Sachverhalt:
A. Die Politische Gemeinde Ermatingen hat vor, den ehemaligen Güterschuppen beim Bahnhof Ermatingen (Parzelle Nr. 404, im Eigentum der SBB) zu einem Jugendtreff umzubauen. Als Trägerschaft wirkt der Verein für Jugend und Freizeit Ermatingen, dem als Mitglieder die Politische Gemeinde Ermatingen sowie verschiedene Kirch- und Schulgemeinden angehören und mit welchem die SBB einen Mietvertrag bis 28. Februar 2015 abgeschlossen hat.
Während der Auflage des Baugesuches erhob X._ als Eigentümer eines dem Projekt schräg gegenüber liegenden Wohnhauses und eines Mehrfamilienhauses mit zehn Mietwohnungen Einsprache. Er rügte unter anderem das Fehlen eines Betriebskonzepts für den Jugendtreff. Ohne ein solches könne nicht überprüft werden, inwiefern sich die Zweckänderung des Schuppens nachteilig auf seine Liegenschaften auswirke. Da mit übermässigen Lärmimmissionen zu rechnen sei, sei das Baugesuch nicht zu bewilligen.
Da die Politische Gemeinde Ermatingen selber Bauherrin ist, wurde die Angelegenheit an das Departement für Bau und Umwelt des Kantons Thurgau zum Entscheid überwiesen. Dieses führte einen Augenschein durch, und es wurde eine Präzisierung zum Jugendtreff-Betrieb formuliert. Am 17. Juni 2005 wies das Department die Einsprache ab, soweit sie nicht durch Vergleich erledigt worden war. Gleichzeitig erteilte es der Politischen Gemeinde Ermatingen die Baubewilligung unter zahlreichen Auflagen.
Gegen den Entscheid des Departementes gelangte X._ ans Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau. Zur Begründung machte er im Wesentlichen geltend, das Vorhaben sei nicht zonenkonform. Die betroffene Parzelle sei im Zonenplan weiss eingefärbt und als Bahnareal nicht dem Baugebiet zugeteilt. Weiter führte er u.a. an, durch das Projekt würden untolerierbare Lärmimmissionen entstehen und verlangte eine Lärmprognose.
Das Verwaltungsgericht wies die Beschwerde mit Urteil vom 10. Mai 2006 ab.
Mit Eingabe vom 29. August 2006 erhob X._ Verwaltungsgerichtsbeschwerde beim Bundesgericht. Dieses hiess das Rechtsmittel mit Urteil 1A.180/2006 vom 9. August 2007 gut, hob das Urteil des Verwaltungsgerichts auf und wies die Angelegenheit zu neuem Entscheid im Sinne der Erwägungen an die Vorinstanz zurück. Das Bundesgericht begründete die Beschwerdegutheissung damit, dass das Verwaltungsgericht keine Prognose über die zu erwartende Lärmbelastung des Jugendtreffs erstellt habe. Insbesondere würden Angaben zur Schalldämmung des Gebäudes fehlen. Die Bundesrechtskonformität des umstrittenen Projekts lasse sich daher nicht beurteilen.
In Nachachtung des bundesgerichtlichen Urteils fasste das Verwaltungsgericht am 12. September 2007 einen Beweisbeschluss, mit dem bei dipl. Ing. ETH/SIA/SVI Y._ ein Lärmgutachten in Auftrag gegeben wurde. Ein hiergegen erhobenes Rekusationsbegehren wurde am 12. Dezember 2007 abgewiesen. Am 30. April 2008 erstattete der Experte eine Lärmprognose, zu welcher der Beschwerdeführer am 14. Juli 2008 Zusatzfragen stellte. Diese wurden vom Experten am 19. September 2008 beantwortet. In der Folge erhielten die Beteiligten Gelegenheit, hierzu abschliessende Bemerkungen und Ergänzungen einzureichen. Davon machte insbesondere der Beschwerdeführer am 7. November 2008 noch einmal Gebrauch. Mit Entscheid vom 18. Februar 2009 wies das Verwaltungsgericht die Beschwerde erneut ab und wies das Departement für Bau und Umwelt an, die Baubewilligung um die in den Erwägungen erwähnten Auflagen zu ergänzen.
