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Suzel Balez 2006-2007
Nicolas REMYCRESSON
École Nationale Supérieure d’Architecture de Grenoble
M1CV
Voie 1 Leq 200ms A Source :Résidu dBJEU 16/12/04 23h06m01s200 JEU 16/12/04 23h07m28s000Voie 1 Leq 200ms A Source :bar dBJEU 16/12/04 23h06m01s200 63,9 JEU 16/12/04 23h07m28s000
bar Résiduel
60
65
70
75
80
85
90
22h50 22h55 23h00 23h05 23h10 23h15
Acoustique, rappels
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Plan
Rappels de physiqueLe son
Pression acoustiqueNiveau sonoreDécibel & logarithmesÉvolution du niveau de pression acoustiqueFréquences & OctavesFletcher et Munson & dB(A)Timbre
Outils techniquesOrdres de grandeur
Acoustique des sallesParoiRéflexionAbsorptionréverbération
Acoustique urbaineChamps libre
Acoustique du bâtimentBruit ou sonOutils législatifsOutils conceptuelsOutils méthodologiques
Bibliographie
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Rappels de physiqueSon : sensation auditive causée par les perturbations d'un milieu physique matériel élastique (air, eau...) et engendrée par la stimulation des éléments sensoriels de l'oreille interne (cellules ciliés), le plus souvent par les ondes acoustiques.Le son est associé au mouvement oscillatoire d’un système vibrant (source sonore). Ce phénomène crée une onde acoustique.Elle se propage dans toutes les « directions »(directivité) à une vitesse de 340 m/s (célérité du son dans l’air).Exemples
eau = 1460 m/s ; acier = 5100 m/s ; béton = 4000 m/s ; verre = 5000 m/sfoudre et tonnerrebesoin d’un milieu de propagation (déserts et espace)son de sa voixpropagation aérienne et solidienne
Laurie Anderson 1997
Ondes sphériques et ondes planes dans eau
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Le son
3 paramètres de description d’un son :niveau sonore (amplitude (A))fréquence (hauteur du son)timbre
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Niveau sonore /Pression acoustique
L’oreille est sensible à des variations de pression acoustique (en Pa ou Pascals). Elle est très sensible puisque le rapport des pression acoustique entre le « premier son » audible et un son douloureux est de 1 million (106).
On définit ainsi le :
le seuil d’audibilité PO = 20μPa ou 2.10-5 Pa
le seuil de douleur P = 20Pa
On a donc été amené à utiliser un artifice pour gérer cette échelle de sensibilité : l’échelle logarithmique qui entre un son juste audible et un son douloureux permet un découpage en 120 unités appelées décibels.
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Niveau sonore
On définit le niveau sonore, comme le rapport de 2 pressions acoustiques :
P, pression acoustique de la sourceP0, pression acoustique correspondant au plus petit son audible par l’oreille humaine.
On choisit d’exprimer ce rapport sous une forme logarithmique pour le ramener dans des proportions raisonnables.
Niveau de pression acoustique (Lp) est ainsi définit :
Lp = 10log P2/PO2 en dB ou en dB(A)
P2= puissance acoustique de la sourceP02 = puissance de référence (10-12 W)
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Décibel
Le décibel est l’expression de la mesure sonore. Il s’agit d’une unité sans dimension permettant d’exprimer le rapport des valeurs de deux puissances, ou de deux pressions ou de deux intensités.
! le dB n’est pas une unité en soiattention les Niveaux sonores ne s’additionnent pas arithmétiquement : 60 dB + 60 dB ≠ 120 dB (cf. infra)
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LogarithmesLogarithme népérien, logarithme décimal
Un logarithme se calcule part rapport à une base. (En décimal on utilise "10" comme base.) Les logarithmes népériens ont pour base la valeur e = 2.71828. Le logarithme népérien de e est égal à 1.En abrégé ou dans les démonstrations mathématiques, on écrit ln(x) pour parler du logarithme népérien de x et log(x) pour préciser qu'il s'agit du logarithme décimal.Le log décimal est calculé à partir du log népérien à l'aide de la formule :
log (x) = ln(x)/ln(10)où ln(10) = 2,30259
Variation de la fonction Log
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Évolution du niveau de pression acoustique (Lp)
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ExemplesSonagrammes 01dB - dBEnv32
fonction equaliser d’un lecteur audio sur PC
FréquencesL’oreille humaine est sensible à des variations de fréquences. L’oreille est sensible à des variations de fréquences entre 20Hz à20000 Hz (oreille jeune et en bonne santé)Ce grand domaine de sensibilité est divisé en paquets de fréquences qui sont ordonnés de façon régulière pour l’oreille. Ce sont par exemple, les octaves. Quand on passe d’une octave à une autre, on a la sensation auditive que l’on a doublé la hauteur du son.
