CHAPITRE VI

Le son est la sensation excitée dans le nerf acoustique par le mouvement vibratoire d'un corps élastique ; à chacune des qualités fondamentales du son doit donc correspondre un caractère déterminé du mouvement vibratoire générateur. Nous avons établi que Vintensité et la hauteur musicale du son dépendent : la première de Tamplitude des vibrations, la seconde de la rapidité du mouvement vibratoire ou du nombre des vibrations exécutées dans l'unité de temps. Pour rendre compte du timbre^ nous ne pouvons plus disposer que de la forme du mouvement vibratoire générateur. — Nous avons établi que, sans influence sur le ton du son rendu, la forme de la vibration commande le nombre, le rang et l'intensité des harmoniques qui accompagnent le son fondamental. — A la fin du chapitre précédent, nous avons montré qu'il existe un lien d'étroite solidarité entre le timbre et le mode d'association des sons partiels d'un son complexe, c'est-à-dire entre le

timbre du son rendu et la forme du mouvement vibratoire générateur.

M. Helmholtz a imaginé une expérience trèssimple pour montrer que deux sons simultanément rendus peuvent se fondre en un seul son, dont le timbre diffère très^notablement de celui de chacun des sons composants. — A (fig. 78) est un flacon de verre

Figure 78.

auquel on ajuste un tube d de gutta-percha, au moyeq d'un support c. L'extrémité du tube est aplatie et terniinée par une fente étroite e ; par son autre extrémité, le tube communique avec une souffleiîe. Pendant que Fair s'échappe par la fente e, le flacon rend un son sourdy analogue à celui de la voyelle ou et à peu près complètement dépouillé d'harmoniques.

On peut, à volonté, baisser le ton, en couvrant une partie de Tonfice du flacon avec une petite plaque de bois;onleAaf/^^^,envei*santderhuiIedans le flacon.

M. Helmhoitz avait ainsi accordé un premier flacon en ^tf, et un second flacon plus petit à Toctave aiguë, en si^ ; quoique de hauteurs différentes, les sons de ces deux flacons avaient le même timbre sourd j analogue à celui de la voyelle ou. — Quand, après avoir fait résonner les deux flacons alternativement et indépendamment Tun de l'autre, il les attaquait simultanément, il distinguait d'abord nettement les deux notes dans la masse sonore ; mais peu à peu la note aiguë se fondait dans la note gi^ve. Dans cette fusion graduelle, le changement de timbre était caractéristique. Les deux flacons résonnant ensemble ne faisaient entendre finalement que le si^ du flacon accordé au ton le plus grave ; seulement, au lieu de consener le timbre sourd de la voyelle ou commun à ses deux sons composants, le son résultant prenait le timbre plus clair ^ plus éclatant de la voyelle o. — L'addition d'un son plus élevé suffit donc pour modifier considérablement le timbre, sans altérer la hauteur musicale du son rendu.

Cette expérience et celles que nous avons rapportées dans les chapitres précédents nous conduisent naturellement à admettre que : le timbre dépend du nombre j du rang et de Fintettsité des harmoniques

associés au son fondamental (1). — Le timbre est en Idéalité la sensation inconsciente de la superposition des harmoniques au son fondamental. Les preuves les plus décisives de l'exactitude de cette proposition sont fournies par l'analyse des sons des différents instruments de musique.

La manière dont le son commence et finit varie beaucoup avec la source qui le fournit. — Le son des cordes lourdes et fortement tendues s'établit lentement et se prolonge longtemps avant de s'éteindre ; les phénomènes sont inverses avec les coitles légères et faiblement tendues ; ie pizzicato fournit un son bref, sec et sans ampleur. — Avec la flûte, le hautbois, la clarinette, le passage d'un ton à l'autre s'opère facilement grâce aux trous latéraux du tuyau et n'exige qu'une très-faible variation de l'intensité du souffle. Il n'en est pas de même des instruments de cuivre; avec la trompette, le trombone, etc., une certaine force de souffle est nécessaire pour changer le ton. — Toutes ces particularités sont sans doute caractéristiques du son de quelques instruments, peuvent servir à les distin-

(1) M. Résal, dans une note communiquée à l'Académie des sciences {Comptes rendus des séances de l'Académie dessciences^ 1874, t. LXXIX, p. 821), a montra que, bien longtenps a?ant M. Heimhoitz, Monge avait posé le principe fondamental de la théorie du timbre des sons musicaux.

GAVARRIT. 18

tIA pu TIMBRE DES SONS MUSICACX.

guer, mais ne sauraient être considérées comme les éléments constituants du timbre musical d'un son uniforme et continu.

En généi^l, les sons des instruments à vent sont accompagnés de bruissements et de sifflements déterminés par l'air, au moment où il se brise contre les bords aigus de l'embouchure. — Le frottement de l'archet produit un grincement particulier, qui se mêle au son de la corde ou de la verge excitée. — Ces petits bruits accompagnateui^, bruits d'embouchure ou d'archet, dont l'intensité varie avec l'habileté de l'artiste exécutant, caractérisent à un haut degré les sons des instruments de musique. Cependant, nous ne pensons pas devoir les ranger au nombre des éléments fondamentaux du timbre. En effet, à une distance assez considérable pour que ces bruits accessoires cessent d'être sensibles, on distingue, généralement et assez facilement, les uns des autres les sons des divers instruments de musique.

Nous ne tiendrons compte, dans cette étude, que de la partie véritablement musicale du son, de celle qui correspond à un mouvement d'une durée constante et de période réguhère. De ce point de vue, emprunté à M. Helmholtz, l'expression timbre musical s'applique exclusivement aux rapports qui existent entre la constitution du mouvement vibratoire générateur et la natui^e de la sensation auditive.

Nous ne dirons rien ici du diapason, ni des verges, ni des plaques, ni des membranes ; ils ne sont que très-exceptionnellement employés dans les orchestres. Les sons simples ou pendulaires que rendent ces appareils sont en général d'un timbre doux, sans mordant, sans dureté, mais aussi sans éclat ; leurs sons partiels, quand ils accompagnent le son fondamental, ne sont pas généralement harmoniques. — « Ces divers instruments, dit M. Hel- 3> mholtz (1), ont cela de commun que leur mouve- » ment vibratoire fait naître des notes supérieure^ 2> non harmoniques, et que la proximité de ces notes i> et du son principal a pour résultat de produire un » son qui est, au plus haut degré, impropre à la 2> musique et désagréable à l'oreille. »

Article I.

