NL1040287C2 - Diffractor voor het afbuigen van verkeersgeluid. - Google Patents

Description

DIFFRACTOR VOOR HET AFBUIGEN VAN VERKEERSGELUID

De uitvinding heeft betrekking op een diffractor voor het afbuigen van geluid van verkeer op een weg, de diffractor omvattende ten minste één zijdelings naast de weg op te stellen diffractie elementen, waarbij de diffractie-elementen zijn voorzien van een patroon van uitsparingen in het bovenoppervlak daarvan voor het afbuigen van het verkeersgeluid in een richting die afwijkt van de zijdelingse richting. De uitvinding heeft tevens betrekking op een samenstel van een weg en één of meer van dergelijke diffractoren.

De weg kan een spoorweg of verkeersweg zijn, maar de uitvinding is evenzeer toepasbaar op andere wegen, zoals landings- en startbanen van een vliegveld waarbij het vliegverkeer zorgt voor zijdelingse uitstraling van vliegtuiglawaai. Om de zijdelingse uitstraling van geluid afkomstig van over een spoorweg, verkeersweg of start-landingsbaan rijdende geluidbronnen (motorvoertuigen, zoals auto’s, vrachtwagens, motoren, treinen, en dergelijke) althans voor bepaalde frequentiegebieden te beperken, zijn verschillende mogelijkheden bekend. Een eerste mogelijkheid is om langs de weg een geluidscherm of een geluidwal te plaatsen. Het vanaf de geluidbron (d.w.z. bronnen afkomstig van gemotoriseerd wegverkeer of een trein) afkomstige geluid wordt door het geluidscherm gereflecteerd en/of geabsorbeerd, waardoor achter het geluidscherm een ‘geluidluwe’ zone ontstaat. Achter het geluidscherm (gezien vanaf de weg) is het geluidniveau ter hoogte van het maaiveld of daarboven dan ook over het algemeen lager dan voor het geluidscherm.

Dergelijke geluidschermen of geluidwallen zijn echter dure voorzieningen, kunnen als minder fraai ervaren worden en vergen vaak complexe constructies, met name voor wat betreft de fundering, in het licht van de hoge krachten die op geluidschermen worden uitgeoefend als gevolg van wind. Verder ontnemen de geluidschermen of geluidwallen de verkeersdeelnemer het zicht naar de omgeving, hetgeen als onprettig kan worden ervaren.

Het geluid van het verkeer wordt bepaald door een aantal verschillende geluidbronnen. Bij gemotoriseerd wegverkeer is sprake van bronnen zoals de motor, de banden (rolgeluid van banden over de rijbaan, dominant boven een snelheid van 30 km/uur) en het geluid dat wordt veroorzaakt door de omstroming van de lucht om het voertuig. Bij spoorverkeer zijn soortgelijke geluidbronnen te identificeren. Deze geluidbronnen bevinden zich veelal relatief dichtbij de ondergrond (d.w.z. de weg), kenmerkend op minder dan een meter afstand daarvan. Hiervan wordt gebruik gemaakt in een alternatief voor de eerder genoemde geluidschermen of geluidwallen. In het document WO 2011 049454 A2, waarvan de inhoud als hierin ingelast dient te worden beschouwd, wordt de zijdelingse uitstraling van geluid tegengegaan door een aantal evenwijdig langs de weg aangebrachte resonatoren. Deze resonatoren zijn niet ingericht voor het veroorzaken van geluidabsorptie, maar zorgen voor een effectieve afbuiging (diffractie) van het vanaf de geluidbronnen nagenoeg scherend invallende geluid. De resonatoren hebben een afbuigend effect tot gevolg dat afhankelijk is van de bijbehorende resonantiefrequentie van de lucht in de resonator. Deze resonantiefrequentie is ondermeer afhankelijk van de vorm en afmetingen (d.w.z. de dimensionering) van de betreffende resonator. Daarnaast is de resonantiefrequentie van een resonator afhankelijk van de dimensies van de nabij gelegen resonatoren.

Wanneer resonatoren met verschillende resonantiefrequenties worden toegepast, kan het geluid in een bepaald frequentiebereik in opwaartse richting worden afgebogen. Deze afbuiging is uiteraard afhankelijk van de frequentie. Aangezien de meeste dominante tonen in het verkeersgeluid zich over het algemeen bevinden in een beperkt frequentiebereik, bijvoorbeeld van 800 Hz tot 1200 Hz, kan door een juiste dimensionering en positionering van de resonatoren een geschikte afbuiging in het betreffende frequentiebereik gerealiseerd worden.

Onder een bepaalde hoek ten opzichte van de horizontaal, tot ca. 30° a 40°, vindt een geluidreductie plaats doordat het geluid effectief naar boven wordt af gebogen, dat wil zeggen boven genoemde bepaalde hoek. Dit effect vindt plaats in een zijdelingse richting (ten opzichte van de weg, dat wil zeggen loodrecht op de lengterichting van de weg). Naarmate de resonatoren dichter bij de bronnen staan opgesteld, wordt de te realiseren hoek binnen welke een aanzienlijke geluidreductie gerealiseerd kan worden groter.

Doordat de resonatoren relatief dichtbij de geluidbronnen kunnen worden geplaatst, is het ‘afschermende’ effect van resonatoren aanzienlijk te noemen. De omgeving, dat wil zeggen in het bijzonder de wijk met bijvoorbeeld woningen achter de diffractoren, gezien vanaf de weg, waarvoor de hoek ten opzichte van de horizontaal in de praktijk niet meer dan enkele graden zal bedragen (afhankelijk van de afstand tussen de weg en de bebouwing), zal in het algemeen aan een sterk gereduceerd niveau van verkeerslawaai blootgesteld worden. Verder zijn de resonatoren in de ondergrond naast de weg aangebracht of maken daarvan deel uit. Doordat deze zich zeer dichtbij de grond bevinden, zijn ze vanuit visueel oogpunt gezien minder bezwaarlijk en worden substantieel lagere krachten ten gevolge van windbelasting uitgeoefend.

Aan de uit publicatie WO 2011 049454 A2 bekende resonatoren kleeft echter wel een aantal bezwaren.

