A medição de ruído ferroviário registra o som que um trem faz — para as pessoas que ele passa e para os passageiros a bordo — como um nível em decibéis. Esse nível só significa algo quando está vinculado a um padrão definido, posição do microfone e base de tempo. Transforma uma reclamação sobre um trem barulhento em evidência que pode ser verificada contra um limite legal, um limite de aprovação de tipo ou um alvo de design. A medição serve a três grupos: reguladores que aprovam novos trens, consultores que avaliam uma linha e fabricantes que constroem material rodante mais silencioso. O caminho da fonte ao resultado segue uma ordem fixa — de onde vem o ruído, por que é medido, quais limites se aplicam, como é medido, como os resultados são lidos e como a vibração do solo viaja ao lado dele.
A fonte de ruído dominante do trem muda com a velocidade do trem. O ruído de rolamento lidera a faixa comum, o ruído aerodinâmico assume acima de cerca de 250 km/h, e equipamentos auxiliares lideram em paradas, então a velocidade decide qual fonte — e qual parte do espectro — uma medição deve ter como alvo.
Medições de emissão e imissão respondem a duas perguntas diferentes. Um trem dentro do seu limite de aprovação de tipo a 7,5 m ainda pode criar um problema para uma comunidade medida na fachada, porque os dois são feitos em lugares diferentes e julgados em relação a limites diferentes.
O mesmo ruído ferroviário produz resultados válidos diferentes sob diferentes normas. ISO 3095, Ruído TSI, e a Diretiva de Ruído Ambiental cada uma fixa suas próprias posições, indicadores, e limites, então o primeiro passo em qualquer avaliação é estabelecer qual norma rege o caso.
O ruído ferroviário é avaliado tanto por indicadores de eventos únicos quanto por indicadores de longo prazo. Indicadores de eventos (LpAFmax, SEL) descrevem uma passagem e indicadores cumulativos (LAeq, Lden, Lnight) descrevem o clima ao longo do ano, então uma média anual dentro de seu limite ainda pode esconder passagens noturnas barulhentas que acordam os moradores.
Os trens também geram vibrações transmitidas pelo solo que se transformam em ruído dentro dos edifícios. As rodas e os trilhos agitam o solo, que se re-radiam no interior como um ruído de baixa frequência, então é medido em seus próprios termos (PPV, VdB) e é mais importante para túneis e linhas próximas a residências.
Uma medição de ruído ferroviário começa identificando a fonte predominante, porque um trem produz diversos mecanismos de ruído distintos cuja predominância muda com a velocidade e o estado de operação. Na mesma posição do microfone, cada fonte mostra um nível e espectro diferente, então nomear a dominante torna a leitura interpretável.
As três fontes dependentes da velocidade lideram em seus próprios regimes, razão pela qual os testes de tipo medem as condições de passagem em velocidade constante, aceleração e estacionário separadamente em vez de como uma única figura.
| Fonte | Regime dominante | Caráter e controle |
|---|---|---|
| Ruído de rolamento | ~50–250 km/h (30–155 mph) | Banda larga; rugosidade das rodas/trilhos; controlado por moagem, amortecedores, perfis de rodas |
| Ruído aerodinâmico | acima de ~250–350 km/h (155–220 mph) | De pantógrafos, bogies, espaços entre carros, nariz da locomotiva |
| Sistemas de tração e auxiliares | baixa velocidade e parada | Motores, ventiladores de resfriamento, caixas de engrenagens, compressores |
Na prática, um trem acelerando de 50 para 100 km/h (cerca de 30 a 60 mph) produz aproximadamente 9 dB mais alto — quase uma duplicação da percepção de volume. O ruído de rolamento define a linha de base ampla contra a qual eventos discretos se destacam. O ruído aerodinâmico cresce tão acentuadamente que governa as linhas de alta velocidade, e os sistemas de tração e auxiliares — motores, ventiladores de resfriamento e compressores — governam o caso estacionário.