Instruments à cordes.

Ces instruments se divisent en deux ordres, suivant le procédé employé pour les faire vibrer. — Le premier comprend la harpe, la guitare, la cithare, le piano : dans les trois premiers cas, les cordes sont pincées; dans le piano, les cordes résonnent par percussion. — Le deuxième ordre comprend tous

(1) Loc. cit. y page 104.

276 DU TIMBRE DES SONS MUSiCAUI.

les instruments à archet qui, dans le cas du pizzicatOy rentrent évidemment dans le premier ordre. — Rappelons que, de quelque manière qu'elles soient excitées, les cordes tendues rendent des sons harmoniques très-pure.

t" •Pdb-c d'imtrvMeBto à emwéif. — Le

timbre du son rendu, comme le nombre et Tintensité relative des harmoniques qui font collège au son fondamental, dépend de plusieurs circonstances :

a. Du mode d'attaque de la coitle ;

b. Du point d'attaque de la corde ;

c. Du diamètre, de la rigidité, de l'élasticité de la corde.

Le joueur de harpe et de guitare attaque la corde avec le doigt ; les cordes de la cithare sont excitées avec une pointe ; les cordes du piano sont soumises à un mode d'attaque bien différent, on les frappe avec de petits marteaux de poids et même de nature variables.

L'influence du mode d'attaque sur le timbre du son s'explique par ce fait, dont l'exactitude est attestée à la fois par la théorie et par l'expérience : le nombre et V intensité des harmoniques supérieurs sont d'autant plus considérable ^ que le mouvement vibratoire communiqué présente des discontinuités plus nombreuses et plus marquées.

La corde pincée avec une pointe du avec le doigt

est écartée, d'un bout à l'autre, de sa position d'équilibre et abandonnée à elle-même ; il n'y a de discontinuité que dans l'angle formé au point d'attaque. Avec la pointe, cet angle est [)lus aigu, la discontinuité est plus marquée qu'avec le doigt. Aussi le timbre de la cithare est-il plus perçant que celui de la harpe et de la guitare ; le son obtenu est accompagné d'un plus gi*and nombre d'harmoniques élevés qui produisent une sorte de tintement. Mais, de quelque manière que la corde soit pincée, l'intensité du son fondamental l'emporte toujours sur celle des harmoniques coexistants. Cette supériorité du son fondamental est surtout prononcée dans les cas où la corde est attaquée avec le doigt. — La prédominance de l'intensité du son fondamental sur les harmoniques donne toujours au timbre un caractère de plénitude et de douceur ^ qui rend le son particulièrement hannonieux.

La nature du marteau percuteur exerce une gmnde influence sur la forme du mouvement vibratoire communiqué aux cordes du piano. — Un marteau métallique se relève immédiatement après le coup ; l'impulsion'directe n'est réellement imprimée qu'au point frappé; c'est seulement après le relèvement du marteau que, par voie d'ondulation curviligne, le mouvement se communique, de proche en proche, au reste de la corde. Les discontinuités sont nécessaii^ment très-prononcées; les harmo-

niques sont très-nombreux et quelques-uns ont une intensité égale et même supérieure à celle du son fondamental. Cette forme du mouvement vibratoire imprime au son un caractère tout spécial, connu sous la dénomination de timbre vide. *

Avec un marteau mou et élastique, le choc est plus prolongé, le mouvement du point frappé a le temps de se propager au reste de la corde avant que le marteau se relève, la vitesse du point frappé s'accroît continuellement pendant la durée du contact du marteau. Le mouvement général de la corde est moins discontinu, l'intensité des harmoniques est d'autant plus atténuée que le marteau percuteur est moins dur et reste plus longtemps en contact avec la corde ; c'est surtout de la durée du contact que dépend l'influence du marteau sur la forme du mouvement vibratoire et sur le timbre du son rendu. On comprend ainsi comment, en modifiant la composition et le poids des marteaux percuteurs, on parvient à donner de la plénitude au son, parle renforcement de l'intensité relative du fondamental ; mais les cordes frappées ne donnent pas, du moins dans le médium et dans la partie basse, des sons aussi pleins que les cordes pincées avec le doigt.

La position du point d'attaque exerce aussi une grande influence sur la forme du mouvement vibratoire et, par suite, sur la composition du son. L'analyse expérimentale s'axîcorde, en efffet, avec la théo-

rie pour montrer que le son de la corde pincée ou frappée est dépourvu de tous les harmoniques qui ont un nœud au point d'attaque ; au contraire les harmoniques, dont le point d'attaque est un ventre, sont renforcés le plus possible. La position du point d'attaque doit donc exercer une influence considérable sur le timbre.

En attaquant la corde au milieu de sa longueur, on supprime forcément tous les sons partiels de rang pair, et le son prend un timbre nasillard. — Quand Tébranlement est produit au tiers de la longueur de la corde, les sons partiels 3, 6, 9, etc., sont supprimés, le timbre a quelque chose de creux moins prononcé que dans le cas précédent. — Si la corde est excitée dans le voisinage de son extrémité, les harmoniques très-élevés sdul favorisés aux dépens des harmoniques graves et du son fondamental, le timbre est vide et tintant.

L'expérience a appris aux facteurs de piano qu'il est bon de frapper les cordes du médium entre le septième et le neuvième de leur longueur. Par le choix de ce point d'attaque, on réalise deux avantages : — d'une part, on élimine les septième et neuvième sons partiels, qui n'appartiennent pas à l'accord parfait; d'autre part, on renforce les six premiers sons partiels et l'on favorise ainsi la production des sons musicaux les plus agréables, les mieux appropriés aux combinaisons harmoniques.

2gU DU TIMBRE BES SONS MUSICAUX.

Le diamètre et la nature des cordes jouent aussi un rôle dans la composition du mouvement vibratoire et le timbre du son . — Les cordes très-rigides se prêtent très-difficilement à la division en parties vibrantes de très-faible longueur et, par suite, à la production d'harmoniques très-élevés. — Au contraire, les cordes mélalliques très-fmes rendent une longue série de sons partiels supérieurs dont les plus élevés, trop rapprochés les uns des autres pour être nettement distingués, se fondent en une sorte de tintement qui forme le caractère spécial du timbre de la cithare, — A solidité égale, les cordes à boyau sont plus légères et donnent des sons partiels plus élevés que les cordes métalliques. Les cordes à boyau sont moins élastiques; il en résulte que leurs sons, surtout les plus élevés, s'éteignent vite. Pour cette raison, le timbre des cordes à boyau (harpe, guitare, violon et violoncelle enpizzicato) est moins sifflant que celui des cordes métalliques de la cithare.