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44 63 88
89 125 176
177 250 353
353 500 707
708 1k 1414
1415 2K 2828
2829 4K 5656
5657 8K 11313
11314 16K 20 000Découpage en octaves (Hz)
Fmini Octave Fmax
Octaves
Exemplestransformateur : 100-120hzLA du téléphone : 440 HzVoix humaine: 300-4000 HzClavecin 63-18 000 Hz
Typologiesons graves : 20-300 Hzsons médiums : 300-1000 HZsons aigus :1000-16000 Hz
Les octaves sont définies par une fréquence centrale et regroupent l’ensemble de fréquences suivant
fc / √2 < fc < fc. √2
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Fletcher et Munson, 1933
Diagramme de Fletcher et Munson
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dB(A)
Pondération AOctave (Hz) 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz 8kHz
Pondération A (dB) -15,5 -8,5 -3 0 +1 +1 -1
Un niveau sonore exprimé en décibel (dB) n’est pas vraiment représentatif de la sensation auditive humaine car l'oreille est peu sensible aux fréquences très basses ou très élevées (raison physiologique).Le niveau sonore doit donc être pondéré par un coefficient dépendant de la fréquence du son émis, afin de « pénaliser » les graves et les aigus par rapport aux médiums.On obtient ainsi un niveau sonore exprimé en dB(A)
Courbes psophométriques
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Échelle dB(A)Activités dB(A) Effets
Avion décollage 120 Choc, surdité à court termeLimite légale pour le travail 85 8H d’exposition*
À 30m d’une autoroute (4000 veh/h) 80 Troubles végétatifs, troubles nerveuxRue très circulée, 70 Compréhension difficile d’une conversation
Circulation urbaine moyenne, salle bruyante, aspirateur ménager
60 Troubles de l’endormissement, insomnies
Quartier résidentiel,restaurant calme, bureau calme
50
Salle de classe très silencieuse, appartement calme
35 Zone du sommeilTemps de récupération pour l’oreille
Appartement très calme, zone rurale loin de toute source bruyante et sans vent
30
Pièce vraiment tr!s isolé 20 Sentiment d’oppressionCalme absolu, seuil jamais atteint in situ 10 Chambre sourde
* Temps d’exposition divisée par 2 si +3dB(A)
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Timbre
Le Timbre est la qualité qui permet de distinguer deux sons émis par deux instruments différents. Si le son est "musical" au sens acoustique du terme, c’est-à-dire crée par un mouvement vibratoire périodique, on montre que le son peut être considéré comme la superposition de sons simples harmoniques, dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence d’un son de base, appelé le fondamental. Le timbre d’un tel son dépend des intensités relatives des différents sons simples harmoniques qui le composent.
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Indices acoustiquesLeq ou Niveau de bruit équivalent en dB(A)
L’énergie d’un son est proportionnelle à son niveau et à sa durée. Le Leq tient compte de la durée d’exposition. C’est une moyenne « intelligente »
leq=10log1T
Outils techniques 1
10Lp10
T∫ dt
⎡
⎣ ⎢ ⎤
⎦⎥
Lp en dB(A)
t en s
Leq
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. Histogramme
% du temps de la mesure
Classes deniveaux sonoresen dB(A)45 50 55 60 65 70 75 80 85
% du temps de la mesure
45 50 55 60 65 70 75 80 85
50 %
Outils techniques 2
Indices statistiques ou indices fractilesL5 : Niveau sonore obtenu pendant 5% du temps de la mesure (crêtes)L95 : Niveau sonore obtenu pendant 95% du temps de la mesure (bruit de fond) Lmax et Lmin : Niveau sonore maximum et minimum
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Lptotal =10 × log( 10Lpi
10
i=1
n
∑ )
Soit n niveaux sonores Lpi, la somme est donnée par la formule :
exprimée en dB(A)
Exemples : additionnez 30 ⊕ 60 ⊕ 70 ⊕ 70
Lptotal =10 × log(103010 +10
6010 +10
7010 +10
7010 )
...