B. X._ hat gegen den Entscheid des Verwaltungsgerichts vom 18. Februar 2009 beim Bundesgericht wiederum Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten erhoben. Er beantragt, der angefochtene Entscheid sei aufzuheben und der Politischen Gemeinde Ermatingen sei die Baubewilligung nicht zu erteilen (Ziff. 1). Eventualiter sei die Lärmprognose des Büros Y._ vom 30. April 2008 aus dem Recht zu weisen, und es sei ein neuer Experte zu benennen, zu instruieren und mit der Durchführung der Lärmprognose zu betrauen (Ziff. 2). Eventualiter sei eine Oberexpertise durchzuführen (Ziff. 3). Eventualiter sei eine (nachträgliche) Experteninstruktion mit Anpassung des Expertiseauftrags durchzuführen (Ziff. 4). Eventualiter sei der Experte anzuweisen, die beschwerdeführerische Zusatzfrage 1 vom 14. Juli 2008 zu beantworten und es sei dem Unterzeichnenden die Antwort unter gleichzeitiger Fristansetzung zur Beweiswürdigung zuzustellen (Ziff. 5). Eventualiter sei das Baugesuch unter der Auflage zu bewilligen, dass für den geplanten Jugendtreff eine Massivbaukonstruktion gewählt wird (Ziff. 6). Alles unter Kosten- und Entschädigungsfolgen zulasten der Politischen Gemeinde Ermatingen. Ausserdem ersucht der Beschwerdeführer um Durchführung eines Augenscheins und um Erteilung der aufschiebenden Beschwerdewirkung.
C. Das Verwaltungsgericht, das Departement für Bau und Umwelt sowie die Politische Gemeinde Ermatingen schliessen auf Beschwerdeabweisung. Das Bundesamt für Umwelt als beschwerdeberechtigte Bundesverwaltungsbehörde liess sich ohne ausdrückliche Antragstellung vernehmen. Der Beschwerdeführer replizierte und hielt den Antrag 5 (Beantwortung einer Zusatzfrage durch den Experten) nicht mehr aufrecht. Die Politische Gemeinde Ermatingen nahm zur Vernehmlassung des BAFU Stellung. Des Weitern äusserte sie sich zur Replik des Beschwerdeführers.
D. Mit Verfügung vom 28. Mai 2009 hat der Präsident der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung des Bundesgerichts der Beschwerde aufschiebende Wirkung zuerkannt.

Erwägungen:
1. Die Sachurteilsvoraussetzungen sind erfüllt und geben zu keinen Bemerkungen Anlass. Auf die Beschwerde ist damit einzutreten.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung des Anspruchs auf rechtliches Gehör. Er beanstandet, das Verwaltungsgericht habe ihm keine Gelegenheit eingeräumt, bei der Stellung der an den Experten gerichteten Fragen mitzuwirken. Er, der Beschwerdeführer, habe bloss nachträglich Fragen an den Experten richten können, welche von diesem aber nicht vollständig beantwortet worden seien. Des Weitern habe sich das Verwaltungsgericht nicht mit allen seinen Vorbringen auseinandergesetzt und den angefochtenen Entscheid in diverser Hinsicht zu wenig begründet.
2.2 Der Umfang des Anspruchs auf rechtliches Gehör richtet sich in erster Linie nach dem einschlägigen kantonalen Verfahrensrecht, subsidiär nach den Mindestgarantien nach <ref-law>. Der Beschwerdeführer zeigt nicht auf, inwiefern kantonales Verfahrensrecht verletzt sein soll. Die Rüge der Verletzung des Gehörsanspruchs ist deshalb einzig nach <ref-law> zu prüfen.