9"« Ordre d'iastrameiits h e^rde». — Instra-

ments à archet. — Dans 'les instruments de ce genre, la corde adhère à l'archet pendant la majeure partie de la vibration, puis elle s'échappe brusquement pour revenir rapidement en arrière ; elle est reprise par un autre point de l'archet et ainsi de suite. M. Helmholtz a fait une application très-ingénieuse de la méthode optique, imaginée par M. Lissa-

jous, à l'étude du mouvement vibratoire d'une corde «xcîtée par un archet. Sans entrer dans le détail de ses expériences, nous devons rappeler ici les principaux résultats de ses recherches.

La forme de la vibration de la corde excitée par un archet est très-différente de la vibration pendulaire. — La corde primitivement tendue, en ligne droite, entre les points fixes a et b (fig. 79), prend la forme d'une ligne brisée ac b.Le point d'inter-

section c des deux portions ac,cb est le point de la corde le plus éloigné de la position d'équilibre ; c'est le sommet de la corde; sa position est évidemment connue quand on a déterminé les longueurs de son abscisse a ^ et de son ordonnée c e. Ce sommet c occupe successivement les divers points de la corde; il se déplace, d'un mouvement continu, d'une extrémité à l'autre de la corde, alternativement de a en 6 et de & en a (1) ; en même temps, la longueur de l'ordonnée c e^ qui mesure l'écarlement du som-

(1) Les flèches de la figure 79 indiquent le changement alternatif du sens du mouvement de déplacement du sommet c de la corde*

28â DU TIMBRE DES SONS MUSICAUX.

met Cy varie suivant une loi déterminée. « On peut, » dit M. Helmhoitz (4), décrire brièvement le mouve- » ment de la corde en disant que, dans la figure 79, » le pied e de l'ordonnée du sommet de la corde va » et vient sur la ligne a b avec une vitesse constante^ » tandis^ que le sommet c lui-même parcourt, l'un » après l'autre, les deux arcs de parabole acbybda » (indiqués en lignes ponctuées), la corde étant » tendue suivant les droites ac^ bc ou bd, ad (indi- » quées en lignes pleines) . > — La distance du point d'attaque au chevalet n'imprime à la forme de la vibration que des modifications d'ordre' secondaire. Lorsque l'archet est bien conduit, le son complexe rendu contient tous les harmoniques que comporte le degré de rigidité de la corde ; on obtient facilement tous les sons pdivtieh jusqu'au sixième; avec de l'exercice, on parvient à prolonger la série jusqu'au dixième. L'intensité des sons partiels décroît rapidement avec leur hauteur; l'intensité du second son partiel est le quart, celle du troisième le neuvième, celle du quatrième \t seizième, etc., etc., de celle du son fondamental. — Sur les cordes du violon, du violoncelle, de l'alto, le son fondamental sort plus fort que sur les cordes du piano ou de la guitare, frappées ou pincées dans le voisinage de leurs extrémités; les premiers harmoniques sont

(1) hoc, ciLy p. 507.

relativement plus faibles, tandis que les sons partiels aigus, du sixième au dixième, sont plus nets ; cette dernière circonstance communique leur mordant caractéristique, aux sons des instruments à archet. Les cordes vibrantes ne communiquent directement à Tair qu'une très-faible portion de leur mouvement; en réalité, la transmission à la masse gazeuse ambiante se fait par l'intermédiaire des parties •résonnantes de l'instrument. Attaquées par l'archet ou pincées, les cordes du violon ébranlent le chevalet sur lequel elles sont fixées. Par ses deux pieds, le chevalet repose sur la partie la plus mobile de la table supérieure de la caisse, entre les deux f (1) de rinstrument. L'un des pieds du chevalet s'appuie sur une base relativement fixe, sur Vâmey petite tige de bois placée entre la table supérieure et la table inférieure; par l'autre pied, les ébranlements du chevalet sont transmis à la table supérieure, dont les vibrations sont communiquées par l'âme à la table inférieure. Dès lors, on comprend la grande influence que la structure de l'instrument, et une élasticité du bois aussi parfaite que possible, exercent sur la beauté du son, en favorisant la très-grande régularité des vibrations. Une bonne partie de la supériorité des vieux violons pourrait bien pro-

(1) On désigne, par ceUe dénomination, les deux ouvertures en forme de f, pratiquées sur la table supérieure des instruments à archet.

venir de leur ancienneté et de leur usage, circonstances qui doivent contribuer à accroître et régulariser l'élasticité du bois des deux tables.

La niasse d'air contenue dans la caisse participe nécessairement au mouvement vibratoire des deux tables élastiques et des éclisses latérales qui la limitent. En soufflant dans les /*de la table supérieure, on peut mettre en évidence les sons propres de ceUe masse d'air. Dans ces conditions, F. Savart a constaté qu'un violon de Stradivarius rend le ut^ ; Zamminer a retrouvé constamment la même note, même sur des instruments assez défectueux. La caisse de l'alto est accordée plus bas que celle du violon, et celle du violoncelle plus bas encore. — Il résulte de ces phénomènes particulière de résonnance que les sons des cordes voisins, des sons propres de la caisse, doivent retentir relativement plus fort. On le constate nettement sur le violon comme sur le violoncelle et sur l'alto, au moins pour le son propre de la caisse le plus grave, en donnant les notes correspondantes sur les cordes. Ces notes sonnent d'une manière particulièrement pleine ; le son fondamental surtout présente une intensité remarquable. — Cependant, comme on ne constate pas une grande irrégularité dans la gamme des instruments à archet, quand on dépasse la région de l'échelle musicale à laquelle appartiennent les sons propres de la caisse, on est porté à admettre que Tinfluence de la résonnance

1NSTRUMI!;NTS a vent. 285

sur les intensités relatives des harmoniques isolés des cordes n'est pas très-frappante.