Addition de niveaux sonores
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Ordres de grandeursL’usage des logarithmes n’est pas sans conséquence sur la compréhension des calculs, des mesures issues des études. Ce dont il faut se souvenir :
le dB(A) est la plus petite unité perçue par l’oreille humaine… en théorie, en labo.couramment, on se rend compte d’un changement de niveau sonore si la variation est de l’ordre de 3dB(A)quand on double la source, on augmente le niveau sonore de 3dB(A) : 60 dB(A) + 60 dB(A) = 63 dB(A)Inversement, diminuer par 2 la puissance de la source, c’est diminuer son niveau sonore de 3dB(A).pour avoir la sensation qu’on a diminué ou augmenté la puissance de la source par 2, il faut une variation physique de 10 dB(A).Une source ponctuelle, en champ libre décroît de -6dB(A) par doublement de distanceUne source linéique, en champ libre, décroît de -3dB(A) par doublement de distance
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L’acoustique des salles vise à offrir la meilleure qualité possible d’écoute à différents lieux dédiés au spectacle ou non : salle de concert, théâtre, opéra, mais aussi des lieux publics comme des hall d’entrée, des gymnases, des piscines, des réfectoiresMots-clés :
Champ direct et champ diffusRéverbération d’un localDécroissance sonore d’une sourceIntelligibilité de la paroleFormule de SabineCoefficient d’absorption alpha SabineAire équivalente d’absorption
la sa
lle de
s Prin
ces,
Mona
co
-Sys
tème C
arme
n
Acoustique des salles
Hall de la Gare du Nord,SNCF- AREP - image N. Rémy
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Comportement acoustique d’une paroi soumise à une puissance acoustique
Puissance incidente
Puissance réfléchie
Puissance absorbée
Puissance transmise
PP
=AP
+TP
+RP
1= α + τ + ρ
Cette équation est toujours valable mais elle varie avec les longueurs d’onde (les fréquences)
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Le cas de la réflexion
Réflexion spéculaireλ >>dimension du motif
Réflexion diffuse uniformeLoi de Lambertλ = dimension du motif
Réflexion spéculaireλ << dimension du motif
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Le cas de l’absorption
•Absorber les graves (< 300Hz)… effet de panneau
• Absorber les médiums (300-1000Hz)… résonateur de Helmotz
• Absorber les aigus (>1000Hz)… fibres, effets de frottements
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Réverbération d’un local
TR = 0,16VA
• Formule de W.C. Sabine en seconde
A = α i .Sii=1
n
∑avec A : Aire équivalente d’absorption en m2
α, coefficient d’absorption alpha sabine
Exemple de alpha sabine
125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2KHz 4KHzBéton brute 0,02 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05Mousse 50mm 0,32 0,89 0,82 1,00 1,00 1,00
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Réverbération d’un local
La réverbération d’un local doit être maintenue dans une fourchette de valeurs acceptable pour l’usage du local.
Exemple :Salle de classe Tr[500-2kHZ] 0,6 - 0,8s(cf. JOUHANEAU J. : Acoustique des salles et sonorisation - Paris - T1D - 1997 - 610p)
Gymnase à Grenoble, Nicolas Michelinwww.cyberarchi.com
la salle des Princes, Monaco - Système Carmen
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Acoustique urbaine
Revêtements acoustiques - www.boscoitalia.it
Acoustique urbaine ou des bruit des transports (train, voitures, avions) vis-à-vis des riverains : cela renvoie à la question de la protection des riverains du bruit de ces infrastructures
Mots-clésPropagation en champ libreEffets météorologiquesDécroissance du bruitRevêtementsMurs anti-bruitsIsolation des façades
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Propagation en champ libre
Propagation en champ libre est régie par la loi suivante :
Lp = Lw +10log Q4πd2
exprimée en dB(A)
avec . Lw = niveau de puissance de la source. d, distance source récepteur . Q = directivité de la source
Q=1, source omnidirectionnelleQ=2, source omni contrainte par un solQ=3, source omni contrainte par 2 plansQ=4, source omni contrainte par 3 plans
d
® formule valable jusqu’à 150mAu delà, il faut tenir compte des effets météorologiques et du revêtements du sol.Cf. guide du CSTB - CETUR en bibliographie
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Acoustique du bâtiment : problèmes àl’intérieur d’un même bâtiment, problèmes liés au voisinage d’activités bruyantes (industries, domestiques)Mots-clés :
Isolation phoniqueTransmissions directes, latéralesBruits aériensBruits de chocSols flottantsPonts phoniquesIsolement brut, normalisé etstandardiséBruit des équipementsFacteur de transmissionIndice affaiblissement
Sous couche Velaphone, isolation bruit de chocs
Isolant acoustique, laine minérale
Acoustique du bâtiment
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Bruit ou son ?
