VI AVANT-PROPOS

de la gamme et de la série des sons harmoniques ;

— Des modes de vibration des corps gazeux, solides et liquides, et des diverses formes du mouvement vibratoire.

Quelle que soit leur importance, ces notions ne sauraient fournir la solution des nombreux problèmes soulevés par la théorie physique de la Phonation et de l'Audition.

Nous étudions dans le quatrième chapitre :

— Les effets de la superposition des mouvements vibratoires et les phénomènes d'interférence des sons ; — La faculté d'analyse de l'oreille ; — Le classement des sensations auditives en sons simples, sons composés et sons complexes.

Le cinquième chapitre traite de l'analyse des sons par le phénomène de l'influence et par l'oreille. -

Le sixième chapitre est consacré à la recherche des véritables causes du timbre des sons musicaux.

Le septième et le huitième chapitre contiennent : — le premier^une étude des phénomènes physiques de la Phonation; — le second, une étude des phénomènes physiques de l'Audition.

L'acoustique relève h la fois de la physique expérimentale et de la mécanique. Fidèle à la méthode que nous avons constamment suivie dans notre

AVANT-PHOPOS. vu

enseignement, nous nous sommes exclusivement appuyé, dans notre étude de la Phonation et de TAudition, sur des considérations et des principes empruntés aux recherches de physique expérimentale. Mais nous n'avons pas dû nous priver des intéressantes et précieuses notions fournies par les travaux des géomètres. Nous avons consacré une série de notes complémentaires an déweloppemenl de théories mathématiques et aussi à l'exposition de recherches expérimentales qui auraient difficilement trouvé place dans le cours de Touvrage.

J. GAVARKET.

Quel que soit son état physique, tout corps est un agrégat de molécules maintenues en équilibre et en contact apparent par des actions intérieures et extérieures. Cette constitution de la matière peut, seule, rendre compte des effets de la chaleur et des propriétés générales des solides, des liquides et des gaz. — Sous l'influence d'un choc extérieur, tout corps éprouve un changement de forme ; ses molécules se rapprochent, s'écartent ou glissent les unes sur les autres. Si les limites de l'élasticité ne sont pas dépassées, la déformation n'est que momentanée; dès que la cause extérieure cesse d'agir, les molécules reprennent leurs positions primitives, en exécutant, autour de ces positions, des oscillations isochrones, dont l'amplitude est rendue graduellement décrois-

GAVARAET. 1

â NOTIONS PRÉLIMINAIRES.

santé par la perte de force vive qui résulte de la communication du mouvement au milieu ambiant. Transmis à Forgane de l'ouïe par Tair ou par tout autre milieu à la fois compressible et élastique, ce mouvement vibratoire, lorsqu'il est assez rapide^ produit une impression sur les lamifications du nerf acoustique et excite une sensation particulière appelée son. — U acoustique est la partie de la physique qui s'occupe de la comparaison des sons, de l'étude de leurs diverses qualités, de la recherche des lois, de leur production et de leur propagation.

Le mouvement vibratoire des corps solides, au moment où ils rendent un son, est facile à démontrer.

Figure 1.

— Soit A (fig. 1) une cloche de verre qu'on ébranle avec un archet enduit de colophane ; aussitôt un son

:<OTIONS PRËLFMiNAlRES. 3

est i-findu. Si l'on approche alors une petite balle d'ivoire B des bords de la cloche, cette balle s'agito sous l'influence de chocs que l'on entend distinctement; ces chocs se reproduisent pénodiquementet avec une intensité graduellement décroissante, aussi longtemps que la cloche continue à résonner. — On peut, dans cette expérience, remplacer la petite balle suspendue par une petite vis tournant dans un écrou fixe ; les chocs se produisent, bien que la pointe de la vis soit maintenue a une distance appréciable et même notable de la cloche. Ainsi modifiée, l'expérience permet de mesurer approximativement l'amplitude du mouvement vibratoire de la cloche.

Enlie deux points fixes A, B (fig. 2), et sur une planche peinte en noir, tendons une corde métal-

lique. Saisissons la corde en son milieu, écartons-la de sa position d'équilibre et abandonnons-la à ellemême. Un son est produit et la corde prend un aspect fusiforme ; elle semble fortement renflée dans sa partie médiane GC Cette déformation apparente de la corde est à la fois l'indice et le résultat de son

mouvement vibratoire. — Écartée de sa position rectiligne, elle prend d'abord la forme ACB ; abandonnée à elle-même, elle est ramenée par la tension à sa position primitive qu'elle dépasse en vertu de la vitesse acquise, et prend la forme symétrique AC'B. Puis elle continue à osciller entre ces positions extrêmes. — L'œil la voit nécessairement et successivement dans toutes les positions intermédiaires ; mais, par suite de la rapidité du mouvement et de la persistance des impressions sur la rétine, toutes ces impressions visuelles successives se fondent en une impression unique. La corde se montre ainsi sous la forme d'un fuseau dont le renflement médian décroît en même temps que l'amplitude des vibrations.