Vários mecanismos produzem som concentrado no tempo ou na frequência, audível contra a linha de base de rolamento ampla:
Cada um desses tem uma assinatura específica — tonal, impulsiva ou limitada por banda — que aparece no espectro de frequência em vez de apenas no nível de banda larga.
O ruído ferroviário que atinge uma comunidade também vem de fontes que nunca se movem, incluindo depósitos, pátios de manobra, oficinas de manutenção, subestações de tração e instalações de ventilação de túneis, muitos dos quais operam durante a noite. Trens parados e estacionados contribuem para esta emissão estacionária e são regidos por limites dedicados de parada e não por critérios de passagem. Como essas fontes operam continuamente e perto das casas, elas frequentemente dominam o clima acústico noturno, mesmo onde eventos de passagem são raros. Portanto, uma avaliação completa mede as instalações fixas juntamente com o tráfego.
O ruído ferroviário é medido porque perturba as pessoas que vivem perto de uma linha — principalmente por meio de incômodo e, à noite, sono perturbado — e porque um veículo ou rota pode ultrapassar os limites estabelecidos por lei. Em toda a Europa, é a segunda fonte mais difundida de ruído de transporte, depois do tráfego rodoviário. Essa escala de exposição é a razão pela qual é tão rigidamente regulamentada. Um nível medido permite que um operador mostre que uma rota permanece dentro do limite da comunidade e permite que um fabricante mostre que um veículo atende ao limite de homologação. Essas duas verificações ocorrem em lugares diferentes — o veículo para aprovação e o receptor para exposição comunitária — então cada medição está vinculada a uma posição e tempo definidos. As duas perguntas que seguem estabelecem essa base: quanto o som afeta as pessoas expostas a ele e como ele viaja da roda até a janela.
A exposição prolongada ao ruído ferroviário afeta os residentes através de incômodos, sono perturbado e — em níveis sustentados altos — um risco cardiovascular elevado. Os limites ambientais, portanto, miram o receptor, não apenas o veículo. A Organização Mundial da Saúde identifica a exposição noturna como o período mais sensível, porque os eventos sonoros durante o sono tornam um determinado nível mais perturbador do que o mesmo nível ouvido durante o dia. O tráfego ferroviário contribui com um padrão distinto de eventos discretos de passagem separados por intervalos silenciosos, em vez do fluxo contínuo típico do tráfego rodoviário, de modo que o horário e o número de eventos são tão importantes quanto o nível médio. Dentro do veículo, os passageiros formam um segundo grupo exposto, e o ruído interior medido de acordo com a norma ISO 3381 (medição do ruído no interior dos veículos ferroviários) se torna um parâmetro de conforto acústico que os fabricantes especificam e verificam. Medido no receptor, a exposição torna-se evidência de que um limite é atendido ou excedido — o propósito prático de toda a cadeia de medição.
O ruído ferroviário viaja dos trilhos para o receptor ao longo de caminhos cuja atenuação determina onde uma medição significativa pode ser feita:
Esses caminhos são a razão pela qual uma posição de medição deve ser definida com precisão: a norma de emissão aplicável fixa tanto a distância dos trilhos quanto a altura acima do trilho.
Os limites de ruído ferroviário vêm de um sistema em camadas de normas que separa o que um veículo pode emitir do que uma comunidade pode receber. As normas de emissão limitam o som produzido por um veículo, medido a uma distância fixa de 7,5 m dos trilhos, então a aprovação do tipo se baseia em um valor repetível em vez de uma opinião no campo. As normas ambientais atuam no receptor — a fachada do edifício — onde os regimes nacionais estabelecem os indicadores e limites que uma linha deve respeitar em serviço. A mesma pressão sonora sustenta ambos os níveis, mas o veículo e o receptor são medidos separadamente, cada um contra seu próprio limite, então a primeira etapa de qualquer avaliação é estabelecer qual norma governa o caso.
Os limites de emissão regulam o som que um veículo ferroviário produz, medido pelo método comum de ISO 3095, o padrão internacional para ruído de veículos ferroviários. Na Europa, eles são limitados pela Especificação Técnica de Interoperabilidade relativa ao ruído (TSI Noise), Regulamento da Comissão (UE) Nº 1304/2014.