Een eerste bezwaar is dat hemelwater en andere vloeistoffen in de resonatoren terecht kunnen komen. Wanneer dat het geval is, vermindert direct de afbuigende werking van de resonatoren en daardoor de effectieve geluidverzwakking. Het hemelwater kan direct in de vorm van regen in de resonatoren terecht komen, maar kan ook gevolg zijn van opspattend water vanaf het wegdek van de weg. Om dit hemelwater af te voeren, is uit de bovengenoemde publicatie WO 2011 049454 A2 weliswaar bekend om in de bodem van de resonatoren afvoerkanalen aan te brengen waarlangs het water kan worden afgevoerd, gebleken is echter, dat deze afvoerkanalen een negatief effect hebben op de werking van de resonatoren aangezien de afvoerkanalen geluidlekken veroorzaken zodat een verminderde geluidverzwakking gerealiseerd wordt.

Een verder bezwaar van de bekende resonatoren is dat deze zodanig lang zijn, dat onverhoopt over de resonatoren rijdend verkeer, in het bijzonder tweewielige voertuigen zoals rijwielen of motorfietsen, hiervan last kunnen hebben. De voor- of achterband van dergelijke voertuigen kunnen in de resonatoren terecht komen, hetgeen tot gevaarlijke situaties kan leiden.

Het is een doel van de uitvinding om ten minste één van bovengenoemde bezwaren en/of andere bezwaren van de stand van de techniek te ondervangen. Het is verder een doel van de uitvinding een diffractor en een systeem van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarin een goede afwatering gerealiseerd kan worden (nagenoeg) zonder dat de relevante akoestische eigenschappen van de diffractor daaronder te lijden behoeven te hebben.

Een ander doel van de uitvinding is om een diffractor te realiseren die in het relevante frequentiebereik en in het relevantie gebied achter de diffractor een nog hogere geluidverzwakking kent dan de bekende resonatoren.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt ten minste één van de doelen ten minste gedeeltelijk bereikt in een diffractor van de in de aanhef genoemd soort, waarbij elk van uitsparingen is opgedeeld in afzonderlijke resonatoren door in de uitsparingen voorziene tussenwanden, waarbij de uitsparingen akoestisch in hoofdzaak niet-absorberende wanden hebben en vrij zijn van akoestisch absorberend materiaal en waarbij de tussenwanden tussen naburige resonatoren ten minste een doorstroomopening omvatten waarlangs het hemelwater van de ene resonator naar de andere kan stromen.

Door de doorstroomopeningen in de tussenwanden te voorzien in plaats van in de bodem en/of de langswanden en door naburige resonatoren onderling via een doorstroomopening te verbinden, blijkt het verrassenderwijs mogelijk te zijn eventueel in de resonatoren terecht gekomen water gemakkelijk af te voeren zonder dat daarbij de afbuigende werking van de resonatoren hierbij noemenswaardig vermindert. Dit zorgt ervoor dat de diffractoren te allen tijden goed kunnen functioneren, ook bijvoorbeeld na een regenbui waarin de resonatoren met water zijn volgelopen.

Overigens beschrijft de publicatie DE 197 06 708 Al een opstelling voor het reduceren van het door een trein af gegeven geluid. De opstelling omvat een betonnen dragende plaat waarop treinrails vastgezet kunnen worden. Tussen de rails en op de betonnen plaat zijn akoestisch absorberende platen aangebracht. Deze platen zijn opgebouwd uit elastisch en geluidabsorberend materiaal, zoals rubbergranulaat. Deze geluidabsorberende platen zijn verder voorzien van openingen, elk in de vorm van een afgeknotte kegel. Elk van deze openingen eindigt op een kleine afstand boven de betonnen plaat. Neerslag kan via de genoemde openingen in de ruimte tussen de platen en de betonnen plaat terechtkomen en via de betonnen plaat worden afgevoerd. De bekende opstelling reduceert het geluid echter op basis van het principe van geluidabsorptie in plaats van geluiddiffractie. De wanden van de genoemde openingen zijn geluidsabsorberend en niet vrij van akoestisch absorberend materiaal. Verder zijn er in de wanden van de openingen van de bekende opstelling geen doorstroomopeningen voorzien voor het afvoeren van hemelwater van de ene resonator naar de andere. De bekende opstelling is daarmee ongeschikt voor het door diffractie reduceren van de geluidoverdracht en voor het zodanig afvoeren van hemelwater dat de diffractie-eigenschappen van de opstelling daaronder te lijden behoeven te hebben.

Wanneer overigens hierin verwezen wordt naar de term in hoofdzaak niet-absorberende wanden wordt bedoeld wanden met een zeer kleine absorptiecoëfficiënt, bijvoorbeeld een absorptiecoëfficiënt in de relevante frequentiebanden van kleiner dan 0,2, in het bijzonder kleiner dan 0,1.

In een bepaalde uitvoeringsvorm omvat een tussenwand een doorstroomopening ter plaatse van één van de (langs-) wanden van de uitsparing. De doorstroomopening kan bijvoorbeeld een opstaande spieetvormige opening in de tussenwand of tussen een vrije uiteinde van de tussenwand en één van de (langs-) wanden van de uitsparing zijn. Om het invallende geluidveld zo weinig mogelijk te verstoren heeft het de voorkeur de opening, in het bijzonder de opstaande spieetvormige opening, te voorzien aan de wegzijde van de uitsparing. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is de doorstroomopening dan ook voorzien tussen de het dichtst bij de geluidbron te positioneren wand van een uitsparing en een vrij uiteinde van een bijbehorende tussenwand.

In andere uitvoeringen van de uitvinding bevindt de doorstroomopening zich tussen de onderzijde van de tussenwand en de bodem van de uitsparing. De doorstroomopening kan bijvoorbeeld (maar is hiertoe niet beperkt) een liggende spieetvormige opening zijn tussen de bodem van de uitsparing en de onderzijde van een tussenwand. Ook in deze uitvoeringen kan het water goed worden afgevoerd zonder dat de daarvoor benodigde openingen tot noemenswaardig verlies aan afbuiging van het invallende geluidveld leiden.

De spieetvormige opening kan zijn gerealiseerd door de bodem van de uitsparing ten minste over een deel daarvan verdiep uit te voeren en/of door de tussenwand aan de onderzijde enigszins in te korten.