Nous n'insisterons pas plus longtemps sur des considérations de cet ordre ; nous aurons de fréquentes occasions de démontrer que les corps liquides et gazeux jouent aussi le rôle de corps sonores et que, comme les solides, ils exécutent un mouvement vibratoire, toutes les fois qu'ils rendent un son.

La perception du son suppose un ébranlement du nerf acoustique ; il faut donc qu'il existe une série non interrompue de milieux pondérables élastiques entre l'oreille et le corps sonore, pour que le mouvement vibratoire puisse être communiqué à l'organe de l'ouïe. — Une expérience bien simple montre que

NOTIONS l>ReyMIKAiRl!:S. :>

les vibrations d'un corps élastique placé datis un espace vide ne s'accompagnent d'aucune sensation auditive. — Sur le plateau d'une machine pneumatique (fig. â), on place un épais coussinet de ouate

qui amortit les chocs et éteint tout mouvement vibratoire ; sur ce coussinet on dépose une forte sonnerie BC dont le timbre T est frappé par un marteau a mis en mouvement par un mécanisme d'horlogerie, et l'on recouvre le tout d'une cloche. Tant que l'air n'est pas raréfié, le son rendu par le timbre est nettement entendu au dehoi'S. Mais, du moment que les pistons de la machine sont mis en jeu, le son. s'affaiblit graduellement à mesure que la densité du gaz diminue dans la cloche; il s'éteint complètement lorsque le vide est poussé aussi loin que possible. Si alors on laisse rentrer l'air, le son renaît, devient graduellement plus fort et reprend

son intensilé primitive lorsque la tension gazeuse est la même à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cloche.

On peut varier cette expérience en remplaçant le timbre par une clochette S (fig. 4) suspendue, par un fil fin et sans élasticité, dans un ballon de verre dont la douille métallique A est munie d'un robi-

Fiffnre 4.

net R et d'un ajutage B qui peut s'adapter à une machine pneumatique. Il suffit d'agiter le ballon pour faire résonner la clochette dont le son est trèsnettement entendu, même quand le robinet est fermé. Mais, du moment que le vide est fait, on a beau agiter l'appareil, on n'entend plus rien, bien que les chocs du battant contre les parois de la clochette soient vus distinctement. Le son se reproduit dès que l'on permet à l'air de rentrer dans le ballon ; très-faible d'abord, son intensité croît graduelle-

ment à mesure que la quantité d'air introduite augmente.

De cette nécessité d'une continuité de milieux pondérables élastiques entre l'organe de l'ouïe et le lieu de l'ébranlement, il résulte que les bruits les plus violents produits à la surface de la terre ne peuvent pas franchir les limites de -notre atmosphère. Réciproquement l'oreille ne peut rien nous apprendre des phénomènes accomplis dans les profondeurs des espaces célestes qui restent silencieux^ muets pour nous. C'est seulement par l'organe de la vue que l'homme pourrait être averti de la collision de deux astres et connaître les effets de cet effix)yable ébranlement.

Tous les gaz et même les vapeurs saturées peuvent, aussi bien que l'air, transmettre efficacem.ent le. mouvement vibratoire générateur du son. En opérant dans des gaz de densités différentes ou dans des masses d'air à des {legrés différents de condensation, on s'assure facilement que, pour un même ébranlement, l'intensité du son produit décroît avec la densité du milieu gazeux ambiant. — Ainsi, dans l'hydrogène, les sons sont faibles; on peut le constater en remplissant d'hydrogène le ballon de la figure 4. Pilâtre Desrosiers, ayant aspiré de grandes quantités d'hydrogène, trouva que sa voix était faible et nasillarde. — On comprend ainsi pourquoi, à mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère.

un même ébranlement produit un son de plus en plus faible. Au sommet du mont Blanc, la détonation d'un coup de fusil s'accompagne d'un bruit dont l'intensité ne dépasse pas celle d'un coup de pistolet au pied de la montagne. Dans sa célèbre ascension aérostatique, Gay-Lussac constata qu'à sept mille mètres d'altitude, dans un air très-raréfié, l'intensité de sa voix était très-faible.

