna för rullningsbullret, ΔLWR,acc,m,k , och för framdrivningsbullret, ΔLWP,acc,m,k , är linjära funktioner av avståndet x (i m) mellan punktkällan och den aktuella källinjens närmaste korsning med en annan källinje. Båda korrigeringarna används för alla oktavband:

Koefficienterna CR,m,k och CP,m,k beror på typen av korsning k (k = 1 för en korsning med trafikljus; k = 2 för en rondell) och anges för varje fordonskategori. Korrigeringen inbegriper effekten av hastighetsändringar när fordonet närmar sig eller avlägsnar sig från en korsning eller en rondell.

Observera att vid avståndet |x| ≥ 100 m blir ΔLWR,acc,m,k  = ΔLWP,acc,m,k  = 0.

2.2.6    Effekten av vägbanetypen

Allmänna principer

För vägbanor med akustiska egenskaper som avviker från referensvägbanans egenskaper, ska en spektral korrigeringsterm för både rullningsbullret och framdrivningsbullret användas.

Vägbanekorrigeringen av rullningsbullret ges av

där

Vägbanekorrigeringen för framdrivningsbullret ges av

Absorberande ytor minskar framdrivningsbullret. Icke-absorberande ytor ökar däremot inte framdrivningsbullret.

Ålderns effekt på vägbanans bulleregenskaper

Vägbanors bulleregenskaper varierar med ålder och underhållsgrad. Bullret tenderar att öka ju äldre vägbanan blir. I denna metod har vägbaneparametrarna härletts med målet att ge en representativ bild av de akustiska egenskaperna för den aktuella typen av vägbana, i genomsnitt under dess livslängd, med sedvanligt underhåll.

2.3    Buller från järnväg

2.3.1    Beskrivning av källa

Klassificering av fordon

Definition av fordon och tåg

Vid tillämpning av den här bullerberäkningsmetoden definieras ett fordon som en enskild spårburen delenhet av ett tåg (vanligtvis ett lok, ett självgående fordon, ett draget fordon eller en godsvagn) som kan flyttas oberoende av andra delar och kan avskiljas från resten av tåget. För delenheter som ingår i en fast, odelbar uppsättning, till exempel två delenheter med en gemensam boggi, kan specifika omständigheter uppstå. Vid tillämpning av den här beräkningsmetoden räknas alla sådana delenheter som ett enda fordon.

Vid tillämpning av den här beräkningsmetoden betraktas ett tåg som en uppsättning av sammankopplade fordon.

I tabell [2.3.a] definieras ett gemensamt språk för att beskriva fordonstyperna i källdatabasen. Tabellen innehåller de deskriptorer som ska användas för att klassificera fordonen. Deskriptorerna motsvarar fordonsegenskaper som påverkar den akustiska riktade ljudeffekten per längdmeter av den ekvivalenta modellerade källinjen.

Antalet fordon av varje typ ska fastställas för varje spåravsnitt för var och en av de perioder som ska användas i bullerberäkningen. Värdet ska uttryckas som det genomsnittliga antalet fordon per timme, och det beräknas genom att dividera det totala antalet passerande fordon under en given tidsperiod med antalet timmar i tidsperioden. (Exempel: Om totalt 24 fordon passerar under 4 timmar, blir genomsnittsvärdet 6 fordon i timmen.) Alla fordonstyper som körs på varje spåravsnitt ska användas.

Klassificering av spår och stödstruktur

Befintliga spår kan vara olika eftersom många komponenter och faktorer bidrar till de akustiska egenskaperna. De spårtyper som används i den här metoden listas i tabell [2.3.b] nedan. Vissa komponenter har stor inverkan på de akustiska egenskaperna, medan andra har endast marginell effekt. Generellt har följande faktorer/komponenter störst inverkan på järnvägsbullret: rälshuvudets ytjämnhet, styvheten för mellanläggsplattorna, spåröverbyggnaden, rälsskarvar och kurvradien. Alternativt kan spårets övergripande egenskaper definieras och i så fall är rälshuvudets ytjämnhet och spårets dämpfaktorer enligt ISO 3095 de två viktigaste akustiska parametrarna, utöver spårets kurvradie.

Ett spåravsnitt definieras som en del av ett spår, på en järnvägslinje eller vid en station eller depå, där de fysiska egenskaperna och grundkomponenterna inte ändras.

I tabell [2.3.b] definieras ett gemensamt språk för att beskriva spårtyperna i källdatabasen.

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

Figur [2.3.a]

Positioner för ekvivalenta bullerkällor

De ekvivalenta bullerlinjekällorna är placerade på olika höjd i spårets mitt. Alla höjder räknas från det gemensamma horisontalplanet för de två rälernas toppyta.

De ekvivalenta källorna utgörs av ett antal olika fysiska källor (index p). Beroende på genereringsmekanismen delas dessa fysiska källor in i följande olika kategorier: 1) rullningsbuller (inte bara vibrationer från räler och spåröverbyggnad samt hjulvibrationer utan även, i förekommande fall, buller från godsvagnarnas överbyggnad); 2) traktionsljud; 3) aerodynamiskt buller; 4) stötljud (från korsningar, växlar och skarvar); 5) kurvskrik och 6) buller på grund av övriga faktorer såsom broar och viadukter.

2.3.2    Ljudeffektemission

Generella formler

Enskilt fordon

Modellen för järnvägstrafikbuller beskriver, analogt med modellen för vägtrafikbuller, ljudeffektemissionen från en specifik kombination av fordonstyp och spårtyp som enligt fordons- och spårklassificeringen uppfyller ett antal villkor avseende ljudeffekt per fordon (LW,0).

Trafikflöde

Bullret från ett trafikflöde på varje spår ska representeras av två källinjer som kännetecknas av sin riktade ljudeffekt per meter per frekvensband. Bullret är summan av ljudemissionerna från enskilda passerande fordon i trafikflödet och, när det gäller stillastående fordon, med beaktande av den tid som fordonet befinner sig på spåravsnittet i fråga.

Den riktade ljudeffekten per meter per frekvensband på grund av alla fordon som passerar genom varje spåravsnitt på spårtypen (j), definieras

och är energisumman av alla bidrag från alla fordon som passerar det specifika j:e spåravsnittet. Dessa bidrag beräknas

Följande formel används för att beräkna den riktade ljudeffekten per meter (ingångsvärde i utbredningsberäkningar) för den genomsnittliga trafikblandningen på det j:e spåravsnittet:

där

Om antalet fordon per timme är Q stycken i ett konstant flöde, där fordonens genomsnittshastighet är v, finns det i genomsnitt vid varje given tidpunkt ett ekvivalent antal Q/v fordon per enhetslängd på spåravsnittet. Fordonsflödets buller i form av riktad ljudeffekt per meter LW′,eq,line (uttryckt i dB/m (re. 10– 12 W)) integreras med

där

När det gäller en stationär källa, t.ex. ett fordon i tomgångsläge, antas att fordonet stannar kvar tiden Tidle på en plats inom spåravsnittet med längden L. Med Tref som referensperiod för bullerbedömningen (t.ex. 12 timmar, 4 timmar, 8 timmar), definieras den riktade ljudeffekten per enhetslängd på spåravsnittet, enligt följande formel:

I allmänhet beräknas den riktade ljudeffekten från varje specifik källa enligt formeln

där

Dessutom ska LW,0,dir,i(ψ,φ) , efter härledning i tredjedelsoktavband, uttryckas i oktavband, genom energisummering av tredjedelsoktavbanden i varje oktavband.

Figur [2.3.b]

Geometrisk definition

I beräkningarna uttrycks sedan källans styrka specifikt i riktad ljudeffekt per meter spår, LW′,tot,dir,i , så att källornas direktivitet i vertikal och horisontell riktning justeras utifrån korrigeringarna.

Flera LW,0,dir, i (ψ,φ) beaktas för varje kombination av fordon, spår, hastighet och driftförhållanden:

En uppsättning av LW,0,dir,i (ψ,φ) beaktas för varje kombination av fordon, spår, hastighet och driftförhållanden, för varje spåravsnitt, för höjderna h = 1 och h = 2 och för direktiviteten.

Rullningsbuller

Fordonets respektive spårets andel av rullningsbullret delas upp i fyra huvudkomponenter: hjulens ytjämnhet, rälsens ytjämnhet, överföringsfunktionen till hjulen och överbyggnaden samt överföringsfunktionen till spåret. Hjulens och rälsens ytjämnhet är orsaken till att vibrationer exciteras vid kontaktpunkten mellan rälsen och hjulet, och överföringsfunktionerna är två empiriska eller modellerade funktioner som representerar det komplexa fenomenet med mekaniska vibrationer och ljudgenerering på hjulets, rälsens, sliperns och spårunderlagets ytor. Uppdelningen i dessa komponenter motsvarar det faktum att ojämnheter i rälsen kan excitera vibrationer i rälsen men även i hjulet, och tvärtom. Alla fyra parametrar måste inkluderas. I annat fall kan inte spåren och tågen klassificeras oberoende.

Hjulens och rälsens ytjämnhet

Rullningsbuller exciteras huvudsakligen av rälsens och hjulens ojämnheter, i våglängdsområdet 5–500 mm.

Definition

Ytjämnhetsnivån Lr definieras som 10 ggr tiologaritmen av kvadraten av det kvadratiska medelvärdet, r2 , av ytjämnheten hos löpytan på ett hjul eller en räl i rörelseriktningen (longitudinell nivå), mätt i μm över en viss rälslängd eller hela hjuldiametern, dividerat med kvadraten av referensvärdet,
:

där

Ytjämnhetsnivån Lr erhålls vanligen som ett spektrum av våglängder λ och ska konverteras till ett frekvensspektrum f = v/λ, där f är centrumbandfrekvensen för ett givet tredjedelsoktavband i Hz, λ är våglängden i m ►C1  och v är tågets hastighet i m/s ◄ . Ytjämnhetsspektrumet som funktion av frekvensen varierar längs frekvensaxeln för olika hastigheter. I allmänna fall är det nödvändigt att, efter konvertering till frekvensspektrumet utifrån hastigheten, beräkna nya tredjedelsoktavbandsvärden som genomsnittet av två motsvarande tredjedelsoktavband i våglängdsdomänen. För att uppskatta det totala effektiva ytjämnhetsfrekvensspektrumet motsvarande tåghastigheten, ska ett genomsnitt av de två tredjedelsoktavband som har definierats i våglängdsdomänen, beräknas energetiskt och proportionellt.

Rälsens ytjämnhetsnivå (spårsidans ytjämnhet) för det i:e vågnummerbandet definieras som Lr,TR,i .

Analogt definieras hjulets ytjämnhetsnivå (fordonssidans ytjämnhet) för det i:e vågnummerbandet som Lr,VEH,i .

Den totala och effektiva ytjämnhetsnivån för vågnummerband i (LR,tot,i ) definieras som energisumman av ytjämnhetsnivåerna för rälsen och hjulet, plus kontaktfilter ►C1  A3 (λ) ◄ , som tar hänsyn till filtreringseffekten från kontaktytan mellan rälsen och hjulet, och är i dB

uttryckt som en funktion av det i:e vågnummerbandet motsvarande våglängden λ.

Kontaktfiltret beror på räls- och hjultypen och på lasten.

Den totala effektiva ytjämnheten för det j:e spåravsnittet och var t:e fordonstyp vid sin hastighet v ska användas i metoden.

Överföringsfunktion för fordon, spår och överbyggnad

Tre hastighetsberoende överföringsfunktioner, LH,TR,i LH,VEH,i och LH,VEH,SUP,i , definieras. Den första för varje j:e spåravsnitt och de två sista för varje t:e fordonstyp. De används för att relatera den totala effektiva ytjämnhetsnivån till ljudeffekten från spåret, hjulen och överbyggnaden.

Överbyggnadens andel av bullret beaktas endast för godsvagnar, dvs. endast för typen a.

Spårets och fordonets andel av rullningsbullret beskrivs därför fullständigt av dessa överföringsfunktioner och av den totala effektiva ytjämnhetsnivån. När ett tåg är stillastående (tomgång) ska rullningsbullret uteslutas.

För ljudeffekten per fordon beräknas rullningsbullret vid axelns höjd, och som ingångsvärde används den totala effektiva ytjämnhetsnivån LR,TOT,i som funktion av fordonshastigheten v, spårets, fordonets och överbyggnadens överföringsfunktioner LH,TR,i , LH,VEH,i och LH,VEH,SUP,i samt det totala antalet axlar Na :

för h = 1:

där Na är antalet axlar per fordon för den t:e fordonstypen.

Figur [2.3.c]

Schema för användning av de olika definitionerna för ytjämnhet och överföringsfunktioner

En lägsta hastighet på 50 km/tim (30 km/tim endast för spårvagnar och lätt tunnelbana) ska användas för att bestämma den totala effektiva ytjämnheten och därmed fordonens ljudeffekt. (Ovanstående hastighet påverkar inte fordonets flödesberäkning.) Detta kompenserar för det fel som eventuellt införs genom den förenklade definitionen av rullningsljud, bromsljud och stötljud från korsningar och växlar.