O ISO 3095 determina como os ruídos de passagem, estacionário e de partida são medidos, para que um resultado de um local de teste seja comparável a outro. O regulamento expressa o requisito de passagem como um único limite para toda a unidade em vez de limites separados para cada componente, permitindo que o fabricante equilibre as fontes ao longo do veículo.
Os limites são definidos por categoria como o nível de som ponderado A médio ao longo da passagem, escrito LpAeq,Tp. Aqui, Tp é o tempo de passagem fixado pelo padrão—o intervalo durante o qual o trem passa pelo microfone, desde a frente chegando à posição até a traseira deixando-a—não uma janela escolhida pelo operador. Porque o nível média a energia sobre essa janela fixa, estender a captura para o silêncio antes ou depois a reduziria, razão pela qual o nível de exposição sonora (SEL) é usado quando é necessário um valor independente de janela. Cada limite de passagem é normalizado para uma velocidade de referência de 80 km/h (cerca de 50 mph) através da relação −30·log₁₀(v/80), onde v é a velocidade de teste—o mesmo limite de velocidade que regula o ruído de rolamento:
| Categoria de veículo | Limite de passagem LpAeq,Tp a 80 km/h [dB(A)] |
|---|---|
| Ônibus | 79 |
| Unidades múltiplas elétricas (UME) | 80 |
| Unidades múltiplas diesel (UMD) | 81 |
| Vagões | 83 |
| Locomotivas elétricas | 84 |
| Locomotivas diesel | 85 |
Em velocidades de referência mais altas, a tolerância aumenta seguindo a mesma lei, então uma unidade de alta velocidade é verificada perto de 250 km/h (cerca de 155 mph) em vez de a 80 km/h.
O EuroSpec aperta os limites abaixo do teto regulatório
Vários operadores nacionais adquirem material rodante de acordo com o EuroSpec, uma especificação voluntária abaixo do teto TSI. Operadores como DB, SNCF, NS e SBB o utilizam para especificar veículos mais silenciosos do que os exigidos apenas pela regulamentação. Como o EuroSpec é um instrumento de aquisição e não um limite legal, a medição demonstra conformidade com uma especificação contratual em vez de com a legislação de homologação.
O ruído estacionário e interno têm seus próprios limites, definidos separadamente do valor de passagem, porque a condição de operação e a população exposta são diferentes. O TSI define limites de parada por categoria de veículo, como o nível ponderado A médio ao longo do tempo de medição (LpAeq,T), refletindo o equipamento auxiliar que cada categoria opera enquanto estacionada:
| Categoria de veículo | Limite de inatividade LpAeq,T [dB(A)] |
|---|---|
| Ônibus | 64 |
| Vagões | 65 |
| Unidades múltiplas elétricas (UME) | 65 |
| Locomotivas elétricas | 70 |
| Locomotivas a diesel | 71 |
| Unidades múltiplas a diesel (UMD) | 72 |
O limite de paragem TSI é definido por categoria de veículo. O EuroSpec adiciona uma condição adicional — o modo de potência declarado em que o veículo opera enquanto está estacionado —, assim, um resultado EuroSpec indica esse modo juntamente com a categoria. O ruído interior é um caso separado, medido dentro do veículo de acordo com a ISO 3381, comparado a um objetivo contratual na faixa dos 60 dB(A).