Dans les travaux de siège, le mineur, qui creuse une galerie, entend les coups de pioche du mineur qu'on lui oppose, et juge ainsi de la direction et des progrès du travail de son ennemi. — Dans les vastes solitudes de l'Amérique, l'Indien applique son oreille contre la terre pour entendre le bruit des pas d'un ennemi à grande distance. — Les plus légers chocs de la tête d'une épingle contre l'extrémité d'une longue poutre de sapin sont très-nettement perçus par un observateur dont l'oreille est appliquée contre l'extrémité opposée. — Sa tête étant immergée dans l'eau, Franklin entendait, à la distance d'un demi-mille, le choc de deux pierres plongées dans l'eau du fleuve. — Les poissons et les plongeurs entendent très-nettement les bruits produits dans l'eau et sur le rivage. — Les solides et les liquides transmettent donc, comme les gaz, les mouvements vibratoires des corps élastiques.

La sensation auditive, le son, est la réaction propre.

caractéristique de Foreille sous l'influence d'une cause extérieure d'excitation. — Qu'elle traduise les grondements sourds et lointains ou les éclats déchirants du tonnerre, les mugissements d'une mer en furie, le fracas de l'ouragan, de la tempête ou de l'avalanche, les doux et harmonieux accords de la flûte, les accents pénétrants de la voix humaine, ou les puissantes harmonies d'un grand orchestre , la sensation auditive, dans ses infinies variétés, est toujours produite par une même cause première, la. vibration d'un corps élastique. — Par l'oi^ane de la vision, nous sentons les vibrations de la matière impondéréej de VÉther. — Par Toi^ane de l'ouïe, nous sentons les vibrations de la matière pondérée.

Les sons, ou sensations auditives, sont distingués en bruits et sons musicaux. — Le roulement d'une voiture sur le pavé, le grondement d'une chute d'eau, le cliquetis des pièces métalliques d'une aimure ou d'une masse de cailloux tombant d'une voiture sur le sol, etc., etc., sont rangés parmi les bruits. — Nous reconnaissons comme sons musicaux les sensations produites par les divers instruments de musique. — Il est difficile d'assigner la •

limite exacte à laquelle le son cesse d'être musical pour constituer un bruit; il est cependant un caractère fondamental qui permet de distinguer ces deux ordres de sensations auditives.

Le son musical itous apparaît comme un phénomène calme, régulier, qui n'éprouve aucune variation dans ses éléments constituants; la sensation qu'il excite est régulière, continue, et n'a rien de heurté pendant sa durée.

Le bruit, au contraire, se compose d'une rapide succession de sensations auditives différentes. Ce caractère de discontinuité, d'irrégularité, de saccades, de sonorités différentes se superposant et se succédant sans ordre, n'a pas la même netteté dans tous les cas. Évident dans le roulement d'une voiture sur le pavé, il est moins prononcé dans le grondement des flots de la mer, dans le murmure d'un ruisseau; il s'affaiblit encore plus dans le long gémissement du vent, composé d'une série de sons dont le ton s'élève et s'abaisse lentement, par nuances parfois insensibles. — Nous montrerons plus tard comment les résonnateurs permettent d'analyser les divers bruits, de les décomposer en sonorités distinctes. — On peut, d'ailleurs, composer un véritable bruit par la superposition de sons tous individuellement musicaux ; par exemple, en soulevant les étouffoirs d'un piano et en frappant à la fois toutes les touches comprises dans l'étendue d'une ou de deux octaves.

La discontinuité et l'irrégularité, caractères essentiels du bruit, se retrouvent dans le mouvement, cause première de la sensation auditive. — Par

conlrc , quelque forme qu'il affectp , le mouvement vibratoire, correspondant au son musical, est toujours régulièrement périodique. Nous pouvons donc, avec M. Helmholtz, poser les principes suivants :

La sensation du son musical est causée par des mouvements rapides et régulièrement périodiques d'un corps élastique ; la sensation du bruit par des mouvements non périodiques.

Au point de vue des relations de Thomme avec le monde ambiant, les phénomènes sonores prennent une immense importance. C'est par l'intermédiaire du son que l'homme entre en communication réglée et suivie avec ses semblables. — La parole est le plus haut attribut, le plus puissant moyen d'action de l'homme; l'étude de l'acoustique nous permettra de pénétrer le mécanisme par lequel l'homme parvient à donner à sa pensée une forme précise, saisissable, à la traduire en paroles. — Celte étude nous montrera' aussi comment, et par quel mécanisme l'homme parvient à saisir, dans ses infinies variétés, les paroles émises par ses semblables, à connaître leurs pensées. — L'étude de l'acoustique nous apparaît ainsi comme un des chapitres les plus importants de la physique biologique; seule, elle peut nous donner la clef de deux grandes fonctions de relation : la Phonation et V Audition.