Eisenbahnlärm, in diesem Zusammenhang das Rollgeräusch, ist das Resultat komplexer Interaktionen zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. Rauheiten der beiden Kontaktpartner, die Lauffläche des Rades und der Schiene, führen zu instationären Anregungskräften, welche sowohl auf die Fahrzeug- als auch auf die Fahrbahnseite wirken. Diese Anregungskräfte erzeugen in der Schiene und im Rad ein Köperschallfeld. Dieses Körperschallfeld wird als hörbarer Luftschall abgestrahlt und kann von Anwohnern als Lärm wahrgenommen werden. Auch können die durch die Anregungskraft verursachten Schwingungen im Bahnoberbau deren Komponenten beschädigen oder zu beschleunigter Alterung führen. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass sich die verursachte Schwingungsenergie bis ins Erdreich fortpflanzt und zur Quelle von Erschütterungen wird. Auf der Fahrzeugseite wird zum Beispiel mit der Achsaufhängung diesen instationären Anregungskräften Rechnung getragen. Beim Oberbau dienen elastische Elemente wie die Zwischenlage oder eine Schwellenbesohlung zur Minderung der Kraftspitzen oder Reduktion der transferierten Energie.
Durch Produktentwicklung wird versucht, der Lärmabstrahlung, der Alterung der Komponenten und den verursachten Erschütterungen entgegenzuwirken. Dies geschieht zum Beispiel mit dem Einsatz einer weichen Zwischenlage zwischen Schiene und Schwelle. Damit wird die Schiene strukturdynamisch stärker entkoppelt und es wird weniger Energie in die darunterliegenden Komponenten übertragen. Schwellen und Schotter erfahren mit dieser Massnahme eine reduzierte dynamische Belastung, was sich positiv auf deren Lebensdauer auswirkt. Allerdings wird so erwiesenermassen mehr Energie in den Schienen als möglicherweise störender Luftschall abgestrahlt. Es zeigt sich also, dass das Optimum in einem Fachbereich (Lebensdauer) zu Problemen in einem anderen Fachbereich (Lärm) führen kann. Die Weiterentwicklung und Optimierung der Bahninfrastruktur durch neu entwickelte Komponenten erfordert folglich einen Ansatz, welcher auf einer Betrachtung des Gesamtsystems Oberbau-Fahrzeug beruht. Es sind gleichermassen Aspekte der Lärmminderung, der Sicherheit, des Betriebes, der Lebenszykluskosten, etc. mit einzubeziehen.
Die gesamtheitliche Optimierung des Bahnoberbaus ist realistischerweise nur auf der Basis von physik-basierten Modellen möglich. Empirische Versuche wären mit zu viel Aufwand verbunden. Das Fahrbahnlabor liefert fortlaufend Daten, die für das physikalische Verständnis des Oberbaus wichtig sind. So werden z.B. Veränderungen in den Messdaten, abhängig vom überfahrenden Fahrzeugtyp, von den meteorologischen Umgebungsbedingungen und über die Zeit (Alterungseffekte) dokumentiert und können bei der Modellbildung einfliessen und mithelfen die Modelle zu validieren.
Weil numerische Modelle die reale Welt nicht umfassend abbilden können, ist eine neue oder optimierte Komponente im realen Betrieb zu erproben. Spätestens bei einer solchen Erprobung wird man erfahrungsgemäss mit kritischen Fragen konfrontiert. Die Vergleichbarkeit der in der Erprobung erhobenen Daten ist in den seltensten Fällen ohne Weiteres zulässig, denn das dynamische Verhalten des Gesamtsystems hängt unter anderem von Umgebungsbedingungen (wie Temperatur, Luftfeuchte, etc.), dem Standort (beispielsweise Bodenbeschaffenheit), Alterungseffekten (neue versus alte Zwischenlage), etc. ab. Zusätzlich beeinflusst das Design des Experimentes (korrespondierende Sensorpositionen, Datenerfassung und -auswertung, etc.) die Vergleichbarkeit von erhobenen Daten. Viele dieser Faktoren werden bei Tests nicht oder nur unvollständig erfasst und sind schwierig zu kontrollieren.
Abhilfe für viele der in den oberen Abschnitten adressierten Probleme bietet das vom BAFU gemeinsam mit dem BAV, den SBB, der Empa und der Allianz Fahrweg betriebene Fahrbahnlabor. Im Fahrbahnlabor, gewissermassen eine Referenz-Strecke im realen Betrieb aber mit sorgfältiger und kontinuierlicher Aufzeichnung aller Einflussparameter, lassen sich Entwicklungen über die Zeit oder der Einfluss der Umgebungsbedingungen auf das Gesamtsystem beobachten. Die Auswirkungen von Modifikationen an einzelnen Komponenten können untersucht und verstanden werden, da die strukturdynamische Baseline aufgezeichnet und bekannt ist. Diese statistisch gesicherten Aussagen werden ermöglicht durch die permanente Grundausrüstung der Teststrecke mit Sensorik, Datenerfassung und Datenmanagementsystem. Dies garantiert sowohl die Vergleichbarkeit von Erprobungen als auch die Berücksichtigung von Umwelt- und Alterungseinflüssen auf die erhobenen Daten.