Stötljud (korsningar, växlar och skarvar)

Stötljud kan orsakas av korsningar, växlar och rälsskarvar och liknande. Bullret kan variera i styrka och vara kraftigare än rullningsljudet. Stötljuden ska beaktas för skarvade spår. För stötljud på grund av växlar, korsningar och skarvar i spåravsnitt med högsta hastighet 50 km/tim (30 km/tim endast för spårvagnar och lätt tunnelbana), ska modellering undvikas, eftersom den lägsta hastigheten 50 km/tim (30 km/tim för spårvagnar och lätt tunnelbana) används för att beakta effekter enligt beskrivningen i kapitlet om rullningsbuller. Modellering av stötljud ska även undvikas vid driftvillkor c = 2 (tomgång).

Stötljuden inkluderas i uttrycket för rullningsbullret genom att man (energi)adderar en kompletterande fiktiv ytjämnhetsnivå för stötljud på varje specifikt j:e spåravsnitt där bullret förekommer. Då ska ett nytt värde LR,TOT+IMPACT,i användas i stället för LR,TOT,i så att uttrycket blir

LR,IMPACT,i är ett tredjedelsoktavbandsspektrum (som funktion av frekvens). För att få fram detta frekvensspektrum, anges ett spektrum som en funktion av våglängden λ. Detta konverteras till det relevanta spektrumet som en funktion av frekvensen genom förhållandet λ = v/f, där f är tredjedelsoktavbandets centrumfrekvens i Hz ►C1  och v är den s:e fordonshastigheten i m/s för den t:e fordonstypen ◄ .

Stötljuden beror på stötarnas kraft och antalet stötar per enhetslängd eller avståndet mellan skarvarna. I en situation där flera stötar förekommer ska ytjämnhetsnivån för stötljud i ovanstående formel därför beräknas enligt följande:

där LR,IMPACT–SINGLE,i är ytjämnhetsnivån för en enskild stöt och nl är skarvtätheten.

Standardvärdet för ytjämnhetsnivån för stötljud ges av en skarvtäthet nl = 0,01 m– 1, vilket innebär en skarv per 100 m spår. I situationer med annan skarvtäthet ska antalet skarvar uppskattas genom justering av skarvdensiteten nl . Det bör noteras att rälsens skarvtäthet ska beaktas vid modellering av spårets layout och segmentering, dvs. det kan vara nödvändigt att använda ett separat källsegment för en spårsträcka med fler skarvar. Värdet LW,0 för spårets, hjul/boggi-enhetens och överbyggnadens effekt ökas med LR,IMPACT,i i +/– 50 m före och efter rälsskarven. För en uppsättning av skarvar ska ökningen appliceras mellan – 50 m före den första skarven och +50 m efter den sista skarven.

Lämpligheten för dessa ljudeffektsspektrum bör verifieras på plats.

För skarvade spår ska standardvärdet 0,01 för nl användas.

Skrikljud

Kurvskrik är en särskild ljudkälla för kurvor. Källan är alltså lokal. Eftersom kurvskrik kan vara kraftiga krävs det en lämplig beskrivning. Kurvskrik beror i allmänhet på krökningen, friktionsförhållanden, tågets hastighet, spår- och hjulgeometri samt dynamik. Emissionsnivån bestäms för kurvor med största radie 500 m och för snävare kurvor och stickspår med mindre radier än 300 m. Bulleremissionen ska vara specifik för varje typ av rullande material, eftersom vissa hjul- och boggityper är mer benägna att avge kurvskrik än andra.

Lämpligheten för dessa ljudeffektsspektrum bör normalt verifieras på plats, särskilt för spårvagnar.

Med en enkel metod ska kurvskriket beaktas genom att, till rullningsbullrets ljudeffektsspektrum (för alla frekvenser), addera 8 dB för R<300 m och 5 dB för 300 m<R<500 m. Kurvskrikets bidrag ska appliceras på spåravsnitt där minst 50 m spårlängd har en radie inom de ovan angivna intervallen.

Traktionsljud

Generellt är traktionsljuden specifika för varje driftförhållande, dvs. för konstant hastighet, retardation, acceleration och tomgång. Trots det modelleras bullret endast för konstant hastighet (giltigt även när tåget retarderar eller accelererar) och för tomgång. Den modellerade källstyrkan motsvarar endast maximal last, vilket resulterar i storheterna LW,0,const,i = LW,0,idling,i . Dessutom motsvarar LW,0,idling,i effekten från alla fysiska källor på ett givet fordon som är hänförliga till ett viss höjd, enligt beskrivningen i 2.3.1.

LW,0,idling,i uttrycks som en statisk bullerkälla i tomgångsläge, under hela tomgångsperioden, och ska användas modellerad som fast punktkälla enligt beskrivningen i följande kapitel om industribuller. Värdet ska beaktas endast om tågen är i tomgångsläge under minst 0,5 timmar.

Ovanstående kvantiteter kan antingen fås fram genom mätning av alla källor vid varje driftförhållande, eller så kan varje delkälla karaktäriseras individuellt genom bestämning av parameterberoende och relativ styrka. Detta kan utföras genom mätningar på ett stationärt fordon, med varierande varvtal för traktionsutrustningen, enligt ISO 3095:2005. Så långt det är relevant måste flera traktionsljudkällor karaktäriseras, och alla källor kanske inte är beroende av tågets hastighet, till exempel

Eftersom ovanstående källor kan bete sig olika vid vart och ett av driftförhållandena, ska traktionsljuden specificeras för dem. Källans styrka fås genom mätningar under kontrollerade förhållanden. I allmänhet uppvisar lok större variation i fråga om belastning, eftersom antalet dragna fordon varierar och därmed även effekten. För fasta tågformationer, t.ex. elektriskt drivna motorvagnståg (EMU-enheter), dieseldrivna motorvagnståg (DMU-enheter) och höghastighetståg, är lasten tydligare definierad.

Källans ljudeffekt är inte entydigt hänförlig till källhöjderna, utan valet beror på det specifika buller och det fordon som bedöms. Värdet ska modelleras vid källa A (h = 1) och vid källa B (h = 2).

Aerodynamiskt buller

Aerodynamiskt buller är endast relevant vid höga hastigheter, över 200 km/tim, och därför bör den första åtgärden vara att kontrollera om det är nödvändigt att beakta den här typen av buller för den specifika tillämpningen. Om rullningsbullrets ytjämnhet och överföringsfunktioner är kända, kan det aerodynamiska bullret extrapoleras till högre hastigheter, och en jämförelse kan göras med befintliga höghastighetsdata, för att kontrollera om högre nivåer genereras. Om tåghastigheten i ett järnvägsnät är högre än 200 km/tim men begränsad till 250 km/tim, är det i vissa fall inte nödvändigt att skatta det aerodynamiska bullret, beroende på fordonets utförande.

Det aerodynamiska bullret anges som en funktion av hastigheten:

där

Källans direktivitet

Den horisontella direktiviteten ΔLW,dir,hor,i i dB anges i horisontalplanet och kan som standard antas vara en dipol för effekter från rullning, stötar (rälsskarvar osv.), kurvskrik, bromsning, fläktar och aerodynamik, och anges för varje i:e frekvensband som

Den vertikala direktiviteten ΔLW,dir,ver,i i dB anges av följande beräkning i vertikalplanet för källa A (h = 1), som en funktion av centrumbandfrekvensen fc,i för varje i:e frekvensband, och för – π/2 < ψ< π/2:

För källa B (h = 2) för den aerodynamiska effekten:

ΔLW,dir,ver,i = 0 annars

Direktiviteten ΔLdir,ver,i beaktas inte för källa B (h = 2) för andra effekter, eftersom rundstrålande verkan antas för källor i den positionen.

2.3.3    Övriga effekter

Korrigering för strukturers ljudutstrålning (broar och viadukter)

I en situation där spåravsnittet är beläget på en bro, måste det extra ljud som genereras av brons vibrationer (då tåget passerar bron) beaktas. Broar är komplexa konstruktioner vilket gör det komplicerat att modellera broemissionen som en extrakälla. Därför kompenserar man brobullret genom att öka rullningsbullret. Denna ökning ska modelleras uteslutande genom att addera ett fast värde till ljudeffekten för varje tredjedelsoktavband. Endast rullningsbullrets ljudeffekt modifieras vid korrigering, och det nya värdet LW,0,rolling–and–bridge,i ska användas i stället för LW,0,rolling-only,i :

där Cbridge är en konstant som beror på brotypen och LW,0,rolling–only,i är rullningsbullrets ljudeffekt ovanpå bron, och denna ljudeffekt är endast beroende av fordons- och spåregenskaperna.

Korrigering för andra järnvägsrelaterade bullerkällor

Det kan finnas andra källor, såsom depåer, lastnings-/lossningsområden, stationer, klockor, stationshögtalare osv., som ger upphov till järnvägsbuller. Sådana källor ska hanteras som industribullerkällor (fasta bullerkällor) och ska modelleras, om de är relevanta, enligt följande kapitel om industribuller.

2.4    Buller från industri

2.4.1    Beskrivning av källa

Klassificering av källtyper (punkt, linje, yta)

Industrikällornas omfång och mått kan variera kraftigt. De kan vara stora industrianläggningar eller små koncentrerade källor, såsom mindre verktyg eller maskiner som används i fabriker. Därför är det nödvändigt att använda en lämplig modelleringsteknik för den specifika källa som ska bedömas. Beroende på måtten (dimensionerna) och hur enskilda källor sprids i området, där alla källor ingår i samma industriområde, kan källorna modelleras som punkter, linjer eller ytor. I praktiken baseras beräkningarna av bullereffekten alltid på punktkällor, men flera punktkällor kan användas för att representera en mycket komplex källa som huvudsakligen har formen av en linje eller en yta.

Ekvivalenta ljudkällor och deras positioner

Verkliga ljudkällor modelleras som ekvivalenta ljudkällor, som representeras av en eller flera punktkällor, så att den verkliga källans totala ljudeffekt motsvarar summan av ljudeffekterna från de olika punktkällorna.

Följande generella regler ska användas för att definiera antalet punktkällor:

Positionen för de ekvivalenta ljudkällorna får inte vara fast, p.g.a det stora antal möjliga konfigurationer för en industrianläggning. Generellt gäller bästa praxis.

Ljudeffektemission

Allmänt

Följande information beskriver den kompletta uppsättningen av indata för ljudutbredningsberäkningar med de metoder som ska användas för bullerkartläggning:

Punkt-, linje- eller ytkällans ljudeffekt ska definieras enligt följande:

Arbetstiden är en viktig inparameter för beräkning av bullernivåer. Arbetstiden ska anges för dags-, kvälls- och nattperioden och, om utbredningen associeras med olika definierade meteorologiska klasser för dags-, natt- respektive kvällsperioden, ska en finare fördelning av arbetstiden anges i delperioder som motsvarar de meteorologiska klasserna. Informationen ska beräknas som ett årsmedelvärde.

Korrigeringen för arbetstid CW (i dB), som adderas till källans ljudeffekt för att få en korrigerad ljudeffekt att använda i beräkningar över varje tidsperiod, beräknas enligt följande:

där

För mer dominerande källor ska korrigeringen för årsmedelvärdet av arbetstiden skattas åtminstone inom en tolerans på 0,5 dB för att få godtagbar noggrannhet (detta motsvarar mindre än 10 % osäkerhet i definitionen av källans aktiva period).

Källans direktivitet

Källans direktivitet har starkt samband med den ekvivalenta ljudkällans position relativt närliggande ytor. Eftersom utbredningsmetoden tar hänsyn till både den närliggande ytan och ljudabsorptionen, är det viktigt att noggrant beakta de närliggande ytornas plats. Generellt kan följande två situationer urskiljas:

Direktiviteten ska i beräkningen uttryckas som en faktor ΔLW,dir,xyz (x, y, z) som ska adderas till ljudeffekten för att få den korrekta riktade ljudeffekten från en referensljudkälla avseende ljudutbredningen i den angivna riktningen. Faktorn kan anges som en funktion av den riktningsvektor som definieras av (x,y,z) med
. Direktiviteten kan även uttryckas med hjälp av andra koordinatsystem, t.ex. ett vinkelbaserat system.

2.5    Beräkna utbredning av buller från vägtrafikkällor, järnvägskällor och industrikällor

2.5.1    Metodens omfång och tillämplighet

I det här dokumentet beskrivs en metod för att beräkna dämpning av buller vid utbredning utomhus. Med kända egenskaper för källan förutsäger metoden den ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycksnivån vid en mottagarpunkt i följande två typer av atmosfäriska situationer:

Den beräkningsmetod som beskrivs i det här dokumentet används för industriell infrastruktur och landtransportinfrastruktur. Den gäller alltså särskilt för vägtrafik- och järnvägsinfrastruktur. Metoden kan användas för flygtransporter, men då endast för buller som genereras vid markoperationer. Starter och landningar beaktas inte i metoden.

