Skąd pochodzi komunikacyjny hałas?

W ostatnich latach hałas staje się coraz mocniej dostrzeganym problemem. Według instytucji europejskich, hałas, obok smogu, jest najpoważniejszym zagrożeniem cywilizacyjnym dla obywateli Unii Europejskiej. Europejska Agencja Środowiska (European Environment Agency, EEA, 2017) zauważa, że obywatele 33 krajów w Europie najczęściej są narażeni na hałas drogowy, kolejowy oraz lotniczy. Wszystkie te źródła razem często nazywa się łącznie hałasem komunikacyjnym.

Hałas drogowy

Hałas drogowy jest najpowszechniejszym typem hałasu, który dotyka mieszkańców UE. Zgodnie z rys. 1, ok. 75 mln obywateli jest narażonych na ten typ hałasu, który osiąga wartości w decybelach mogące wywoływać już pierwsze negatywne efekty (m.in. rozdrażnienie i stres), tj. 55 dBA. Podobnie jak większość źródeł, również te można rozbić na dwa obszary działania: obszary miejskie i obszary pozamiejskie.
Na obszarach miejskich hałas drogowy jest związany z siecią ulic, zwłaszcza głównych. Poza miastami, hałas drogowy jest obecny przede wszystkim wzdłuż najważniejszych dróg (w Polsce są to autostrady i drogi ekspresowe oraz drogi krajowe, niektóre wojewódzkie).

Natura powstawania hałasu wywoływanego przez samochody jest złożona. Można wyróżnić kilka źródeł i mechanizmów, które są za niego odpowiedzialne: silnik, tzw. hałas toczenia (powstający w wyniku styku opon z podłożem) oraz hałas aerodynamiczny (wynikający z turbulentnych przepływów powietrza wokół karoserii samochodu). W przypadku pojazdów ciężkich, dochodzą czasem jeszcze wibracje niektórych elementów (np. chwilowe, impulsowe drgania naczepy/kontenerów na przyczepie wywołane jazdą po nierównościach).

Hałas silnika w ogólnym hałasie drogowym ma znaczenie tylko przy niskich prędkościach. Przy prędkościach wyższych, tych najczęściej obserwowanych, najważniejszy w generacji hałasu jest hałas toczenia – podczas gdy dla prędkości bardzo wysokich dochodzi jeszcze wpływ hałasu aerodynamicznego.
Ponieważ oba mechanizmy – i hałas toczenia i aerodynamiczny – zależą od prędkości, prowadzi to do wniosku, że im szybciej samochód się przemieszcza, tym również wyższe poziomy hałasu będzie generował.

W analizach dotyczących ruchu wyróżnia się najczęściej dwie kategorie pojazdów: pojazdy lekkie (samochody osobowe i małe samochody dostawcze) oraz pojazdy ciężkie (duże pojazdy dostawcze, ciężarówki, autobusy itd.). Znaczna różnica w masie pomiędzy nimi powoduje, że zarówno parametry akustyczne poszczególnych kategorii, jak i ich postrzeganie przez ludzi są różne. Osobną kwestią są też jednoślady – przede wszystkim motocykle i skutery. Ich mniejsze silniki (zwłaszcza w przypadku skuterów) generują inne dźwięki, co również powoduje, że są łatwo rozróżnialne od innych drogowych źródeł hałasu.

W ostatnich latach na popularności zyskują również pojazdy elektryczne. Ich silniki, nieoparte na procesie spalania paliwa, są znacznie cichsze od konwencjonalnych. Jak jednak pokazują pierwsze badania, nie wpływa to znacząco na ograniczenie hałasu generowanego przez samochody – zysk jest niewielki, rzędu 2 dB, i to tylko dla niższych prędkości, dla których hałas silnika jest jeszcze istotnym czynnikiem „dokładającym się” do ogólnego poziom dźwięku (Campello-Vicente, Peral-Orts, Campillo-Davo, & Velasco-Sanchez, 2017). Przy wyższych prędkościach, podobnie jak w autach „tradycyjnych”, najważniejszy staje się hałas toczenia, który przecież nie jest zależny od typu napędu zastosowanego w pojeździe.

Z drugiej strony badania przeprowadzane przez firmę Yanosik w roku 2017 pokazują, że w większości centrów polskich miast średnia prędkość pojazdów nie przekracza 30 km/h. W takiej sytuacji auta wolno się poruszające bądź też stojące w korku emitują hałas głównie w wyniku działania silnika; do tego dochodzi również emisja spalin. Z tego punktu widzenia auta elektryczne mają nad autami konwencjonalnymi oczywistą przewagę: nie emitują spalin, a ich silniki są praktycznie niesłyszalne.

W warunkach miejskich, wpływ na poziom hałasu drogowego ma też geometria ulicy. Najgorszym przypadkiem są tzw. miejskie kaniony, to jest ulice o gęstej zabudowie z obu stron, których przekrój przypomina literę „U”. Elewacje budynków z twardych materiałów i asfalt jezdni mają wysoki współczynnik odbicia dźwięku. W efekcie, dźwięk generowany przez auta wielokrotnie odbija się od budynków i drogi – prowadząc do wzrostu natężenia dźwięku, co jednak nie zawsze przekłada się na większą postrzeganą przez mieszkańców dokuczliwość (Camusso & Pronello, 2016).

Hałas szynowy

Drugim w kolejności najbardziej dokuczliwym hałasem dla obywateli Unii Europejskiej jest hałas szynowy. Podobnie jak w przypadku hałasu drogowego, również ten można podzielić ze względu na miejsce występowania i rodzaj.