2.3 Das rechtliche Gehör gemäss <ref-law> dient einerseits der Sachaufklärung, andererseits stellt es ein persönlichkeitsbezogenes Mitwirkungsrecht beim Erlass eines Entscheids dar, welcher in die Rechtsstellung des Einzelnen eingreift. Dazu gehört insbesondere das Recht des Betroffenen, an der Erhebung wesentlicher Beweise entweder mitzuwirken oder sich zumindest zum Beweisergebnis zu äussern, wenn dieses geeignet ist, den Entscheid zu beeinflussen (<ref-ruling> E. 5.1 S. 293 mit Hinweisen). Einen verfassungsmässigen Anspruch auf Mitwirkung bei der Instruktion eines Experten besitzt der Rechtsunterworfene nur dann, wenn dies für die Festlegung des zu begutachtenden Sachverhalts unerlässlich ist (<ref-ruling> E. 7d S. 604 mit Hinweisen).
2.4 Der Beschwerdeführer stellt nicht in Abrede, dass er dem Gutachter nachträglich Fragen stellen konnte. Er hatte demnach Gelegenheit, zum Beweisergebnis Stellung zu nehmen. Dem Gehörsanspruch nach <ref-law> ist damit Genüge getan. Der Beschwerdeführer legt nicht rechtsgenüglich dar, inwiefern die Mitwirkung an der Instruktion des Experten für die Festlegung des zu prüfenden Sachverhalts nötig gewesen wäre. Wenn der Experte nicht sämtliche Zusatzfragen beantwortet hat, wie der Beschwerdeführer ausführt, so ist dies nicht ein Problem des Anspruchs auf rechtliches Gehör, sondern eine Frage der Überzeugungskraft des Gutachtens.
2.5 Des Weitern verlangt <ref-law>, dass die Behörde die Vorbringen des vom Entscheid in seiner Rechtsstellung Betroffenen auch tatsächlich hört, prüft und in der Entscheidfindung berücksichtigt. Daraus folgt die Verpflichtung der Behörde, ihren Entscheid zu begründen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass sie sich mit allen Parteistandpunkten einlässlich auseinandersetzt und jedes einzelne Vorbringen ausdrücklich widerlegt. Vielmehr kann sie sich auf die für den Entscheid wesentlichen Punkte beschränken. Die Begründung muss so abgefasst sein, dass sich der Betroffene über die Tragweite des Entscheids Rechenschaft geben und ihn in voller Kenntnis der Sache an die höhere Instanz weiterziehen kann. In diesem Sinne müssen wenigstens kurz die Überlegungen genannt werden, von denen sich die Behörde hat leiten lassen und auf die sich ihr Entscheid stützt (<ref-ruling> E. 4.1 S. 88 mit Hinweisen).
2.6 Zum einen bemängelt der Beschwerdeführer, die Vorinstanz habe seine Eventualanträge (erneutes Rekusationsbegehren gegen den Experten; Einholung eines Obergutachtens; nachträgliche Experteninstruktion; Anweisung des Experten zur Beantwortung einer Zusatzfrage) nicht behandelt.
In diesem Punkt ist dem Beschwerdeführer nicht zu folgen. Die Vorinstanz ist vom Erstgutachten überzeugt. Daraus lässt sich implizit ableiten, warum sie die Erstellung eines Obergutachtens und eine zusätzliche Instruktion des Experten als überflüssig erachtet. Dasselbe gilt für das Rekusationsbegehren, zu dessen Begründung der Beschwerdeführer die fachlichen Schlussfolgerungen des Experten anführt. In Anbetracht dieser klaren Sachlage war die Vorinstanz nicht gehalten, die Abweisung der Eventualanträge des Beschwerdeführers ausdrücklich zu begründen.