Industriell infrastruktur som avger pulsartade eller starka tonala ljud, enligt beskrivningen i ISO 1996-2:2007, omfattas inte av metoden.

Beräkningsmetoden ger inga resultat för förhållanden där ljudet böjs av uppåt under utbredningen (negativ vertikal gradient för den effektiva ljudhastigheten) men sådana förhållanden approximeras med homogena villkor vid beräkning av Lden.

Vid beräkning av dämpningen från atmosfärisk absorption för transportinfrastruktur, beräknas temperatur- och luftfuktighetsförhållandena enligt ISO 9613-1:1996.

Metoden ger resultat per oktavband, från 63 Hz till 8 000 Hz. Beräkningarna utförs för var och en av centrumfrekvenserna.

Skärmar och hinder som vid modellering lutar mer än 15° i förhållande till vertikallinjen omfattas inte av beräkningsmetoden.

En enstaka skärm hanteras i en diffraktionsberäkning. Två eller fler skärmar hanteras som en serie av enskilda diffraktioner, enligt den metod som beskrivs nedan.

2.5.2    Definitioner

Alla avstånd, längder, mått och höjder som används i det här dokumentet uttrycks i meter (m).

Beteckningen MN står för avståndet i tre dimensioner (3D) mellan punkterna M och N, uppmätt i rät linje mellan de två punkterna.

Beteckningen ^MN står för den krökta utbredningsvägen mellan punkterna M och N under gynnsamma förhållanden.

Det är brukligt att mäta verklig höjd vertikalt, vinkelrätt mot horisontalplanet. Höjden för punkter ovan mark betecknas h. Absoluta höjder för punkter och absoluta markhöjder betecknas med bokstaven H.

För att kunna ta hänsyn till markens struktur längs utbredningsriktningen införs begreppet ”ekvivalent höjd”, vilket betecknas med bokstaven z. Denna ersätter verkliga höjder i beräkningar av markens effekt.

Ljudnivåerna, som betecknas med bokstaven L, uttrycks i dB per frekvensband när indexet A utesluts. Ljudnivåerna i dB(A) tilldelas indexet A.

Summan av ljudnivåerna från ömsesidigt osammanhängande källor betecknas med symbolen enligt följande definition:

2.5.3    Geometriska överväganden

Källsegmentering

Verkliga källor beskrivs av en uppsättning punktkällor eller, när det gäller järnvägstrafik eller vägtrafik, av osammanhängande källinjer. I utbredningsmetoden antas att linje- eller ytkällor redan har delats upp för att representeras av en uppsättning ekvivalenta punktkällor. Uppdelningen kan ha utförts vid förbearbetning av källinformationen eller kan utföras i beräkningsprogramvarans kurvberäkningskomponent. En beskrivning av hur detta moment utförs faller utom ramarna för den metod som beskrivs här.

Utbredningsvägar

Metoden baseras på en geometrisk modell bestående av ett antal relaterade mark- och föremålsytor. En vertikal utbredningsväg innebär utbredning på ett eller flera vertikalplan i förhållande till horisontalplanet. För utbredningsvägar där det sker reflektion mot vertikala ytor som inte är ortogonala mot händelseplanet, beaktas ytterligare ett vertikalplan, inklusive den reflekterade delen av utbredningsvägen. I sådana situationer, där flera vertikalplan används för att beskriva hela utbredningsvägen från källan till mottagaren, plattas vertikalplanen sedan ut, som när man vecklar ut en vikskärm.

Signifikanta höjder ovan mark

De ekvivalenta höjderna erhålls från det genomsnittliga jordplanet mellan källan och mottagaren. Den verkliga marken ersätts alltså av ett fiktivt plan som representerar markytans genomsnittsprofil.

Figur 2.5.a

Ekvivalenta höjder i förhållande till marken

Den ekvivalenta höjden för en punkt är dess ortogonala höjd i förhållande till det genomsnittliga jordplanet. Därmed kan den ekvivalenta källhöjden zs och den ekvivalenta mottagarhöjden zr definieras. Det projicerade avståndet mellan källan och mottagaren över det genomsnittliga jordplanet betecknas med dp .

Om den ekvivalenta höjden för en punkt blir negativ, dvs. om punkten är placerad under det genomsnittliga jordplanet används höjden noll, och den ekvivalenta punkten är således identisk med dess möjliga spegelbild.

Beräkning av genomsnittsplanet

I utbredningsvägens plan kan topografin (terräng, kullar, vallar och andra byggda hinder, byggnader osv.) beskrivas av en sorterad uppsättning av diskreta punkter (xk, Hk ); k є {1,…,n}. Punktuppsättningen beskriver en segmenterad linje, dvs. en linje bestående av ett antal raka segment Hk = akx + bk , x є [xk , xk + 1]; k є {1,….n}, där

	ak = (Hk + 1 – Hk )/(xk + 1 – xk )	(2.5.2)
	bk = (Hk · xk + 1 – Hk + 1 · xk )/(xk + 1 – xk )

Genomsnittsplanet representeras av den räta linjen Z = ax + b; x є [x1 , xn ], som approximeras mot den segmenterade linjen med hjälp av minstakvadratmetoden. Formeln för genomsnittslinjen kan erhållas analytiskt.

Med

		(2.5.3)

ges koefficienterna för den räta linjen av

		(2.5.4)

där segment med xk + 1 = xk ska ignoreras vid utvärdering av ekv. 2.5.3.

Reflektioner mot byggnadsfasader och andra vertikala hinder

För att ta hänsyn till buller från reflektioner används spegelkällor, som beskrivs nedan.

2.5.4    Modell för ljudutbredning

För en mottagare R görs beräkningarna i följande steg:

Observera att endast dämpningar som beror på markeffekten (Aground ) och diffraktionen (Adif ) påverkas av de meteorologiska förhållandena.

2.5.5    Beräkningsprocess

För en punktkälla S med den riktade ljudeffekten Lw,0,dir och för ett givet frekvensband, beräknas det ekvivalenta kontinuerliga ljudtrycket i mottagarpunkten R under de givna atmosfäriska förhållandena enligt formlerna nedan.

Ljudnivå under gynnsamma förhållanden (LF) för en utbredningsväg (S,R)

Termen AF representerar den totala dämpningen längs utbredningsvägen under gynnsamma förhållanden, och delas upp enligt:

där

Följande två scenarier är möjliga för en given utbredningsväg och ett givet frekvensband:

Ljudnivå under homogena förhållanden (LH) för en utbredningsväg (S,R)

Proceduren är fullständigt identisk med den för gynnsamma förhållanden, som beskrevs i det föregående avsnittet.

Termen AH representerar den totala dämpningen längs utbredningsvägen under homogena förhållanden, och bryts ned så här:

där

Följande två scenarier är möjliga för en given utbredningsväg och ett givet frekvensband:

Statistisk metod för utbredningsväg (S,R) i urbana områden

I urbana områden får även en statistisk metod användas för att beräkna ljudutbredningen bakom den första raden av byggnader, förutsatt att metoden är fullständigt dokumenterad, med all relevant information om metodens lämplighet och egenskaper. Metoden kan användas i stället för beräkningen av Aboundary,H och Aboundary,F genom approximering av den totala dämpningen för den direkta utbredningsvägen och alla reflektioner. Beräkningen baseras på en genomsnittlig byggnadsdensitet och den genomsnittliga höjden för byggnaderna i området.

Långsiktig ljudnivå för en utbredningsväg (S,R)

Den långsiktiga ljudnivån längs en utbredningsväg som börjar vid en given punktkälla, beräknas som den logaritmiska summan av den viktade ljudenergin under homogena förhållanden och ljudenergin under gynnsamma förhållanden.

Dessa ljudnivåer viktas med hjälp av den genomsnittliga förekomsten p av gynnsamma förhållanden i utbredningsvägens riktning (S,R):

Anmärkning: Förekomstvärdena för p uttrycks i procent. Om förekomstvärdet är till exempel 82 %, blir p = 0,82 i beräkning (2.5.9).

Långsiktig ljudnivå vid punkten R för alla utbredningsvägar

Den långsiktiga ljudnivån vid mottagaren för ett frekvensband, beräknas som energisumman av bidragen från alla (n) vägar, för alla typer:

där

n är indexet för utbredningsvägarna mellan S och R.

Hur reflektion beaktas med hjälp av spegelkällor beskrivs närmare längre fram i dokumentet. Den procentuella andelen gynnsamma förhållanden för en utbredningsväg som reflekteras på ett vertikalt hinder, antas vara identisk med förekomsten av den direkta utbredningsvägen.

Om S′ är spegelkällan för S så antas förekomsten p′ för utbredningsvägen (S′,R) vara lika med förekomsten p för utbredningsvägen (Si ,R).

Långsiktig ljudnivå vid punkten R i decibel A (dBA)

Den totala ljudnivån i decibel A (dBA) fås genom att summera nivåerna i varje frekvensband:

där i är frekvensbandets index. AWC är den A-vägda korrigeringen enligt den internationella standarden IEC 61672-1:2003.

Denna nivå LAeq,LT är det slutliga resultatet, dvs. den A-vägda medelljudtrycksnivån vid mottagarpunkten för ett visst referenstidsintervall (t.ex. dag eller kväll, eller natt eller en kortare period under dagen, kvällen eller natten).

2.5.6    Beräkna utbredning av buller från vägtrafikkällor, järnvägskällor och industrikällor

Geometrisk divergens

Dämpningen på grund av geometrisk divergens, Adiv, är en minskning av ljudnivån på grund av utbredningsavståndet. För en punktljudkälla i ett fritt fält ges dämpningen i dB av

där d är det direkta tredimensionella lutande avståndet mellan källan och mottagaren.

Atmosfärisk absorption

Dämpningen på grund av atmosfärisk absorption Aatm under utbredning över avståndet d anges i dB och ges av följande beräkning:

där

Värdena för koefficienten αatm anges för temperaturen 15 °C, 70 % relativ luftfuktighet och 101 325  Pa atmosfäriskt tryck. Värdena beräknas med frekvensbandets exakta centrumfrekvenser. Värdena överensstämmer med ISO 9613-1. Ett meteorologiskt långtidsmedelvärde ska användas om det finns tillgång till meteorologiska data.

Markeffekt

Dämpningen på grund av markeffekten är huvudsakligen ett resultat av interferensen mellan det reflekterade ljudet och det ljud som breder ut sig direkt från källan till mottagaren. Den har ett samband med den akustiska absorptionen hos marken som ljudvågen breder ut sig över, men beror även i hög grad på de atmosfäriska förhållandena under utbredningen, eftersom brytning av ljudstrålen ändrar utbredningsvägens höjd ovan marken, vilket i sin tur ändrar effekterna från marken (nära källan).

Om utbredningen mellan källan och mottagaren påverkas av hinder i utbredningsplanet, beräknas markeffekten separat på käll- och mottagarsidan. I en sådan situation avses med zs och zr den ekvivalenta käll- och/eller mottagarpositionen, såsom anges där beräkningen av diffraktionen Adif beskrivs.

Akustisk karaktärisering av marken

De akustiska absorptionsegenskaperna hos marken är främst kopplade till dess porositet. Kompakt mark är i allmänhet reflekterande och porös mark i högre grad absorberande.

För de faktiska beräkningarna representeras markens akustiska absorption av den dimensionslösa koefficienten G, som är mellan 0 och 1. G är oberoende av frekvensen. Tabell 2.5.a innehåller G-värden för mark utomhus. I allmänhet blir genomsnittet för koefficienten G över en utbredningsväg ett värde mellan 0 och 1.

Gpath definieras som den befintliga andelen absorberande mark över hela den aktuella utbredningsvägen.

När källan och mottagaren finns i närheten av varandra, så att dp  ≤ 30(zs + zr ), kan skillnaden mellan marktypen nära källan och marktypen nära mottagaren förbises. I en sådan situation korrigeras markfaktorn Gpath enligt följande:

G′path =		om dp ≤ 30(zs + zr )	(2.5.14)
	Gpath	I övriga fall

där Gs är källområdets markfaktor. Gs = 0 för vägytor ( 5 ), ballastfria spår. Gs = 1 för järnvägsspår på ballast. Det finns inget generellt svar i fråga om industriella källor och anläggningar.

G kan kopplas till flödesresistiviteten.

Figur 2.5.b

Bestämning av markkoefficienten Gpath över en utbredningsväg

I de två följande underavsnitten om beräkningar för homogena och gynnsamma förhållanden introduceras de allmänna beteckningarna G w och G m för markens absorption. Tabell 2.5.b ger sambandet mellan dessa beteckningar och variablerna Gpath och G′path .

