Empa explora la generación de ruido en trenes de pasajeros y de carga

En Empa, los expertos en acústica han estado explorando durante años cómo se genera el ruido por trenes de pasajeros y de carga, y qué medidas técnicas y constructivas son especialmente efectivas para mitigarlo. Sus conocimientos teóricos y prácticos se han integrado ahora en el proyecto «SILVARSTAR». El resultado es una herramienta de simulación para el ruido ferroviario que también puede ser útil en la práctica.

(Dübendorf/St. Gallen/Thun) Para los residentes de las líneas de tren, a menudo es molesto, y para los expertos que desean ayudarles, es un desafío tan complejo que en realidad debería existir un plural de «ruido ferroviario». Los ruidos de rodadura de ruedas de acero sobre rieles ásperos o más suaves, los sonidos de frenos en diferentes frecuencias, el ruido de motores, los ruidos aerodinámicos… todo esto atenuado o influenciado por muros de protección acústica, taludes, la naturaleza del suelo bajo las vías y también por el entorno en el que se propagan las ondas sonoras.

La complejidad de estas consecuencias acústicas del tráfico ferroviario es conocida por los investigadores de Empa bajo la dirección del grupo de Reto Pieren del departamento de «Acústica / Reducción de Ruido» a partir de la experiencia práctica y teórica. Durante años han estado investigando este fenómeno mediante mediciones, simulaciones y validaciones: hallazgos que culminaron en el proyecto europeo «SILVARSTAR» de dos años con muchos socios (ver cuadro de información). Pieren presentó los resultados en la conferencia especializada «forum acusticum» en Turín: una simulación acústica del ruido ferroviario en diversas formas, audible y experimentable con la ayuda de la realidad virtual.

Herramientas como estas para la «auralización» existen de forma aislada como prototipos en la investigación, pero en la práctica de la planificación y la protección acústica aún no están disponibles. El «paquete completo» SILVARSTAR pretende cambiar eso, gracias al conocimiento consolidado de muchos expertos. Mientras que el equipo de Empa, que lideró la simulación, incorporó su experiencia acústica de numerosos proyectos, expertos de la «University of Southampton» y de la empresa suiza Bandara VR GmbH aportaron valiosos conocimientos para desarrollar un sistema fácil de usar. Como base, se utilizó entre otras cosas el software ampliamente utilizado «Unity» para desarrolladores de juegos profesionales.

Una herramienta que también pueden usar los legos

El objetivo era, en última instancia, una herramienta que también pudieran utilizar los legos. Por ejemplo, los políticos de transporte que desean evaluar el impacto de una futura línea de tren. Cómo experimentan tales pasadas virtuales se muestra ejemplarmente en un video de pasadas que se puede encontrar en el sitio web de SILVARSTAR de Empa: para una sola línea se pueden comparar varios escenarios, por ejemplo, con tipos de trenes desde un tren de carga hasta un tren regional y el ICE, con muros de protección acústica altos o bajos, tipos de ruedas y amortiguación específicos que también tienen un impacto audible en el ruido ferroviario, y muchos otros factores. Y dado que el entorno también juega un papel, los usuarios pueden elegir entre «ciudad» o «campo» o seleccionar una posición a nivel del suelo o elevada, por ejemplo, en un balcón.

Detrás de estas posibilidades hay algoritmos complejos en un modelo de cálculo basado en la física, que no genera señales acústicas a partir de archivos de sonido archivados, sino que las calcula y genera individualmente, para cientos de fuentes de sonido y factores de influencia, dependiendo de la complejidad del escenario. Esto también presentó desafíos para el equipo de Empa. La gran variedad de influencias permite simulaciones realistas. Sin embargo, también requería reducir de manera sensata la red de algoritmos a lo esencial, teniendo en cuenta el tiempo de cálculo necesario: un PC moderno necesita hasta tres horas para simular el paso de un tren de carga de 500 metros, para que sus emisiones de ruido puedan hacerse audibles bajo diferentes condiciones.

El esfuerzo vale la pena

Sin embargo, el esfuerzo vale la pena, como mostró la validación del sistema. Los gráficos de los perfiles de ruido sintetizados están muy cerca de los valores de comparación medidos e incluso son en parte idénticos. Las impresiones subjetivas se obtuvieron en demostraciones en ferias de tecnología del transporte como la «InnoTrans» del año pasado en Berlín: los visitantes atribuyeron a la simulación una alta credibilidad y mostraron un gran interés en la aplicación del «juego de ruido ferroviario» virtual.

Los interesados pueden descargar las herramientas junto con el acuerdo de licencia para fines no comerciales a través del sitio web de SILVARSTAR de Empa. «Las primeras aplicaciones de la simulación ya han comenzado», dice el investigador de Empa Reto Pieren, «estamos muy satisfechos con los resultados y esperamos numerosas aplicaciones en el futuro.»

Proyecto internacional con financiación de la UE

El proyecto de investigación europeo «SILVARSTAR», que duró algo más de dos años, fue financiado en el marco del programa de la UE «Horizon 2020» por «Europe’s Rail». En el consorcio del proyecto, además de Empa, participaron socios industriales y académicos de cinco países europeos: Vibratec (Francia, coordinación), Wölfel Engineering (Alemania), la «University of Southampton» (Inglaterra), KU Leuven y UNIFE, la «Unión de Industrias Ferroviarias Europeas» (ambos de Bélgica). Además de la simulación del ruido ferroviario, el proyecto también desarrolló modelos para las vibraciones del suelo causadas por el tráfico ferroviario.

Foto: © Empa / Descripción de la imagen: Experimentar el paso de un tren de carga de manera lúdica: el monitor muestra lo que la usuaria ve en tres dimensiones en la realidad virtual, con el ruido ferroviario realista exactamente en su posición.