CHAPITRE V
Production du son par une impulsion dont la fréquence est due directement à l’onde sonore.
Les théories, qui attribuent la vibration du courant aérien au „frottement” de l’air sont opposées à celles suivant lesquelles cette vibration est occasionnée dès le commencement par l’onde sonore. L’explication du phénomène, telle qu’on la donne dans la plupart des cours * 2), appartient à cette dernière classe de théories. De ce type est aussi l’explication qu’on trouve dans le célèbre traité de M. Helmholtz 3); on peut y ranger ensuite les théories de M. Sonreck, de M. H. Smith, au moins en ce qui regarde le partie essentielle, et peut-être l’explication de M. van Tricht.
Expériences de M. Sonreck. Suivant M. Sonreck 4 ), le courant aérien sortant de la lumière du tuyau, et se dirigeant un peu en dehors, entraîne une partie de l’air intérieur, et évacue donc la partie inférieure du corps du tuyau, jusqu’à ce que la différence entre les pressions atmosphérique et intérieure soit devenue assez grande pour refouler la lame d’air en dedans ; ainsi, l’évacuation est en partie compensée. Ces impulsions font naître une onde qui parcourt la colonne d’air, est réfléchie au bout, et, revenant à la bouche, exerce une influence sur le courant, de sorte que l’évacuation susdite se
1) Des vibroscopes à projection sont construits, suivant les principes exposés ci-dessus, par M. van der Zwalm, mécanicien de la Société Batave à Rotterdam.
2) Par ex Biot: Traité de Physique , p. 114.
3) Lehre von den Tonempfindungen , 4e édition (1877).
4) Pogg . Ann., T. 158, p. 129.
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répétera suivant la période même de Fonde stationnaire résultant de l’interférence des deux systèmes qui traversent le tuyau.
Lorsque le courant est dirigé d’abord plus en dedans, le premier effet est un entraînement de l’air vers l’intérieur du tuyau. Dans ce dernier cas, M. Sonreck constate une petite élévation permanente de pression à l’intérieur du tuyau, dans le premier cas, une petite évacuation permanente. L’expérience indique en effet que, dans ce premier cas, le courant entraîne de l’air du tuyau. Cela se comprend immédiatement pour les tuyaux fermés; les expériences de M. Sonreck l’amènent à conclure qu’aussi dans le cas des tuyaux ouverts une masse d’air, à peu près égale à celle du courant injecté, s’échappe de la bouche du tuyau.
Suivant M. van Tricht, la pression permanente à l’intérieur d’un tuyau parlant est toujours ou plus grande ou plus petite que la pression atmosphérique, selon que le tuyau est fermé ou ouvert. Ceci se trouve donc partiellement en opposition avec les résultats de M. Sonreck.
Expériences de M. H. Smith. On sait que la théorie conduit à admettre que la masse du courant injecté est périodiquement déchargée en dehors et en dedans, et que le courant même fait ainsi des vibrations analogues à celles de la languette d’un tuyau à anche; car les vibrations ,, longitudinales” de la colonne d’air s’opèrent près de la bouche dans une direction qui fait à peu près un angle droit avec la direction initiale du courant: „ainsi, dans tous les modes d’oscillations „que pourra prendre la colonne d’air vibrante, la lame mince „ d’air qui affleure son orifice, et que l’on peut considérer „ comme sa première couche, ne fera qu’entrer un peu dans „le tuyau, et en sortir tour à tour.” (Biot, Physique , p. 114.)
M. H. Smith a démontré l’existence de ces vibrations, en tenant des feuilles minces de papier ou de bois dans le courant. Il dit: „It has been customary with me for several years, „wlien occasion invited it, to demonstrate to my musical friends
„the pliysical action existing in the sounding organ-pipe, to ,,show them, taking up a chance woodshaving lying on the „floor of the workshop or a strip of tissuepaper, that, hete- ,.rodox thongh the teaching be, the stream of air at the m outil „of the organ-pipe constitutes a free reed ; visible before them „the filmlike woodshaving is drawn into the motion of the
„air, then to show them that the air-moulded tongue obeys
„every law of the free reed, has its own definite rate of vibration, that the cnrrent is so directed, that it shall pass „not strike the lip, that it is an air-moulded or aeroplastic „reed as definitely fashioned in substance, strength, proportion „and form as métal reeds are to produce a required deter- „mined rate of vibration” 1 ). — La direction de ces vibrations se trouve, comme on sait, en pleine harmonie avec les théories connues. Nous verrons cependant que la lame d’air doit se mouvoir d’une manière beaucoup plus compliquée que la languette d’un tuyau ou d’un harmonium.