Beräkningar för homogena förhållanden

Dämpningen på grund av marken under homogena förhållanden beräknas enligt följande formler:

om Gpath ≠ 0

där

fm är den nominella centrumfrekvensen för frekvensbandet i fråga (angett i Hz), c är ljudets hastighet i luft, som är lika med 340 m/s och Cf definieras av

där värdena för w ges av följande formel:

w kan vara lika med antingen Gpath eller G′path , beroende på om markeffekten beräknas med eller utan diffraktion och enligt markens egenskaper under källan (verklig eller diffrakterad källa). Detta anges i följande underavsnitt och sammanfattas i tabell 2.5.b.

är den lägre gränsen för Aground,H .

För en utbredningsväg (Si ,R) under homogena förhållanden utan diffraktion:

Med diffraktion, se avsnittet om diffraktion för att få definitionerna av G w och G m.

om Gpath = 0: Aground,H = – 3 dB

Termen – 3(1 –G m) inbegriper det faktum att den första reflektionen på källsidan inte sker på den hårda ytan utan på naturlig mark, om det är långt avstånd mellan källan och mottagaren.

Beräkning för gynnsamma förhållanden

Markens effekt under gynnsamma förhållanden beräknas med formeln för Aground,H , förutsatt att följande modifieringar görs:

a) 

I formeln för Aground,H , byts höjderna zs och zr ut mot zs + δ zs + δ zT respektive zr + δ zr + δ zT där

		(2.5.19)

ao = 2 × 10– 4 m– 1 är den omvända krökningsradien

b) 

Den lägre gränsen för Aground,F beror på utbredningsvägens geometri:

►C1    ◄

(2.5.20)

Höjdkorrigeringarna δ zs och δ zr förmedlar effekten av ljudstrålens avböjning. δ zT står för effekten av turbulens.

G m kan också vara lika med antingen Gpath eller G′path beroende på om markeffekten beräknas med eller utan diffraktion och enligt markens egenskaper under källan (verklig eller diffrakterad källa). Detta anges i följande underavsnitt.

För en utbredningsväg (Si ,R) under gynnsamma förhållanden utan diffraktion:

Med diffraktion, se nästa avsnitt för att få definitionerna av Gw och Gm.

Diffraktion

I regel gäller att diffraktionen ska undersökas högst upp på varje hinder i utbredningsvägen. Om utbredningen passerar ”tillräckligt högt” ovanför diffraktionskanten kan Adif = 0 användas och en direkt vy kan beräknas, särskilt genom att skatta Aground .

I praktiken jämförs vägskillnaden δ för varje frekvensbands centrumfrekvens med kvantiteten – λ/20. Om ett hinder inte ger upphov till diffraktion, och detta har fastställs exempelvis utifrån Rayleighs kriterium, behöver man inte beräkna Adif för frekvensbandet i fråga. I en sådan situation är alltså Adif = 0. I annat fall beräknas Adif enligt beskrivningen i återstoden av denna del. Denna regel gäller för både homogena och gynnsamma villkor, för både enkel och flerfaldig diffraktion.

När det görs en beräkning för ett givet frekvensband enligt beskrivningen i detta avsnitt, sätts Aground till 0 dB vid beräkning av den totala dämpningen. Markeffekten beaktas direkt i den generella diffraktionsberäkningen.

De beräkningar som föreslås här används för att hantera diffraktionen vid tunna skärmar, tjocka skärmar, byggnader, jordvallar (naturliga eller artificiella) och vid kanter på bankar, skärningar och viadukter.

Om utbredningsvägen innehåller flera hinder som genererar diffraktion, antas att dessa hinder genererar flerfaldig diffraktion. I en sådan situation används det förfarande som beskrivs i följande avsnitt om beräkning av vägskillnad.

De förfaranden som beskrivs här används för att beräkna dämpningen under både homogena och gynnsamma förhållanden. Strålens avböjning beaktas när vägskillnaden beräknas och för att beräkna markeffekterna före och efter diffraktionen.

Allmänna principer

Figur 2.5.c visar den allmänna metoden för beräkning av dämpning på grund av diffraktion. I metoden delas utbredningsvägen upp i två delar: dels ”källsidans väg”, som finns mellan källan och diffraktionspunkten, och dels ”mottagarsidans väg”, som finns mellan diffraktionspunkten och mottagaren.

Följande beräknas:

Figur 2.5.c

Geometri för beräkning av dämpning på grund av diffraktion

där

Markens ojämnheter mellan källan och diffraktionspunkten, och mellan diffraktionspunkten och mottagaren, beaktas med hjälp av ekvivalenta höjder. Dessa beräknas relativt det genomsnittliga jordplanet, först för källsidan och sedan för mottagarsidan (dvs. två genomsnittliga jordplan), enligt den metod som beskrivs i underavsnittet om signifikanta höjder ovan mark.

Ren diffraktion

För ren diffraktion, utan effekter från marken, ges dämpningen av

Δdif =		om	(2.5.21)
	0	i övriga fall

där

λ är våglängden vid den nominella centrumfrekvensen för frekvensbandet i fråga,

δ är vägskillnaden mellan den diffrakterade vägen och den direkta vägen (se nästa underavsnitt om beräkning av vägskillnad),

C″ är en koefficient som används för att beakta flera diffraktioner:

C″ = 1 för en enda diffraktion.

Om flera diffraktioner förekommer och e är det sammanlagda vägavståndet, O1 till O2 + O2 till O3 + O3 till O4 enligt ”gummibandsmetoden”, (se figurerna 2.5.d och 2.5.f) och om e överskrider 0,3 m (i annat fall C″ = 1), definieras denna koefficient av

Värdena för Δdif är fasta:

Beräkning av vägskillnaden

Vägskillnaden δ beräknas i ett vertikalt plan som innehåller källan och mottagaren. Vägskillnaden skattas genom approximering enligt Fermats princip, och skattningen kan användas här (källinjer). Vägskillnaden δ beräknas enligt följande figurer, beroende på situationen i fråga.

Homogena förhållanden

Figur 2.5.d

Beräkning av vägskillnaden under homogena förhållanden. O, O1 och O2 är diffraktionspunkterna

Anmärkning: Uttrycket δ ges för varje konfiguration.

Gynnsamma förhållanden

Figur 2.5.e

Beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden (enkel diffraktion)

Under gynnsamma förhållanden antas att de tre krökta ljudstrålarna ►C1  , och  ◄ har den identiska krökningsradien Γ, som definieras av

Längden för ljudstrålens krökning MN betecknas ^N under gynnsamma förhållanden. Denna längd är lika med

I princip ska tre scenarier beaktas vid beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden δF (se figur 2.5.e). I praktiken räcker det med två ekvationer:

där A är skärningspunkten mellan den räta ljudstrålen SR och hindrets förlängning.

För flera diffraktioner under gynnsamma förhållanden:

Figur 2.5.f

Exempel på beräkning av vägskillnaden under gynnsamma förhållanden när flera diffraktioner förekommer

I det scenario som illustreras av figur 2.5.f är vägskillnaden

Beräkning av dämpningen Adif

Dämpningen på grund av diffraktion, med hänsyn till markeffekterna på källsidan och mottagarsidan, beräknas enligt följande allmänna formler:

där

Beräkning av termen Δground(S,O)

där

Beräkning av termen Δground(O,R)

där

Korrigeringen G′path behöver inte beaktas här, eftersom källan i fråga är diffraktionspunkten. Därför måste Gpath användas i beräkningen av markeffekterna, och även för beräkning av den lägre gränsen, som blir – 3(1 – Gpath ).

Scenarier med vertikala kanter

Ekvation (2.5.21) kan användas för att beräkna diffraktionerna vid vertikala kanter (laterala diffraktioner) i fråga om industribuller. I en sådan situation antas att Adif = Δ dif(S,R) och termen Aground behålls. Dessutom ska Aatm och Aground beräknas utifrån utbredningsvägens totala längd. Adiv beräknas fortfarande utifrån avståndet d. Ekvationerna (2.5.8) och (2.5.6) blir

Δ dif används för homogena förhållanden i ekvation (2.5.34).

Reflektioner mot vertikala hinder

Dämpning genom absorption

Reflektioner mot vertikala hinder hanteras med hjälp av spegelkällor. Reflektioner mot byggnadsfasader och bullerskydd behandlas därmed på detta sätt.

Ett hinder anses vara vertikalt om dess lutning relativt vertikalplanet är mindre än 15°.

Föremål som lutar mer än 15° relativt vertikalplanet beaktas inte.

Hinder där minst ett mått är mindre än 0,5 m ska förbises vid reflektionsberäkning, utom i vissa specialkonfigurationer ( 6 ).

Observera att reflektionerna mot marken inte behandlas här. De beaktas i beräkningarna av dämpningen på grund av utbredningsmediets gränser (mark, diffraktion).

Om LWS är effektnivån för källan S, och αr är absorptionskoefficienten för ytan på ett hinder enligt definitionen i EN 1793-1:2013, så är effektnivån för spegelkälla S′

där 0 ≤ αr < 1

Utbredningens dämpningar enligt ovanstående beskrivningar tillämpas sedan för denna väg (spegelkälla, mottagare), som för en direkt väg.

Figur 2.5.g

Speglande reflektion mot ett hinder, hanterat med hjälp av metoden för spegelkälla (S: källa, S′: spegelkälla, R: mottagare)

Dämpning genom retrodiffraktion

Vid reflektion mot ett vertikalt hinder (skyddsvall, byggnad) är det, enligt geometrisk forskning om ljudvägar, strålens träffposition relativt hindrets övre kant som avgör hur stor del av energin som reflekteras. Denna förlust av akustisk energi när strålen reflekteras kallas för dämpning genom retrodiffraktion.

När det gäller potentiella multipla reflektioner mellan två vertikala väggar, ska åtminstone den första reflektionen beaktas.

När det gäller långsmala fördjupningar (rännor, diken) (se t.ex. figur 2.5.h) ska dämpning genom retrodiffraktion tillämpas för varje reflektion mot fördjupningens väggar.

Figur 2.5.h

Ljudstråle som reflekteras fyra gånger i en fördjupning: verkligt tvärsnitt (överst), uppvikt tvärsnitt (längst ned)

I denna representation når ljudstrålen mottagaren genom att successivt ”passera genom” fördjupningens väggar, som därmed kan betraktas som öppningar.

Vid beräkning av utbredningen genom en sådan öppning, är ljudfältet hos mottagaren summan av det direkta fältet och det fält som diffrakteras av öppningens kanter. Det diffrakterade fältet säkerställer en kontinuerlig övergång mellan det fria området och skuggområdet. När strålen närmar sig öppningens kant dämpas det direkta fältet. Beräkningen är densamma som vid dämpning från en barriär i det fria området.

Vägskillnaden δ′ för varje retrodiffraktion är det negativa värdet av vägskillnaden mellan S och R relativt varje övre kant O, för ett utplacerat tvärsnitt (se figur 2.5.i).

Figur 2.5.i

Utbredningsvägen för den andra reflektionen

Minustecknet i ekvation (2.5.36) innebär att mottagaren i fråga anses finnas i det fria området.

Dämpningen genom retrodiffraktion Δretrodif erhålls genom ekvation (2.5.37), som liknar ekvation (2.5.21) men har andra beteckningar.

Δretrodif =		om	(2.5.37)
	0	i övriga fall

Denna dämpning tillämpas på den direkta strålen varje gång som denna ”passerar igenom” (reflekteras mot) en vägg eller byggnad. Effektnivån för spegelkällan S′ blir därmed

I komplexa utbredningskonfigurationer kan det finnas diffraktioner mellan reflektionerna, eller mellan mottagaren och reflektionerna. I en sådan situation skattas retrodiffraktionen från väggarna genom att beakta vägen mellan källan och den första diffraktionspunkten R′ (som därför anses vara mottagaren i ekvation (2.5.36)). Principen illustreras i figur 2.5.j.

Figur 2.5.j

Vägskillnaden vid förekomst av en diffraktion: verkligt tvärsnitt (överst), ”uppvikt” tvärsnitt (längst ned)

För multipla reflektioner adderas var och en av de enskilda reflektionerna.

2.6    Allmänna förutsättningar – buller från luftfartyg

2.6.1    Definitioner och symboler

Vissa viktiga termer beskrivs här med de generella betydelser som termerna har i detta dokument. Listan är inte komplett utan innehåller endast uttryck och akronymer som används ofta. Andra termer beskrivs när de används första gången.

De matematiska symbolerna (listade efter termerna) är huvudsakligen symboler som används i beräkningarna i huvudtexten. Andra symboler, som förekommer lokalt i texten och bilagorna, definieras där de används.

