रेलवे ध्वनि अवरोधक विशेष रूप से पहिया-पटरी के शोर को कैसे कम करता है?

पहिया-पटरी शोर की अद्वितीय चुनौती

रेलवे का शोर राजमार्ग के शोर के समान नहीं होता है। जो भी व्यक्ति मालगाड़ी के पास से गुज़रते समय पटरी के किनारे खड़ा होता है, उसे यह अंतर स्पष्ट रूप से महसूस होता है—स्टील के पहिये और स्टील की पटरी के संपर्क स्थल से एक विशिष्ट चीख और गड़गड़ाहट उत्पन्न होती है। यही पहिया-पटरी शोर है, जो अधिकांश संचालन स्थितियों में रेलवे के तटीय क्षेत्र में शोर का प्रमुख स्रोत है।

इसे जटिल बनाने वाली बात स्रोत की ऊँचाई है। पहिया-पटरी का शोर ज़मीन के निकट से फैलता है, जिसका अर्थ है कि राजमार्ग यातायात के लिए काम करने वाली पारंपरिक ऊँची बाधाएँ—जहाँ स्रोत ऊपर की ओर होता है—सीधे तौर पर लागू नहीं होतीं। शोर का स्रोत नीचे है, प्राप्तकर्ता अक्सर ऊँचाई पर होते हैं (जैसे कि बहु-मंज़िली आवासीय इमारतें), और ज्यामिति एक विवर्तन समस्या पैदा करती है जिसे मानक बाधा डिज़ाइन आसानी से हल नहीं कर पाते।

उच्च गति रेलवे पर पहिया-पटरी के शोर को कम करने के लिए शोर के स्रोत को ढकना एक प्रभावी तरीका है। लेकिन यह कैसे किया जाता है, यह बहुत महत्वपूर्ण है। एक ऐसी बाधा जो पहिया-पटरी संपर्क बिंदु के दृश्य-पथ को अवरुद्ध करती है, कुछ कमी प्रदान करेगी। लेकिन जो बाधा पहिया-पटरी के शोर की आवृत्ति सामग्री और विकिरण पैटर्न के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन की गई हो, वह कहीं अधिक कमी प्रदान करेगी।

पहिया-पटरी का शोर वास्तव में कहाँ से आता है

इसे कम करने के लिए, आपको यह समझना होगा कि यह क्या उत्पन्न करता है। रोलिंग शोर—जो पहिया-रेल शोर का प्राथमिक घटक है—पहिये और रेल पर एक-दूसरे के ऊपर लुढ़कने के दौरान उनमें उत्पन्न कंपनों से आता है। संपर्क क्षेत्र पूर्णतः चिकना नहीं होता; दोनों सतहों पर सूक्ष्म खुरदुरापन विस्तृत आवृत्ति सीमा में कंपनों को उत्तेजित करता है।

पहिया घंटी की तरह कंपन करता है। रेल बीम की तरह कंपन करती है। और दोनों ध्वनि उत्सर्जित करते हैं। उच्च गति पर, रोलिंग शोर का योगदान प्रभुत्वशाली हो जाता है। कम गति पर, ब्रेकिंग और ट्रैक्शन शोर अधिक स्पष्ट हो जाते हैं। लेकिन अधिकांश मुख्य रेलवे संचालन में, मध्यम से उच्च गति पर, रोलिंग शोर ही मुख्य घटना है।

आवृत्ति सामग्री महत्वपूर्ण है क्योंकि यह यह निर्धारित करती है कि कोई अवरोध ध्वनि को कितनी प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। उच्च-आवृत्ति घटक दूरी के साथ तेज़ी से कम हो जाते हैं और एक अवरोध द्वारा रोके जाना आसान होता है। निम्न-आवृत्ति घटक—जिनमें अधिक ऊर्जा होती है और जो अधिक दूरी तक फैलते हैं—रोकने के लिए कहीं अधिक कठिन होते हैं। इसीलिए ३०० किमी/घंटा की गति से यात्री रेल के लिए प्रभावी अवरोध कम गति पर माल रेल के संचालन के लिए कम प्रभावी हो सकता है, जहाँ आवृत्ति प्रोफ़ाइल बदल जाती है।

