Architecture is a matter of designing spaces. This involves their size, proportions, materials, functions, the air conditioning, and the acoustics. Through transmission via walls and floors, mechanical sounds and human activities are audible in rooms other than those in which they originate. Today’s regulations, whereby buildings are constructed with floating floors and multi-layered coverings, increasingly create soundproofed interior worlds. Above all in older buildings, the sounds of creaking beams, scraping chairs, voices, music and the steps of the neighbours are part of everyday life.
A ball bounces off the floor, a machine clatters and hammers away, a person saunters, jumps or stamps. Whether a sound is merely noticeable or disruptive depends on the individual sensibilities and attentiveness of the person listening. Physical sound measurement can only capture incidences at a particular point in time, and the resulting values – whether in decibels or in phons – seldom correspond to the perceived loudness.
Whilst walking sound is limited to the noise of steps in the same room, impact sound means the sum of all the possible various sound events that are transmitted into other rooms: the structure-borne noise of feet, furniture or appliances is perceived as airborne noise in adjacent rooms. In 1959 the physicist Karl Gösele listed the possible impact-sound impulses as follows: ‘Stimuli could be, for example, pulling up chairs, the impact of falling objects, the use of sewing machines and other household machines.’ He later extended his examples to include ‘kitchen appliances and washing machines’ and ‘children playing on the floor’. From the beginning onwards, ‘the most common stimulus was the treading of floors’.
The most distinct sound impulses are caused by walking in high-heeled shoes. The initial impact of the edge of a wide heel of female footwear that is not worn-out is the most significant impulse for measuring sound pressure levels, as most recently confirmed by a 2009 report by the Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research; the subsequent progression of walking is negligible. Women with high-heels were used as test persons in almost all instances: this seems to imply a consensus that this is the loudest and most disturbing noise.
Whereas previously it was more common to use a test person to examine impact-sound transmission, modern methods now mostly rely on a standardised tapping machine in order to objectify the results. Physics has made the acoustic properties of different floor constructions comparable. The machine, the heads of which release an impulse corresponding to the heel of a shoe, has also been called the ‘standard trampler’.
The development of mechanised sound impulses occurred at approximately the same time at various institutes, and are today subject to international standards. As early as 1937, the Berlin physicist Arnold Schoch presented a ‘standardised tapping machine’ consisting of five 500-gram hammers dropped in freefall from a height of four centimetres at a rhythm of ten impacts per second. In the course of the machine’s evolution various acoustic laboratories had also developed slower models, or models equipped with cranks or batteries, with fixed or folding supports, and with hammerheads made of wood, rubber or steel. The difference between the hammers described in Schoch’s machine and those stipulated today lies above all in the fact that the heads no longer consist of iron with a one-centimetre-thick beech-wood layer, but of hardened metal.
The correlation between the tapping machine and the human step is still today subject to a process of continual review. Men and women, heels and rubber soles, carpet and concrete floors are all compared and measured against each other. In the process it has been shown that standard measurements are unable to judge the sequence of certain individual gaits, such as the ‘heel tread’-walk and particularly heavy, low-frequency steps on carpeted floors, as they lie outside the constructional physical range of 100 to 5,000 hertz. Already in 1967, the acoustic scientists Cremer and Heckl established that the standard tapping hammer machine failed ‘to adequately reproduce the characteristics of walking noises. Nevertheless, because sounds in buildings are not only produced by moving and perambulation, but also by knocking and by falling objects, praxis has shown that the standardized tapping machine represents a very practicable compromise.’
Residential regulations and cautioning can only restrict the disruptive sounds emitted from private apartments to a limited extent. The secondary and more practicably realisable measures are stipulatory standards regulating the maximal sound transmission levels of construction elements. In Switzerland, the 1963 publication of the federal experts’ report ‘Noise Abatement in Switzerland’ first marked out noise as a public concern. In 1970, the permitted impact-sound level became regulated by a recommendation, and since 1976 by the standard set by the Swiss Association of Architects and Engineers in SIA 181 ‘Sound Proofing in Architectural Construction’. The sound insulation values of new products and wall and floor constructions are either tested and assessed in an acoustic laboratory, or the inspection of the sound transmission values of a finished building are undertaken on site.
The technical application of the machine as a noise generator becomes an impartial reference, independent of individual perceptions. These objectively documented sound pressure levels serve as a legal instrument for noise abatement. In the legal context the machine has advanced to an authority in that it dictates whether a particular measurement reading rests within the range of the threshold tolerance values. – In art such machines have served as a source of inspiration, for instance in Futurist painter Luigi Russolo’s 1913 construction ‘intonarumori’ (‘noise intoners’) in 1913, or in composer Rolf Liebermann’s symphony ‘Les Echanges’ for 156 office machines, such as typewriters, calculators and cash registers, for the 1964 Expo.
Translated from German by Thomas Skelton-Robinson.
L’architecture s’occupe de la planification de locaux: cela englobe les dimensions, les proportions, les matériaux, les fonctions, le climat et l’acoustique. Du fait de la transmission par les parois et plafonds, les bruits de machine et les activités humaines sont audibles également dans d’autres locaux que ceux où ils sont engendrés. Les maisons construites avec des dalles flottantes et des revêtements multicouches conformément aux prescriptions actuelles créent de plus en plus d’îlots soniques. C’est surtout dans les bâtiments anciens que le grincement des poutres, le déplacement de chaises, les voix, la musique et les pas des voisins font partie du quotidien.