Läsaren påminns regelbundet om utbytbarheten mellan orden ljud och buller i detta dokument. Trots att ordet buller har subjektiva konnotationer – inom akustikområdet definieras buller vanligtvis som ”oönskat ljud” – kan de båda orden, när det gäller luftfartygsljud, användas i stort sett synonymt och deras betydelse är just ”ljud”, dvs. luftburen energi som överförs genom akustiska vågrörelser. Symbolen → betecknar korshänvisningar till andra termer i listan.

Termer

Symboler

Indexbeteckningar

2.6.2    Kvalitetsram

Ingångsvärdenas noggrannhet

Alla ingångsvärden som påverkar en källas emissionsnivå, även källans position, ska bestämmas med en minsta noggrannhet motsvarande osäkerheten ±2 dB(A) för källans emissionsnivå (övriga parametrar konstanta).

Standardvärden

När metoden används ska ingångsvärdena motsvara den verkliga användningen. Generellt får standardvärden inte användas och antaganden får inte göras. Specifikt ska flygbanor härledas från radardata när sådana är tillgängliga och av fullgod kvalitet. Standardingångsvärden och antaganden får användas, till exempel för att skapa modellerade flygvägar i stället för radarhärledda flygbanor, om insamling av verkliga data medför orimligt höga kostnader.

Kvalitet för programvara som används för beräkningar

Den programvara som används för att utföra beräkningarna ska vara förenlig med de metoder som beskrivs här, och programvaran ska generera bevis för lämpligheten genom att certifiera resultaten gentemot testfall.

2.7    Buller från luftfartyg

2.7.1    Dokumentets mål och syfte

Konturkartor används för att beskriva hur flygplansbullrets styrka och omfattning påverkar omgivningen kring flygplatser. Denna påverkan anges i värden för olika bullermått och bullerindex. En kontur är en linje längs vilken ett indexvärde är konstant. I indexvärdet inkluderas alla de enskilda bullerhändelser som inträffar under en angiven tidsperiod, som normalt mäts i dagar eller månader.

Bullret i olika punkter på marken, från ett luftfartyg som flyger in mot eller lämnar en flygplats, beror på många olika faktorer. De viktigaste faktorerna är typen av flygplan och flygplanets motor, procedurer för reglering av effekt, vingklaffar och flyghastigheten, avstånden från punkterna i fråga till de olika flygbanorna samt den lokala topografin och vädret. Kring flygplatser används vanligen olika typer av flygplan, med olika flygprocedurer och många olika operativa vikter.

Konturerna genereras genom matematisk beräkning av ytor med lokala bullerindexvärden. Det här dokumentet innehåller utförliga beskrivningar av hur man, i en observationspunkt, beräknar nivåer för enskilda bullerhändelser för specifika luftfartyg eller typer av luftfartyg. De olika nivåerna sammanställs sedan, eller ackumuleras, för att få fram indexvärden för den aktuella punkten. Ytan av indexvärden genereras genom att vid behov upprepa beräkningarna för olika luftfartygsrörelser. Metoden effektiviseras genom att man utesluter händelser som inte är bullersignifikanta (dvs. händelser som inte ger något betydande bidrag till det totala bullret).

Om det finns bullergenererande aktiviteter (förknippade med flygplatsverksamhet) som inte ger något väsentligt bidrag till befolkningens exponering mot flygplansbullret och till bullerkonturerna, kan dessa aktiviteter förbises. Sådana aktiviteter är till exempel helikopterflygning, taxning, motortester och användning av hjälpkraftaggregat. Detta innebär inte nödvändigtvis att sådana aktiviteters påverkan är obetydlig, och i situationer där de förekommer kan deras källor utvärderas enligt beskrivningarna i punkterna 2.7.21 och 2.7.22.

2.7.2    Dokumentets struktur

Processen för att skapa en bullerkontur illustreras i figur 2.7.a. Konturerna skapas för olika syften, vilket påverkar kraven för de olika källorna och för bearbetning av ingångsdata. Konturer som avbildar tidigare bullerpåverkan (historik) kan genereras utifrån befintliga loggar över luftfartygens operationer och egenskaper – rörelser, vikter, radarregistrerade flygbanor osv. Konturer som ska användas i planeringssyfte måste av naturliga skäl baseras på prognoser för exempelvis trafik och flygspår samt prestanda och bulleregenskaper för de luftfartyg som ska användas i framtiden.

Figur 2.7.a

Processen för att generera en bullerkontur

Oavsett vilken datakälla som används, definieras varje luftfartygsrörelse, ankomst eller avgång i termer av flygbanans geometri och bulleremissionen från luftfartyget när detta följer flygbanan (rörelser som väsentligen ger samma buller- och flygbaneeffekter inkluderas genom enkel multiplikation). Bulleremissionen beror på luftfartygets egenskaper och främst på den effekt som motorerna genererar. Rekommenderad metod är att dela upp flygbanan i segment. I avsnitten 2.7.3 till 2.7.6 beskrivs metodens delmoment och den segmenteringsprincip som metoden baseras på. Här förklaras också att den observerade nivån för bullerhändelsen är en sammanställning av bullret från samtliga av flygbanans bullersignifikanta segment, där varje segment kan beräknas oberoende av övriga segment. I avsnitten 2.7.3 till 2.7.6 beskrivs de indata som behövs för att skapa en uppsättning av bullerkonturer. Detaljerade specifikationer för de driftdata som krävs finns i tillägg A.

Hur flygbanans segment beräknas utifrån bearbetade ingångsdata beskrivs i avsnitten 2.7.7 till 2.7.13. Segmentberäkningen innefattar moment för prestandaanalys av luftfartyg, enligt beräkningar som beskrivs i tillägg B. Flygbanor kan variera kraftigt – olika flygplan som följer samma flygväg bildar ett omfång av olika banor på grund av de olika flygningarnas unika atmosfäriska förhållanden, olika flygplansvikter, varierade driftprocedurer, trafikkontrollbegränsningar osv. Detta beaktar man genom att beskriva en flygbana statistiskt – som ett huvudspår och ett antal tillhörande spridda underspår. Även detta beskrivs i avsnitten 2.7.7–2.7.13 med hänvisningar till ytterligare information i tillägg C.

I avsnitten 2.7.14–2.7.19 beskrivs de steg som ska följas vid beräkning av bullernivån för en händelse – det buller som en luftfartygsrörelse genererar i en punkt på marken. Tillägg D handlar om att justera NPD-data för andra förhållanden än i referenssituationen. I tillägg E förklaras den akustiska dipolkällan som i modellen används för att definiera ljudutstrålningen från flygbanesegment med ändlig längd.

För att kunna använda de modellrelationer som beskrivs i kapitlen 3 och 4 behövs det, utöver relevanta flygbanor, också lämpliga buller- och prestandadata för det aktuella luftfartyget.

Den huvudsakliga beräkningen är att bestämma händelsenivån för en enskild luftfartygsrörelse i en observationspunkt. Denna beräkning måste upprepas för alla luftfartygsrörelser i varje punkt i en föreskriven uppsättning punkter som täcker de erforderliga bullerkonturernas förväntade omfattning. I varje punkt räknas händelsenivåerna ihop, eller så beräknas ett genomsnitt, för att få en ackumulerad nivå, eller ett bullerindexvärde. Denna del av processen beskrivs i avsnitten 2.7.20 och 2.7.23–2.7.25.

I avsnitten 2.7.26–2.7.28 sammanfattas alternativ och krav för att anpassa bullerkonturer till uppsättningar av bullerindexvärden. Här finns viktiga instruktioner för konturgenerering och efterbearbetning.

2.7.3    Om segmentering

För ett visst luftfartyg innehåller databasen s.k. NPD-samband (noise-power-distance, dvs. samband mellan buller, effekt och avstånd). Dessa definierar, för konstant rak flygning vid en referenshastighet under de angivna atmosfäriska referensförhållandena och i en angiven flygkonfiguration, de mottagna nivåerna för ljudhändelsen (både maximala och tidsintegrerade) direkt under luftfartyget ( 7 ) som en funktion av avståndet. Den för bullermodelleringen ytterst avgörande framdrivningskraften representeras av en bullerrelaterad effektparameter: vanligen används parametern korrigerad nettodragkraft. Grundnivåer för händelser som har fastställts utifrån databasen justeras i första hand för att kompensera för skillnaderna mellan de verkliga (dvs. modellerade) atmosfäriska förhållandena och referensatmosfärförhållandena samt för (i fråga om ljudexponeringsnivåer) luftfartygets hastighet. I andra hand sker justeringen för att kompensera för skillnader mellan nedåtstrålande och sidostrålande buller, för punkter som inte är placerade direkt under luftfartyget. Den sistnämnda skillnaden beror på lateral direktivitet (effekter av motorinstallationen) och lateral dämpning. De justerade händelsenivåerna gäller dock fortfarande endast för det totala bullret från luftfartyget under planflykt.

Segmentering är en process för att applicera en oändlig banas NPD-värden och laterala data på den rekommenderade bullerkonturmodellen, för att beräkna det buller som når en mottagare när flygbanan inte är enhetlig, dvs. en bana längs vilken luftfartygskonfigurationen varierar. Vid beräkning av nivån för en ljudhändelse för en luftfartygsrörelse, representeras flygbanan av en följd av sammanhängande segment. Vart och ett av dessa kan betraktas som en ändlig del av en oändlig bana för vilken NPD-data och laterala justeringar är kända. Händelsens maximala nivå är helt enkelt det största värdet av de enskilda segmentvärdena. Den tidsintegrerade nivån för hela bullerhändelsen beräknas genom att summera bullret från tillräckligt många segment, dvs. de segment som ger ett betydande bidrag till det totala händelsebullret.

En helt och hållet empirisk metod används för att uppskatta ett ändligt segments bidrag till den totala nivån för händelsen. Energifraktionen F – segmentbullret uttryckt som andel av det totala bullret från en oändlig bana – beskrivs av ett relativt enkelt uttryck som gör det möjligt att beakta luftfartygsbullrets longitudinella direktivitet och mottagarens ”vy” av segmentet. Ett skäl till att det oftast räcker med en enkel empirisk metod, är att det mesta bullret i regel kommer från det närmaste, intilliggande segmentet – för vilket den närmaste punkten (CPA, closest point of approach) relativt mottagaren är inom segmentet (inte vid någon av ändarna). Det innebär att skattningar av bullret från icke-intilliggande segment kan bli alltmer ungefärliga ju längre bort från mottagaren de finns, utan att noggrannheten äventyras.

2.7.4    Flygbanor: Spår och profiler

I modelleringssammanhang är en flygbana en fullständig beskrivning av luftfartygets rörelse i tid och rymd ( 8 ). Denna information behövs, tillsammans med framdrivningskraften (eller annan bullerrelaterad effektparameter), för att beräkna det genererade bullret. Markspåret är den vertikala projektionen av flygbanan på markytan. Detta kombineras med den vertikala flygprofilen för att skapa 3D-flygbanan. Vid segmenteringsmodellering måste flygbanan, för varje enskild luftfartygsrörelse, beskrivas av en serie sammanhängande raka segment. Hur segmenteringen utförs beror till stor del på hur noggrannhet ska balanseras mot effektivitet: Den verkliga flygbanan måste approximeras så noggrant som möjligt och samtidigt måste beräkningsbördan och databehoven minimeras. Varje segment måste definieras av sina ändpunkters geometriska koordinater, av den associerade hastigheten samt av luftfartygets motoreffektparametrar (som är avgörande för bulleremissionen). Flygbanor och motoreffekt kan bestämmas med olika metoder, varav de vanligaste innefattar (a) syntes av ett antal procedursteg och (b) analys av uppmätta flygprofildata.

För syntes av en flygbana (a) krävs kunskaper om (eller antaganden för) markspår och deras laterala spridning, luftfartygets vikt, hastighet, klaff- och dragkraftshantering, flygplatshöjden samt vind och lufttemperatur. Ekvationer för att beräkna flygprofilen från de nödvändiga framdrivnings- och aerodynamikparametrarna finns i tillägg B. Varje ekvation innehåller koefficienter (och/eller konstanter) som baseras på empiriska data för varje typ av luftfartyg. Ekvationerna för aerodynamiska prestanda i tillägg B gör det möjligt att ta hänsyn till rimliga kombinationer av luftfartygets operativa vikt och flygprocedur, inklusive åtgärder vid olika startbruttovikter.

Analys av uppmätta data (b), t.ex. från flygregistratorer, radar eller annan utrustning, inbegriper ”reverse engineering”, dvs. en sorts motsats till syntes (a). I stället för att skatta luftfartygs- och flygmotortillstånden i slutet av segmenten, genom att integrera effekterna av dragkraften och aerodynamiska krafter som påverkar flygkroppen, skattas krafterna genom att differentiera ändringarna av flygkroppens höjd och hastighet. Procedurer för att bearbeta flygbaneinformation beskrivs i avsnitt 2.7.12.