Cada jurisdição define seus próprios indicadores, limites e posições de referência para o ruído ferroviário — na maioria das vezes julgado no receptor, embora o padrão federal dos EUA seja um limite de emissão a uma distância fixa:
| Regime | Indicador / método | Aplica-se a |
|---|---|---|
| UE — Diretiva de Ruído Ambiental 2002/49/EC | Lden (nível dia-tarde-noite), Lnight (nível noturno); mapas de ruído estratégico | Principais ferrovias nos estados membros da UE |
| EUA — 40 CFR Parte 201 (EPA), aplicado sob 49 CFR Parte 210 (FRA) | Limites de emissão a 30 m (cerca de 100 pés) da linha | Locomotivas e vagões |
| Alemanha — 16. BImSchV com Schall 03 | Beurteilungspegel (nível de avaliação), limites separados para dia e noite | Linhas novas e substancialmente alteradas |
| Reino Unido — Cálculo do Ruído Ferroviário (linhas); BS 4142 (instalações fixas) | LAeq para linhas; nível de avaliação vs LA90 de fundo para instalações fixas | Linhas ferroviárias e equipamentos ao lado da linha (subestações, depósitos) |
| Polônia — regulamentação de ruído ambiental | Limites de LAeqD (dia) e LAeqN (noite) por classe de área | Limites de longo prazo no receptor |
| China — GB 3096 | LAeq diurno e noturno (Ld / Ln) por zona de função | Ruído comunitário (padrão ambiental geral) |
A quantidade física é idêntica em todos esses regimes, mas o indicador escolhido, a posição de referência e o limite numérico variam. O indicador, a posição e o limite derivam seu significado do regime que os define, portanto, o regime que governa é determinado antes que qualquer medição comece.
A medição do ruído ferroviário segue um procedimento definido que une três variáveis: o instrumento que grava o som, a posição na qual se encontra, e a condição operacional do trem. Um valor de passagem significa algo apenas quando o microfone está à distância e altura que o padrão prescreve e o trem funciona na velocidade de referência que o método exige. Uma medição obtiene sua autoridade do procedimento por trás dela — o instrumento, a posição e a condição operacional que o padrão fixa. O mesmo som é então caracterizado de uma forma para o veículo (emissão) e de outra para o receptor (imissão), porque cada um segue um procedimento diferente.
O registro de medição de emissão captura o som que um veículo faz sob condições controladas o suficiente para que outro laboratório obtenha o mesmo resultado. A ISO 3095 fornece o método de referência. A distância é determinada pelo padrão, não pelo operador. A ISO 3095 e o TSI europeu posicionam o microfone a 7,5 m (cerca de 25 pés) do centro da via; o US 40 CFR Parte 201 mede a 30 m (cerca de 100 pés).
A distância de 25 m às vezes citada para ruído ferroviário pertence a métodos de previsão ambiental, não ao teste de emissão ISO 3095.
Os registros de medição de imissão captam o ruído ferroviário na fachada de um prédio em vez de ao lado da via. Os indicadores de longo prazo Lden e Lnight expressam essa exposição ao longo de um ano, então a medição ocorre por períodos prolongados ou alimenta um cálculo calibrado contra medições de amostra. Estações de monitoramento não-supervisionadas capturam o padrão dos eventos de passagem e os intervalos entre eles, o que importa porque a exposição ferroviária chega como eventos discretos em vez de um fluxo constante. Um resultado de imissão é obtido na fachada e média ao longo de um período prolongado. É verificado em relação ao seu próprio limite ambiental, enquanto a figura de emissão de 7,5 m responde ao veículo — os dois permanecem separados.
O relatório de medição de conformidade indica o nível ponderado A e, onde o padrão exige, uma análise de banda de um terço de oitava usando filtros IEC 61260. O espectro revela características tonais ou impulsivas — um pico de chiado de curva, um impacto de junta de trilho — que um valor único de banda larga esconde, e a ISO 3095 permite que esses sejam determinados junto com o LpAFmax. Identificar qual parte de um trem é a fonte dominante é uma investigação de engenharia separada em vez de parte de um teste de conformidade, e usa métodos de matriz especializados fora das posições padrão do microfone.
O relatório de medição de ruído ferroviário apresenta seu resultado como um indicador — a quantidade específica a que um limite se refere — e a interpretação compara esse indicador contra o limite correto. Um único nível de ruído de trem suporta uma decisão apenas quando seu indicador, posição e base de tempo são fixados. O mesmo som gera um nível máximo, uma exposição de energia ou uma média anual, dependendo de qual quantidade a avaliação exige. O mesmo som pode passar um limite e falhar em outro, então o indicador determina qual comparação é a legítima.