अवरोध की ऊँचाई और निम्न-स्रोत समस्या

पहिया-पटरी की ध्वनि की निम्न स्रोत ऊँचाई एक ज्यामितीय चुनौती पैदा करती है। अवरोध को पहिया-पटरी संपर्क बिंदु और ग्राहक के बीच दृश्य रेखा को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊँचा होना आवश्यक है। लेकिन कई रेलवे लाइनों—विशेष रूप से शहरी क्षेत्रों में—अवरोध की अधिकतम ऊँचाई पर प्रतिबंध होते हैं: स्पष्टता आवश्यकताएँ, दृश्य प्रभाव, पवन भार और संरचनात्मक लागत।

यहाँ "स्कर्ट" की अवधारणा प्रवेश करती है। स्कर्ट एक अवरोधक तत्व है जो वाहन शरीर से नीचे की ओर या पटरी से ऊपर की ओर फैलता है, जिससे महत्वपूर्ण निचले स्तर पर प्रभावी स्रोत ऊँचाई कम हो जाती है या अवरोधक ऊँचाई बढ़ जाती है। स्कर्ट विन्यासों पर किए गए अनुसंधान से पता चला है कि समान परिस्थितियों में Y-प्रकार के स्कर्ट T-प्रकार के स्कर्ट की तुलना में शोर कम करने का मजबूत प्रदर्शन करते हैं। स्कर्ट के सिरे की मोटाई बढ़ाना भी शोर को प्रभावी ढंग से अलग करने के लिए लाभदायक है।

नीदरलैंड के TNO अनुसंधान समूह ने पाया कि पटरी के निकट स्थापित ६० सेंटीमीटर ऊँचा अवरोधक, जिसके साथ पहियों और बोगियों के आसपास आंशिक आवरण भी हों, ट्रेन के शोर को ६ से ८ डेसिबल तक कम कर सकता है। यह एक अपेक्षाकृत सामान्य भौतिक हस्तक्षेप से प्राप्त काफी महत्वपूर्ण कमी है—और यह ठीक इसलिए काम करता है क्योंकि यह स्रोत के सबसे निचले बिंदु पर लक्ष्य करता है।

रेलवे संदर्भ में अवशोषण बनाम परावर्तन

अवशोषक और प्रतिबिंबित करने वाली बाधाओं के बीच बहस रेलवे अनुप्रयोगों में अलग तरह से प्रकट होती है, जबकि राजमार्गों पर यह अलग होती है। राजमार्ग की स्थिति में, ध्वनि स्रोत चलती हुई वाहनों की एक पंक्ति के भीतर विभिन्न ऊँचाइयों पर फैला होता है। रेलवे की स्थिति में, ध्वनि स्रोत पहिया-पटरी संपर्क बिंदु पर केंद्रित होता है, जो भूमि के निकट होता है, और ध्वनि विकिरण पैटर्न अधिक दिशात्मक होता है।

इस केंद्रीकरण के कारण प्रतिबिंबित करने वाली बाधाएँ समस्याएँ उत्पन्न कर सकती हैं। ट्रैक के एक ओर स्थित प्रतिबिंबित करने वाली बाधा से टकराकर परावर्तित ध्वनि दूसरी ओर पहुँच सकती है और फिर से परावर्तित हो सकती है, जिससे ट्रैकों के बीच के मार्ग में ध्वनि ऊर्जा का संचयन हो जाता है। समानांतर बाधा विन्यास—जो ऊँचाई पर निर्मित रेलवे संरचनाओं पर सामान्य हैं—में, अवशोषक बाधाएँ इन बार-बार होने वाले परावर्तनों के कारण होने वाले प्रदर्शन में कमी को काफी कम कर सकती हैं या यहाँ तक कि पूरी तरह समाप्त भी कर सकती हैं।