I en perfekt bullermodelleringstillämpning skulle varje flygning, teoretiskt, kunna representeras fristående. Detta skulle garantera fullgod hänsyn till flygbanornas spatiala spridning – som kan vara stor. För att databeredning och datorbearbetningstid ska hållas inom rimliga gränser är det dock praxis att låta omfånget av flygbanor representeras av ett mindre antal lateralt spridda ”underspår”. (Vertikal spridning kan vanligtvis representeras tillräckligt väl genom att, i de vertikala profilerna, ta hänsyn till effekterna av olika luftfartygsvikter.)

2.7.5    ANP (aircraft noise and performance), luftfartygs buller och prestanda

ANP-databasen i tillägg I innehåller data för de flesta typer av luftfartyg. Luftfartygstyper eller varianter som det saknas listade data för, representeras lämpligen med data för andra, liknande luftfartygstyper som finns i databasen.

ANP-databasen innehåller standardiserade procedursteg för att skapa flygprofiler för minst en vanlig avgångsprocedur med bullerdämpning. Några av de senast registrerade databasposterna omfattar två olika procedurer för avgång med bullerdämpning.

2.7.6    Flygplats- och luftfartygsåtgärder

Nedan följer exempel på situationsspecifika data som används för att beräkna bullerkonturer för ett visst flygplatsscenario.

Generella flygplatsdata

Data för rullbanor

För varje rullbana anges följande:

Data om markspår

Luftfartygets markspår ska beskrivas av en serie koordinater i (det horisontella) jordplanet. Markspårets datakälla beror på om det finns tillgängliga radardata. Om radardata är tillgängliga ska ett tillförlitligt huvudspår och lämpliga associerade (spridda) underspår skapas genom statistisk analys av informationen. I annat fall skapas huvudspår vanligen utifrån lämplig procedurinformation, t.ex. med hjälp av SID-procedurer (standard instrument departure procedure) från Aeronautical Information Publications. En sådan konventionell beskrivning innefattar följande information:

Denna information är ett obligatoriskt minimum av data för att definiera huvudspåret. Genomsnittliga bullernivåer beräknade utifrån antagandet att luftfartyget följer de nominella flygvägarna exakt kan dock leda till fel på flera decibel. Därför måste den laterala spridningen representeras, vilket gör att följande information blir nödvändig:

Flygtrafikdata

Flygtrafikdata omfattar följande:

För de flesta bullerdeskriptorer måste händelserna (dvs. luftfartygsrörelserna) definieras som genomsnitt för angivna perioder under dygnet (t.ex. för dag, kväll och natt) – se avsnitten 2.7.23–2.7.25.

Topografiska data

Terrängen runt flygplatser är relativt plan. Det stämmer dock inte alltid, och ibland måste man ta hänsyn till exempelvis varierande terränghöjd relativt flygplatsens referenshöjd. Skillnader i terränghöjd kan vara särskilt viktig i närheten av inflygningsspår, där luftfartyget håller relativt låg höjd.

Terränghöjddata anges vanligen som en uppsättning av koordinater (x,y,z) för ett rektangulärt rutnät med viss maskstorlek. Parametrarna för rutnätet är sannolikt inte samma parametrar som för det rutnät som används för bullerberäkningen. I annat fall kan linjär interpolering användas för att uppskatta lämpliga z-koordinater i ”bullerrutnätet”.

En utförlig analys av effekterna på ljudutbredning vid kraftiga terrängvariationer faller utom ramarna för denna metod. Måttliga variationer kan beaktas genom att använda ett ”pseudoplan”, dvs. genom att höja eller sänka jordplanet till den lokala markhöjden (relativt referensjordplanet) i varje mottagarpunkt (se avsnitt 2.7.4).

Referensförhållanden

Internationella ANP-data (aircraft noise and performance) är normaliserade mot standardreferensförhållanden som i stor omfattning används för bullerutredning av flygplatser (se tillägg D).

Referensförhållanden för NPD-data

Standardiserade mätningar av luftfartygsljud utförs 1,2 m ovan markytan. Här behövs dock ingen separat justering vid modelleringen, eftersom man kan anta att händelsenivåerna är relativt opåverkade av mottagarhöjden ( 10 ).

Jämförelser av beräknade och uppmätta flygplatsbullernivåer indikerar att NPD-data kan antas vara tillämpbara om de genomsnittliga förhållandena nära ytan uppfyller följande:

Ovanstående antas omfatta förhållandena vid de flesta av världens större flygplatser. I tillägg D presenteras en metod för att konvertera NPD-data till genomsnittliga lokala förhållanden som inte uppfyller ovanstående krav. I extrema fall är rekommendationen att rådfråga flygplanstillverkaren.

Referensförhållanden för flygplanets aerodynamik och motordata

Eftersom ANP-databasens aerodynamik- och motordata baseras på ovanstående villkor kan de användas, som angivna i tabellen, för andra rullbanehöjder än referenshöjden och för genomsnittliga lufttemperaturer i ECAC-länder, utan att det har någon betydande inverkan på noggrannheten för de beräknade konturerna för ackumulerad genomsnittlig ljudnivå. (Se tillägg B.)

ANP-databasen innehåller tabeller med aerodynamiska data för bruttovikter vid start och landning, enligt punkterna 3 och 4 ovan. I beräkningar av ackumulerat buller behöver den aerodynamiska informationen inte justeras för andra bruttovikter, men beräkningar av start- och stigprofilerna, enligt de procedurer som beskrivs i tillägg B, ska baseras på korrekta operativa startbruttovikter.

2.7.7    Beskrivning av flygbanan

I bullermodellen måste varje luftfartygsrörelse beskrivas av en tredimensionell flygbana och den varierande motoreffekten och hastigheten längs denna bana. En modellerad rörelse representerar som regel en delmängd av den totala flygplatstrafiken, t.ex. ett antal (antagna) identiska rörelser, med samma luftfartygstyp, vikt och driftprocedur, på ett visst markspår. Spåret kan i sig vara ett av flera spridda underspår som används för att modellera ett omfång av spår som följer en viss flygväg. Omfången av markspår, de vertikala profilerna och luftfartygets driftparametrar bestäms utifrån scenariots ingångsdata – i kombination med luftfartygsdata från ANP-databasen.

ANP-databasens buller-effekt-avståndsdata definierar bullret från luftfartyg som vid konstant hastighet och med konstant effekt färdas längs ideala horisontella flygbanor med oändlig längd. För att anpassa dessa data så att de avbildar flygbanor nära flygplatser, där effekt och hastighet ändras ofta, delas varje bana upp i rätlinjiga segment av ändlig längd. Varje segments bidrag till det totala bullret summeras i observationspositionen.

2.7.8    Samband mellan flygbana och flygkonfiguration

De geometriska aspekterna av ljudutstrålningen och ljudets utbredning mellan luftfartyget och observatören bestäms av den tredimensionella flygbanan för en luftfartygsrörelse. Vid en viss luftfartygsvikt och under specifika atmosfäriska förhållanden, bestäms flygbanan helt och hållet av den sekvens av effekt-, klaff- och höjdändringar som piloten (eller ett automatiskt flygsystem) utför i syfte att följa flygvägen och hålla de höjder och hastigheter som flygkontrollenheten anger – i enlighet med luftfartygsoperatörens SOP-rutiner. Utifrån dessa instruktioner och åtgärder delas flygbanan upp i enskilda faser som ger naturliga segment. I horisontalplanet innefattar dessa rätlinjiga delar, angivna som avståndet till nästa sväng, respektive svängar, som definieras utifrån radie och kursändring. I vertikalplanet definieras segmenten av tiden och/eller avståndet för att uppnå de förändringar av framåthastighet och/eller höjd som krävs, vid den angivna effekten och med de angivna klaffinställningarna. Ett vanligt namn för motsvarande vertikala koordinater är profilpunkter.

Flygbaneinformation för bullermodellering genereras antingen genom syntes från ett antal procedursteg (dvs. steg som följs av piloten) eller genom analys av radardata, som är registrerade fysiska mätvärden för de verkliga flygbanorna. Oavsett metod reduceras flygbanans form, både den horisontella delen och den vertikala delen, till segmenterade versioner. Den horisontella delen (dvs. den tvådimensionella projektionen på markytan) är det markspår som definieras av den ankommande eller avgående flygvägen. Den vertikala formen, som ges av profilpunkterna och associerade flygparametrar för hastighet, bankningsvinkel och effektinställning, definierar flygprofilen som beror på den flygprocedur som vanligen föreskrivs av luftfartygstillverkaren och/eller operatören. Flygbanan skapas genom att ”sammanfoga” 2D-flygprofilen med 2D-markspåret, för att bilda en sekvens av 3D-flygbanesegment.

Man bör komma ihåg att profilen beror av markspåret, för en given uppsättning av procedursteg: Vid t.ex. samma dragkraft och hastighet är luftfartygets stighastighet mindre vid svängning än vid rätlinjig flygning. I det här dokumentet beskrivs visserligen hur detta förhållande kan tas i beaktande, men det bör påpekas att en sådan åtgärd kräver mycket höga bearbetningsprestanda. För bullermodelleringen kanske användaren i stället föredrar att behandla flygprofilen och markspåret som oberoende storheter, så att stigprofilen betraktas som opåverkad av svängar. Det är dock viktigt att bestämma de bankningsvinkeländringar som krävs för svängar, eftersom detta kan inverka betydligt på ljudemissionens direktivitet.

Det mottagna bullret från ett flygbanesegment beror av segmentets geometri i förhållande till observatören och på luftfartygets flygkonfiguration. Dessa är dock kopplade till varandra: en ändring av den ena aspekten orsakar förändring av den andra. Därför är det viktigt att säkerställa att luftfartygets konfiguration, för varje punkt på banan, överensstämmer med rörelsen längs banan.

Vid syntes av en flygbana, dvs. när man konstruerar en flygbana utifrån en uppsättning av procedursteg som beskriver pilotens åtgärder för val av motoreffekt, klaffinställning och acceleration/vertikal hastighet, är det själva rörelsen som måste beräknas. Vid flygbaneanalys gäller det omvända: Motoreffektinställningarna måste skattas utifrån flygplanets observerade rörelser – enligt registrerade radardata eller, i vissa fall, enligt data från en färdregistrator (som dock vanligen registrerar även motoreffekten). Oavsett metod ska koordinater och flygparametrar vid alla segmentändpunkter användas som ingångsvärden i bullerberäkningen.

I tillägg B beskrivs de ekvationer som används för att beskriva sambandet mellan olika krafter och flygplanets rörelser. I tillägget förklaras hur man löser ekvationerna för att definiera egenskaperna för de segment som flygbanorna består av. De olika typerna av segment (och de relaterade avsnitten i tillägg B) är markrullning vid start (B5), stigning vid konstant hastighet (B6), effektminskning (B7), accelererande stigning och klaffindragning (B8), accelererande stigning efter klaffindragning (B9), nedstigning och retardation (B10) och slutlig inflygning för landning (B11).

Praktisk modellering innebär oundvikligen att olika typer av förenklingar måste göras – dessa beror på tillämpningens egenskaper, resultatens signifikans och de tillgängliga resurserna. En sådan generell förenkling, som används även i mycket komplicerade tillämpningar, är antagandet att flygprofilerna och konfigurationerna på alla underspår är samma som för huvudspåret, när flygspårens spridning ska beaktas. Eftersom minst sex underspår måste användas (se avsnitt 2.7.11) ger detta antagande kraftigt förenklade beräkningar och kostnaden är endast en extremt liten försämring av tillförlitligheten.

2.7.9    Källor till flygbanedata

Radardata

Flygregistratorer kan leverera data av mycket hög kvalitet, men det kan vara svårt att få tillgång till dem i bullermodelleringssyfte. Radardata ska anses vara den mest lättillgängliga informationskällan för verkliga flygbanor vid flygplatser ( 11 ). Radardata är vanligen tillgängliga via flygplatsens buller- och flygbanebevakningssystem, och används i allt högre grad för bullermodellering.

Med övervakningsradar presenteras ett luftfartygs flygbana som en sekvens av positionskoordinater, i tidsintervaller motsvarande radarskannerns rotation, dvs. cirka 4 sekunder. Luftfartygets position över marken motsvaras av polära koordinater – bäring och avstånd – som bestäms utifrån det reflekterade radarekot (konverteras vanligen till kartesiska koordinater i övervakningssystemet). Höjden ( 12 ) mäts av flygplanets egen höjdmätare och skickas till flygkontrolldatorn via en radarstyrd transponder. Positionsfel på grund av radiostörningar och begränsad dataupplösning är signifikanta (dock utan betydande konsekvens för trafikkontrollarbete). Om det behövs en flygbana för en viss luftfartygsrörelse innebär det här att informationen måste jämnas ut med en lämplig kurvapproximeringsmetod. Inom bullermodellering är det generella kravet en statistisk beskrivning av ett omfång av flygbanor, t.ex. för alla rörelser på en flygväg eller endast för rörelserna för en specifik typ av luftfartyg. Mätfel från det statistiska materialet kan göras insignifikanta genom att beräkna medelvärden.