F. Savart a démontré que la communication établie, par les /*, entre l'air de la caisse et l'air du dehors, a une grande importance au point de vue du renforcement du son. En effet, en recouvrant ces ouvertures avec du papier, qui ne pouvait opposer aux vibrations des tables qu'une résistance insensible, il a trouvé que le son de l'instrument était excessivement affaibli. On remarque le même affaiblissement dans les sons du tambour militaire, lorsqu'on bouche le trou latéral percé dans la caisse.

Article II.

Instruments à vent.

Dans tous les instruments à vent, l'air est le véritable corps sonore. Pour faire parler ces appareils, en emploie un courant d'air fourni, suivant les eas, par le souffle de l'instrumentiste, ou par un réservoir dans lequel le gaz est soumis à une pression un peu supérieure à celle de l'atmosphère. Suivant la disposition de l'embouchure, ces instruments se divisent : en instruments à bouche ou en bec de flûte ^ et en instruments à anche.

ImmtrwoÊmmim à b^achc •« à eailiovchwre de

iMe. — Nous avons indiqué (page d09) la compo-

sitioQ des instruments de ce genre, nous n'y re\îendrons pas ici» — Le son est produit par le choc de l'air contre le biseau de l'embouchure. En se brisant, le courant d'air donne naissance à un frottement d'où résulte un sifflement particulier que l'on entend isolément, en soufflant dans l'embouchure séparée du tuyau. La hauteur du sifflement, ainsi produit par l'embouchure isolée, est indépendante de la forme et de la substance du biseau, pourvu que cette substance soit rigide. Mais, pour une même vitesse du courant d'air, le son monte à mesure que le bord tranchant du tuyau se rapproche de la lumière ; le son s'élève aussi lorsque, la position du biseau restant fixe, on augmente la vitesse du courant d'air. — Comme nous l'avons déjà dit plusieurs fois, un bruit de ce genre est, en réalité, une masse sonore composée d'un grand nombre de sons discordants. L'air du tuyau renforce, par résonnance, les sons partiels de cette masse dont la hauteur est la même que celle de ses sons propres et leur communique une intensité assez considérable pour couvrir tous les autres. Cependant le frottement de l'air contre le biseau est toujoui^ plus ou moins nettement entendu ; ces bruits accessoires d'embouchure, qui accompagnent le son rendu, donnent un caractère particulier au timbre de ces instruments, surtout quand on les écoute à faible distance. — Le son simple d'un diapason vibrant

près de rorifice d'un tuyau est renforcé, toutes les fois que sa hauteur musicale est la même que celle d'un des sons propres de la colonne d'air du tuyau. On peut donc, avec une série de diapasons accordés à des tons différents, déterminer avec exactitude le son fondamental et les divers sons propres d'un tuyau.

Les tuyaux à bouche des orgues ont une longueur invariable; chacun de ces tuyaux doit rendre toujours le même son. — Il n'en est pas de môme de la flûte traversière, dont les trous latéraux permettent de faire varier la XongutxxT acoustique. Cette longueur du tuyau est toujours mesurée par la distance qui sépare l'embouchure du premier trou latéral ouvert ; c'est cette longueur qui, dans chaque cas particulier, détermine le ton du son fondamental.

Dans la masse sonore du frottement de l'air contre le biseau de l'embouchure, se trouvent nécessairement, à titre de sons partiels, le fondamental du tuyau et une longue série d'harmoniques. Le caractère propre de la composition et du timbre des sons émis par ces instruments dépend de la facilité avec laquelle les tuyaux renforcent tels ou tels sons partiels de la série des harmoniques.

Les tuyaux cylindriques étroits et ouverts par les deux bouts (flûte traversière, registre du violon principal de l'orgue) jouissent seuls de cette propriété que leurs sons propres aigm sont exactement har-

moniques de leur son fondamental et que la série de ces sons partiels est représentée par la série des nombres entiers 1, 2, 3, 4, 5, etc. Sous l'influence d'un courant d'air de force graduellement croissante, ces tuyaux peuvent rendre isolément^ d'abord leur son fondamental, puis leurs divers sons propres aigus. Ainsi, tous ses trous étant maintenus fermés, une flûte qui donne le ut^ avec un peu de vent, fait entendre le ut^ si l'on souffle plus fort; si l'on augmente encore la force du courant d'air, on obtient successivement le ^0/3 et le ut^. Il a donc suffi, dans cette expérience, de faire varier la force du soufQe, sans altérer la longueur de la colonne d'air, pour faire sortir à volonté le son fondamental ut^ du tuyau, ou son premier, son second, son troisième harmonique.

Lorsqu'on souffle avec force de manière à hausser le ton des sons partiels du frottement de l'air, les jeux des tuyaux étroits et ouverts de l'oi^ue rendent un son plein, dont le timbre a quelque chose du mot* dant du timbre du violon ; les résonnateurs montrent que, dans ce cas, le son fondamental sort accompagné de ses cinq premiers harmoniques très* nettement renforcés par résonnance; nous avons déjà vu que ces six sons partiels rentrent dans l'accord parfait majeur et que leur réunion forme un son complexe très-harmonieux. — En soufflant doucement, on affaiblit les harmoniques plus que le Ton-

damenial; ces tuyaux donnent alors, comme la tïùte traversière, un son à la fois faible et dmix.

Dans les grands tuyaux cylindriques ouverts par les deux bouts {registre principal de l'orgue) , les sons propres sont tous un peu plus élevés que les harmoniques du son fondamental et, par suite, ne sont que très-faiblement renforcés par résonnance; le son fondamental seul sort plein et fort. Avec les tuyaux de bois, le premier harmonique est net, le second est déjà plus faible, les suivants sont confus; avec les tuyaux métalliques, on distingue encore bien le troisième harmonique. — Le timbre des sons de ce registre principal est plus/?/^'n, plus doux que celui des sons du registre du violon principal, mais il manque de mordant. Les tuyaux de ce registre principal ont le très-grand avantage de contenir une masse d'air considérable, de ne pas octavier sous l'influence d'un courant d'air plus fort, de maintenir exactement le ton, malgré les variations de la force du souffle.

Dans certains registres de l'orgue, les tuyaux ouverts se terminent en cône, leur orifice supérieur est plus étroit que leur section inférieure. De cette disposition résulte une modification considérable de la composition et du timbre du son rendu. La netteté des harmoniques du quatrième au septième est plus marquée que celles des harmoniques plus

graves, le timbre devient creitXy mais particulièrement éclatant.