Teneinde het water ertoe te brengen te gaan stromen, staat de bodem van een uitsparingen bij voorkeur onder afschot. Verder is het afschot in bepaalde uitvoeringen zodanig, dat het water in één richting via de doorstroomopeningen langs de bodem afgevoerd wordt, bijvoorbeeld naar één van de zijkanten van de diffractor waar zich verdere voorzieningen bevinden waarmee het water naar de bodem toe af te voeren is.

In bepaalde uitvoeringen omvat het diffractie-element een onderplaat en een op de onderplaat plaatsbare bovenplaat. Hierbij wordt de bodem van de uitsparingen gevormd door de bovenzijde van de onderplaat en zijn uitsparingen alleen in de bovenplaat aangebracht. De eerder genoemde uitvoering met de doorstroomopening onder de tussenwand kan bijvoorbeeld op deze wijze zijn uitgevoerd. In andere uitvoeringen kan het diffractie-element echter uit één stuk gevormd zijn. Het diffractie-element kan dan monolithisch zijn uitgevoerd, hetgeen praktische voordelen op het gebied van de duurzaamheid en maakbaarheid heeft.

Wanneer het diffractie-element een lossende vorm heeft, betekent dit dat deze in een mal vervaardigd zou kunnen worden. Een betonnen diffractie-element kan bijvoorbeeld vervaardigd worden door het vullen van een mal met betonmortel, het laten uitharden van de betonmortel en het uit de vorm verwijderen van het resulterende product. Dit betekent dat de diffractie-elementen op efficiënte wijze vervaardigd kunnen worden.

In plaats van of in aanvulling op beton kan een diffractie-element ook vervaardigd zijn van ander akoestisch hard materiaal, zoals kunststof. Een voorbeeld van een geschikt type kunststof is glasvezel-gewapend polyester, gerecycled polyethyleen of een staal versterkte kunststof.

Een voorbeeld van een monolithische diffractie-element die bovendien een lossende vorm heeft, kan de bovengenoemde uitvoering zijn waarin de doorstroomopening een naast een tussenwand voorziene opstaande spieetvormige opening is.

Volgens een tweede aspect van de uitvinding wordt ten minste één van de doelen ten minste gedeeltelijk bereikt in een diffractor van de in de aanhef genoemde soort, waarbij de uitsparingen akoestisch in hoofdzaak niet-absorberende wanden hebben en vrij zijn van akoestisch absorberend materiaal en waarbij de uitsparingen, in een langs de weg gerangschikte toestand, vanaf de weg gezien in een aantal achter elkaar gelegen evenwijdige resonatorrijen zijn gerangschikt, waarbij in de richting van de weg af per rij de diepte van de uitsparingen afneemt.

Gebleken is dat wanneer de het op de kortste afstand van de weg gelegen rijen uitsparingen dieper zijn dan de op grotere afstand gelegen uitsparingen, het geluidverzwakkingsresultaat toeneemt. Verder is gebleken dat het resultaat goed te noemen is wanneer de diepte van de uitsparingen per rij monotoon afneemt bij toenemende afstand ten opzichte van de weg.

Overigens is bij voorkeur de diepte van de uitsparingen in een rij in hoofdzaak constant teneinde langs de weg een in essentie afbuiging te verkrijgen die onafhankelijk is van de positie van de geluidbron. Uit praktische overwegingen kan de diepte binnenin een rij uitsparingen nog enigszins variëren. De variaties zijn echter zo klein dat deze niet of nauwelijks invloed hebben op het afbuigingsresultaat. Zoals hierboven beschreven is kan het raadzaam zijn om eventueel hemelwater af te voeren door de uitsparingen onder afschot te plaatsen zodat het water in een gewenste richting gaat stromen.

Verder is het niet altijd nodig om alle rijen een afnemende diepte mee te geven. Gebleken is dat indien de dieptes van ten minste vier van de naast elkaar gelegen rijen, bij voorkeur ten minste 10 van de naast elkaar gelegen rijen, een afnemende diepte hebben, al redelijk goede resultaten te behalen zijn.

In bovenstaande is uitgelegd dat de dimensionering en rangschikking van resonatoren zodanig kan zijn uitgevoerd, dat in een bepaald gewenst hoekbereik ten opzichte van de horizontaal in de richting van de weg af voorbij de resonatoren de grootste geluidreductie plaatsvindt. Gebleken is echter dat een juiste dimensionering en rangschikking van de resonatoren ook in andere hoekbereiken tot de grootste geluidreductie kan leiden, bijvoorbeeld van 20° tot 50° (afhankelijk hoe de diffractielob zich bij voorkeur moet uitstrekken). Met andere woorden, in plaats van te streven naar een grotere geluidreductie op of net boven het maaiveld, kan het reducerende effect van de resonatoren ook gemaximaliseerd worden op bijvoorbeeld 7,5 m afstand van de weg, achter de diffractoren, voor hogere posities, bijvoorbeeld 1,5 meter of 3 meter boven het maaiveld, afhankelijk van waar naar verwachting de grootste overlast door het verkeersgeluid kan optreden. Verder is gebleken dat er een correlatie bestaat tussen het geluidniveau op 3 m hoog en het geluidniveau in het verre veld. Een sterke reductie op een hoogte van 3 m kan dus voordelig zijn voor geluidreductie ver weg.

In een verdere uitvoering hebben de uitsparingen een vorm waarin de breedte (b) van de uitsparingen aan de monding kleiner is dan ter plaatse van de bodem, waarin bij voorkeur de uitsparingen vanaf de monding tot aan de bodem toe ten minste gedeeltelijk taps toenemen. Hiermee is het mogelijk om, bij gelijk blijvende dikte, afbuiging te realiseren bij lagere frequenties, hetgeen bijvoorbeeld voor vrachtverkeer gewenst is.

Om te zorgen voor een geschikte afbuiging (diffractie) van het invallende geluidveld is het raadzaam het oppervlak van de resonerende elementen, dat wil zeggen het totale oppervlak van de mondopeningen van de uitsparingen in het diffractie-element, zo groot mogelijk te maken. Specifiek geldt dit voor alle resonatoren in een rij. Dit kan in uitvoeringen van de uitvinding worden bereikt door de porositeit (totale oppervlak van de mondopeningen gedeeld door het totale bovenoppervlak van de diffractieplaat) ten minste 10%, bij voorkeur meer dan 50% of zelf meer dan 60% te laten zijn, uiteraard binnen de constructieve mogelijkheden. Verder zijn de tussenwanden of -schotten zo klein mogelijk om een relatief grote porositeit te verkrijgen.

