Externt däckbuller på vägbeläggningar av typ enkel och dubbel ytbehandling. Bilaga : Däckbullermätningar på laboratorietrumma jämförda med teoretiska däckmönsterstudier

MmEDDETrANNDE

Nr 131 : 1978 - Statens väg- och trafikinstitut (VTI) : Fack : 58101 Linköping ISSN 0347-6049 National Road & Traffic Research Institute - Fack - S-58101 Linköping - Sweden

Externt däckbuller på vägbeläggningar av typ enkel och dubbel ytbehandling Bilaga: Däckbullermätningar på laboratorietrumma jämförda med teoretiska däckmönsterstudier

»lr 131 ° 1978 SSN 0347-6049

131

Statens väg- och trafikinstitut (Vl'l) - Fack - 58101 Linköping

National Road & Traffic Research Institute ' Fack 5-58101 Linköping - Sweden

Externt däckbuller på vägbeläggningar

av typ enkel och dubbel ytbehandling

Bilaga: Däckbullermätningar på Iaboratorietrumma

jämförda med teoretiska däckmönsterstudier

m c wc n 0 0\ b CJ M F4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING REFERAT ABSTRACT BAKGRUND MÅL

VÄGBELÄGGNINGAR, DÄCK OCH FORDON

- MÄTMETODIK

RESULTAT DISKUSSION

Jämförelser mellan Vägbeläggningarna

Genereringsmekanismer Motorbuller Resultatens allmängiltighet SLUTSATSER REFERENSER BILAGA Sid -III 11 11 12 12 l3 15 16

Externt däckbuller på vägbeläggningar av typ enkel och dubbel ytbehandling

Bilaga: Däckbullermätningar på laboratorietrumma jäm-förda med teoretiska däckmönsterstudiei

av Ulf Sandberg och Sven-Olof Lundkvist

Statens väg- och trafikinstitut Fack

581 01 LINKÖPING

REFERAT

De på svenska vägar hittills vanligen förekommande

as-faltbetongbeläggningarna - vilka normait har en

förhål-landevis tät och slät yta - underhålls numera i allt större utsträckning med s k ytbehandlingar, som normalt

får en betydligt skrovligare yta och därmed av trafikan-terna upplevs som mindre komfortabla än asfaltbetongbe-' läggningarna. Den enkla ytbehandlingen, som är vanligast, har endast ett på underlaget påklistraE lager med grov-kornig sten. I den dubbla ytbehandlingen har påförts ett andra lager med finkornigare sten för utfyllnad mellan de grövre kornen, varigenom ytbehandlingen blir

mindre skrovlig.

I avsikt att undersöka Vägbeläggningens inverkan på det externt emitterade däckbullret från ett fordon har

mätningar gjorts vid körning med en personbil på sex

olika vägbeläggningar.

Resultaten visar att vid de förutsättningar som gällde för mätningarna är däckbullret l - 4 dB(A) - motsva-rande 6 - 8 dB(B) - starkare på en nylagd enkel ytbe-handling jämfört med tre täta asfaltbetongbeläggningar av olika ålder och typ. "Tystast" av de täta

vägbelägg-ningarna var en nylagd finkornig maskinjustering. Den

fördelaktigaste av samtliga var dock en öppen

asfalt-emulsionsbeläggning vars värden ligger ca'7 dB(A) under

II

En dubbel ytbehandling som provades var något "tystare" än den enkla. Detta antas bero på att ytan är mindre skrovlig på grund av finare stenmaterial.

Däckbullret från provfordonet var vid 90 km/h starkare

än övrigt buller (i första hand motOrbuller) även på

den extremt "tysta" beläggningen. För att dämpa det

totala fordonsbullret måste därför främst däckbullret dämpas.

Stöd har erhållits för hypotesen att minst två

meka-nismer medverkar nämnvärt vid däckbulleralstringen, nämligen för låga frekvenser vertikal

vibrationsexcite-ring från vägbanetexturen samt för höga frekvenser luftpumpning mellandäck och tätande Vägytor.

I en bilaga redovisas jämförelser mellan däckbuller-mätningar utförda på vägbanorna och motsvarande mät-ningar med däcket rullande mot en ståltrumma. Vidare jämförs de av däckmönstret teoretiskt alstrade

buller-komponenterna med vad som erhölls vid mätningar.

Mätningarna visar att val av Vägbeläggningar i många

trafiksituationer på ett påtagligt sätt kan påverka

det totala trafikbullret.

III

External tire noise on road pavements of type single

and double surface dressing'

Appendix: Tire noise measurements on laboratory drum compared to theoretical tire tread studies

by Ulf Sandberg and Sven-Olof Lundkvist _

National Swedish Road and Traffic Research Institute

Fack

S-581 01 LINKÖPING Sweden ABSTRACT

ASPhalt Concrete pavements have so far been the mostii;»ww'

common pavements on Swedish roads. HoJEver, these pavements having a relatively smooth and dense surface -are to a steadily increasing extent replaced by surface

dressings that normally have a much rougher surface and thus are considered by road users to be less comfortable. The single surface dressing - being most common - have

one layer with relatively large chippiägs whilst the

double surface dressing have two layers with stones of

varying sizes.

With the purpose to investigate the influence of road

surfaces on externally emitted tire noise, measurements

with a passenger car driving on six different pavements have been made.