Une balle rebondit sur le sol, une machine ronfle et frappe, une personne se balade, saute ou trépigne. Savoir si un bruit est perceptible ou gênant, dépend de la sensibilité individuelle et de l’attention de la personne qui l’entend. Une mesure sonique physique ne peut que saisir les événements à un moment donné. La valeur résultante, en décibels ou en phones, correspond rarement à l’intensité sonore perçue.
Tandis que le bruit de pas se limite au bruit des pas dans la même pièce, le bruit d’impact correspond à la somme d’excitations sonores les plus diverses transmises dans d’autres locaux: le bruit de structure des pieds, meubles ou appareils est perçu dans les locaux voisins comme un bruit aérien. Le physicien Karl Gösele a retenu les impulsions possibles de bruit d’impact de la manière suivante en 1959: «Les bruits sont déclenchés par exemple par le déplacement de chaises, le choc d’objets tombant sur le sol, l’exploitation de machines à coudre ou autres machines ménagères.» Il a ultérieurement complété ces exemples des «machines de cuisine et à laver» et de «jeux d’enfants sur le plancher». Dès le début, «la forme d’excitation la plus fréquente était la marche sur des planchers».
Les impulsions sonores les plus claires sont provoquées par des pas sur de hauts talons. Un rapport du département acoustique du Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche EMPA de 2009 confirme que le premier choc du bord d’un talon large non usé de chaussures féminines est le plus parlant pour la mesure de l’intensité du bruit d’impact et que la suite du pas est négligeable. Dans presque tous les cas, les personnes de test sont des femmes portant des chaussures à hauts talons – il semble qu’il y ait un consensus sur le fait que c’est là le bruit le plus fort et le plus gênant.
A des fins d’objectivation, des essais de transmission de bruit d’impact avec une machine à chocs standardisée ont été largement remplacés par une personne de test. La physique a rendu comparables les caractéristiques acoustiques de diverses constructions de sol au moyen d’une machine. Les têtes de la machine à chocs standardisée déclenchent une impulsion semblable à celle d’un talon de chaussure.
L’impulsion sonore d’une machine a été développée à peu près simultanément à divers instituts et est désormais standardisée sur le plan international. En 1937 déjà le physicien berlinois Arnold Schoch a constitué une «machine à chocs» standardisée avec cinq marteaux de 500 grammes chacun tombant d’une hauteur de quatre centimètres à raison de dix chocs par seconde. Au cours de l’évolution, divers laboratoires d’acoustique ont également développé des modèles plus lents ou équipés de manivelles ou de batteries, avec des pieds fixes ou rabattables et des têtes de marteau en bois, caoutchouc ou acier. Les marteaux de l’appareil décrit par Schoch diffèrent des appareils actuellement prescrits avant tout du fait que les têtes sont en fer, avec revêtements en bois de hêtre d’un centimètre d’épaisseur, dés qu’aujourdhui elles sont en métal trempé.
La relation entre la machine à chocs et les pas humains se vérifie constamment à nouveau. Hommes et femmes, talons et semelles de caoutchouc, sol en béton et tapis sont comparés. Les démarches individuelles, comme la «marche sur les talons» et les pas particulièrement lourds et à basse fréquence sur des tapis – en dehors du spectre de la physique de construction de 100 à 5000 hertz – ne peuvent être évalués par les mesures standard. Les acousticiens Cremer et Heckl ont déjà déclaré en 1967, à propos de la machine à chocs standardisée, que «la caractéristique des bruits de pas n’est pas particulièrement bien reproduite. Etant donné cependant que les bruits dans les bâtiments ne sont pas provoqués uniquement par la marche et les pas mais également par des bruits de frappe et la chute d’objets, la machine à chocs standardisée représente un compromis parfaitement utilisable, comme l’a montré la pratique.»
Les règlements de maison et les avertissements ne peuvent réduire les bruits dans les appartements privés que de manière restreinte. Une mesure secondaire et plus facile à imposer en pratique est la réglementation par des lois, normes et recommandations sur les valeurs maximales de transmission de bruits des éléments de la construction et d’immissions dans les pièces. Depuis la publication du rapport des experts fédéraux, «La lutte contre le bruit en Suisse» de 1963, les bruits gênants sont devenus un sujet public en Suisse. Le niveau standard autorisé de bruit d’impact est réglé depuis 1970 par une recommandation et depuis 1976 par la norme SIA 181 «Protection contre le bruit dans le bâtiment». Au laboratoire d’acoustique, les valeurs d’insonorisation de nouveaux produits, constructions de parois et de sols, sont mesurées et évaluées, ou bien une mesure sur place sert à constater les valeurs de transmission du bruit dans le bâtiment terminé.
La machine comme générateur de bruit devient en application technique une référence impartiale qui n’est pas influencée par la perception individuelle. Ce bruit documenté objectivement sert également d’instrument légal de lutte contre le bruit. Dans le contexte juridique, la machine devient une instance en décidant si une valeur mesurée donnée est dans les tolérances des valeurs limites. – Dans le domaine des arts, elle sert toujours à nouveau à l’inspiration, par exemple lorsque le peintre futuriste Luigi Russolo a construit en 1913 les «intonarumori» (en français: «générateurs de bruit») ou lorsque le compositeur Rolf Liebermann a composé pour l’Expo 1964 la symphonie «Les échanges» pour 156 machines de bureau.
Traduit de l'allemand par Richard Squire.