Om ervoor te zorgen dat tweewielig wegverkeer niet meer het risico loopt dat een wiel in de uitsparingen terecht komt, heeft het verder de voorkeur de tussenafstand tussen tussenwanden van een resonator minder dan 20 cm, bij voorkeur minder dan 10 cm, te laten bedragen. Verder mag de afstand tussen een tussenwand en een langswand (dat wil zeggen de breedte van de doorstroomopening) ook niet te groot worden omdat tweewielig wegverkeer dan alsnog last zou kunnen ondervinden. Kenmerkend is de breedte van de doorstroomopening circa 5 mm.

De resonatoren zijn zodanig gedimensioneerd dat de resonantiefrequenties daarvan in het voor de betreffende geluidbronnen relevante gebied bevinden. Voor autoverkeer bevinden de resonantiefrequenties zich bij voorkeur tussen de 700 Hz en 1200 Hz. Bij vrachtverkeer kunnen lagere frequenties een rol spelen, bijvoorbeeld van 500 Hz tot 1200 Hz. Bij vliegverkeer kunnen zelfs frequenties in de orde van grootte van 100 Hz een rol spelen en zijn er ook resonatoren die in deze lagere frequentiegebieden hun resonantiefrequentie hebben.

Volgens een derde aspect van de uitvinding wordt ten minste één van de doelen ten minste gedeeltelijk bereikt in een samenstel van een weg voor verkeer, in het bijzonder een verkeersweg voor gemotoriseerd wegverkeer en/of een spoorweg voor treinverkeer, en ten minste één rij diffractoren van het hierin beschreven type. De diffractoren zijn hierin gerangschikt voor het althans voor bepaalde frequentiegebieden beperken van de zijlingse uitstraling van het geluid van over de weg voortbewegende geluidbronnen. Om het afbuigende effect van de diffractoren zo groot mogelijk te maken, zijn de diffractoren bij voorkeur zo dicht mogelijk bij de geluidbronnen geplaatst. Dit betekent dat de rij diffractoren bij voorkeur direct grenzend aan de weg aangebracht is. Een diffractor kan aan één enkele zijde van de weg of aan beide zijden van de weg zijn geplaatst. Hieronder wordt mede verstaan de mogelijkheid om een diffractor aan te brengen ter plaatse van de middenberm. Van beide kanten wordt dan dus het geluid (afkomstig van verschillende rijbanen) afgebogen.

Verder heeft het voordelen de bovenzijde van het diffractie-element van de diffractor zich althans op in ongeveer dezelfde hoogte te laten uitstrekken als het oppervlak van de weg. Dit is met name van belang voor de eerste paar rijen en dus meest nabij de weg gelegen resonatorrijen. Voor de verder weg gelegen resonatorrijen is het ook goed, of in sommige gevallen zelfs beter, om enigszins hoger dan de eerste rijen gepositioneerd te zijn.

Alhoewel in veel uitvoeringen van de uitvinding de diffractoren een voldoende afzwakking van het geluid opleveren en er dus geen verdere akoestische maatregelen getroffen behoeven te worden, kan in bepaalde uitvoeringen het samenstel een achter de ten minste ene rij diffractoren opgesteld geluidscherm voor het reflecteren en/of absorberen van door de diffractoren afgebogen geluid omvatten. Aangezien het geluid naar boven toe wordt afgebogen en het geluidscherm in het algemeen op grotere afstand van de weg geplaatst is dan de diffractoren, behoeft het scherm pas vanaf een bepaalde minimumhoogte zijn afschermende werking te hebben. Het scherm begint bijvoorbeeld net onder de diffractielob. Dit biedt de mogelijkheid om een gebied vanaf de ondergrond tot aan het geluidscherm geheel of gedeeltelijk visueel en/of akoestisch open uit te voeren, zodat de verkeersdeelnemer een beter uitzicht op zijn omgeving krijgt. In bepaalde uitvoeringen omvat het samenstel een steun voor het op een afstand boven de ondergrond ondersteunen van het geluidscherm.

Het geluidscherm zelf kan nog aan de geluidbelaste zijde (voorzijde en eventueel de bovenzijde) akoestisch absorberend voor het betreffende frequentiegebied zijn uitgevoerd. Ook is het mogelijk om aan de bovenzijde van het geluidscherm extra diffractoren aan te brengen zodat het langs de bovenzijde van het geluidscherm scherende geluid nog verder af te buigen.

In verdere uitvoeringen van de uitvinding omvat het samenstel een of meer verdere rijen diffractoren die elk zijn opgesteld op een respectievelijke positie op grotere afstand ten opzichte van de weg en op grotere hoogte dan de vorige rij diffractoren. Door een extra rij diffractoren achter de eerste rij diffractoren te plaatsen en wel op een hogere positie dan de eerste rij diffractoren (meer in het bijzonder op een hoogtepositie net onder de diffractielob van de eerste rij diffractoren), kan het geluid verder omhoog afgebogen worden. Ook achter de tweede rij diffractoren kan een derde rij diffractoren geplaatst worden waarbij de hoogte van de diffractoren van de derde rij groter is dan de hoogte van de tweede rij (meer in het bijzonder op een hoogtepositie net onder de diffractielob van de tweede rij diffractoren). Dit kan voor verdere rijen herhaald worden, zodat er een cascade van rijen diffractie-elementen ontstaat die het geluid steeds verder naar boven toe afbuigen.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van enige uitvoeringsvormen daarvan. In de beschrijving wordt verwezen naar de figuren, waarin tonen:

Figuur 1 een gedeeltelijk opengewerkt perspectivisch aanzicht van een rijbaan met een aantal in een rij langs de weg geplaatste diffractoren in de vorm van diffractie-elementen;

Figuur 2A een bovenaanzicht in perspectief van een eerste uitvoeringsvorm van een diffractieplaat volgens de uitvinding;