The results show that for the given conditions -tire noise is 1 - 4 dB(A) stronger (corresponding to 6 - 8 dB(B) on a new single surface dressing compared to some dense asphalt concrete pavements of different age and type. The most "silent" of the tested dense pavements was a relatively new asphalt concrete pave-ment with 8 mm stone size. Most beneficial of all was

an open-graded emulsified asphalt pavement with a noise level 7 dB(A) lower than the single surface dressing.

IV

The tested double surface dreSsing was somewhat less

"noisy" than the single surface dressing. This is .believed to be due to a less rough surface, resulting

from smaller stones.

Tire noise from the tested vehicle at 90 km/h was

stronger than any other vehicle noise (mainly engine' noise) even on the extremely "silent" rOad. Thus, in order to have less total vehicle noise, it is most

important to reduce tire noise emission.

.The hypothesis that at least two mechanisms are §

substantially involved in the noise generation, namely

at low frequencies vertical vibration excitation from the road texture, and at high frequencies air pumping

between tire and tighting road surfaces,vnussupported._ In an appendix, comparisons between tgge noise measure-ments made on the roads and-corresponding measuremeasure-ments when the tire is rolling on a steel drum, are presented.

Also, the theoretically generated tire tread noise

components are compared with the results from

measure-ments.

The measurements show indirectly that the choice of road pavement in many traffic conditions can influence

the total traffic noise to a considerable degree.

BAKGRUND

Det är sedan länge känt att bildäcken utgör en domine-rande bullerkälla hos fordon som kör med konstanta höga hastigheter. För moderna personbilar gäller detta för hastigheter ner till åtminstone 50 km/h. Detta betyder att för fritt flytande trafik är det nödvändigt att dämpa däckbullret för att en dämpning av trafikbullret

skall kunna ske.

Det arbete som världen över har ägnatsgåt att undersöka däckbullrets orsaker har påvisat att vägbeläggningarnas egenskaper i hög grad påverkar bulleralstringen hos däcken. Vägbeläggningens inverkan kan ;ägas vara av samma storleksordning som däckmönstrets. Strängt taget borde man därför inte tala om däckbullér utan om däck-vägbanebuller.

På grund av vägbeläggningens inverkan på bulleralst-ringen är det angeläget att undersöka huruvida de

väg-beläggningar som nu används har olika kvalitéer i

detta avseende samt om eventuella andra vägbeläggningar

finns, som skulle kunna förändra

trafikbullersituatio-nen i framtiden. Föreliggande undersökning har utförts

med bl a denna avsikt. 3

MÅL

Undersökningens mål har varit att ge ökad kunskap om några vägbeläggningars inverkan på det externt emitte-rade bullret från personbilsdäck. Särskilt intressant var bulleregenskaperna för ett par nylagda typer av s k ytbehandling vilka subjektivt ger kraftigt ökade bullerstörningar för trafikanterna.

Dock skall det påpekas att denna redovisning inte tar

upp frågan om det interna fordonsbullretlä inte heller gör anspråk på att ge en komplett bild av det externa

bullret där t ex inte inverkan av olika hastigheter,

däcktyper, beläggningarnas förslitningsgrad m m har kunnat undersökas. Dock har undersökningsparametrarna valts så att en representativ bild av det faktiska

för-2)

hållandet har eftersträvats

VÄGBELÄGGNINGAR, DÄCK OCH FORDON

Provfordon

Volvo 245 L (kombimodell), 1978 års modell.

Provdäck

Firestone Sl Cavallino, dimension 185 R 14 (stålradial, sommarmönster). Körda 400 - 1200 mil. Ringtryck: 170

kPa fram, 190 kPa bak. Last per hjul: 3,4 kN fram,

3,9 kN bak. Däcken är av samma typ som använts inom

STU-projektet "Karakterisering av vägbanors egenskaper m a p däckbullergenerering", ref /2/.

Provade vägbeläggningar

Yl 12-20 Enkel ytbehandling, stenstorlek 12 - 20

mm, lagd 1978 (4 mån vid mättillfället).

Riksväg 34, Skeda Udde.

l) Beträffande detta, se ref /1/.

2) Med undantag för ytbehandlingarnas förslitningsgrad. VTI MEDDELANDE 131

Y2 10-14; 4-6 Dubbel ytbehandling av franskt recept.

Stenstorlek 10-14 mm 1:a lager, 4-6 mm

2:a lager. Lagd 1978. Europaväg 4,

Norsholm.

MAB8T(J) ASfaltbetongbeläggning (maskinjustering) med upp till 8 mm sten. Lagd 1978 (5 mån

vid mättillfället). Riksväg 34, Brokind,

60MAB12T Asfaltbetongbeläggning med upp till 12

mm sten. Lagd 1974, intensivt trafikerad. F d europaväg 4, Norsholm-Linghem.

60MA1312Ts

Asfaltbetongbeläggning med upp till 12

mm sten. Lagd 1974. Riksväg 12,

Smeds-torp. (Index S används endast för att

skilja från ovanstående väg.)

AEBlZÖ Öppen asfaltemulsionsbetong med upp till

12 mm sten. Lagd 1976. Riksväg 12, Smedstorp.