Zum andern beanstandet der Beschwerdeführer, er habe differenziert und unter Beilegung von drei Auszügen aus der Fachliteratur dargetan, dass der Experte die Problematik der tieffrequenten Geräuschübertragung bei Holzkonstruktionen verkannt und das Schalldämmvermögen von Holzkonstruktionen bei tiefen Tönen komplett falsch eingeschätzt habe. Die Vorinstanz habe die Argumentation des Beschwerdeführers betreffend Schallschutzdämmung bei Holzkonstruktionen im tieffrequenten Lärmbereich als "wenig überzeugend" bezeichnet. Sie habe aber nicht dargelegt, warum sie die Argumentation des Beschwerdeführers ablehne.
Dieser Beanstandung ist beizupflichten. Die Vorinstanz legte nicht dar, aus welchen Gründen sie die auf Fachliteratur gestützte Ansicht des Beschwerdeführers, dass eine genügende Schalldämmung bei tiefen Frequenzen nur durch einen Massivbau erreicht werden könne, als unzutreffend erachtet. Dieser Punkt ist für den Verfahrensausgang wesentlich (vgl. nachfolgend). Insoweit hat die Vorinstanz ihre aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör fliessende Begründungspflicht verletzt.
3. 3.1 Als Zweites beanstandet der Beschwerdeführer die Sachverhaltsabklärung und verlangt die Einholung einer Oberexpertise über die Lärmbelastung des geplanten Jugendtreffs.
Der Beschwerdeführer bringt vor, der Experte habe die Einhaltung der Grenzwerte nicht bei allen Liegenschaften gemessen. Aus dem Gutachten sei nicht ersichtlich, welchen Immissionen die Liegenschaften an der Bahnhofstrasse 12 und an der Gartenstrasse 24 ausgesetzt seien. Diese Liegenschaften würden dem Jugendtreff näher liegen als die seinigen. Es müsse davon ausgegangen werden, dass die Grenzwerte dort nicht eingehalten seien.
Weiter kritisiert der Beschwerdeführer die dem Gutachten zugrunde gelegten Grenzwerte. Seiner Ansicht nach kommen die um 5 dB(A) strengeren Grenzwerte der herangezogenen Vollzugshilfe des "Cercle Bruit" (Vereinigung kantonaler Lärmschutzfachleute; vgl. zu diesen Richtlinien das in der Sache ergangene Bundesgerichtsurteil 1A.180/2006 vom 9. August 2007 E. 5.7 und E. 5.8) zur Anwendung, da es sich bei seiner Liegenschaft um ein kleines Wohngebäude handle.
Schliesslich macht der Beschwerdeführer geltend, der Experte habe sich nicht zur Frage geäussert, ob eine Leichtbaukonstruktion (Holzbau) als Schalldämmung gegen den Discobetrieb überhaupt tauglich sei und dem Vorsorgeprinzip (<ref-law>) bzw. der vorsorglichen Emissionsbegrenzung (<ref-law>) entspreche. Der Beschwerdeführer bezweifelt, dass das Vorsorgeprinzip bei Musiklokalen infolge des geringen Schalldämmvermögens von Holzbauten bei tiefen Frequenzen erfüllt werden kann. Er stützt sich dabei auf ein von ihm in Auftrag gegebenes Kurzgutachten. Seiner Ansicht nach kann das Bauvorhaben nur unter der Auflage bewilligt werden, dass ein Massivbau erstellt wird, welcher auch bei tiefen Tonlagen eine ausreichende Schalldämmung gewährleistet.
3.2 Das Verwaltungsgericht geht davon aus, dass die Grenzwerte selbst bei Discobetrieb im Jugendtreff überall eingehalten werden können. Es erachtet das Gutachten als ausreichend. Der erwartete, von einzelnen Gruppen Jugendlicher ausgehende Lärm könne durch eine Hausordnung, entsprechende Sanktionen und eine automatische Türschliessungsanlage vermieden werden.