D’ailleurs M. Smith, comme M. Sonreck, attribue une grande importance à l’évacuation. Il dit: „The reed must be bent „ before it will vibrate. To cause this flexure the only alternative is raréfaction. The act of rarefying occupies time,
„it takes place within the pipe ” 2). La notion de cette
évacuation, introduite séparément par chacun des deux expérimentateurs, est, sans contredit, ce qu’il y a de plus marquant dans leur théorie.
Expériences de MM. Lootens, van Tricht , Schneebeli et Kiessling.
Les recherches de MM. Lootens et van Tricht 3 ) ont montré que la partie du courant, qui est dirigée à l’intérieur du tuyau, se meut d’une manière particulière. Le courant, après avoir rencontré la lèvre supérieure, se divise ordinairement en deux parties; l’une, le „courant principal”, se dirige à l’extérieur, l’autre, le courant dérivé, se meut vers la paroi postérieure,
D Nature , 1873.
2) Nature , 1874, p. 162.
3) Journal de Physique , 1877, p. 53.
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et en descendant retourne vers la bouche du tuyau, de sorte qu’elle décrit une ligne courbe en forme de boucle. La figure 20 représente la marche des courants.
Si le tuyau ne parle pas, le courant dérivé sortant par la bouche ne jaillit pas au dehors, mais se mêle insensiblement et se fond avec le courant principal; c’est le cas auquel se rapporte la figure 20. Si au contraire le tuyau parle normalement, le courant dérivé ne se mêle pas avec le courant principal; il prend une position distincte et plus inclinée, de sorte qu’on voit les deux courants se traverser l’un l’autre, comme l’indique la figure 21. La saillie du courant dérivé est ainsi liée au phénomène sonore.
A cette direction particulière du courant se rapporte une expérience de M. Smith: „Place within the pipe at the back „of the mouth some fine filament of cotton, or fluff, or down ; „advance them from the interior to the inner edge of the „windway, and you will see them shot with energy not up- „ward into the pipe, but outward full in your face with an „unmistakable trajectory”. *)
Pour ces expériences on insuffle de la fumée ou une poudre dans le tuyau ; ou bien on se sert de corps légers suspendus à l’intérieur.
En décrivant la direction particulière du courant dérivé, M. van Tricht observe avec raison que la saillie de ce courant est un phénomène périodique. Puis il continue : „Mais „si la saillie du courant dérivé est régulièrement intermittente, „il se trouve qu’en fait le courant injecté est interrompu, à „des intervalles de temps égaux entre eux, par le passage du „ courant dérivé; en d’autres termes, que le courant dérivé „ sortant fait sur le courant injecté l’office du plateau interrupteur d’une sirène.”
Cette représentation du phénomène me paraît cependant peu probable. En effet, les masses d’air qui se suivent dans
1) Nature , 1874.
le courant dérivé n’auront certainement pas une résistance suffisante pour arrêter périodiquement le courant injecté, dont l’intensité est relativement grande. D’ailleurs les variations de la pression près de la bouche du tuyau sont presque insignifiantes, ce qui ne serait pas le cas si le courant injecté était périodiquement interrompu. Nous verrons plus loin que l’aspect des deux courants qui se traversent mutuellement résulte de la vibration de la lame aérienne et de l’entraînement de l’air le long de ce courant.
Je rappellerai encore une belle expérience de M. Schneebeli 1 ), confirmée par M. Kiessling 2). Si l’on dirige le courant injecté un peu en dehors, en forçant la lèvre supérieure un peu en dedans, on arrive à un certain point où le tuyau ne parle plus quand on le souffle de nouveau. En excerçant alors une pression extérieure sur la lame d’air, on produit subitement le son, et le tuyau continue ensuite à parler, même lorsque la pression cesse. Cette expérience est certainement très propre à éclaircir le phénomène de la production du son.
Un pareil tuyau à lèvre recourbée offre encore un phénomène fort intéressant, qui a été communiqué par M. Kiessling 3). Si, après avoir conduit l’air au tuyau, on frappe celui-ci énergiquement, le son se produit tout d’un coup. Un tel fait était déjà connu de MM. Lootens et van Triclit4): „On observe „ce fait sur des tuyaux singuliers, qui, revêches aux courants „ aériens les plus intenses, exigent pour parler qu’on mette „ violemment leurs parois en vibration par un choc vif, un „coup de marteau par exemple, appliqué en plein milieu d’un „ventre.”
U Ann.de Pogg., T. 163, page 301.
2) Beiblàtter z.à. Ann. der Phys.u. Chem., T. 9, page 713.
W. C. L. VAN SCHAIK.