Dans les tuyaux cylindriques bouchés par un bout et de petit diamètre, les sons propres sont exactement harmoniques du fondamental, mais correspondent seulement aux sons de rang impair (1, 3, 5...) de la série des harmoniques. — Dans les grands tuyaux bouchés par un bout, les sons propres aigiis sont sensiblement plus élevés que les harmoniques du son fondamental, aussi ne sont-ils que peu renforcés par résonnance. — Sous l'influence d'un souffle faible, ces grands tuyaux donnent le son fondamental presque pur avec le timbre doux des sons simples. — Comparé à celui des tuyaux ouverts, le son des tuyaux fermés, par suile de l'absence des sons partiels de rang pair, a un timbre creux ; le timbre des sons des registres de grands tuyaux bouchés est saurd^ doux et peu éner- (jiqne^ surtout dans le bas.

Dans les tuyaux k cheminée^ le fond fermé est percé d'une ouverture dans laquelle on ajuste un tuyau ouvert, dont le son fondamental est le qiiatrième harmonique du fondamental du tuyau correspondant ; ce quatrième harmonique résonne avec plus de force que le troisième, d'ailleurs assez faible, et donne au timbre quelque chose de particulièrement éclatant.

Dans l'orgue, les jeux des grands tuyaux, ouverts

OU fermés, fournissent des sons doux, pauvres en harmoniques, dont le timbre manque de puissance. Pour.parer à cet inconvénient, les facteurs groupent autour de chaque tuyau donnant le son fondamental un nombre déterminé de tuyaux plus petits et accordés pour les premiers harmQnitjues de ce son fondamental; une même touche ouvre tous ces tuyaux à la fois et Ton obtient ainsi, 'pour chaque note, une masse sonore composée du son fondamental correspondant et d'un certain nombre de ses harmoniques. — Ces jeux additionnels, appelés fournitures^ ne donnent, en général, que les deux premiers harmoniques ; dans certains cas, ils donnent les cinq premiers harmoniques, c'est-à-dire la série de tous les harmoniques compris dans l'accord parfait. — On obtient ainsi des sons composés très-puissants et d'un timbre très-pénétrant.

Dans les sons complexes de bonne qualité fournis par les instruments de musique , le son . fondamental prédomine et l'intensité des sons partiels qui lui font cortège s'affaiblit à mesure que leur ton s'élève; celte circonstance est d'une haute importance et doit être prise en très-sérieuse considération; dans les jeux de fourniture, le son fondamental de chaque note doit être renforcé par d'autres séries de tuyaux, sous peine de n'obtenir que des sons composés d'un timbre très-criard et très-désagréable à l'oreille.

29i INSTRUMENTS A VENT.

Les jeux de fourniture ont été introduits empiriquement dans la construction des grandes orgues. Aujourd'hui, la justification de leur emploi et l'explication de leur effet musical découlent naturellemenl de tout ce que nous avons dit de la nature du timbre. — En réalité, les sons complexes du violon, du cor, de la clarinette et, en général, de tous les instruments de musique, sont des masses sonores d'une composition analogue à celle des sons des jeux de fourniture.

instrament» à anche. . — L'anche des tuyaux d'orgue et de l'harmonium est représentée en perspective et en coupe, en A et en B (fig. 80). — C'est

Figure 80.

une languette métallique ZZ fixée par une extrémité sur une plaque métallique aa percée d'une ouverture de dimensions un peu supérieures à celles de l'anche. Au repos, elle ferme l'ouverture aussi exactement que possible, sans la loucher par ses bords. — Mise en' vibration, elle oscille entre les positions

extrêmes Z,, Z„ sans toucher les bords de l'ouverture. Dans la position Z,, elle donne passage au cou* rant d'air, dont la direction est indiquée par la flèche ; dans la position Z„ elle ferme l'ouverture et interrompt à peu près complètement le courant d'air. Cette anche est dite anche libre par opposition aux anciennes anches, diles anches battantes qui, pour fermer l'ouverture, frappaient le cadre h chaque vibration. Ces dernières anches rendaient un son bruyant et criard ; elles ne sont plus employées aujourd'hui.

La figure 81 montre, en A et B, le mode de fixation de Tanche dans les tuyaux d'orgue. — En B, l'appareil est fendu suivant sa longueur. P est le tuyau dans lequel pénètre, par en bas, le vent de la soufilerie; Tanche / est dans la rigole rr montée dans le couvercle de bois SS ; d est la rasette^ sorte de curseur métallique, qui permet de fiiire varier la longueur vibrante de Tanche ; le son s'élève quand on la raccourcit et baisse quand on l'allonge. — En A, l'appareil porte, à sa partie supérieure, un cornet acoustique (1).

Sous l'influence du courant d'air, Tanche entre en vibration; le passage est alternativement ouvert et fermé au courant d'air ; un son est rendu. — Le son que Ton entend n'est certainement pas celui de

(1) Dans la figure 81 A, l'anche est lihre\ dans la figure 81 B, l'anche est battante.

Î9l INSTRCME.NTS A VEST.

l'anche; la languette a trop peu de surface pour communiquer à l'air ambiant la force vive exigée

par la production d'un mouvement sondre appréciable ; il faut chercher la véritable origine du son

dans les interruptions périodiques du courant d'air excitateur du mouvement vibratoire de la languette. Dans les instruments à anche, la languette vibrante joue, en réalité, un rôle analogue à celui du disque tournant percé de trous, dans la sirène. Dans Tun comme dans l'autre cas, le courant d'air se subdivise en une série de pulsations distinctes, qui communiquent des impulsions périodiques à la masse gazeuse. L'embouchure des instruments à anche est

une sirène par vibration. — Ainsi donc, bien que le son rendu ne soit pas celui de l'anche, c'est la languette qui, par ses vibrations, règle le nombre des interruptions du courant d'air et détermine la hauteur musicale du son émis.

Certaines anches, celles de la clarinette, du basson, du hautbois, sont taillées dans des plaques minces de bois léger; l'anche de la clarinette est simple, large et fixée devant une ouverture pratiquée dans l'embouchure ; les lèvres de l'instrumentiste la pressent de manière à rétrécir suffisamment la fente ; l'amplitude de ses vibrations est assez faible pour qu'elle ne puisse pas battre , contre les bords de l'ouverture. — L'anche double du basson et du hautbois se compose de deux languettes, dont les bords libres sont assez rapprochés pour qu'à chaque vibration complète déterminée par le courant d'air ' la fente soit sensiblement fermée.