Le bruit (définition normalisée) 1- vibration acoustique erratique, intermittente ou statistiquement aléatoire2- Toute sensation auditive désagréable ou gênantesons, bruit,… comment faire la différence ?
Quels outils pour décrire ces phénomènes physiques et ces perceptions ?
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Outils législatifs
Loi BruitLa loi du 31 Décembre 1992, dite loi « Royal » ou loi « Bruit », premier texte global en la matière constitue sans doute le premier effort notable de formulation d’un texte fondateur renforçant la législation existante sans forcément remanier ni remplacer les texte précédents.
Cette loi instaure :- des mesures de prévention des émissions sonores- réglemente certaines activités bruyantes- fixe de nouvelles normes pour l’urbanisme et la construction au voisinage des infrastructures de transports- instaure des mesures de protection des riverains des aérodromes- simplifie la constatation des infractions, renforce les modalités de contrôle et de surveillance ainsi que les sanctions judiciaires et administratives pour l'application de la réglementation.
Cette loi fera naître de nombreux textes d’applications ainsi que la NRA (Nouvelle Réglementation Acoustique) dont un des objectifs était l’uniformisation des critères et des méthodes à l’échelle européenne.
Centre d’information et de document du bruit (Cidb)www.cidb.orgLegifrancewww.legifrance.gouv.fr
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Modèle perceptifTous ces outils sont fondamentaux mais reposent sur un modeèlethéorique remis en cause aujourd’hui par beaucoup de recherches : le modèle « stimulus - réponse » de la perception (chien de Pavlov).
L’usager n’est-il qu’un récepteur à des stimulus ?L’usager n’est-il pas aussi le faiseur de bruit ?L’usager ne subit-il que les affres de son inconfort ? N’est-il jamais acteur des situations qu’il vit ?Qu’en est-il de la construction perceptive des usagers ?Ces questions ne renvoient-elles pas à des questions culturelles ? Entre différents pays, mais aussi entre des catégories d’individus…
Nécessité d’intégrer dans la question du bruit les questions liés au contexte social et culturel
Ces phénomènes se répètent-ils selon tous les types de lieux (logement, espace public, …)
Nécessité d’intégrer le contexte spatial des situations
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Outils conceptuels
Lisbon Story - Wim Wenders
Objet sonore (Pierre Schaeffer) : c’est le son enlevé de toute signification et de toute construction phénoménologique.
Paysage Sonore (Murray Schaffer) : c’est la contemplation d’un agencement de signaux sonores (naturels et/ou artificiels) pour leur(s) beauté(s). (mise à distance paysagère)
Effets sonores (Jean-François Augoyard, Cresson) : ce sont les phénomènes sonores pris dans un contexte social et physique.
Identités sonores d’un quartier / ville. (Pascal Amphoux)
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Outils méthodologiques 1/2
Mesures
Sonomètres des sociétes
Bruël et Kjaer http://www.bksv.com/
01dB - Metravib http://www.01dB.com
01dB : symphonie 01dB : dBEnv32 01dB : Solo
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Outils méthodologiques 2/2
Calculs prédictifs
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)
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01dB : Cadnaa et Mithra - cartographie de bruit
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)
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Catt Acoustic - acoustique des salles
CSTB - Acoubat - acoustique du bâtiment
Exemple de modélisation sous MITHRA-SIG (CSTB + IGN)
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Bibliographie 1/3Ouvrages généraux :