Figuur 2B een geëxplodeerd bovenaanzicht in perspectief van de diffractie-element van Figuur 2A, waarin een onder- en bovenplaat zijn weergegeven;

Figuur 2C een aanzicht in perspectief van de bovenzijde van de onderplaat en de onderzijde van de bovenplaat van de in figuren 2A en 2B getoonde uitvoering van de uitvinding;

Figuur 3A een aanzicht in perspectief van een tweede uitvoeringsvorm van een diffractieplaat volgens de uitvinding;

Figuur 3B een detailaanzicht van de eerste (voorste) vier resonatorrijen van de tweede uitvoeringsvorm;

Figuur 4 een gedeeltelijk opengewerkt aanzicht van een uitvoering van een samenstel van een rijbaan en een diffractor volgens de tweede uitvoeringsvorm, waarbij naast de diffractor een geluidscherm is aangebracht; en

Figuur 5A toont grafiek waarin de geluidreductie (in dB) wordt getoond voor geluid met een frequentie van 1.000 Hz als gevolg van de aanwezigheid van een diffractor. Figuur 5B toont een grafiek van de geluidreductie (R) op 7.5 m van de geluidbron achter de diffractoren op verschillende hoogtes als functie van de frequentie (f), voor de situatie van figuur 5A.

Figuur 1 toont een weg 1, meer in het bijzonder een rijbaan, langs de berm 2 waarvan een rij diffractie-elementen 3 is aangebracht. In de figuur is een viertal diffractie-elementen getoond, maar het is duidelijk dat dit aantal groter kan zijn. Elk van de diffractie-elementen 3 is zodanig verzonken in de bodem 4, dat het bovenoppervlak 5 van de plaat, althans in de nabijheid van de zijkant van de weg 2, zich ongeveer op dezelfde hoogte als de rijbaan bevindt.

Het diffractie-element vertoont een patroon van zich in langsrichting uitstrekkende, eventueel in onderling evenwijdige zones uitstrekkende sleufvormige uitsparingen (waaronder verdiepingen, holtes, kanalen, gleuven, groeven, en dergelijke) 6, welke sleufvormige uitsparingen worden begrensd door twee opstaande wanden, welke wanden lokaal door dwarsschotten of tussenwanden al dan niet met elkaar verbonden zijn. De uitsparingen 6 zijn op verschillende afstanden (ab a2) ten opzichte van de zijkant van de weg 2 van de weg 1 (in een zijdelingse richting 45 van de weg af, dat wil zeggen loodrecht op de langsas van de weg) gerangschikt.

De bovenzijde van het diffractie-element 3 kan enigszins hellend ten opzichte van de weg zijn aangebracht, zodat de hoogte toeneemt naarmate de genoemde afstand (a) toeneemt. In andere uitvoeringen is de bovenzijde van het diffractie-element echter geheel coplanair met de weg 1.

In figuren 2A-2C is een bepaalde uitvoeringsvorm van een dergelijke diffractie-element in meer detail weergegeven. Het diffractie-element volgens deze uitvoeringsvorm is plaatvormig. Het diffractie-element 12 omvat in de getoonde uitvoeringsvorm een bovenplaat 10 en een afzonderlijke onderplaat 11. Bovenplaat 10 is een plaat met een in hoofdzaak vlakke bovenzijde 24. In de plaat is een groot aantal uitsparingen 6 aangebracht. Elk van de uitsparingen 6 vormt een rij 13 waarbij de rijen uitsparingen in hoofdzaak parallel met elkaar verlopen. Elke uitsparing 6 is met behulp van opstaande tussenwanden 15 in verschillende compartimenten verdeeld. Elk compartiment vormt een resonator 16.

In de getoonde uitvoeringsvorm is het aantal rijen 13 gelijk aan zestien. In andere uitvoeringsvormen kan het aantal rijen uiteraard kleiner of groter zijn.

De individuele resonatoren in een bepaalde rij 13 hebben bij voorkeur allemaal dezelfde diepte. De diepte van de resonatoren 16 in verschillende rijen 13 zijn echter in het algemeen afwijkend. In de getoonde uitvoeringsvorm neemt bijvoorbeeld de diepte van opeenvolgende rijen (gezien vanaf de weg, in zijdelingse richting 45) soms af en soms toe. In andere uitvoeringen kan de getoonde uitvoering worden aangepast zodat de diepte van opeenvolgende rijen telkens afneemt.

Elk van de resonatoren 16 is opgebouwd uit een aantal opstaande wanden (meestal verticaal, maar schuine wanden behoren ook tot de mogelijkheden), meer in het bijzonder een voorwand 26, achterwand 27 en twee tussenwanden 15. Elk van de wanden is vervaardigd van akoestisch hard (dat wil zeggen in hoofdzaak niet-absorberend) materiaal en de resonatoren 16 zijn verder leeg. Dat betekent dat geen absorberend materiaal of andersoortig materiaal in de resonatoren aanwezig is.

Figuren 2A-2C geven tevens een onderplaat 11 weer. Deze onderplaat 11 is aan de onderzijde bij voorkeur vlak en is aan de bovenzijde voorzien van een aantal goten 29. De goten 29 strekken zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uit en zijn zodanig gedimensioneerd en gerangschikt dat elke goot direct onder een bijbehorende rij uitsparingen geplaatst kan worden.

Aan de twee langszij den van elke goot zijn opstaande randen 30 voorzien waar de onderzijde 25 van de bovenplaat 10 op kan rusten.

Elk van de tussenwanden 15 is aan de onderzijde daarvan zodanig uitgevoerd dat een spleet aanwezig is tussen de onderzijde daarvan en de bijbehorende goot 29. De goot vormt de bodem van de uitsparing. De tussenruimte tussen de onderzijde van de tussenwand en de bodem fungeert als doorstroomopening 20 voor in de resonatoren terecht gekomen water.