Procedursteg

I många situationer är det inte möjligt att modellera flygbanor utifrån radardata – t.ex. eftersom nödvändiga resurser saknas eller scenariot inte har inträffat än, så att relevanta data saknas.

När radardata saknas, eller när de inte bör användas, måste man uppskatta flygbanorna på grundval av operativt material, t.ex. instruktioner som har getts till flygbesättningen via AIP-publikationer och flygmanualer – i detta dokument kallade procedursteg. Information om hur sådant material ska tolkas bör införskaffas hos luftfartsmyndigheter och/eller av luftfartygsoperatörer, vid behov.

2.7.10    Koordinatsystem

Det lokala koordinatsystemet

Det lokala koordinatsystemet (x,y,z) är ett kartesiskt system med origo (0,0,0) i flygplatsens referenspunkt (XARP,YARP,ZARP ), där ZARP är flygplatsens referenshöjd och z = 0 är det nominella jordplan som konturerna beräknas på. Luftfartygets kurs ξ i xy-planet mäts medurs från den magnetiska nordpolen (se figur 2.7.b). Alla observationsplatser, beräkningsrutnätet och bullerkonturpunkterna uttrycks i lokala koordinater ( 13 ).

Figur 2.7.b

Lokalt koordinatsystem (x,y,z) och fast markspårskoordinat s

Markspårets fasta koordinatsystem

Denna koordinat är specifik för varje markspår och representerar avståndet s, uppmätt längs spåret i flygriktningen. För avgångsspår mäts s från rullstarten, för landningsspår mäts sträckan från landningströskeln. Det innebär att s antar ett negativt värde i områden

Flygningens driftparametrar såsom höjd, hastighet och effektinställning uttrycks som funktioner av s.

Luftfartygets koordinatsystem

Luftfartygets fasta kartesiska koordinatsystem (x′,y′,z′) har origo där luftfartyget befinner sig. Axelsystemet definieras av stigvinkeln γ, färdriktningen ξ och bankningsvinkeln ε (se figur 2.7.c).

Figur 2.7.c

Fast koordinatsystem för luftfartyg (x′,y′,z′)

Hänsyn till topografi

I situationer där topografin måste beaktas (se avsnitt 2.7.6), ska luftfartygets höjdkoordinat z ersättas med z′ = z – zo (där zo är z-koordinaten för observationspositionen O) vid uppskattning av utbredningsavståndet d. Geometrin mellan luftfartyget och observatören visas i figur 2.7.d. För definitioner av d och , se avsnitten 2.7.14 till 2.7.19 ( 14 ).

Figur 2.7.d

Markhöjd längs med markspåret (vänster) och lateralt relativt markspåret (höger).

Det nominella jordplanet z = 0 går igenom flygplatsens referenspunkt. O är observatörens position

2.7.11    Markspår

Huvudspår

Huvudspåret representerar mitten av ett omfång av spår som luftfartyg i en viss flygväg följer. Vid modellering av luftfartygsbuller definieras huvudspåret antingen (i) av föreskrivna operativa data, t.ex. de instruktioner som piloten får via AIP-publikationer, eller (ii) genom statistisk analys av radardata, så som beskrivs i avsnitt 2.7.9, om sådana data är tillgängliga och lämpliga för modelleringsstudien. Att generera spåret utifrån operationsinstruktioner är vanligen ganska enkelt, eftersom instruktionerna ger ett antal naturliga delar. Dessa kan vara raka, och definieras då av längd och kurs, eller så kan de vara böjda, och definieras av svängradien och kursändringen – se figur 2.7.e.

Figur 2.7.e

Markspårets geometri definierad av svängar och raka segment

Att skapa ett huvudspår utifrån radardata är vanligen en mer komplex uppgift, främst på grund av att verkliga svängar görs med olika hastighet men även på grund av de många datauppgifterna. Det finns inga formella metoder än, men det är praxis att matcha rätlinjiga och böjda segment till genomsnittliga positioner som beräknas utifrån tvärsnitt av radarspår i intervall längs flygvägen. I framtiden kommer det sannolikt att finnas datoralgoritmer för den här uppgiften, men i dagsläget är det upp till den som skapar modellen att bestämma hur tillgängliga data ska användas på bästa sätt. En viktig aspekt är att luftfartygets hastighet och svängradie är avgörande för bankningsvinkeln och att, vilket beskrivs i avsnitt 2.7.19, asymmetrisk ljudutstrålning kring flygbanan påverkar bullret på marken, liksom positionen på själva flygbanan.

Teoretiskt skulle en helt jämn övergång från rätlinjig flygning till en sväng med fast radie kräva en momentan tillämpning av bankningsvinkeln ε, vilket är en fysikalisk omöjlighet. I verkligheten tar det en viss tid tills bankningsvinkeln antar det värde som krävs för att bibehålla en viss hastighet och svängradie r, och under den tiden krymper svängradien från oändlighet till värdet r. Vid modellering kan radieövergången förbises och bankningsvinkeln antas öka konstant från noll (eller annat initialt värde) till ε vid svängens början och till nästa värde för ε vid svängens slut ( 15 ).

Spårspridning

När det är möjligt ska definitioner av lateral spridning och representativa underspår baseras på relevant erfarenhet från flygplatsstudier, normalt genom analys av radardataprov. Första steget är att gruppera data efter flygväg. Betydande lateral spridning är kännetecknande för avgångsspår. Denna spridning måste beaktas. Ankommande flygvägar smälter normalt samman till ett mycket smalt omfång kring den slutliga inflygningsvägen, och oftast räcker det att låta alla ankomster representeras av ett enda spår. Om ankomstomfången är breda inom bullerkonturområdet, kanske de måste representeras av underspår, på samma sätt som avgående flygvägar.

Enligt praxis behandlas data för en enskild flygväg som ett prov från en enskild population, dvs. att flygvägen representeras av ett huvudspår och en uppsättning av spridda underspår. Men om undersökningar indikerar att data för olika kategorier av luftfartyg eller operativa åtgärder skiljer sig kraftigt åt (t.ex. om ett stort och ett litet luftfartyg har mycket olika svängradier), kan det vara lämpligt att ytterligare dela upp informationen till olika omfång. För varje omfång bestäms de laterala spårspridningarna som en funktion av avståndet från origo, så att rörelserna sedan kan fördelas mellan ett huvudspår och ett lämpligt antal spridda underspår, utifrån fördelningsstatistiken.

Eftersom man normalt inte bör bortse från effekterna av spårspridning, ska en nominell lateral spridning tvärsöver och vinkelrätt mot huvudspåret definieras som en konventionell fördelningsfunktion, om det inte finns tillgång till registrerade omfångsdata. Beräknade värden för bullerindex är inte särskilt känsliga för den laterala fördelningens exakta form: För många radarregistrerade omfång ger normalfördelningen (gaussisk fördelning) en fullgod beskrivning.

Vanligen används sju punkters diskret approximering (dvs. en representation av lateral spridning med sex underspår jämnt fördelade kring huvudspåret). Avståndet mellan underspåren beror på standardavvikelsen för den funktion som beskriver den laterala spridningen.

För normalt fördelade spår med standardavvikelsen S är 98,8 % av spåren placerade inom en korridor med gränser vid ±2,5×S. Tabell 2.7.a innehåller avståndet för sex underspår och procentandelen rörelser för varje. Tillägg C innehåller värden för andra spårantal.

Standardavvikelsen S är en funktion av koordinaten s längs huvudspåret. Den kan anges – tillsammans med beskrivningen av huvudspåret – i flygspårdatabladet i tillägg A3. Om det saknas värden för standardavvikelsen – t.ex. i radardata som beskriver jämförbara flygspår – rekommenderas följande värden:

Av praktiska skäl antas S(s) vara noll mellan rullstarten och s = 2 700  m eller s = 3 300  m, beroende på svängens storlek. Flygvägar som omfattar fler än en sväng ska hanteras enligt ekvation (2.7.2). För ankomster kan lateral spridning förbises inom 6 000  m från sättningspunkten.

2.7.12    Flygprofiler

Flygprofilen är en beskrivning av luftfartygets rörelse – i termer av position, hastighet, bankningsvinkel och motoreffekt – i vertikalplanet ovanför markspåret. En av modellanvändarens viktigaste uppgifter är att på ett effektivt och resurssnålt sätt definiera flygprofiler som uppfyller tillämpningens krav. För att få tillräckligt hög noggrannhet måste profilerna i så hög grad som möjligt motsvara luftfartygets rörelser. Därför krävs tillförlitlig information om de atmosfäriska förhållandena, typer och varianter av luftfartyg, operativa vikter och driftprocedurer – variationerna i dragkraft och klaffinställningar samt effekter av ändrade höjder och hastigheter – och alla data måste beräknas som ett genomsnitt över de tidsperioder som är av intresse. Ofta är sådan detaljerad information inte tillgänglig, vilket inte behöver vara ett hinder i sig. Även om informationen är tillgänglig måste den som skapar modellen använda sitt omdöme för att nå balans mellan noggrannheten och ingångsinformationens detaljnivå å ena sidan, och behoven och användningsområdena för den skapade konturen å andra sidan.

Syntes av flygprofilen utifrån procedursteg från ANP-databasen eller luftfartygsoperatörer beskrivs i avsnitt 2.7.13 och tillägg B. Den metoden, som vanligtvis är den enda utvägen om inga radardata är tillgängliga, ger både flygbanans geometri och associerade hastighets- och dragkraftsvariationer. Normalt förutsätts att alla (liknande) luftfartyg i ett omfång, oavsett om de är kopplade till huvudspåret eller underspåren, följer huvudspårprofilen.

Utöver ANP-databasen, som ger standardinformation om procedursteg, är luftfartygsoperatörerna, dvs. deras procedurer och uppgifter om typiska transportvikter, den mest tillförlitliga informationskällan. Den ojämförligt bästa källan för enskilda flygningar är flygregistratorn, där all relevant information kan hämtas. Men även om sådana data är tillgängliga, är förbehandlingsuppgiften mycket komplicerad. Den vanligaste praktiska lösningen, och den som oftast är mer i linje med modelleringsbudgeten, är därför att göra kvalificerade antaganden om genomsnittliga vikter och driftprocedurer.

Viss försiktighet måste iakttas när ANP-databasens standardiserade procedursteg används (steg som används när verkliga procedurer är okända). De är standardiserade procedurer som inte följs i alltför stor utsträckning men som operatörerna eventuellt använder i vissa fall. En viktig faktor är definitionen av motordragkraften vid start (och ibland stigning), som kan bero på lite olika omständigheter. I synnerhet är det praxis att minska dragkraftnivåerna under avgång (från högsta möjliga) i syfte att minska slitaget på motorn. Tillägg B ger vägledning om representation av vedertagen praxis. Detta ger generellt mer realistiska konturer än ett antagande om full dragkraft. Full dragkraft kan dock vara ett mer realistiskt antagande t.ex. om rullbanan är kort och/eller vid hög genomsnittstemperatur.

Vid modellering av verkliga scenarier kan högre noggrannhet uppnås om radardata används för att komplettera eller ersätta information av nominell karaktär. Flygprofiler kan bestämmas utifrån radardata på liknande vis som laterala huvudspår – men endast när trafiken har delats upp efter typ och variant av luftfartyg och ibland efter vikt eller sträcklängd (men inte efter spridning) – för att, för varje undergrupp, få en genomsnittsprofil för höjd och hastighet motsvarande den tillryggalagda marksträckan. Vid den efterföljande ”sammanslagningen” med markspåren, kopplas den enskilda profilen vanligen till både huvudspåret och underspåren.

Utifrån en känd flygplansvikt kan variationer av hastighet och dragkraft beräknas genom att lösa rörelsekvationerna steg för steg. Dessförinnan brukar det vara till hjälp att förbehandla tillgängliga data, så att effekterna av radarfel elimineras. Radarfel kan ge upphov till felaktiga skattningar av accelerationen. Det första steget är dock alltid att definiera profilen genom att approximera rätlinjiga segment som representerar relevanta skeden av flygningen. Varje segment klassificeras som markrullning, stigning eller nedstigning med konstant hastighet, dragkraftsminskning eller acceleration/retardation med eller utan klaffändring. Luftfartygets vikt och atmosfäriska tillstånd är obligatoriska ingångsvärden.

Av avsnitt 2.7.11 framgår att särskild hänsyn måste tas till flygspårens laterala spridning kring de nominella flygvägarna eller huvudflygvägarna. Radardataprov karaktäriseras av liknande spridningar hos flygbanorna i vertikalplanet. Det är dock inte praxis att modellera den vertikala spridningen som en oberoende variabel. Spridningen beror vanligen på skillnader i luftfartygsvikter och driftprocedurer som beaktas vid förbearbetning av trafikbaserade ingångsdata.