O ruído ferroviário chega como eventos discretos de passagem, não como um fluxo contínuo. Sua medição utiliza duas principais famílias: indicadores de eventos para um único trem e indicadores cumulativos para o clima de longo prazo, além de medidas estatísticas como LA90 para o ruído de fundo.
| Indicador | Classe | O que captura |
|---|---|---|
| LpAFmax | Evento | Nível ponderado A mais alto durante uma passagem (Ponderação rápida de tempo) |
| SEL (LAE) | Evento | Energia de um evento, normalizada para uma referência de 1 s |
| LAeq,T | Cumulativo | Energia acústica média durante o período T |
| Lden / Lnight | Cumulativo | Exposição ao longo do ano; Lden adiciona ponderação de noite e tarde (UE) |
| Ldn | Cumulativo | Nível dia-noite dos EUA, com ponderação de 10 dB à noite |
| LA90 | Estatístico | Nível de fundo excedido 90% do tempo; o nível residual contra o qual se avalia uma taxa |
O SEL soma a energia de um único evento em vez de medi-la contra o silêncio, então uma passagem curta e barulhenta e uma longa mais silenciosa podem ter o mesmo valor. O Lden adiciona um peso de política antes de calcular a média: 5 dB para a noite e 10 dB para a madrugada. Esse peso à noite é um julgamento de política de que o ruído noturno pesa mais para o sono, não um aumento físico do que o trem emite — um evento noturno é contado como se fosse dez diurnos. As Diretrizes da Organização Mundial da Saúde para Ruído Ambiental recomendam limites ferroviários de Lden abaixo de 54 dB e Lnight abaixo de 44 dB.
A interpretação compara um valor medido com um limite apenas quando ambos compartilham o mesmo indicador, posição e base de tempo. Um nível máximo não pode ser verificado contra uma média de energia, e um valor de emissão a 7,5 m da linha férrea não pode ser verificado contra um limite de imissão em uma fachada, porque cada um descreve uma quantidade diferente. Dois tipos de decibéis também devem permanecer separados: dobrar a energia, o número de eventos iguais, ou a duração adiciona 3 dB, que é física, enquanto adicionar 10 dB à noite é um peso de política. Misturar os dois em um cálculo deturpa ambos. Um local pode atender à média cumulativa enquanto eventos noturnos isolados ainda excedem um limite de perturbação, por isso uma avaliação completa informa indicadores de eventos e cumulativos juntos.
A medição ferroviária vai além do som transmitido pelo ar para a vibração transmitida pelo trem através dos trilhos e do solo em estruturas próximas. A vibração é uma quantidade física distinta, medida como velocidade ou aceleração em vez de pressão sonora, portanto, utiliza seus próprios descritores, transdutores e limites. Ela atinge o receptor através do solo — um caminho que apenas sensores terrestres registram. A vibração se divide em dois efeitos, ambos avaliados por evento em vez de por médias anuais: o movimento que os ocupantes sentem e o ruído que começa quando esse movimento atinge as superfícies internas.
O movimento tátil é quantificado com descritores baseados em velocidade junto com aceleração ponderada pela frequência:
| Descritor | Quantidade | Uso típico |
|---|---|---|
| PPV | Velocidade de pico da partícula (mm/s, in/s) | Limiares de dano e percepção do edifício |
| RMS | Aceleração r.m.s. ponderada em frequência (m/s²) | Resposta humana de corpo inteiro (ISO 2631) |
| VdB | Nível de velocidade em relação a 1 microinch/s (EUA) | Critérios de resposta humana, por exemplo, ~72 VdB em residências |
| VDV | Valor da dose de vibração (m/s^1.75) | Dose de quarta potência; pondera eventos impulsivos (Reino Unido, BS 6472) |
O nível de vibração em decibéis depende inteiramente de sua referência. O decibel de velocidade (VdB) é uma convenção dos EUA, referenciado a 1 micro polegada por segundo na prática da FTA, enquanto a referência SI é 10⁻⁹ m/s — os dois diferem em cerca de 28 dB, então a referência acompanha o número. Os critérios de resposta humana usam essa escala VdB, e a vibração de edifícios é avaliada sob a ISO 2631-2 na faixa de 1–80 Hz; a FRA e a FTA permitem níveis mais altos para eventos ocasionais e usos de terras menos sensíveis. Os critérios de danos a edificações, em vez disso, usam a velocidade das partículas de pico (PPV) em mm/s ou in/s sob o DIN 4150-3 e o BS 7385-2 — um limiar separado e mais alto voltado para estruturas em vez de pessoas.