एक प्रयोगात्मक जाँच में जर्मन BR185 लोकोमोटिव के 1:4 स्केल मॉडल का परीक्षण किया गया, जिसमें वाहन-माउंटेड स्कर्ट्स और ट्रैकसाइड कम बाधाओं के विभिन्न संयोजनों का परीक्षण किया गया। केवल वाहन स्कर्ट्स वाले मामलों और केवल कम ट्रैक बाधाओं वाले मामलों में, इन्सर्शन लॉस को लगातार 2 से 3 डेसिबल मापा गया। जब दोनों को संयुक्त रूप से उपयोग किया गया, तो प्रभाव संचायी थे—हालाँकि हमेशा पूर्णतः नहीं, लेकिन इतने अधिक कि एक सार्थक अंतर उत्पन्न हो सके।

ट्रैक पर स्वयं अवशोषक सामग्री की भूमिका

यहाँ एक ऐसी बात है जिस पर पर्याप्त ध्यान नहीं दिया जाता: बाधा एकमात्र स्थान नहीं है जहाँ अवशोषण महत्वपूर्ण होता है। ट्रैक स्लैब पर या रेलों के बीच अवशोषक सामग्री लगाने से समग्र शोर कमी के प्रभाव को बढ़ाया जा सकता है। यह विशेष रूप से स्लैब ट्रैक प्रणालियों के लिए प्रासंगिक है, जहाँ कंक्रीट की सतह ध्वनि को परावर्तित करती है, न कि अवशोषित करती है।

स्लैब ट्रैक विन्यास पर किए गए परीक्षण, जिनमें ट्रैक स्लैब के ऊपर अवशोषक सामग्री की एक परत लगाई गई थी, में मापनीय सुधार देखा गया। यह अवशोषण केवल बाधा तक पहुँचने वाली ध्वनि को ही कम नहीं करता—यह उस ध्वनि को भी कम करता है जो बाधा तक पहुँचने से पहले ही ट्रैक संरचना के भीतर इधर-उधर प्रतिबिंबित होती है।

ट्रैक-स्तरीय अवशोषण और एक अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई बाधा के संयोजन से दो-चरणीय कमी उत्पन्न होती है: ध्वनि को उसके स्रोत पर पकड़ें, फिर शेष ध्वनि को अवरुद्ध करें। यही कारण है कि एकीकृत दृष्टिकोण निरंतर एकल उपायों की तुलना में श्रेष्ठ प्रदर्शन करते हैं।

एक वास्तविक उदाहरण: शहरी रेल वायाडक्ट जिसमें कम स्थान उपलब्ध है

एक घनी आबादी वाले एशियाई शहर में एक परियोजना में आवासीय टावरों के बीच से गुज़रने वाला एक मेट्रो वायाडक्ट शामिल था, जहाँ स्थान की सीमाएँ ऊँची बाधाओं को लगाना असंभव बना देती थीं। अधिकतम अनुमत बाधा ऊँचाई केवल ट्रैक के ऊपर १.८ मीटर थी—जो ज़मीन स्तर के ध्वनि ग्राहकों से पहिया-पटरी संपर्क बिंदु को ढकने के लिए भी बारीकी से पर्याप्त थी, कहीं निकटवर्ती इमारतों की ऊपरी मंज़िलों के लिए तो बिल्कुल भी नहीं।

डिज़ाइन टीम ने एक स्तरीय दृष्टिकोण अपनाया। पहले, उन्होंने रेलों के बीच ट्रैक स्लैब पर ध्वनि अवशोषक सामग्री स्थापित की, जिससे ध्वनि स्रोत की तीव्रता कम हुई। दूसरे, वाहन की ओर वाई-आकार की एक छाता का उपयोग किया—जो एक पूर्ण अवरोधक नहीं थी, बल्कि एक लक्षित विस्तार थी जिसने प्रभावी स्रोत ऊँचाई को कम कर दिया। तीसरे, इसे एक कम ऊँचाई वाले ट्रैक के किनारे के अवरोधक के साथ जोड़ा गया, जिसका आंतरिक पृष्ठ ध्वनि अवशोषक था।

