Empa esplora la generazione di rumore da treni passeggeri e merci

Presso l’Empa, esperti di acustica esplorano da anni come si genera il rumore dai treni passeggeri e merci – e quali misure tecniche e strutturali sono particolarmente efficaci per contrastarlo. Le loro conoscenze teoriche e pratiche sono ora confluite nel progetto “SILVARSTAR”. Il risultato è uno strumento di simulazione per il rumore ferroviario, che può essere utile anche nella pratica.

(Dübendorf/St. Gallen/Thun) Per i residenti lungo le linee ferroviarie, il rumore è spesso fastidioso – e per i professionisti che desiderano aiutarli, rappresenta una sfida così complessa che in realtà dovrebbe esistere un plurale di “rumore ferroviario”. I rumori di rotolamento delle ruote d’acciaio su binari ruvidi o più lisci, i suoni dei freni a diverse frequenze, il rumore dei motori, i suoni aerodinamici… – tutto ciò è attutito o influenzato da barriere acustiche, pendii, la natura del terreno sotto i binari e anche dall’ambiente in cui si propagano le onde sonore.

Quanto siano complesse queste conseguenze acustiche del traffico ferroviario lo sanno i ricercatori dell’Empa, guidati dal responsabile di gruppo Reto Pieren del dipartimento “Acustica / Riduzione del rumore”, grazie all’esperienza pratica e teorica. Da anni esplorano il fenomeno attraverso misurazioni, simulazioni e validazioni: conoscenze che hanno portato al progetto biennale dell’UE “SILVARSTAR” con molti partner (vedi riquadro informativo). Pieren ha presentato i risultati alla conferenza specialistica “forum acusticum” a Torino: una simulazione acustica del rumore ferroviario in diverse forme – udibile e percepibile grazie alla realtà virtuale.

Strumenti per l'”auralizzazione” esistono sporadicamente come prototipi nella ricerca, ma nella pratica della pianificazione e della protezione acustica non sono ancora disponibili. Il “pacchetto completo” SILVARSTAR intende cambiare questa situazione – grazie alla conoscenza combinata di molti esperti. Mentre il team dell’Empa, che ha guidato il progetto nella simulazione, ha fatto confluire la propria esperienza acustica da numerosi progetti, esperti dell'”University of Southampton” e della società zurighese Bandara VR GmbH hanno fornito preziose competenze per sviluppare un sistema user-friendly. Come base è stata utilizzata, tra l’altro, la nota software “Unity” per sviluppatori di giochi professionisti.

Uno strumento utilizzabile anche dai non esperti

L’obiettivo era infine uno strumento che potesse essere utilizzato anche dai non esperti. Ad esempio, dai politici dei trasporti che desiderano valutare gli impatti di una futura linea ferroviaria. Come vivono tali passaggi virtuali, lo dimostra esemplificativamente un video di passaggi che si trova sul sito web di SILVARSTAR dell’Empa: per una singola tratta è possibile confrontare diversi scenari, ad esempio con tipi di treno che vanno dal treno merci a un treno regionale fino all’ICE, con barriere acustiche alte o basse, specifici tipi di ruote e ammortizzatori, che hanno anch’essi un’influenza udibile sul rumore ferroviario, e molti altri fattori. E poiché anche l’ambiente gioca un ruolo, gli utenti possono scegliere tra “città” o “campagna” o optare per una posizione a livello del suolo o elevata, ad esempio su un balcone.

Dietro a queste possibilità si celano algoritmi complessi in un modello di calcolo basato sulla fisica, che non genera segnali acustici da file audio archiviate, ma calcola e genera ciascuno di essi singolarmente – per centinaia di fonti sonore e fattori di influenza, a seconda della complessità dello scenario. Questo ha posto delle sfide anche al team dell’Empa. La grande varietà di influenze consente simulazioni realistiche. Tuttavia, ha anche richiesto di ridurre in modo sensato la rete di algoritmi al minimo necessario – tenendo conto anche del tempo di calcolo richiesto: un PC moderno impiega fino a tre ore per simulare il passaggio di un treno merci lungo 500 metri, affinché le sue emissioni sonore possano essere rese udibili in diverse condizioni.

Il lavoro ripaga

Tuttavia, il lavoro ripaga, come ha dimostrato la validazione del sistema. I grafici dei profili di rumore sintetizzati sono molto vicini ai valori di confronto misurati e sono persino in parte sovrapponibili. Impressioni soggettive sono state fornite da dimostrazioni a fiere di tecnologia dei trasporti come l'”InnoTrans” dello scorso anno a Berlino: i visitatori hanno attestato alla simulazione un’alta credibilità e hanno mostrato grande interesse per l’applicazione del “gioco del rumore ferroviario” virtuale.

Per gli interessati, il download degli strumenti con relativa licenza per scopi non commerciali è possibile tramite il sito web di SILVARSTAR dell’Empa. “I primi utilizzi della simulazione sono già iniziati”, afferma il ricercatore dell’Empa Reto Pieren, “siamo molto soddisfatti dei risultati e ci aspettiamo numerose applicazioni per il futuro.”

Progetto internazionale con finanziamento dell’UE

Il progetto di ricerca europeo “SILVARSTAR”, durato poco più di due anni, è stato finanziato nell’ambito del programma dell’UE “Horizon 2020” da “Europe’s Rail”. Nel consorzio del progetto hanno partecipato, oltre all’Empa, partner industriali e accademici provenienti da cinque paesi europei: Vibratec (Francia, coordinamento), Wölfel Engineering (Germania), l'”University of Southampton” (Inghilterra), KU Leuven e UNIFE, la “Union des Industries Ferroviaires Européennes” (entrambe dal Belgio). Oltre alla simulazione del rumore ferroviario, il progetto ha sviluppato anche modelli per le vibrazioni del sottosuolo causate dal traffico ferroviario.

Foto: © Empa / Didascalia dell’immagine: Vivere il passaggio di un treno merci in modo ludico: il monitor mostra ciò che l’utente vede in realtà virtuale in tre dimensioni – con il rumore ferroviario realistico esattamente nella sua posizione.