Dans les instruments de cuivre tels que le cor.

la trompelle, etc., etc., les lèvres de l'instrumentiste jouent le rôle d'une anche double. — Formées de tissus mous, les lèvres sont des anches membraneuses très-faiblemenl élastiques; en raison de leur très-faible résistance, elles sont Irès-facilemenl mises en mouvement par la pression variable des colonnes d'air vibrantes.

« La meilleure manière, dit M. Helmhoitz (1), » d'étudier leurs particularités consiste à construire » artificiellement des anches de ce genre. A cet effet, s on coupe l'extrémité d'un tube suivant deux plans t obliques, comme le montre la figure 82, de ma-

B nièie qu'il reste deux saillies à peu près rectangu- -» laires entre les plans des deux sections. On place » aloi-s deux bandelettes de caoutchouc vulcanisé, » peu tendues, sur les deux sections obliques, de » manière h laisser entre elles, à la partie supérieure,

(1) Loc. cit., p. m.

»une fente étroite, et on les entoure d'un fil. De ï cette manière, on forme une embouchure à an- > che, que Ton peut associer à volonté à des tuyaux » ou à d'autres cavités pleines d'air. »

Par rapport à la direction du courant d'air, les anches, quelle que soitd'ailleurs leur nature, peuvent recevoir deux ordres de dispositions. — Dans les tuyaux d'orgue, dans l'hamionium , la clarinette, etc. , l'anche livre passage à l'air au moment où son mouvement vibratoire l'entraîne en sens inverse du couvrant gazeux excitateur. Les anches ainsi disposés sont dites anches en dedans ; elles donnent toujours des sons plus graves que si on les faisait vibrer sans les relier à un espace plein d'air. — Les lèvres du joueur de cor, au contraire, livrent passage à l'air au moment où elles sont entraînées dans le sens du courant gazeux excitateur ; ce sont des anches en dehors. Dans celte disposition, l'anche donne toujours un ^on plus aigu que si elle était isolée de tout tuyau.

L'anche membraneuse artificielle de la figure 82 ouvre la fente quand les lèvres se dirigent en sens inverse du courant d'air ; c'est une anche en dedans qui donne un son plus grave que si elle était libre. — On peut diriger le courant d'air en sens inverse à celui de la figure 82, l'anche membraneuse devient alors une anche en dehors et donne un son plus aigu que si elle était libre.

Dans les tuyaux d'orgue (fig. 81) on règle la Ion-

gueur de la partie vibrante de la languette au moyen de la rasette d ; chaque anche ne rend jamais qu'un son ; il en est de même dans Tharmonium. Ces anches sont des languettes métalliques élastiques, relativement lourdes et rigides. Leur mouvement vibratoire n'est pas sensiblement influencé par les variations de la pression de Tair ; le son rendu par l'instrument est sensiblement de même période et de rdème hauteur que celui de la languette vibrant h l'air libre.

Cependant Texpérience démontre que la longueur du porte-vent exerce une influence incontestable sur le mouvement vibratoire des anches des tuyaux d'orgue. — Le son sort avec son maximum de netteté et de pureté, quand le son propre du porte-vent et le son propre de l'anche sort à l'unisson; mais la longueur du porte-vent peut, sans altérer le son rendu, varier dans des limites assez étendues, parce que, en raison de sa grande section, le porte-vent peut renforcer le son qui lui est propre et un certain nombre de sons voisins. Tant que le désaccord n'est pas trop considérable, les vibrations de Tair du porte-vent et de l'anche s'influencent mutuellement et vibrent à l'unisson ; mais, si le désaccord est trop grand, les deux mouvements vibratoires ne s'harmonisent plus et l'anche refuse de vibrer. Dans ce dernier cas, on peut réUiblir la vibration de l'anche, en donnant de la flexibilité à une portion du tuyau du porte-vent.

— Ainsi on pratique, sur le tuyau, une ouverture que Ton bouche avec une membrane élastique; pour une certaine longueur de Tanche, il n'y a pas de son rendu tant que Ton maintient une plaque de bois appliquée sur la membrane obturatrice; la vibration de l'anche s'établit et le son est rendu, du moment où Ton retire la plaque de bois et que l'on permet à la membrane d'entrer elle-même en vibration.

Il résulte d'expériences de F. Savart que, L étant la longueur du porte-vent pour laquelle l'air du tuyau est à l'unisson de la languette métallique, le même son est rendu nettement par l'instrument quand la longueur du porte-vent est 3 L, 5L, 7L, ...; le porte-vent, se conduisant comme un tuyau bouché par un bout, rend, dans ces cas-là, son 1", 2"*, 3"* harmonique. Pour des \ongueuvs peu différentes de L, 3L, 5L, 7L, ... le son rendu est sensiblement celui de l'anche; mais, pour des différences plus considérables, le son rendu baisse graduellement ; il repasse tout à coup au son propre de la languette, quand la longueur du tuyau devient exactement ou sensiblement égale à un multiple de L par un nombre impair.

Les choses ne se passent pas ainsi dans la clarinette, le basson et le hautbois. Leurs anches de bois, très-élastiques et très-légères, ont des sons propres Irès-aigus . En outre, quand elles sont humides, la hauteur de ces sons manque de constance. Pour

toutes ces raisons, on n'utilise presque jamais, dans la pmtique, les sons correspondants aux mouvements vibratoires propres de ces anches. — Dans les tuyaux sonores, les couches d'air qui subissent les variations de pression les plus considérables sont évidemment celles dont la vitesse est la plus faible^ ainsi à Textrémité fermée d'un tube bouché, la vitesse est nulle et la variation de pression est maxima. Or, dans les instruments à anche, le courant d'air est alternativement interrompu et rétabli; à chaque vibration, la languette maintient le tuyau bouché pendant un temps très-court, mais appréciable. Les tuyaux à anches doivent donc être assimilés aux tuyaux bouchés ; leurs sons propres sont les mêmes et la variation de pression est maxima dans les couches d'air voisines de la languette vibrante. — En raison de leur faible résistance, les anches de bois de la clarinette, du basson et du hautbois cèdent à l'action de ces variations de pression, plus puissante que celle de leur élasticité. Dès lors, ces anches prennent successivement les mouvements vibratoires correspondants aux sons propres des tuyaux auxquels elles sont ajustées. — Le joueur de ces instruments utilise à peu près exclusivement les sons propres des tuyaux, phis graves que les sons propres de la languette élastique.