Doordat tussen elk van de tussenwanden 15 en de bodem van de bijbehorende goten 29 een doorstroomopening 20 aanwezig is, kan het water van de ene resonator naar de andere stromen. Om het stromen van water op gang te brengen zijn de goten 29 op afschot geplaatst, hetgeen betekent dat ze zich enigszins hellend uitstrekken. Hierdoor komt onder invloed van de zwaartekracht een stroom water door de successievelijke doorstroomopeningen in de richting 31 (Figuur 2B) op gang. In de getoonde uitvoeringsvorm is het afschot zodanig dat het doorstromen van het water door de doorstroomopening telkens in één enkele richting 31 plaatsvindt. In andere uitvoeringsvormen is het echter ook mogelijk om een deel van het water de ene kant en een ander deel van het water de andere kant op te laten stromen, bijvoorbeeld om en om per rij.

De genoemde doorstroomopening 20 kan gerealiseerd worden doordat de bodem van de goot 29 enigszins verdiept is ten opzichte van de bovenzijde van de randen 30. In andere uitvoeringsvormen is de bodem echter vlak en zijn de randen achterwege gelaten. De doorstroomopening wordt in deze uitvoeringsvorm gevormd door de tussenwanden 15 aan de onderzijde in te korten. Hierdoor ontstaat tussen de onderzijde van de tussenwanden en de bodem een opening. In nog andere uitvoeringsvorm wordt de doorstroomopening gecreëerd door zowel de tussenwand enigszins in te korten als de bodem verdiept uit te voeren.

Doordat de doorstroomopeningen zorgen voor afvoer van het hemelwater, zal de werking van de resonatoren niet of althans minder verminderen wanneer er water in terecht komt. Doordat verder de afvoer via de doorstroomopeningen plaatsvindt via de zijvlakken van de resonatoren, daar de openingen 20 zich in of onder de tussenwanden 15 bevinden, hebben de doorstroomopeningen niet of nauwelijks effect op de akoestische eigenschappen van de resonatoren. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat aangezien de geluidgolven grosso modo loodrecht op de rijen invallen, er geen verschil in geluiddruk in langsrichting van de resonatoren optreedt. Er ontstaat daarom geen golfvoortplanting in langsrichting en er lekt dan ook geen geluid van de ene resonator naar de andere. Hierdoor blijft de werking van de resonatoren in hoofdzaak intact, ondanks de aanwezigheid van de doorstroomopeningen.

De hiervoor beschreven eerste uitvoeringsvorm van een diffractie-element is plaatvormig en wordt daarom ook wel een diffractieplaat genoemd. In andere uitvoeringen zijn de diffractie-elementen als plavuizen of stenen (bijvoorbeeld gevormde klinkers) uitgevoerd waarbij één steen of meer stenen gezamenlijk de bovenbeschreven resonatoren vormen.

In Figuren 3A en 3B en in het linker deel van figuur 4 is een tweede uitvoeringsvorm van een diffractie-element 33 volgens de uitvinding weergegeven. In deze uitvoeringsvorm is het element opgebouwd uit één stuk. In het bijzonder is het element geheel lossend van vorm, hetgeen het mogelijk maakt om de plaat eenvoudig in een mal te produceren.

Het diffractie-element 33 is aan de naar de weg 1 gerichte zijde 34 voorzien van een aantal opstaande uitsparingen 35. De randen 36 naast deze uitsparingen zijn bij voorkeur aangebracht tegen de zijkant van rijbaan 1. De uitsparingen 35 maken het mogelijk om regenwater en vuil dat op de liggende rand 37 van de plaat 33 terecht komt, naar beneden toe af te voeren. Hierdoor kan worden tegengegaan dat vuil van de weg in de daarachter gelegen resonatoren terecht komt.

In de bovenzijde 38 van de diffractieplaat 33 is wederom een aantal langwerpige uitsparingen 39 aangebracht. Elk van de uitsparingen vormt een rij 40 waarbij de uitsparingen in hoofdzaak parallel aan elkaar gerangschikt zijn en telkens een toenemende afstand ten opzichte van de weg hebben (gezien vanaf de weg 1 in een richting 45 van de weg af, loodrecht op de langsas van de weg 1). Elke uitsparing 39 van een rij 40 is opgedeeld in individuele resonatoren door middel van tussenwanden 50.

Verwijzend naar Figuur 3B is de diepte dl van de eerste rij 46 groter dan de diepte d2 van de tweede rij 47. Evenzo is de diepte d2 van de tweede rij 47 weer groter dan de diepte d3 van de derde rij 48, enzovoorts. In deze uitvoeringsvorm neemt de diepte van de resonatoren in successievelijke resonatorrijen 40 telkens monotoon af.

Zoals hierboven vermeld is elke uitsparing 39 opgedeeld in individuele resonatoren door middel van tussenwanden 50. In tegenstelling tot de tussenwanden in de eerste uitvoeringsvorm die de opstaande wanden 26,27 met elkaar verbinden en als het ware tussenschotten tussen de beide wanden vormen, zijn de tussenwanden 50 zodanig gevormd, dat tussen ten minste één van de opstaande wanden 51, 52 een opstaande spieetvormige doorstroomopening 55 aanwezig is. In de getoonde uitvoeringsvorm is de doorstroomopening 55 voorzien aan de wegzijde van de resonator 49, dat wil zeggen aan de zijde van de wand 52 die zich het dichtst bij de weg 1 bevindt. De doorstroomopening 55 is gevormd door het vrije uiteinde 57 van elke tussenwand 50, op enige afstand (kenmerkend circa 5 mm) te laten ophouden voor de tegenoverliggende wand 52 van de resonator 49. Deze doorstroomopening 55 strekt zich in hoofdzaak uit over de gehele hoogte van de resonator en ook tot aan de bodem daarvan. Dit maakt het mogelijk dat zich eventueel in de resonatoren terecht gekomen water snel van de ene resonator via de doorstroomopening 55 naar een naastliggende resonator kan stromen. Door nu alle resonatoren van dergelijke openingen te voorzien, is het mogelijk om het hemelwater telkens van de ene resonator naar de andere resonator en verder te transporteren, in de richting van een verdere waterafvoer.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de bodems 59 van de uitsparingen 39 enigszins hellend ten opzichte van de weg uitgevoerd, zodat het water onder invloed van de zwaartekracht in één bepaalde richting stroomt, bij voorkeur in de richting van de verdere (niet-weergegeven) waterafvoer.