संयुक्त प्रभाव को निकटतम ग्राहक स्थितियों पर लगभग ७ से ८ डीबी के प्रविष्टि हानि के रूप में मापा गया। यह राजमार्ग अवरोधकों के मानकों के अनुसार शानदार नहीं है, लेकिन ऐसे संदर्भ में यह महत्वपूर्ण है जहाँ प्रत्येक डीबी का महत्व था और जहाँ विकल्प—कोई अवरोधक न होना—लगातार शिकायतों और नियामक उल्लंघनों का कारण बनता।

मानकों द्वारा आवश्यकताएँ

चीनी रेलवे मानकों ने एक स्पष्ट मानक निर्धारित किया है। टीबी/टी ३१२२-२००५ के अनुसार, रेलवे ध्वनि अवरोधक के ध्वनिक घटकों का शोर अवमंदन गुणांक कम से कम ०.७० होना चाहिए। यह एचजे/टी ९०-२००४ के तहत सामान्य राजमार्ग अवरोधकों के लिए आवश्यक ०.५ से अधिक कठोर मानक है। रेलवे अनुप्रयोगों के अधिक मांग वाले ध्वनि वातावरण को दर्शाता है।

मानक में प्रतिध्वनि कक्ष में ध्वनि अवशोषण माप के लिए GB/T 20247-2006 के अनुसार परीक्षण करने की भी आवश्यकता होती है। ये केवल ब्यूरोक्रेटिक औपचारिकताएँ नहीं हैं—ये सुनिश्चित करती हैं कि बाधा में उपयोग किए जाने वाले पदार्थ वास्तव में क्षेत्र में स्थापित होने पर निर्दिष्ट अनुसार कार्य करेंगे।

केवल अवरोधक आधारित समाधानों की सीमाएँ

एक रेलवे ध्वनि अवरोधक एक शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन यह एक पूर्ण समाधान नहीं है। पहिया-पटरी की ध्वनि को भी स्रोत पर कम किया जा सकता है, जैसे कि पटरी की रगड़ना, पहियों पर डैम्पर लगाना और सुधारित ब्रेक ब्लॉक सामग्री का उपयोग करना। एक प्रोटोटाइप पुल, जिसमें पटरी फास्टनर में संशोधन, अवशोषक अवरोधक और पटरी कंपन अवशोषक शामिल थे, ने क्रमशः -10 डीबी(ए), -8 से -10 डीबी(ए) और -3 से -4 डीबी(ए) की कमी प्राप्त की।

यह बात है कि अवरोधक तभी सबसे अच्छा काम करते हैं जब वे किसी प्रणाली का हिस्सा हों। अकेला अवरोधक भी महत्वपूर्ण कमी प्रदान कर सकता है—विशेष रूप से जब उसे पहिया-पटरी की ध्वनि की निम्न-स्रोत ज्यामिति के लिए विशिष्ट रूप से डिज़ाइन किया गया हो। लेकिन जब इसे स्रोत-स्तरीय उपायों के साथ संयोजित किया जाता है, तो कुल कमी घटकों के योग से अधिक होती है।

ऐसे निर्माता जो ध्वनि सिद्धांतों के साथ-साथ रेलवे स्थापना की व्यावहारिक वास्तविकताओं को भी समझते हैं, वास्तव में अंतर लाते हैं। कांगहाइलॉन्ग ने सटीक निर्माण और सामग्री की सुसंगतता के लिए एक प्रतिष्ठा बनाई है, जो तब महत्वपूर्ण होती है जब प्रत्येक मिलीमीटर की संरेखण और सामग्री के प्रत्येक विनिर्देशन का अंतिम ध्वनिक परिणाम पर प्रभाव पड़ता है।