Le tube de la clarinette est cylindrique et fonctionne comme un tuyau bouché ; ses sons propres,

INSTRUMENTS A VENT. 30t

y compris le fondamental, sont représentés par la série des nombres entiers impairs, 1, 3, 5, 7, 9, etc. Avec une clarinette dont le son fondamental est w/„ on peut, en modifiant la force du souffle, obtenir successivement les sons ut^j sol^^mi^y etc., etc. — Ajoutons que les trous latéraux permettent, comme dans la flûte traversière, de faire varier la longueur acomtUiue du tuyau. Dans chaque cas particulier, la hauteur du son fondamental est réglée par la distance qui sépare Tembouchure du premier trou ouvert ; ce son fondamental est donc d'autant plus élevé que le premier trou ouvert est plus rapproché de Tembouchure.

Les tuyaux coniques du hautbois et du basson, bien que fermés du côté de l'anche, se comportent comme des tuyaux ouverts ; leurs sons propres, y compris le fondamental, sont représentés par la série naturelle des nombres entiers, 4, 2, 3, 4, 5, etc. Des trous latéraux permettent, comme dans la clarinette, d'obtenir les sons intermédiaires.

Coniques et fermés du côté du sommet du cône, le cor, le trombone et la trompette parlent aussi comme des tuyaux ouverts ; mais, n'ayant ni clefs ni trous latéraux, ils ne peuvent rendre que leurs sons propres. — Le tuyau du cor et du trombone est tellement long et le son fondamental est tellement grave que, dans les régions moyennes de l'échelle

30i INSTRUMENTS A VENT.

musicale, les harmoniques sont assez rapprochés les uns des autres pour donner la plupart des degrés de la gamme. On peut compléter, dans une certaine mesure, la série des notes delà gamme ou améliorer les tons faux en enfonçant le poing dans le pavillon du cor et en modifiant la longueur du tuyau du trombone. — Dans les instruments de cuivi-e, les vibrations de l'air sont très-énergiques ; la grande résistance de leurs parois est nécessaire à la conservation de la force du son. Aussi rexpérience démontre-t-elle que les clefs dont on a muni les cors et les trompettes, pour compléter la gamme, altèrent l'intensité du son rendu et l'éclat du timbre. — Les lèvres du joueur de ces instruments ne changent de forme et de tension que pour s'harmoniser avec le mouvement vibratoire correspondant au son propre que l'on veut obtenir ; elles peuvent faciliter l'émission de ces sons propres, mais elles n'en modifient jamais la hauteur.

Le mouvement de l'air qui frappe une anche se compose, comme le lyiouvement de l'air qui travei^ie la sirène, d'une série de pulsations séparées les unes des autres par des pauses complètes. Le mouvemenl vibratoire de l'air, générateur du son, est donc trèsdiscontinu; il en résulte nécessairement que les instruments à anche rendent des sons très-complexes ; leur son fondamental sort accompagné d'un long cortège d'harmoniques. NousdevonsàM. Helmholt2

des expériences très-inléressantes et très-démonstratives sur ce sujet.

« Dans les anches (i) résonnant librement, non 1» associées à des tuyaux, dit-il, tous les sons sipi- » pies, isolés du mouvement déterminé par elles t> dans l'air, passent immédiatement et librement D dans l'atmosphère; ces anches ont toujours un y> son très-aigu, Irh-mordant ou Irh-grinçant^ et, » en réalité, que l'oreille soit ou non armée d'un » résonnateur, on entend nettement résonner, et 3> avec force, une longue série d'harmoniques allant )) jusqu'au seizième ou au vingtième; on y trouve » même des harmoniques plus aigus, quoiqu'il soit » difficile ou même impossible de les distinguer, » parce qu'ils sont distants les uns des autres de )) moins d'un demi-ton. Cette confusion de sons » rend le son des anches libres très-désagréable. » Cette nature du son montre aussi, d'une manière > précise, qu'elle est ici la source sonore. J'ai ob- » serve le mouvement vibratoire d'une anche ana- » logue à celle de la figure 80 pour déterminer la » forme de la vibration, et j'ai trouvé que l'anche ». exécute des vibrations simples tout à fait régu- » Hères. Aussi ne pourrait-elle produire dans Vaiv » qti\m son simple^ et non un son complexe^ si le 3> mouvement vibratoire était en réalité directement » produit par la vibration de l'anche.

(1) Loc. cit.y p. 133.

304 INSTRUMENTS Â VKNT.

:» Au reste, la force des harmoniques donnés par > une anche isolée et leur relation avec le son fon- » damental dépendent beaucoup de la nature de ï> }'anche, de sa position dans le cadre, etc., etc. » Les anches battantes^ qui donnent les secousses ]» les plus discontinues^ donnent aussi le son le plus » aigre. Plus les secousses aériennes sont brèves et }> brusques^ plus les harmoniques doivent être aigtis; 1» une substance dure et rigide, comme le laiton, }i> rend les secousses plus distinctes qu'une matière 1^ molle et flexible. »

Lorsque Tanche est associée à un tuyau, il y a renforcement, par résonnance, de ceux des sons partiels de la masse sonore produite par les interniptions du courant d'air qui coïncident avec les sons propres du tube. Le timbre de l'instrument dépend, comme la composition du son rendu, du nombre, du rang et de l'intensité des sons renforcés.

Si Tanche est ajustée à un résonnateur sphérique, accordé pour le son fondamental de la languette, et que Ton souffle avec force, le son rendu est pleine fort et beau; c'est le son fondamental renforcé et dépouillé de presque tous ses harmoniques ; aussi le timbre est-il doux et très-analogue à celui d'un son simple. Le son fondamental est seul renforcé, parce que seul il est à l'unisson du résonnateur; aucun de ses harmoniques aigus n'est, ni ne peut être renforcé.