O ruído proveniente do solo é o som que irradia do piso e paredes quando a vibração proveniente do solo excita essas superfícies dentro de um edifício. O mecanismo produz um ronco de baixa frequência em vez do espectro de banda larga do ruído ferroviário aéreo, e torna-se a principal preocupação quando os trilhos passam por um túnel e o caminho aéreo é selado. A FTA expressa os seus limites como um nível de ruído interno proveniente do solo em decibéis ponderados em A, por exemplo, cerca de 35 dBA para eventos frequentes em residências, mantido separado do critério de vibração VdB porque os dois descrevem efeitos diferentes. Ferrovias subterrâneas e de superfície são as que mais frequentemente impulsionam essa avaliação, já que a vibração se acopla diretamente às fundações do edifício ao longo da rota.
Medir o ruído e vibração ferroviários de acordo com esses padrões exige instrumentos de uma classe definida, correspondendo à quantidade e posição que cada método determina. O tipo de instrumento segue diretamente do padrão, então cada requisito aponta para uma classe específica de instrumento em vez de um dispositivo de uso geral:
| Requisito de medição (padrão) | Instrumento SVANTEK | Função |
|---|---|---|
| Medidor de nível sonoro Classe 1 (IEC 61672-1), análise de 1/1 & 1/3 de oitava (IEC 61260) | SVAN 979, SV 971A | Medição de passagem e emissão de acordo com ISO 3095 |
| Monitoramento de ruído de longo prazo sem supervisão, Lden/Lnight (END 2002/49/EC) | SV 307A, SV 200A | Monitoramento de imissão no receptor, transmitido para SvanNET |
| Vibração humana de corpo inteiro (ISO 2631, ISO 8041) | SV 106D, SV 100A | Exposição a vibrações de passageiros e equipe |
| Vibração de edifícios transmitida pelo solo, PPV (DIN 4150-3, BS 7385-2) | SV 804, SV 803 | Monitoramento de vibrações ao lado da pista e em estruturas |
| Análise e relatório | SvanPC++, SvanNET | Dos dados gravados ao relatório de conformidade |
As estações de vibração de edifícios relatam a velocidade de partícula de pico de acordo com DIN 4150-3 e BS 7385-2, enquanto a exposição humana de corpo inteiro é avaliada separadamente segundo a ISO 2631.
A medição de ruído e vibração ferroviária levanta alguns pontos recorrentes de confusão.
SEL captura a energia de uma única passagem, normalizada para um segundo, para que dois eventos de diferentes durações possam ser comparados em termos iguais. Leq faz a média da energia acústica ao longo de um período inteiro, descrevendo o clima que muitos eventos criam. O primeiro quantifica um evento, enquanto o segundo quantifica a exposição ao longo do tempo.
O registro de medição registra pressão sonora em decibéis em uma posição definida, como 7,5 m da via de acordo com a ISO 3095. A potência sonora descreve a emissão total da fonte e é derivada de medições de pressão em vez de lida diretamente ao lado da via. Portanto, um limite refere-se à pressão sonora em uma posição declarada, não à potência da fonte.
PPV registra o maior pico de velocidade único, que rege os limites de danos aos edifícios. O RMS expressa a energia média temporal do mesmo sinal. Quanto o pico se eleva acima da média depende da forma de onda, então os dois descrevem diferentes aspectos de uma mesma vibração.
Um limite de emissão a 7,5 m certifica o veículo sob condições controladas, enquanto um limite de imissão na fachada de um prédio regula a exposição da comunidade através de Lden e Lnight. Cada um se aplica apenas à sua própria quantidade e posição, então um valor medido é verificado em relação ao limite que compartilha seu indicador, posição e base de tempo.
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