MÄTMETODIK

Bullermätningarna tillgick så att provfordonet fick

rulla fritt med avslagen motor förbi mätpunkten. Det från fordonet emitterade bullret uppmättes på 7,5 m avstånd från mitten på den körbana där det framfördes, enligt de fordringar som har angivits i ett tidigare projekt;1aaf/3/. En mätserie gjordes även med motorn påslagen för att erhålla ett värde på det totala

externa bullret. Med hjälp av skillnaden mellan detta och däckbullret kunde motorbullret beräknas. Fordonets hastighet var vid samtliga försök 90 km/h och

belägg-ningen torr. Någon hastighetsmätutrustning användes inte, men fordonet kan anses ha passerat mätpunkten

med en hastighet som avviker högst 12 km/h från medel-hastigheten av körningarna.

Samtliga mätplatser uppfyller villkoren om plan, hård yta inom mätområdet samt akustisk reflektionsfrihet inom 50 m från mätmikrofonen. Vindhastigheten översteg inte 2 m/s,'Störningar från annan trafik var försum-bara i alla fall utom vad gäller vägbeläggning Y2; där

förbipasserande fordon kan ha medfört att mätvärdet

på denna har blivit några tiondels dB för högt.

Mätutrustningen bestod av Brüel & Kjaer mikrofon 4163

med vindskydd,ansluten via skarvkabel till

ljudnivå-mätare B&K 2209 för avläsning av momentanvärdena.

Ljud-nivåmätaren anSlöts i sin tur till bandspelare Nagra

IV SJ för senare analys av mätresultaten.

För laboratorieanalysen användes B&K frekvenSanalysator 2131 med nivåskrivare B&K 2307. Med frekvensanalysa-torn uppmättes den maximala ljudnivå som emitterades från fordonet vid passagerna. Vid den tidpunkt då

maximalnivån inträffade avlästes även tersbandspektrum

av bullret, vilket också registrerades på nivåskrivaren.

RESULTAT

Den maximala ljudnivån vid varje fordonspassage har uppmätts på frekvensanalysator B&K 2131 med exponen-tiell medelvärdesbildning under 0,25 5 vid den

tid-punkt då den högsta ljudnivån erhållits; Den maximala

ljudnivån som noterats för de fyra olika beläggningarna, Lmax, är medelvärdet av 5 - 6 olika körningar med

prov-fordonet. Ljudnivåerna anges i dB(A) och dB(B).

Intres-set för denSenare motiveras av att den B-Viktade kur-van inte dämpar låga frekvenser i samma grad som den A-viktade. Då byggnadsfasader dämpar höga frekvenser

bättre än låga är det just de låga frakvenserna som är intressanta vid studier av t ex hur buller från en väg

påverkar ljudnivån inomhus.

Den statistiska osäkerheten är sådan att både de A-och B-vägda ljudnivåerna med 95% konfidens är korrekta

inom i 0,6 dB.

Det systematiska felet, inkluderande

kalibreringsavvi-kelser, hastighetsavvikalibreringsavvi-kelser, avläsningsnoggrannhet m m uppskattas till i 0;3 dB. Det kan då visas att den minsta signifikanta skillnaden för 5% risknivå är 1,2 dB för dessa mätningar inkluderande både.slumpmässiga

och systematiska fel.

Det momentana maximalvärdet som avlästes på ljudnivå-mätaren var O,l-O,4 dB högre än analysen på frekvens-analysatorn gav till resultat. Standardavvikelsen var

av samma storleksordning i båda fallen) Detta betyder

att manuell direktavläsning inte gav större slump-mässiga fel, men däremot en viss systematisk avvikelse

Tabell 1 _{Däck- och motorbuller från en Volvo 245 vid}

hastigheten 90 km/h

Tire and engine noise from a Volvo 245 at

90 km/h

. _L

BELÄGGNING

max

P A V E M E N T dB(A) dB(B) MAB8T(J) - asfaltbetongbelaggning (ny) 75,0 76,2

- asphalt concrete (new)

6OMAB12T - asfaltbetongbeläggning (äldre) 77,3 78,1 - asphalt concrete (worn)

Y2,12-l4; - dubbel ytbehandling 78,1 80,9 .4-6 - double surface dressing

Yl,12-20 - enkel ytbehandling I 79,2 84,2 - single surface dressing ;Å

AEBlZÖ - öppen asfaltemulsionsbetongb. á:)

- open graded emulsified 72, -asphalt pavement

6OMAB12T - asfaltbetongbeläggning (äldre) 78 f:) _

- asphalt concrete (worn)

motorbuller 7l,á:> 73,á:>-engine noise - Å_ '

® Manuell di rektavläsning

Only direct in-situ measurements

(:)_Beräknat ur totala bullret när

provfor-donet passerade mätpunkten med motorn på

Calculated from the total noise when the test vehicle passed the measuring point

with the engine on

80 4

78 a

74-4

72 *

Diagram l Externt däckbuller från en Volvo 245 vid

hastigheten 90 km/h för olika vägbeläggningar.

vänstra gruppen mätresultat avser de_A-viktade och den högra gruppen de B-Viktade maximala ljudnivåerna. De

Den

streckade staplarna anger beräknade motorbullret hos, provfordonet.

External tire noise from a Volvo 245 at 90 km/h on

different road pavements. The left group stands for the A-weighted and the right One for the B-weighted The dashed bars indicate the

maximum sound levels.

calculated engine noise from the test vehicle.