Le son émis change de composition et de timbre quand le tube ou la caisse de résonnance associé à Tanche a un grand nombre de sons propres et, par suite, renforce une longue série d'harmoniques du «on fondamental. — Le son de la clarinette, dont le tuyau est cylindrique, ne contient que des sons partiels du rang impair. — Le hautbois, le basson, le cor, la trompette, etc., etc., dont le tuyau est co* nique, émettent des sons dans lesquels l'analyse reconnaît la présence des sons partiels de rang pair et de rang impair. — Ces différences constatées dans la composition des sons rendus sont en parfait accord avec les différences de timbre des divers instruments à anche. — Mais, indépendamment de la forme du tuyau, la nature de l'anche elle-même exerce une grande influence sur la nature du timbre. Plus l'anche est molle et flexible, moins les secousses du courant d'air sont prononcées, moins les sons émis contiennent de ces sons partiels très-at^W5, qui lui enlèvent toute douceur et lui donnent quelque chose à' aigre et de désagréable à l'oreille.

Conclnslons fl^énérales. — En terminant cette étude, nous ne saurions mieux faire que d'emprunter à M. Helmholtz (1) les propositions suivantes, dans lesquelles il a résumé les relations du timbre et de la connposition du son :

(i) Loc. cit.y p. 150.

GAVAHRCT. 20

(L V Des sons simples, comme ceux des diapa-

> sons associés à des tuyaux résonnants, ceux des 1^ grands tuyaux de l'orgue, présentent beaucoup » de douceur, de charme, n'ont aucune dureté, mais y> ils manquent d'énergie et sont sourds dans les ré- 1 gions graves.

» 2* Les sons accompagnés d'une série d'har- » moniques graves de moyenne intensité, jusqu'au » sixième environ, sont pleins, d'un bon emploi en :» musique. Comparés aux sons simples, ils ont quel- » que chose de plus riche, de plus fourni, et sont ï> cependant harmonieux et doux tant que les hary> moniques supérieurs font défaut. A cette catégorie ^ appartiennent les sons du piano, des tuyaux ou- » verts de l'orgue, les sons faibles et doux de la voix » humaine et du cor; ces derniers formant la transi- » tion du côté des sons munis d'harmoniques élevés, j> tandis que les flûtes et les jeux de flûtes, avec peu ^ de vent, se rapprochent des sons simples.

» 3"* Quand les sons partiels impairs existent « seuls, comme dans les petits tuyaux bouchés de )) l'orgue, les cordes de piano pincées au milieu et

> la clarinette, le son prend un caractère creux et » même nasillard, pour un grand nombre d'harmo- » niques.

» 4° Si le son fondamental domine, le timbre est

> plein; il est vide, au contraire, si l'intensité du » son fondamental ne l'emporte pas sufïisamment

mSTRUMENTS A VENT. 307

» sur celle des harmoniques. Ainsi le son des » grands tuyaux ouverts de l'orgue est phis plein » que celui des petits tuyaux de même nature ; le son » des cordes est plus plein^ lorsqu'elles sont ébraur ï> lées par les marteaux du piano, que lorsqu'elles » sont frappées avec un morceau de bois ou pincées » par les doigts ; le son des tuyaux à anche, associés » à des appareils résonnants appropriés, est plus » plein que celui des mêmes tuyaux sans caisses ré- 1^ sonnantes.

» 5^* Quand les harmoniques supérieurs, à partir du i> smèmeou du septième j sont très-nets ^ le son devient » aigre et dur. Le degré de mordant peut varier ; » avec une faible intensité, les harmoniques supé- !► rieurs ne diminuent pas essentiellement la possi-

> bilité de l'emploi musical du son; ils augmentent, 3) au contraire, le caractère et Impuissance d'expiées- » sion de la musique. Dans cette catégorie figurent,

> avec une importance particulière, les sons des in- :> struments à archet, puis la plupart des instruis ments à anche, le hautbois, le basson, l'harmo- » nium, la voix humaine. Les sons durs et éclatants » des instruments de cuivre sont extraordinairement » pénétrants et, par suite, donnent l'impression d'une ï> grande puissance, à un plus haut degré que les ^ sons de même hauteur, mais d'un timbre dcmx. -»

Ces propositions sont exclusivement relatives aux

308 INSTRUMENTS Â YKNT.

rapports des caractères du timbre et de la composition du mouvement vibratoire générateur du son rendu. Mais, quand nous avons cherché à déterminer expérimentalement les effets de la superposition, de la fusion de plusieurs mouvements ondulatoires coexistants, nous avons vu (page 229) que le mouvement résultant ne dépend pas seulement du nombre, de l'intensité et de la hauteur des mouvements pendulaires composants, mais aussi des différences de phase des sons correspondant à ces mouvements pendulaires. Avant de se prononcer définitivement sur les véritables causes du timbre, il était donc nécessaire de rechercher si chacune de ces formes si diverses que peut affecter un mouvement vibratoire composé des mêmes éléments pendulaires, n'est pas traduit par une modification appréciable et spéciale du timbre. M. Ilelmholtz a demandé à l'expérience la solution de cet important problème. Il a fait vibrer ensemble un nombre déterminé de diapasons accordés pour des harmoniques différents d'un même son fondamental ; tantôt ces mouvements vibratoires partiels étaient tous de même phase, tantôt ils présentaient des différences de phase connues. Dans tous les cas, le timbre du son composé résultant est resté invariable. Il résulte de ces recherches que les différences de phase des sons partiels correspondants aux éléments pendulaires de ce mouvement ondulatoire résultant de

LNSTRUMENTS Â VENT. 309

Tair n'ont aucune influence sur le timbre du son résultant rendu. Il demeure donc établi que :

1" La qualité du son, connue sous la dénomination de timbre, dépend uniquement de la composition du mouvement ondulatoire de Tair transmis à Toreille, c'est-à-dire du nombre, de la période et de l'intensité des éléments composants de ce mouvement ondulatoire ou, en d'autres termes, du nombre, du rang et de l'intensité des sons partiels dont se compose le son résultant perçu.

^ Le timbre est complètement indépendant des différences de phase des sons partiels qui entrent dans la composition du son résultant et, par suite, des variations que ces différences de phase des sons partiels impriment à la forme du mouvement ondulatoire résultant.

3* A une forme déterminée du mouvement ondulatoire de l'air correspond un timbre également déterminé, mais la réciproque n'est pas vraie. — A un timbre déterminé peuvent correspondre des formes très-variées du mouvement ondulatoire de l'air transmis à l'oreille.