Ook in deze uitvoeringsvorm geldt dat door de plaats van de doorstroomopening, dat wil zeggen aan de zijkant van de resonatoren derhalve niet in één van de wanden of in de bodem, de relevante akoestische eigenschappen van de resonatoren niet of nauwelijks beïnvloed worden, terwijl toch water afgevoerd kan worden om de resonatoren watervrij te houden.

Zoals reeds is uiteengezet, neemt de diepte van de uitsparingen in het diffractie-element bij voorkeur van rij tot rij af (bij toenemende afstand ten opzichte van de weg). In de in figuur 4 weergegeven dwarsdoorsnede van de tweede uitvoeringsvorm van het diffractie-element is bijvoorbeeld weergegeven dat er zestien rijen resonatoren zijn, waarbij de eerste rij resonatoren het diepst is (typisch 8 cm diep, in het geval van autoverkeer) en de volgende rijen uitsparingen telkens minder diep worden. Gebleken is dat wanneer deze volgorde van dieptes wordt toegepast, een verrassenderwijs hoge geluidreductie in het relevante frequentiebereik gerealiseerd kan worden. Verder is gebleken dat de ten minste drie, bij voorkeur vier, maar met de meeste voorkeur ten minste tien achter elkaar geplaatste rijen uitsparingen een telkens afnemende diepte hebben om een hoge geluidafzwakking te realiseren. Zelfs indien na een reeks van rijen van afnemende diepte de diepte weer toeneemt, blijven de resultaten redelijk goed. Uitvoeringen waarin derhalve drie achtereenvolgende uitsparingen een toenemende diepte hebben, en zeker wanneer deze drie uitsparingen zich relatief dicht bij de bron bevinden (bijv. in de eerste 6 rijen), bieden ook reeds goede resultaten. Het heeft echter de voorkeur om alle rijen een monotoon afnemende diepte te laten vertonen.

Figuur 5A toont de resultaten van de simulatie van een geluidveld dat afgebogen wordt door een diffractor volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding. De bron staat op 3 cm (h=0,03 m) boven de grond, op a=03 m. De diffractor bestaat uit sleuven van 3 cm breed, met een onderlinge afstand van 2 cm. De breedte van de doorstroomopeningen (afwateringsspleten) is 5 mm en de tussenafstand tussen de tussenwanden bedraagt ongeveer 10 cm. De eerste resonator ligt op een afstand van 75 cm van de bron en dieptes zijn resp. 79, 65, 54, 47, 43, 42, 40, 36, 28, 17, 4, 1,1,1,1,1 mm (plaatafmetingen circa 80x80 cm). De geluidreductie is weergegeven bij een frequentie van 1000 Hz. De geluidreductie op ca. 7,5 m van de bron varieert dus tussen ongeveer 4 en 7 decibel. Soortgelijke reducties zijn haalbaar bij andere voor verkeerslawaai van belang zijnde frequenties (bijv. tussen 500 Hz en 1200 Hz).

Figuur 5B toont een grafiek waarin de reductie ten gevolge van de diffractor als functie van de frequentie en op verschillende hoogtes, op 7.5 m van de bron wordt aangegeven. Laagfrequent is de reductie dus het hoogst op 3 m.

Figuur 4 toont een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding. In de situatie van figuur 4 is naast de weg 1 een aantal van de in figuren 3A-B getoonde diffractieplaten 33 geplaatsts. De diffractieplaat is op de eerder beschreven wijze voorzien van een aantal resonatoren. Met pijlen 60, 61, 62 is weergegeven dat vanaf de weg 1 afkomstige geluidgolven eerst scherend invallen (richting 60) op de diffractieplaat en door de resonatoren naar boven toe (richting 61, 62) worden afgebogen. Het geluid vormt als het ware een diffractielob waarin het geluid schuin naar boven toe wordt afgevoerd. Dit betekent dat onder de diffractielob een gebied (schematisch aangeduid met 63) ontstaat waarin enige mate van geluid afzwakking is in het gewenste, vooraf bepaalde frequentiebereik. Om te voorkomen dat ook het boven het genoemde gebied 63 terechtkomende geluid hinder gaat veroorzaken, is in deze uitvoeringsvorm op een grotere afstand van de weg, maar bij voorkeur in de buurt daarvan, een geluidscherm 65 aangebracht. Het geluidscherm 65 wordt aangebracht op een steun 66. Deze steun kan relatief licht zijn uitgevoerd en is bij voorkeur zodanig uitgevoerd dat de verkeersdeelnemers op de weg 3 er doorheen kunnen kijken. Op enige afstand boven de ondergrond is op bekende wijze het geluidscherm 65 voorzien. Dit geluidscherm kan het daarop invallende geluid reflecteren. Bij voorkeur is de naar de weg 1 gerichte oppervlak van het geluidscherm 65 absorberend uitgevoerd. Hierdoor kan het oppervlak voorzien zijn van een absorberende materiaallaag 70. Verder is het mogelijk om ook aan de bovenzijde 68 van het geluidscherm 65 verdere diffractoren 69 aan te brengen voor het verder afbuigen van daarlangs scherende geluidgolven.

Ten opzichte van een traditioneel geluidscherm heeft het geluidscherm 65 het voordeel dat deze aan de onderzijde open kan worden uitgevoerd (dat wil zeggen ter plaatse van de steun 66), zodat de verkeersdeelnemer zicht heeft op zijn omgeving en/of de wind minder invloed op de constructie heeft. Hierdoor kan de constructie van steun en geluidscherm lichter worden uitgevoerd en kan een zware funderingsconstructie achterwege blijven.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, volgens de strekking waarvan talloze modificaties denkbaar zijn.

Claims (25)

1. Diffractor voor het afbuigen van geluid van verkeer op een weg, de diffractor omvattende ten minste één zijdelings naast de weg op te stellen diffractie-element (3,12), waarbij het diffractie-element is voorzien van een patroon van uitsparingen (6) in het bovenoppervlak daarvan voor het afbuigen van het verkeersgeluid in een richting die afwijkt van de zijdelingse richting, waarbij elk van uitsparingen is opgedeeld in afzonderlijke resonatoren (16) door in de uitsparingen voorziene tussenwanden (15), waarbij de uitsparingen akoestisch in hoofdzaak niet-absorberende wanden hebben en vrij zijn van akoestisch absorberend materiaal, met het kenmerk, dat de tussenwanden tussen naburige resonatoren ten minste een doorstroomopening (20) omvatten waarlangs het hemelwater van de ene resonator naar de andere kan stromen.