-. . . -. . 4 . -. . . . _ V-.. . 4-.. ; . N _ m . _ . _ . ._ 70 u:

é

m

A 5-4 0. 0 E ?'3 N <1' N N *« H 1* I :0 H

å;

1 C>

21

:i

m

m ä '-1 s CG ä ä 0 N .-1 La o ko >4 >4 :<2 xo VTI MEDDELANDE l 3 l M A B 8 T ( J ) 6 0 M A B 1 2 T

gy2

,1

0-14

;4

-6

Y l , 1 2 -2 0

_ IDiagram 2 _{Tersbandsspektrum för däckbullret på} be-.åiÅLÃ i _{?läggning MAB8T(J). De tersbandsanalyser som redovisas i}

.ñâ

7

_{:i diagram 2-6 har samtliga utförts med potentiometerág}

:Edjwmehjmmniområdet 50 dB, skrivhastigheten 315.mm/S OCh PaPPerS*:i

_{å :Elzliii:hastigheten 3 mm/s. De omspänner alltså området}

'

W

i 40-90 dB (linjärt) . '

igg**-rir_ _ 1 _ :

g U &:::Tl/3 octave band spectrum for the tire noise on .21

tr-t" r+- pavement MABBT(J). - s

. "w "ht T_- i

.la - »v _mha-»nxz-»vm-vmmrls-mmm-:M » v r.. -.1 .u :. ..r :_A

a , ,

p- __...1 i ,i -.._ _.,ww

, I . V .

_ I ._ __.é _,,___-E - ._4..__ L___T,_A

10 20 H2 50 100 200 500 1000 2000 - 5000 .10000

Mültiply Frequency Scale by; * 'Zero Level; 40 dB v _ V V _

. ...t-...our

År-4 ' I" '75 'L' I .§.,.-,.;§r._§.-_r årinämil t,...i1.__!___-._13:w___!7 i! -I ' I - l - - -

-i1_%_wme-Diagram 3

Tersbandsspektrum för däckbullret på belägg-g

:massa "M W_ning 6OMAB12T.

-_7.._._ ...____,2 ,-,r______

L;;j::y::l/3 octave spectrum for the tire noise on pavement '

40 {Mwwm_4wm_6OMABlZT.

_{bg_ ____-_ _;' ____ i?}

_;rw<gei

" " " ":'*^TTI':.; "'- 7- » V . 'm ' _

. I n.'\_< ' 0- i SL ' v s _r_ å.,..., i ,, .ip -i _- 7..._-i-i._4:__

m 20 +ü a) ta) 3» an 1a» 2an an) 1an3 2a

Multiply Frequency Scale by. i Zero Level: 40 dB * (1612/2113

VTI MEDDELANDE 131

'JET

_{: - M}

_T

i

'wan ;s " r r """r;:!;;_:1:. :5:13ng"Tur" r°"! TT1 *T-TTI_I_I'T r * I I' i

iâüt::54 ' 4 " ' ' * T Ti§ ED_ ' § 15 :å- #4' g 4 i ' T* 4 V u ütäujmm ;Diagram 4 Tersbandsspektrum för däckbullret på belägg-'* _

*'°Åm::::ning Y2,lO-l4;4-6.

i

-Y _ < 0 _ 9 .

weil/B octave band spectrum for the-tire noise en pavement ;f4 LY2,1O-l4;4-6. *M ;M - JH M*-4 /\mar;1 ,s ;um WU . é. - - _ _ _ _. 5 ' Q _ ÄV: __- i h i" R' Ä _ _ § i i _ _. L . _ _l-_,_,___ . .0- __ _W_ J , 2 , M L.2,7, ...N -0 *A1 _ _ V .4:1" .i_. __ -._,-E.._mig_ _ 0 .,_ _ - __ ._ _-_ W_ _._T.,._ .4 _W - ,. _ H ' -. ., A . *.-v E 4 e. _ ._._\ -e 'MJ . _ _ _ _ " - ._. _.VI <- - _._.7... I ;vv - _,... _w __ _7_. 0 00 . 0. 0; - e _ 3, -__ Å- _ 5 .L E DE :V - i 1 * -V i : 7 ,Wwfim ' i i ^ ; A i j' , i _ i ' - r ' . L 4 10 20 +0 50 0" 0200 500 1000 2000 5000 10000 20< Multiply Frequerw 'Scaie br- * l _Z959__L§velr > 49 . dB A_r_ (161?12112

-,M a -__ - - 9 a-gera0gewawgwjuái_, .. 2 m: -ig - J l I 41 :WMI m; l;j 1r 7_7

i- 7.--; ' $ ' ' ' 1 T. 1 g I I 5 i 24 4

i' .7 .._--.__.-J

i. o

i i

;«mwwm«Diagram 5 Tersbandsspektrum för däckbullret pa belägg- :E:

'::":;ning Yl,12-20.. w

ánJMNQ47

1/3 octave band speCtrum for the tire noise on pavement ;3

?0 0'7 Yl,12-20. F_M_W__mñfm wn"g

; _ i i , . 7- - - i ::.=':.:; \: 'T":'"T'§'_T:::<:

' '. A _ \ V I .,__. 0.-.