W przypadku miast, zwłaszcza polskich, hałas szynowy jest najczęściej reprezentowany nie przez kolej, a przez tramwaje. Istnieje wiele badań dotyczących hałasu kolejowego w wielkich aglomeracjach miejskich, jak np. Hongkong (Lam, Chan, Chan, Au, & Hui, 2009), jednak w takich miejscach funkcjonuje silnie rozwinięta sieć kolei aglomeracyjnej, kursującej nierzadko co kilka minut. W Polsce idea takiego rozwiązania dopiero przebija się do świadomości samorządowców, choć oczywiście w tym kontekście warto wspomnieć rozwiązanie trójmiejskie (Szybka Kolei Miejska) czy też warszawskie (Warszawska Kolej Dojazdowa) oraz funkcjonujące w coraz większej liczbie miast koleje metropolitalne.

Warto również zauważyć, że w ostatnich latach hałas kolejowy w polskich miastach zmniejszył się, głównie za sprawą inwestycji w modernizację infrastruktury bądź montaż ekranów akustycznych. Tę spadkową tendencję potwierdza między innymi ostatni raport EEA.

Skupiając się na problemie hałasu tramwajowego należy zauważyć, że główne jego źródła to silnik (w mniejszym stopniu) oraz hałas toczenia kół po szynach (w większym stopniu). W przypadku kiepskiej jakości taboru znów możemy mieć do czynienia z wibracjami pewnych elementów konstrukcji wagonu czy też dźwiękami powstającymi w wyniku tarcia jakichś elementów o siebie. Jeśli zaś torowisko jest w złym stanie technicznym, może występować charakterystyczny stukot będący wynikiem pokonywania przez tramwaj nierówno wykończonych połączeń szyn.

Tym, na co często zwracają uwagę ludzie, którym dokucza hałas tramwajowy, są piski powstające na skutek tarcia kół o szynę przy pokonywaniu zakrętów. Są to dźwięki wysokie (o wysokich częstotliwościach), wyjątkowo dobrze słyszalne na tle innych dźwięków postrzeganych przez nas w tym samym czasie. Jak pokazują badania, często to właśnie one są wskazywane jako najbardziej dokuczliwy aspekt hałasu tramwajowego (Trollé, Marquis-Favre, & Klein, 2014).

Z drugiej zaś strony tabor tramwajowy jest stale modernizowany, również w polskich miastach. Pewne problemy związane z dźwiękami generowanymi przez tramwaje (np. automatyczne zamykanie drzwi, co często skutkowało trzaskiem przy ich domykaniu się) obecnie już nie występują, tramwaje stają się cichsze, a ich dźwięki zaczynają się upodabniać do dźwięków generowanych przez samochody. Niektóre badania wskazują, że w sytuacji, w której mamy do czynienia z ruchem drogowym i tramwajowym ludzie nie zawsze potrafią odróżnić hałas tramwajowy od drogowego (Camusso & Pronello, 2016).
Hałas kolejowy, podobnie jak tramwajowy, związany jest z hałasem toczenia kół po szynach. Jednak, w przeciwieństwie do tramwajów, pociągi (konkretniej: składy pasażerskie) osiągają znacznie wyższe prędkości, co też prowadzi do powstawania hałasu aerodynamicznego. Ze względu na swoją masę pociągi w trakcie przejazdu generują dużo dźwięków o niskich częstotliwościach. To właśnie one są odpowiedzialne za to, że kolej bywa słyszalna często nawet w odległości kilku kilometrów od samego torowiska. Dotyczy to zwłaszcza ciężkich i długich składów towarowych, poruszających się z dużo mniejszymi prędkościami niż składy osobowe.

Dla kolei również obserwujemy powstawanie pisków na zakrętach bądź też rozjazdach. Dodatkowo, piski są generowane również często w wyniku tarcia hamulców o szyny w trakcie hamowania w pobliżu stacji.

Ogólna charakterystyka hałasu szynowego (zwłaszcza kolejowego, choć pewne prace dotyczące tego tematu w kontekście hałasu tramwajowego również istnieją) doprowadziła badaczy do opisania zjawiska tzw. bonusu kolejowego. Ów bonus objawia się, najogólniej rzecz ujmując, tym, że dźwięki kolejowe są mniej dokuczliwe dla ludzi niż dźwięki hałasu drogowego i lotniczego. Żeby hałas kolejowy wywoływał taką samą reakcję jak hałas drogowy poziom tego drugiego musi być wyższy od pierwszego o kilka dB (istnieje pewna rozbieżność pomiędzy badaniami jak duża powinna być to wartość, przyjmuje się m.in. 5 dB; Jerson, Ögren, Öhrström, & Gunnarsson, 2012).

Jak pokazują najnowsze prace naukowe, bonus kolejowy ma sens jedynie dla kolei konwencjonalnej, o niskich prędkościach. Badania przeprowadzane dla kolei wysokich prędkości (np. Shinkansen w Japonii) wykazały, że dokuczliwość hałasu generowanego przez takie linie kolejowe jest wysoka, a powstający hałas zmienia swoją naturę – w efekcie prowadząc do zaniku wspomnianego bonusu (Sato, Yano, & Morihara, 2004; Yano, Morihara, & Sato, 2005). Polski ten problem na razie nie dotyczy, jednak w przypadku doprowadzenia do skutku inwestycji w kolej wysokich prędkości (tzw. Igrek) warto byłoby wziąć ten aspekt pod uwagę.