Die Vorinstanz führt aus, die Liegenschaft an der Bahnhofstrasse 12 (Parzelle Nr. 495) liege nur drei bis vier Meter näher beim Jugendtreff als der gemessene Punkt E1. Es sei nicht ersichtlich, durch welche Faktoren die Immissionen auf der Parzelle Nr. 495 intensiver sein sollten als beim Punkt E1. Bei geschlossener Tür des Jugendtreffs würden die Lärmgrenzwerte eindeutig nicht überschritten. Bezüglich der Liegenschaft auf der Gartenstrasse 24 (Parzelle Nr. 308) sei zu bemerken, dass diese Parzelle auf der anderen Seite der Geleise liege, also im Nordosten des Jugendtreffs. Der Haupteingang des Jugendtreffs öffne sich Richtung Südwesten, weshalb die Lärmvorschriften offensichtlich eingehalten würden. Das Gutachten sei entgegen der Ansicht des Beschwerdeführers somit vollständig.
Sodann führt das Verwaltungsgericht aus, dass die Liegenschaft des Beschwerdeführers der Lärmempfindlichkeitsstufe III zugeordnet sei, weshalb der Experte nicht den tieferen Grenzwert der Vollzugshilfe habe anwenden müssen.
Mit der Schalldämmwirkung von Holzkonstruktionen hat sich die Vorinstanz, wie oben gesagt, nicht rechtsgenüglich auseinandergesetzt.
3.3 Gemäss Vernehmlassung des BAFU äussert sich das Gutachten nur zur Lärmbelastung bei den Liegenschaften des Beschwerdeführers (Empfangspunkte 1-3). Zu den zum geplanten Jugendtreff näher liegenden Liegenschaften würden keine Aussagen gemacht. Die Lärmbelastung bei Discobetrieb liege insbesondere bei der Parzelle Nr. 495 aufgrund der geringeren Distanz zur Lärmquelle rund 5 dB(A) über derjenigen vom Empfangspunkt 1. Damit könne eine Überschreitung der massgebenden Grenzwerte der Vollzugshilfe nicht ausgeschlossen werden.
Bei der Ermittlung der Lärmbelastung infolge Nutzung des Vorraums gehe die Expertise davon aus, dass die Tür zum Mehrzweckraum geschlossen sei oder dass keine laute Musik abgespielt werde. Die Lärmbelastung werde bei Discobetrieb unterschätzt. Da die Jugendlichen zwischen dem Mehrzweckraum und dem Vorplatz des Jugendtreffs zirkulieren würden und auch der Haupteingang jederzeit benutzt werden könne, sei nicht auszuschliessen, dass es Situationen geben werde, in denen beide Türen offen stehen. Insbesondere nach 22.00 Uhr seien Überschreitungen der massgebenden Grenzwerte nicht zu vermeiden.
Bezüglich der Frage, auf welche Grenzwerte der Vollzugshilfe abzustellen sei, sei das Gutachten nicht zu beanstanden. Aufgrund der Lage und der Zonenzuteilung der betroffenen Liegenschaften des Beschwerdeführers rechtfertige es sich nicht, für die Beurteilung der Lärmbelastung auf die strengeren Grenzwerte für besondere Situationen gemäss Vollzugshilfe (Wohnviertel oder Lage in der Empfindlichkeitsstufe II) abzustellen. Dieser Ansicht schliesst sich der Beschwerdeführer in seiner Eingabe vom 28. Oktober 2009 an.
Zu beachten sei weiter, dass die Schalldämmung einer Leichtbau-Holzkonstruktion für tieffrequente Musikgeräusche im Normalfall gering sei. Dies habe der Experte verkannt. Für die Beurteilung des Tieftonanteils und der Schalldämmwirkung von Aussenwänden sei der Anhang A der SIA-Norm 181 heranzuziehen, welcher betreffend der Schalldämmwirkung im Tieftonbereich dem neusten Stand der Technik entspreche.