,. _V_. M-,-0-..f_.! _...:___.ç.. . 00 v".17an ...arv-'amp 'om-...La

9 , . '\3*-3 p Q,V W 'rv-u. .JT m 1' mm; 'vw w *m* *WB* W E s.. - - V _{i i} i . e-n 4 i __ _ gr W __ g ;' -_-A i_ - i 7_ _ 4. . j '! ' __ vi, 4 i v EA__' : ' v_ 4 ' 0..,5';_. -_... -g_{_ _} v m. ...m - 4 ._. j i g., i i -_.. , 9 a 1. - e.. t .3, _ ,_ a ' . e_ ,__ "> å äx _ 2 __ _. _ i 4 _ t , _- i .4 _ ._0-_.v ._. __._._.._ _ .f __-e H _MLY_ - 3 - __ _ _ 4_ _ _ ._. ,_ pg. Jr i , n. .i , .1 e Mum» _ 7-0 _ .0.-- I ., ,0 ,,,,-_ ,__g__-,__,k_ 0,_ ,H iv__.vv_._0.e _ -7.0- g_ r O 1 ' - 2 L L I 4 > I L L 10 20 H2 50 100 200 500 1000 '2000 5000 10000 20( Muåtipiy Frequency Scale by_-_.,,- , _ 0, ,_Ml,_ _______r Zero Levei: 4 O dB i

lO

Diagram 6 Tersbandsspektrum för totalbullret, då

prov-fordonet har motorn på, vid beläggning MABBT(J). 90 km/h.

1/3 octave band spectrum for the total noise, when the

test vehicle has its engine running, on pavement MABBT(J).

Vehicle speed 90 km/h. ^ <

.ä F

_ 3

10 . 20 km 50 :05 250 ' 500 1 1000 2000 5000 10000" 20<

MultiplyrFreggençyéiSçaie .7 ,___r___ _el_i_ç-r__i______._ Zero Level: __.iw _ ._ adB . _ (1612/2112

ll

DISKUSSION

Jämförelser mellan vägbeläggningarna'

Enligt totalvärdena i tabell 1 ger_den enkla ytbehand-lingen l-4 dB(A) starkare däckbuller än de täta asfalt-betongbeläggningarna. Detta är en överraskande liten differens om man beaktar det subjektiva intryck som fås då man lyssnar på trafiken vid en övergång mellan två dylika beläggningstyper. A-vägningskurvan som_ ' använts för att vikta frekvensspektret skall ju mot-svara det subjektiva intrycket ganska väl. Viktning med B-kurvan (dB(B)-värden) som tar större hänsyn till

låga frekvenser (se föregående avsnitt) ger emellertid 'större differenser mellan ytbehandlingen och

asfalt-betongen, och frågan är-Om inte det B-viktade värdet

är mer representativt då störningar till bostäder skall

bedömas.

Ur frekvensspektret (diagram 3 och 5) kan ses att det är uteslutande i det lågfrekventa området som ytbehand-lingen är oförmånlig. Orsaken till detta är att söka i genereringsmekanismerna (se nedan). Sålunda tros ytbehandlingens lågfrekventa "bullrighet" bero på dess skrovligare yta resulterande i en ökad vertikal

vibrationsexcitering till däcket.

Det som ovan sagts om den enkla ytbehandlingen gäller

också för den dubbla, fast i mindre utpräglad grad. Y2-ans slätare yta ger något svagare lågfrekvent

buller (under 500 Hz). Mätt med B-vägning är skillnaden

1,5 dB(B) till Y2:s fördel jämfört med Yl.

Av resultaten kan utläsas att den nylagda

maskinjuste-ringen är mycket förmånlig ur bullersynpunkt. I

sär-klass bäst är emellertid den öppna

12

Genereringsmekanismer

Studium av frekvensspektra kombinerat med bedömning av vägbanetexturen ger stöd för de funderingar angående' genereringsmekanismerna som under senare tid förekommit inom de svenska däckbullerprojektenx. Frekvensområdet

kan därvid indelas i ett lägre; < 1 000 Hz Och ett

högre; > 1 000 Hz. Under 1 000 Hz finns ett klart

sam-band mellan vägytornas skrovlighet och bullernivå (större skrovlighet ger starkare buller) vilket tyder

på att här är det den vertikala vägtexturinducerade'

vibrationsexciteringen till däcket som alstrar bullret .(se ref /4, 5, 6/). Över 1 000 Hz tycks finnas ett

samband mellan vägytans "dränering" (dvs förmåga att

forsla undan den luft som innestängs mellan däck och

vägbana) och bullernivâ. Tätare beläggning medför

starkare buller. Detta tyder på att här förekommer vad som populärt brukar kallas "luftpumpning", dvs växelvis kompression och expansion av den mellan däck och väg-yta innestängda luften. En ur bullersynpunkt optimal beläggning skulle således ej vara helt Slät och tät utan uppvisa både god dränering och slät yta. Den

öppna asfaltemulsionsbeläggningen tycks ligga ganska

nära detta förmodade optimum. Se vidare diskussionen

i bilagan.

Motorbuller

Mätningarna har utförts för att isolerat studera däck-bullret. Emellertid är det från miljösynpunkt väsentligt att ta hänsyn till också övrigt buller från fordonet.

x Bl a är rapporter under utarbetande från IFM

Akustik-byrån AB som redovisar laboratoriemätningar i avsikt

att undersöka genereringsmekanismerna. Se även ref /2/.

13

Därför gjordes mätningar också med motorn påslagen, dvs med fordonet drivet på konventionellt sätt. De

värden som då erhölls skilde sig inte mycket.från

däck-bullermätningarna, Vilket innebär att motorbullret är

svagare än däckbullret. FrekvenSspektrum (diagram 6 I

och 2) visar att motOrbullret är betydelsefullt

rela-tivt däckbullret främst under 300 Hz; Ur mätvärdena

har motorbullret (här avses egentligen allt buller som

inte registreras vid däckbullermätningen) framräknats; Det visar sig att motorbullret vid detta körsätt och fordon är lägre än däckbullret även på den tystaste

kända vägbeläggningen. Detta illustrerar betydelseng

av att försöka dämpa däckbullret.