CIATTONI J.P. : Le bruit - Toulouse - Privat - 1997 - 159pBOUYSSY A.,DAVIER M.,GATTY B.: Physique pour les sciences de la vie (T3 : Les ondes). Paris. Belin. 1990. 292pBRUNEAU M : Introduction aux théories de l'acoustique Université du Maine 1983-650pTOMATIS A.: L'oreille et la vie- Paris, Laffont 1977- 314pBURGEAT M-GRALL Y-LOTH D : Physique et biophysique en PCEM Paris-Masson 1973 -300pJOSSE R: Notions d'acoustique à l'usage des ingénieurs architectes et urbanistes .Paris. Eyrolles, 1972,288 p, CRAWFORD F S: Ondes , cours de physique de Berkeley.vol 3.Paris. Armand Colin. 1972. 620pPUJOLLE J : Lexique guide d'acoustique architecturale. Paris. Eyrolles- 1971FLEURY P -MATHIEU JP : Vibrations mécaniques et acoustique Paris Eyrolles 1968. 350pMERCIER J : Acoustique Paris PUF 1962. 1000
Techniques d'isolation dans les bâtiments :HAMAYON L. : Réussir l'acoustique d'un bâtiment - Paris - Le Moniteur - 1996 - 271pMEISSER : L'Acoustique des bâtiments par l'exemple -Paris: Le Moniteur, 2° édition 1994, 392 p.MERCIER D et alii.- Le livre des techniques du son . Paris. Eyrolles. 1988/94 (3 tomes).1000 pPINCON G. -Amélioration acoustique des logements . Paris. Cated -1988. 170pANAH. L'isolation acoustique des logements anciens. Paris. Eyrolles. 1986HAMAYON, L.: Guide acoustique pour la conception des bâtiments d'habitation, Paris Le Moniteur, 1982,180 pCollectif : CSTB. REEF 1982, 300 p.C.A.T.E.D. : L'isolation acoustique. Paris : Le Moniteur, 1980, 339 p., PUJOLLE : La Pratique de l'isol acoustiques des bâtiments . Paris Le Moniteur, 1978, 573 p.,DELEBECQUE R -ROMAGNOLI J : Confort de l'habitat, isolation acoustique. Paris Delagrave. 1975. 100pMEISSER : La pratique de l'acoustique dans le bâtiment Paris Cated-Eyrolles. 1971. 130pSIMONIN-ADAM Christine, Acoustique et Réhabilitation, Ed. Eyrolles, PUCA, 2002, 381 p.,
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Bibliographie 2/3Acoustique des salles :
JOUHANEAU J. : Acoustique des salles et sonorisation - Paris - T1D - 1997 - 610pCollectif : Theaters and halls. Tokyo. Meisei. 1995. 224pBARRON M. : Auditorium acoustics and architectural design. Londres. E&FN SPON. 1993. 443pColllectif : Rencontres architecture et musique - Chateau de forges, Pesmes - 1992 78pEGAN David : Architectural acoustics. New York- Mac Graw Hill. 1992POUBEAU P, BARON C : Produits pour la correction acoustique. Paris. CATED. 1991. 72pFORSYTH M: Architecture et musique:l'architecte,le musicien et l'auditeur du17ème siècle à nos jours. Bruxelles-P.Mardaga. 1987,360pADAM M. : Acoustique architecturale et acoustique des salles. Blauen (CH). Schweizer Baudokumentation. 1985. 68pLEIPP, E : Acoustique et musique. Paris. Masson. 1980 IZENOUR : Theater design. New York : Mac Graw hill Cie, 1977, 630 pLAMORAL R : Music et architecture. Paris : Masson, 1975, 180 p., RAES A.C. : Isolation sonore et acoustique architecturale - Paris - Chiron - 1964 - 383pBERANEK L : Music, acoustic and architecture . New York. J. WILEY,1962, 580 pKNUDSEN V.O. ET HARRIS C.M. : Le projet acoustique en architecture - Paris - Dunod - 1957
Acoustique urbaine :C.E.T.U.R. : Guide du bruit des transports terrestres (plusieurs tomes spécialisés).ParisBAR P, LOYE B : Bruit et formes urbaines : propagation du bruit dans les tissus urbains,Paris. CETUR. 1981MIGNERON : Acoustique urbaine. Paris : Masson, 1980, 126 p.,
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Bibliographie 3/3Environnement sonore :
AMPHOUX P. : L'identité sonore des villes européennes, Guide méthodologique. CRESSON-IREC. 1993. 2 tomes. 86pAMPHOUX et alii: Aux écoutes de la ville, enquète sur 3 villes suisses. Lausanne CRESSON/IREC 1991. 319pCHELKOFF et alii: Entendre les espaces publics. Grenoble. CRESSON 1988, 160pAUGOYARD, BALAY, CHELKOFF. Sonorité,sociabilité,urbanité. Grenoble. CRESSON, Plan construction 1982PLAN CONSTRUCTION : Paysage sonore urbain. Paris : MECV, 1980, 139 p., (N 4335).MURRAY-SCHAEFFER R : Le Paysage sonore. Paris : Lattès, 1979, 387 p., (N 395).AUGOYARD J.F et TORGUE H., Répertoire des effets sonores,- ED. Parenthèse, Marseille.THIBAUD Jean-Paul, l’espace Urbain en méthode - editions Parenthèse, Marseille.
RevuesTechnique et architectureLes cahiers techniques du moniteurActualité de la scénographieLes cahiers du CSTBActa Acustica (et les versions précédentes: : Revue d'acoustique /Journal d'acoustique)Le bulletin du CIDBEcho Bruit. Revue du CIDBIsolation -Information , la revue du CFI