Da eine Überschreitung der massgeblichen Grenzwerte nicht ausgeschlossen werden könne, erachtet das BAFU die Nachbesserung des Gutachtens bzw. die Einholung eines Zweitgutachtens für eine abschliessende Beurteilung als notwendig. Im Rahmen der Vorsorge sollten auch emissionsbegrenzende Massnahmen geprüft werden. Dazu würden die Begrenzung der Lautstärke der Stereoanlage mittels einer elektronischen Lautstärkenbeschränkung, der Einsatz eines Equalizers zur Beschränkung der tieffrequenten Töne oder der Bau einer Schleuse beim Haupteingang oder bei der Türe vom Vorplatz zum Mehrzweckraum gehören. Auch weitere Beschränkungen der Betriebszeiten (bspw. kein Discobetrieb nach 22.00 Uhr) sollten geprüft werden.
3.4 Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt oder vom Bundesgericht von Amtes wegen berichtigt oder ergänzt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht. Eine Sachverhaltsrüge kann zudem nur vorgebracht werden, wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1, Art. 105 Abs. 2 BGG).
3.5 Die Mängel der Lärmprognose, auf welche die Vorinstanz abstellt, sind offensichtlich. Zum einen wurde die Lärmbelastung nicht bei allen betroffenen Liegenschaften gemessen, zum andern fehlen Abklärungen zur Schalldämmung der geplanten Holzkonstruktion. Sodann verkennt die Vorinstanz, dass die bei Discobetrieb zu erwartende, vom Mehrzweckraum ausgehende Lärmbelastung mit einer automatischen Türschliessungsanlage (bspw. durch ein mechanisches Gewicht) nicht vermieden werden kann. Es wäre ohne Weiteres möglich, durch Anlehnen oder Blockieren der Türe die Schliessung zu verhindern. Der Beschwerdeführer befürchtet zu Recht, dass insbesondere in den Sommermonaten wegen den hohen Raumtemperaturen mit der Offenhaltung der Türe gerechnet werden müsste.
Nach dem Gesagten hätte die Vorinstanz demnach nicht den Schluss ziehen dürfen, die zu erwartende Lärmbelastung sei mit Bundesrecht vereinbar, sondern hätte in Erfüllung ihrer Ermittlungspflicht (vgl. Art. 36 der Lärmschutz-Verordnung vom 15. Dezember 1986, LSV; SR 814.41) weitere Abklärungen treffen müssen. Die Beschwerde ist in diesem Punkt begründet und dem Antrag auf Einholung eines Obergutachtens stattzugeben.
4. Die Beschwerde ist somit wegen Verletzung des rechtlichen Gehörs und wegen offensichtlich unvollständiger Sachverhaltsermittlung gutzuheissen, das angefochtene Urteil aufzuheben und die Sache zur Einholung eines Obergutachtens und zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Dabei hat die Vorinstanz auch weitere emissionsbegrenzende Massnahmen gemäss den in diesem Verfahren geäusserten Empfehlungen des BAFU zu prüfen (vgl. Punkt 3.3 der Vernehmlassung des BAFU vom 27. August 2009). Es werden keine Gerichtskosten erhoben (<ref-law>). Jedoch hat die Politische Gemeinde Ermatingen den Beschwerdeführer angemessen zu entschädigen (Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird gutgeheissen, das angefochtene Urteil des Verwaltungsgerichts vom 18. Februar 2009 aufgehoben und die Sache zur Einholung eines Obergutachtens und zur neuen Beurteilung im Sinne der Erwägungen an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2. Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
3. Die Politische Gemeinde Ermatingen hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 2'500.-- zu entschädigen.
4. Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, der Politischen Gemeinde Ermatingen, dem Departement für Bau und Umwelt sowie dem Verwaltungsgericht des Kantons Thurgau und dem Bundesamt für Umwelt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 25. Februar 2010
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Féraud Schoder