Resultatens allmängiltighet

I vilken utsträckning kan resultaten anses vara

allmän-giltiga? Mätningarna har av kostnadsskäl inskränkts

till att omfatta vissa typfall. Valet av fordon är oväsentligt för däckbullret men viktigt då jämförelser sker med motorbullret. Det antas att provfordonet i bulleravseende är ganska representativt för en person-bil av senare årsmodell. De valda däcken antas vara representativa för däck i originalskick.med

sommar-mönster. Mätningar har f ö visat att däCkfabrikatet

har liten betydelse för bullernivån (ref /7, 8/). Vad beträffar däckens förslitningsgrad kan endast sägas att

flertalet personbilsdäck uppvisar relativt små

buller-förändringar för måttliga förslitningsbuller-förändringar

(/7, 8/). Dock är resultaten inte representativa för

dubbdäck, däck med vintermönster, regummerade däck eller

lastbilsdäck, även om tendenser i vägbaneberoendet

fort-farande kan vara likartade för sådana däck.

Hastighetens betydelse för rangordning av olika väg-beläggningar är ganska liten. Detta visar t ex ref /2/.

Den här valda hastigheten 90 km/h torde således ge en

hygglig representativitet.

14

Det är ingen tvekan om att vägbeläggningarnas förslit*

ningstillstånd har stor betydelse för däckbullret. Därför äger denna undersökning giltighet endast för

de tillstånd respektive vägbeläggningar befann sig i

vid mättillfällena. Beträffande

asfaltbetongbelägg-ningarna torde förändringarna dock inte vara så stora

efter den inledande säsongen. De äldre

asfaltbelägg-ningar som har provats är därför ungefärligen

represen-tativa i detta fall.

Resultaten överensstämmer * i den mån de kan jämföras

-i stora drag med resultat från mer omfattande och

noggrannare mätningar gjorda i annat sammanhang, se ref /2/.

15

SLUTSATSER

För de förutsättningar som gällde vid mätningarna kan resultaten summeras enligt nedan (se även slutsatser i bilagan, sid 3-4):

0 Däckbullret på en nylagd enkel ytbehandling är 1-4 dB(A) - motsvarande 6-8 dB(B)- starkare än på de

tre täta asfaltbetongbeläggningar som provats.

0 En nylagd dubbel ytbehandling är något "tystare" än

en enkel sådan.

0 En ny maskinjustering typ.MAB8T är 2-3 dB(A) tystare än de mer förslitna konventionella

asfaltbetong-' beläggningar som testats.

o Ur bullersynpunkt klart bäst är en öppen asfalt-emulsionsbeläggning, AEBlZÖ.

0 För alla provade vägbeläggningar var däckbullret

starkare än motorbullret vid 90 km/h konstant hastighet.

o Manuell direktavläsning av ljudnivåmätare vid prov-fordonets förbipassage gav ett totalvärde helt

jäm-förbart med laboratorieanalys av bandinspelningar med sofistikerade instrument.

0 Data har erhållits som stöder hypotesen att minst

två olika mekanismer medverkar nämnvärt till däck-bulleralstringen, nämligen för låga frekvenser ' vertikal vibrationsexcitering från vägbanetexturen samt för höga frekvenser luftpumpning mellan däck

och tätande vägytor.

o Vägbeläggningstypen spelar mycket stor roll för

däckbullrets styrka och därmed också för det totala

trafikbullret vid fritt flytande trafik.

16 REFERENSER

/l/

/2/

//3/

/4/

/5/

/6/

/7/

/8/

VTI

SANDBERG, U; LUNDKVIST, s-o. Vägbeläggningstypens

inverkan på buller och infraljud 1 fordon. VTl

Meddelande,

(1979).

statens väg- och trafikinstitut,

Linköping (Under arbete).

Forskningsprojekt "Karakterisering av vägbanors egenskaper med avseende på däckbullergenerering".

Finansierat av STU. Statens väg- och

trafikinsti-tut/IFM Akustikbyrån AB.

GADEFELT, G; BENNERHULT, 0. Förslag till metod

för mätning av externt däckbuller från motorfordon. IFM Akustikbyrån TM 3.708.05 (tillhör STU-rapport

74-4746 a+b), Stockholm (1976),

'

SANDBERG, U. Vägbanekarakterisering med avseende

på däckbuller. VTI rapport nr 92, statens väg-och trafikinstitut, Linköping (l976).

SANDBERG, U. Däckbuller genererat av vägbanans

skrovligheter - Däckens filteregenskaper. Intern

PM, statens väg- och trafikinstitut, Linköping (1976). NILSSON, N-Ä. On Generating Mechanisms for

External Tire Noise. SAE paper 762026, SAE Highway

Tire Noise Symposium, Soc of Automotive Engineers

(1976).

'

ULLRICH, S. Geräuschmessungen von PKW-Reifen an

Innentrommelprüfstand der Bundesanstalt für

StrassenweSen. Zwischenbericht zum

Forschungs-auftrag Nr 3.093 B 78 M. Bundesanstalt für Strassenwesen, Köln (l978).

VERES, R E. A Tire Noise Investigation and Test

Method. SAE paper 760152, Soc of Automotive Engineers

(1976).