2. Diffractor volgens conclusie 1, waarbij de uitsparingen langwerpig zijn en/of waarbij de uitsparingen zich evenwijdig naast elkaar uitstrekken en zich naast elkaar uitstrekkende uitsparingen verschillende dieptes hebben.

3. Diffractor volgens conclusie 1, waarbij een tussenwand een doorstroomopening ter plaatse van één van de wanden van de uitsparing omvat.

4. Diffractor volgens conclusie 3, waarbij de doorstroomopening is voorzien tussen het dichtst bij de geluidbron te positioneren wand van een uitsparing en een vrij uiteinde van een bijbehorende tussenwand.

5. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de doorstroomopening zich tussen de onderzijde van de tussenwand en de bodem van de uitsparing bevindt.

6. Diffractor volgens conclusie 5, waarbij de bodem ten minste over een deel daarvan verdiept is.

7. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de bodem van een uitsparing onder afschot staat.

8. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het diffractie-element een onderplaat en een daarop plaatsbare bovenplaat omvat en waarbij de bodem van de uitsparingen gevormd wordt door de bovenzijde van de onderplaat en de uitsparingen alleen in de bovenplaat zijn aangebracht.

9. Diffractor volgens een van de conclusies 1-7, waarbij het diffractie-element uit één stuk gevormd is en/of een lossende vorm heeft

10. Diffractor voor het afbuigen van geluid van verkeer op een weg, bij voorkeur een diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, de diffractor omvattende ten minste één zijdelings naast de weg op te stellen diffractieplaat, waarbij het diffractie-element is voorzien van een patroon van uitsparingen in het bovenoppervlak daarvan voor het afbuigen van het verkeersgeluid in een richting die afwijkt van de zijdelingse richting, waarbij de uitsparingen akoestisch in hoofdzaak niet-absorberende wanden hebben en vrij zijn van akoestisch absorberend materiaal, met het kenmerk, dat de uitsparingen, in een langs de weg gerangschikte toestand, vanaf de weg gezien in een aantal achter elkaar gelegen evenwijdige resonatorrijen zijn gerangschikt, waarbij in een richting van de weg af, per rij, de diepte van uitsparingen afneemt.

11. Diffractor voor het afbuigen van geluid van verkeer op een weg, bij voorkeur een diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, de diffractor omvattende ten minste één zijdelings naast de weg op te stellen diffractie-element, waarbij het diffractie-element is voorzien van een patroon van uitsparingen in het bovenoppervlak daarvan voor het afbuigen van het verkeersgeluid in een richting die afwijkt van de zijdelingse richting, waarbij de uitsparingen akoestisch in hoofdzaak niet-absorberende wanden hebben en vrij zijn van akoestisch absorberend materiaal, met het kenmerk, dat de diepte van de uitsparingen bij toenemende afstand ten opzichte van de weg per rij monotoon afneemt.

12. Diffractor volgens conclusie 10 of 11, waarbij de dieptes van ten minste vier van de naast elkaar gelegen rijen, bij voorkeur ten minste 10 van de naast elkaar gelegen rijen en met nog meer voorkeur alle van de naast elkaar uitsparingen afnemen.

13. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de uitsparingen een vorm hebben waarin de breedte (b) van de uitsparingen aan de monding kleiner is dan ter plaatse van de bodem, waarin bij voorkeur de uitsparingen vanaf de monding tot aan de bodem toe ten minste gedeeltelijk taps toeneemt.

14. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de porositeit gedefinieerd als het totale mondoppervlak van de uitsparingen gedeeld door het totale bovenoppervlak van de diffractieplaat ten minste 10%, bij voorkeur meer dan 50% of zelfs meer dan 70% a 80% bedraagt.

15. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de uitsparingen sleufvormig zijn en/of waarbij de breedte van de resonator ongeveer 3 cm, de breedte van de wanden tussen naburige rijen uitsparingen ongeveer 2 cm, de breedte van de doorstroomopeningen ongeveer 0,5 cm en/of de tussenafstand tussen tussenwanden van een resonator minder dan 20 cm, bij voorkeur ongeveer 10 cm bedraagt.

16. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het diffractie-el ement is vervaardigd van beton en/of kunststof, bijvoorbeeld glasvezel-gewapend polyester, gerecycled polyethyleen of een staal versterkte kunststof.

17. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de resonantiefrequenties van de resonatoren zich bevinden in het gebied van 700 tot 1200 Hz.

18. Diffractor volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de dieptes van de resonatoren variëren tussen de 12 cm en 1 cm.

19. Samenstel van een weg voor verkeer, in het bijzonder een verkeersweg voor gemotoriseerd wegverkeer en/of een spoorweg voor treinverkeer, en ten minste één rij diffractoren volgens een van de voorgaande conclusies, gerangschikt voor het althans voor bepaalde frequentiegebieden beperken van de zijlingse uitstraling van het geluid van over de weg voortbewegende geluidbronnen.

20. Samenstel volgens conclusie 19, waarbij de rij diffractoren direct grenzend aan de weg aangebracht is.

21. Samenstel volgens conclusie 19 of 20, waarbij de bovenzijde van het diffractie-element zich althans op in ongeveer dezelfde hoogte uitstrekt als het oppervlak van de weg.

22. Samenstel volgens een van de conclusies 19-21, verder omvattende een achter de ten minste ene rij diffractoren opgesteld geluidscherm voor het reflecteren en/of absorberen van door de diffractoren af gebogen geluid.

23. Samenstel volgens conclusie 22, omvattende een steun voor het op een afstand boven de ondergrond ondersteunen van het geluidscherm.

24. Samenstel volgens een van de conclusies 19-23, verder omvattende een of meer verdere rijen diffractoren die elk zijn opgesteld op een respectievelijke positie op grotere afstand ten opzichte van de weg en op grotere hoogte dan de vorige rij diffractoren.

25. Samenstel volgens een van de conclusies 19-24, waarin de uitsparingen zijn gedimensioneerd en geplaatst om op 6-10 m vanaf de weg op een hoogte van circa 3 m een maximale geluidreductie in het relevante frequentiebereik op te leveren.