2.7.13    Konstruera flygbanesegment

Varje flygbana måste definieras av en uppsättning segmentkoordinater (noder) och flygparametrar. Det första steget är att bestämma koordinaterna för markspårets segment. Därefter beräknas flygprofilen, och det är då viktigt att komma ihåg att profilen beror av markspåret, för en given uppsättning av procedursteg: Vid t.ex. samma dragkraft och hastighet är luftfartygets stighastighet mindre vid svängning än vid rätlinjig flygning. Slutligen konstrueras 3D-flygbanans segment genom att sammanfoga 2D-flygprofilen med 2D-markspåret ( 16 ).

Markspår

Ett markspår, dvs. ett huvudspår eller ett underspår, definieras av ett antal (x,y) koordinater på jordplanet (t.ex. utifrån radarinformation) eller av ett antal vektorkommandon som beskriver raka segment och cirkulära bågar (svängar med radien r och kursändringen Δξ).

Vid segmentmodellering representeras en båge av en följd av rätlinjiga segment som tillsammans bildar bågen. Luftfartygets bankning under svängar syns inte explicit men påverkar definitionen av markspåret. I tillägg B4 förklaras hur man beräknar bankningsvinklar under en sväng, men vinklarna uppstår eller försvinner inte momentant. Det finns ingen etablerad regel för att hantera övergången mellan rak flygning och en sväng, eller mellan en sväng och en direkt efterföljande sväng. Generellt har detaljerna, som det är upp till användaren att bedöma (se avsnitt 2.7.11), förmodligen endast försumbar effekt på de slutliga konturerna. Huvudkravet är att undvika skarpa övergångar i slutet av svängen, vilket kan uppnås genom att infoga korta övergångssegment genom vilka bankningsvinkeln ändras linjärt med avståndet. Endast om en viss sväng förväntas ha stor effekt på de slutliga konturerna, är det nödvändigt att modellera övergångsdynamiken mer realistiskt, så att bankningsvinkeln relateras till luftfartygstypen och så att lämpliga bankningshastigheter används. Här räcker det att konstatera att delbågarna Δξtrans i svängens början och slut beror av bankningsvinkelns ändring. Den resterande delen av bågen med kursändringen Δξ – 2 · Δξtrans grader delas upp i nsub delbågar enligt följande ekvation:

där int(x) är en funktion som returnerar heltalsdelen av x. Kursändringen Δξ sub för varje delbåge beräknas som

där nsub måste vara så stor att Δξ sub ≤ 30 grader. Segmentering av en båge (exklusive de avslutande övergångsdelsegmenten) visas i figur 2.7.f ( 17 ).

Figur 2.7.f

Konstruktion av flygbanesegment, med sväng som delas upp i segment med längden Δs (övre vy i horisontalplan, undre vy i vertikalplan)

Flygprofil

Följande parametrar beskriver varje flygprofilsegment vid segmentets start (suffix 1) och slut (suffix 2):

För att sätta samman en flygprofil utifrån ett antal procedursteg (flygbanesyntes), skapar man en följd av segment vars ändpunkter motsvarar de efterfrågade förhållandena. Ändpunktsparametrarna för varje segment blir startpunktsparametrarna för nästa segment. I alla segmentberäkningar är parametrarna kända vid start. De specifika förhållandena i slutet anges av procedursteget. De enskilda stegen definieras antingen av ANP-standardvärden eller av användaren (t.ex. utifrån luftfartygens flygmanualer). Slutförhållandena är vanligen höjd och hastighet. Uppgiften att sätta samman profilen utgörs av att bestämma hur lång spårsträcka som krävs för att uppfylla villkoren. De odefinierade parametrarna bestäms med de flygprestandaberäkningar som beskrivs i tillägg B.

Om markspåret är rakt kan profilpunkterna och associerade flygparametrar bestämmas oberoende av markspåret (bankningsvinkeln är alltid noll). Markspår är dock sällan raka, utan brukar innefatta svängar som måste beaktas om resultatet ska bli så bra som möjligt när den tvådimensionella flygprofilen bestäms. Där det behövs måste profilsegmenten delas upp vid markspårnoderna, så att ändringar av bankningsvinkeln beaktas. I regel är nästa segments längd okänd i början, och beräknas preliminärt med antagandet att bankningsvinkeln är oförändrad. Om det sedan visar sig att det preliminärt beräknade segmentet omfattar en eller flera markspårnoder, där den första finns vid s, dvs. s1 < s < s2 , förkortas segmentet vid s, och parametrarna beräknas där genom interpolering (se nedan). Dessa blir slutpunktsparametrar för segmentet i fråga, och startpunktsparametrar för det nya segmentet – som fortfarande har samma slutvillkor. Finns det ingen mellanliggande markspårnod, gäller det preliminärt beräknade segmentet.

Om svängarnas effekt på flygprofilen ska förbises, används lösningen med rak flygning i ett segment men informationen om bankningsvinkeln behålls för användning senare.

Oavsett om svängar modelleras fullt ut, genereras varje tredimensionell flygbana genom att sammanfoga den tvådimensionella flygprofilen med det tvådimensionella markspåret. Resultatet är en sekvens av koordinatgrupper (x,y,z), och varje grupp är antingen en nod i det segmenterade markspåret, en nod i flygprofilen eller en nod i både markspåret och flygprofilen. Profilpunkterna motsvaras av värden för höjden z, markhastigheten V, bankningsvinkeln ε och motoreffekten P. För en spårpunkt (x,y) som ligger mellan ett flygprofilsegments ändpunkter, interpoleras flygparametrarna enligt följande:

där

Observera att z och ε antas variera linjärt med avståndet, men att V och P antas variera linjärt med tiden (dvs. konstant acceleration ( 18 )).

När flygprofilsegment ska matchas mot radardata (flygbaneanalys) bestäms alla ändpunktsavstånd, höjder, hastigheter och bankningsvinklar direkt från den befintliga informationen. Endast effektinställningarna måste beräknas med hjälp av prestandaekvationer. Eftersom även koordinaterna för markspår och flygprofil kan matchas korrekt, är metoden praktisk.

Segmentering av markrullning vid start

När ett flygplan startar – från bromssläppet (kallas även rullstart eller SOR) till dess att planet lyfter från marken – ökar hastigheten från noll till ca 80–100 m/s under en sträcka på 1 500 –2 500  m.

Denna markrullning delas upp i segment av olika längd, och i varje segment ökar hastigheten med en viss mängd ΔV som är högst 10 m/s (ca 20 kn). Trots att accelerationen ändras under startrullningen kan konstant acceleration antas. I det här skedet, dvs. startfasen, är V1 den inledande hastigheten, V2 är starthastigheten, nTO är antalet startsegment och sTO är den ekvivalenta startsträckan. För den ekvivalenta startsträckan sTO (se tillägg B), den inledande hastigheten V1 och starthastigheten V2 är antalet segment, nTO , i markrullningen

vilket innebär att hastighetsändringen längs ett segment är

och tiden Δt på varje segment (konstant acceleration förutsätts) är

Längden sTO,k för segment k (1 ≤ k ≤ nTO) i startrullningen är alltså

Exempel:

För startsträckan sTO  = 1 600  m, V1 = 0 m/s och V2 = 75 m/s, ger ovanstående att nTO  = 8 segment med längder från 25 m till 375 m (se figur 2.7.g):

Figur 2.7.g
Segmentering av startrullning (exempel med 8 segment)

Utöver hastighetsändringen, ökar också flygplanets dragkraft över varje segment med en konstant mängd ΔP, som beräknas som

där PTO är flygplanets dragkraft vid lyftpunkten och P init är flygplanets dragkraft i början av startrullningen.

Ovanstående ekvation för dragkraftens ökning (i stället för kvadreringsekvationen 2.7.8) ger konsekvens med det linjära dragkraft-hastighetsförhållandet för jetmotorflygplan (ekvation B-1).

Segmentering av det inledande stigsegmentet

I det inledande stigsegmentet ändras geometrin snabbt, särskilt med avseende på observationsplatserna vid sidan om flygspåret, där betavinkeln ändras snabbt under luftfartygets stigning i det inledande segmentet. Jämförelser med beräkningar i mycket små segment visar att endast ett stigsegment ger en dålig approximering av bullret vid sidan om flygspåret. Beräkningsnoggrannheten förbättras om man skapar undersegment av det första marklyftsegmentet. Längden för varje segment och antalet segment beror på den laterala dämpningen. Utifrån uttrycket för total lateral dämpning för luftfartyg med flygkroppsmonterade motorer kan man visa att det inledande stigsegmentet, för en begränsad ändring på 1,5 dB per undersegment, ska undersegmenteras baserat på följande uppsättning av höjdvärden:

z = {18,9; 41,5; 68,3; 102,1; 147,5; 214,9; 334,9; 609,6; 1 289,6 } meter, eller

z = {62; 136; 224; 335; 484; 705; 1 099 ; 2 000 ; 4 231 } fot

Ovanstående uppsättningar implementeras genom att identifiera vilket av höjdvärdena som ligger närmast det ursprungliga segmentets ändpunkt. De faktiska undersegmenthöjderna beräknas sedan med

där z är det ursprungliga segmentets sluthöjd, zi är det i:e värdet i uppsättningen av höjdvärden och zN är den närmaste övre gränsen mot höjden z. Denna process resulterar i att ändringen av den laterala dämpningen över varje undersegment förblir konstant, vilket ger mer exakta konturer utan att man behöver använda mycket korta segment.

Exempel:

Om höjden för det ursprungliga segmentets ändpunkt är z = 304,8 m, så ger uppsättningen av höjdvärden att 214,9 < 304,8 < 334,9 och för z = 304,8 m är den närmaste övre gränsen z7 = 334,9 m. Undersegmentets ändpunktshöjder beräknas sedan som

zi′ = 304,8 [zi/334,9] (i = 1..N)

z1′ blir därmed 17,2 m och z2′ blir 37,8 m osv.

Värdena för hastighet och motoreffekt i de insatta punkterna interpoleras med hjälp av ekvationerna (2.7.11) och (2.7.13).

Segmentering av luftburna segment

När den segmenterade flygbanan har fastställts enligt beskrivningen i avsnitt 2.7.13 och när undersegmentering har utförts, kanske segmenteringskorrigering måste utföras. Detta kan innebära att

Om avståndet mellan intilliggande punkter är mindre än 10 m, och om motsvarande hastigheter och dragkrafter är samma, ska någon av punkterna tas bort.

Om det förekommer betydande hastighetsändringar längs ett luftburet segment, ska detta delas upp ytterligare, som för markrullningen, dvs.

där V1 och V2 är segmentets start- och sluthastigheter. Motsvarande undersegmentparametrar beräknas på liknande sätt som för markrullningen vid start, med hjälp av ekvationerna 2.7.11 till 2.7.13.

Markrullning vid landning

Markrullningen vid landning är väsentligen en omvänd version av markrullningen vid start, men särskild hänsyn måste tas till

I motsats till rullsträckan vid start, som bestäms utifrån luftfartygets prestandaparametrar, är stoppsträckan sstop (dvs. avståndet från sättningspunkten till den punkt där luftfartyget lämnar rullbanan) inte fullständigt luftfartygsspecifik. En minsta stoppsträcka kan visserligen bestämmas utifrån luftfartygets massa och prestanda (och tillgänglig omvänd dragkraft), men den verkliga stoppsträckan beror även på taxibanornas placering, på trafiksituationen och på flygplatsens specifika regler för hur omvänd dragkraft får användas.

Användning av omvänd dragkraft är inte en standardprocedur – den används endast om nödvändig retardation inte kan uppnås med hjälp av hjulbromsning. (Omvänd dragkraft kan vara mycket störande eftersom en snabb ändring av motoreffekten, från tomgång till omvänd dragkraft, ger upphov till plötsligt buller.)

De flesta rullbanor används för både avgångar och landningar, vilket innebär att omvänd dragkraft har mycket liten effekt på bullerkonturerna eftersom den totala ljudenergin i rullbanans närhet domineras av buller från avgångar. Den omvända dragkraftens bidrag till konturerna är vanligen av betydelse endast om rullbanan bara används för landningar.

Fysikaliskt sett är omvänd dragkraft en mycket komplicerad process men eftersom den har minimal inverkan på bullerkonturerna räcker det med en enklare modell, där den snabba ändringen av motoreffekten beaktas genom lämplig segmentering.

Att modellera markrullning vid landning är alltid mer komplicerat än att modellera markrullning vid start. Följande förenklade modelleringsantaganden rekommenderas generellt, om ingen detaljerad information är tillgänglig (se figur 2.7.h).

Figur 2.7.h

Modellering av markrullning vid landning