BILAGA

Sid 1

KOMPLETTERANDE DISKUSSION BETRÄFFANDE VISSA GENERERINGSMEKANISMER

Ur frekvensspektra, diagram 2-5, kan utläsas att en utpräglad tOpp finns i tersbandet 250-Hz på de båda

släta vägbeläggningarna; framförallt på 60MAB12T.

Smalbandsanalysx av däckbullret utfördes och visade att frekvenskomponenten ligger vid 248-252 Hz. På grund av s k dopplerförskjutning av uppmätta frekvenser då ett fordon passerar mikrofonen blir smalbandsanalyser vid sådan typ av mätning vansklig, varför Vidareslut-_ satser av smalbandsanalyserna i detta fall inte kan

göras.

För att närmare undersöka ursprunget till den märkliga frekvenskomponenten, gjOrdes mätningar av däckbullret från ett av provdäcken vid rullning mot en slät

stål-trumma (diameter 1,7 m). Mätningarna utfördes i tre

olika punkter runt däckets kontaktyta (ca 0,2 m från denna). Hastigheterna var 50, 70, 90 och 110 km/h. Som exempel visas resultatet vid 90 km/h i fig Al

(tersbandsanalys) samt i fig A2 (smalbandsanalys). Jämförelse mellan tersbanden i diagram 2-5 och fig Al visar att trummätningen mest liknar mätningen på den släta och täta vägbeläggningen typ 60MABl2T. Smalbands-' spektret i fig A2 visar att en tydlig topp finns vid 2 296 Hz. I övrigt förekommer ett frekvensspektrum med diskreta frekvenskomponenter vilka i huvudsak ligger åtskilda 52 Hz. Dessa senare är direkt proportionella mot hastigheten. Frekvenskomponenten vid 296 Hz är däremot helt oberoende av hastigheten.Detta gäller i övrigt endast en frekvenskomponent vid 600 Hz,

x Utförd på tidkompressionsanalysator Federal Scientific UA-500 (bandbredd ca 4 Hz)

BILAGA Sid 2

En fourieranalys av däckmönstrets longitudinella

profil utfördes på dator. Se fig A3. Därvid uppmättes mönstret manuellt med linjal. Resultatet av analysen visas i fig A4. Härav ses att de frekvenSkomponenter som är mönsterbetingade ligger i frekvensområdet över

600 Hz med tonvikten inom dels ca 700-l 100 Hz, dels

ca 1 300-2 000 Hz. En periodicitet på 50 H2 1 aVStåndet

mellan frekvenskomponenterna är tydlig. Det visar sig

att denna överensstämmer med periodiciteten hos

däck-mönstret. Däckmönstret är visserligen randomiserat, se fig A3, men samma mönstersekvens återkommer 4 gånger

per hjulvarv, vilket vid 90 km/h blir 50,8 Hz. Om

mönsterfrekvenserna multipliceras med 1,06 blir överens-stämmelsen med bullerspektret i fig A2 hygglig. Obser-vera dock att en manuell uppmätning av däckmönstret

blir ganska onoggrann vilket ger upphov till en

osäker-het beträffande de enskilda frekvensernas relativa amplitud. För att undersöka om den låga frekVenskompo-nenten (296 Hz på trumma och 250 Hz på vägbanax) möj-ligen kan härröra från en resonans i däckstommen eller fälgen, gjordes en mätning av bullret i närfältet bl a bakom däckets kontaktyta vid excitering vid hammarslag

mot främre däckytan. Därvid var däcket monterat på

stillastående provfordon.

Som syns i fig A5 finns en dominerande topp vid 226 Hz.

Det förefaller troligt att denna beror på en stomreso-nans. Huruvida denna resonans dynamiskt (dvs vid rull-ning) kan förskjutas upp till 250-290 Hz är f n osäkert.

x Att den är lägre vid vägmätningar kan bero på en kombination av dopplereffekt och för låg

fordons-hastighet

BILAGA Sidi3

Av det föregående kan följande slutsatser dras:

0 Den utpräglade toppen i_frekvensspektret vid låga' frekvenser (296 Hz på trumma, 250 Hz på vägbana)

kan inte härröra från regelbundenheter i däckmönstret. Inte heller kan den vara alstrad av fordonet, Den

tycks mer utpräglad ju bättre vägytan tätar mot

däcket och vara oberoende av hastigheten. Möjligaå

alstringsmekanismer kan vara:'

Stomresonans i däcket.

Hittills okänt aerodynamiskt fenomen såsom hålrums- eller pipresonans i skårorna..

3. Tangentiellt eller vertikalt exciterade egen-resonanser i mönsterblocken. "

De båda senare mekanismerna borde dock inte ge en

så låg resonansfrekvens.

o Mätningarna på slät ståltrumma gav ett frekvens-spektrum (tersband) som något liknar motsvarande uppmätt på den täta och släta vägbeläggningen' 60MAB12T. Mellan trumma och övriga beläggningar kan inga uppenbara likheter ses.

0 En i vissa fall påfallande likhet mellan

däckmönster-profilens och bullrets (på trumma) frekvensspektrum finns. Detta betyder att åtminstone vid trummätning (möjligen även på vägbeläggning 60MAB12T) är huvud-delen av bullret mönstergenererat. Det mönster-genererade bullret kan tänkas uppstå både - eller

antingen - via vibrationer från blockens islag

mot vägytan eller "luftpumpning" i mönsterkaviteterna.

0 Vid frekvenser under 1 000 Hz förekommer frekvens-Spektra för däckbullret på skrovliga vägytor som inte i något avseende liknar mönstergenererat buller.

BILAGA Sid 4

0 _{Så när som på frekvenskomponenterna 296 Hz och}

600 Hz finns inga antydningar till att Väsentligt

icke-mönsterbetingat däckbuller förekommer vid

rullning mot den släta trumman. Detta talar t ex mot att s k.tangentiell vibrationsexcitering I

("glidningsljud") förekommer i nämnvärd utsträckê.v

ning;

V T I M E D D E L A N D E 1 3 1 Fig Al . . . a v N 3 . ' A . I . I -. - K-Id -l dv_ . -h m . _ < ' "5 Lowe* i lm_ l 2. .5. 5 ? 'UI ' O\ 101 Nu. Ewe): .mmg' ' M.. 1?! i 'få , i

l '

- *'

5' i ' A. i. § i i i! E : '7 i g. 1 i. i. *i i?_. z.2 g (5 ;g .2 1. m? 4 i; 5" g Q 9"? i lä "i 55 H' & 'i å! "få I Z. . 'i I i å .. .www ;-_{. i} *-I Vindbuller s nindimåse -' m m -n a n o v.. lv _ n u_ M ' r m -n t u ' i

E

i

§

§

I

2

i H . . . m -. e m -W M a r -. y .. .v . um . . . U m -0 . » " . M -A -u vu-n _vv-00 0. nu. .. vr w4 l _7 wi .' v. f »m m -' W n n -m '_' A i . i ' ' I. \ Tersbandsanalys av däckbuller

Medelvärde av 3 mätpositioner alstrat vid rullning motrunt däckets kontaktyta.

Third octave band analysis of

steel drum (1,7 m diameter).

tire-drum interface. Speed is 90 km/h. Average

HI 3- 1V51çptjihå MHN :0 p: p.: "A/\ W: ,7. .<.. M -E D U .4 I _ .._ 19 .* -D i' B I L A G A S i d 5 a §o r ( M an na n -. . i . 4 . 8h: -.' H. . "1/3: En) 1.! C ,11: slät ståltrumma; Hastighet 90 km/h.

tire noise generated when tire is rolling on a smooth

VT

I

ME

DD

EL

AN

DE

13

1

90 km/h / 9 2 0 I9 cy n n . / 6 6 0 /S fl /f bv. / 7 5 2 / 3 9 8 /0 36 98 V 93 2 82 3

?av

29 5 A m p l i t ud 6₈ 0

5 0 0 91 2

Wu

AL

_{Ae_}

_1A,

_/\

_ft

_{. A}

_A

0

200

400

600

800

₁₂₀₀

₁₄₀₀

₁₆₀₀

₁₈₀₀

₂₀₀₀

Frekvens/frequency (Hz) BI_L A G A S i d 6

110 km/h9

/8 32 l ? 6 8 " ap 0. 'C IG /8₉₂ YO /Z d' b 03 6 ?v3 ₁₃ 27 / 2 6 0 ID FZ nu: A m p l i t ud gm 99 2 ZN L ?H

A

₃

_lt

_/L

_JL

_i

Figur A2 _{Som i fig Al, men smalbandsanalys. Två hastigheter, 90 resp 110 km/h. Lineär amplitudskala.}

inre delen av mönstret / inner part of tire tread:

mönstret vid skuldran / tire tread on the shoulder:

WW!!an

Figur A3

100

1 r 1

200 300 400 500Hm1

Provdäckets utseende (överst) samt dess longitudi-dinella mönsterprofiler (undre kurvorna). Den visade sekvensen utgör en hel period och är lika med 1/4 av däckets omkrets. (De båda kurvorna är ej justerade fasriktigt).

The test tire (above) and its longitudinal tread profiles (the curves below). The shown sequence

constitutes one period and equals 1/4 of the tire

circumference. (The curves are not shown on the correct phase relative to each other).

Analys av däckmönstret vid slitbanans skuldror

_ _{- Analysis of tire tread at the}

Amplltud

_{shoulder of the tread}

788

Analys av däckmönstret i slitbanans mitt

Analysis of tire tread in the middle of the tread

VT

I

ME

DD

EL

AN

DE

13

1

888

B I L A G A S i d 8 703 _ 1576

68

_

1619

.

'1961

839 _{1626 1812} Frekvens (Hz)

0

200

400

6 0

800

1000

1200

1400

' 1600

1800

2000

Figur A.4 _{Resultat av fourieranalys av däckmönster för provdäcket. Däckets periferihastighet}

- 90 km/h (25 m/s). Rullningsomkrets==l,97 m..

Result from Fourier analysis of tireltread.for the tested t

V T I M E D D E L A N D E 1 3 1 h a '9 8 Figur A.5 2 1 6

va

r

JLi_

IL_

L'

JL

JL'J

800

₁₀₀₀

Frekvens/frequency (Hz)

600

Frekvensspektrum för ljudet alldeles bakom däckets kontaktyta vid excitering med

hammarslag mot däckets framsida. Stillastående fordOn. Analys gjord på

utsvängnings-förloppet under tiden 0,5-1 s (cza) efter slagen. Medelvärde av 5 slag. ₄

Frequency Spectrum for Sound just behind the tire-road interface When excited by

hammer impact on the front of the tire tread. The test vehicle is stationary. Analysis

B I L A G A S i d ^ 9