NATURE ET CARACTÈRES DU SON. — PÉRIODICITÉ DU MOUVEMENT

Bruit. — Toutes les fois que le caractère de hauteur reste ainsi obscur, on dit qu'iiy a bruit, bien que parfois ce qui empêche déjuger de la hauteur soit simplement le peu de durée des vibrations : le bruit du marteau frappant sur Tenclume, du pistolet qui part, de la bouteille que Ton débouche, est véritablement un son dont une oreille attentive saura fixer la hauteur. La qualité fondamentale du son apparaît sans conteste dès que plusieurs de ces bruits se succèdent rapidement. On trouve dans tous les cabinets de physique une série de planchettes qui, jetées à terre les unes après les autres, font entendre la gamme, et un jeu de tubes qu*il suffit de déboucher successivement pour produire raccord parfait.

Exemples de mouvements périodiques. — Tout en étant périodique, un mouvement peut d'ailleurs affecter les formes les plus variées; ce sera par exemple le mouvement d'un marteau de forge mû par une roue hydraulique, ou celui d'une balle renvoyée par une raquette, aussi bien que le mouvement d'un pendule oscillant sous l'action de la pesanteur.

Afin de nous représenter nettement ces divers mouvements, traçons dans chaque cas la courbe ayant pour abscisses les temps et pour ordonnées les distances correspondantes du mobile à sa position d'équilibre.

Considérons d'abord le pendule : la formule qui lie les déplacements aux temps (86) est, c désignant une constante,

(j = (XCOSCt^

ou, si l'on recule de -^ l'origine des temps.

0 = asinc^;

la courbe représentative est donc une sinussoïdc. Sur la figure 9, la période egr=-^=iT a été partagée en douze parties égales : le

mobile, parti à l'origine de la position d'équilibre e, s'en éloigne

jusqu'à l'époque — t, où il atteint son plus grand écart positif a,

puisse rapproche de cette position, y passe à l'époque — t, s'éloigne de nouveau jusqu'à la distance — «, revient, et enfin au bout du temps T est de retour au point de départ ; et les mêmes alternatives recommencent. On se représentera exactement ce mou-

Wi'ïïh.

XA

Fig. 9

vement en faisant glisser horizontalement sur la figure une carte percée d'une Tente verticale étroite, qui ne laisse voir qu'un point de la courbe : ce point se déplacera le long de la fente comme le mobile sur sa trajectoire (').

La figure lo fait voir le mouvement du marteau de forge,

montant pendant les — de la période et retombant brusquement pendant le dernier — .

Pour la balle lancée par la raquette, la courbe représentative

du mouvement est une série d'arcs de paraboles symétriques par rapport à l'ordonnée maximum (S4), le passage d'un arc à l'autre

(') On peul aussi se représenler le mouvement dupendule en imaginant qu'un point iT tourne avec une vitesse constante sur le cercle c, supposé placé 1res loin et de inaniùrc à laisser voir seulement sa tranche : le point semblera alors monter et descendre le long du diamËIre ab, d'un mouvement qui obéira exactement à la mCmc loi que la vibration pendulaire (8G).

Nature et caractères du son. — production par une série de chocs. 1 1

s'effectuant brusquement au moment où la balle reçoit un coup qui la renvoie vers le haut (*).

Toutes ces sortes de mouvements peuvent engendrer des sons, à la seule condition d'être assez rapides. Le mouvement des branches du diapason est un mouvement pendulaire. Le mouvement du marteau de forge représente assez bien celui d'une corde de violon excitée par l'archet (ce dernier mouvement diffère beaucoup de celui de la corde oscillant librement). La balle lancée par la raquette est i*image de l'air chassé de sa position primitive par une impulsion brusque dans la sirène ou la roue dentée.

329. Production du son par une succession rapide de chocs également espacés. — On peut en effet produire directement des sons par une succession régulière et suffisamment rapide de chocs. Ce mode de production, tout en confirmant ce qui précède, aura de plus, en général, l'avantage de nous permettre de connaître immédiatement le nombre des vibrations du son produit.

Crécelle, — Prenons par exemple une crécelle, et faisons-la tourner rapidement : nous entendrons un son continu, ou plus exactement deux sons distincts: l'un, produit par le choc même de la lame vibrante, et qui dépend de la nature de l'instrument, mais qui, pour un instrument donné, n'est affecté en rien par la rapidité de la rotation ; l'autre, dû à la répétition des chocs et réglé par leur nombre. Suivant que la lame vibrante sera dure et épaisse, ou mince et flexible, Tun de cessons remportera sur l'autre (^). 11 est même facile de faire en sorte que le son dû à la succession des chocs prédomine presque absolument.

Roue dentée, — Tel est le cas avec la roue dentée de Savart ('), sorte

(^) Ces exemples et ces figures sont empruntés à Touvrage de M. von Helmholtz, Théorie physiologique de la mmiquCt traduction Guéroult. Paris, Masson; 1868.

(') On vérifie le fait avec les deux crécelles de Marloye : dans l'une, le son D'est pas changé par la vitesse de rotation, mais il baisse d'une quinte lorsqu'on ouvre le fond de la crécelle; avec l'autre, le son monte régulièrement à mesure que la vitesse augmente.

{*) Savaht, Ann. de chim. et de phys,, (2), XLIV, 337 ; 1830. Déjà Hooke avait fait devant la Société royale de Londres, en 4081, des expériences sur la production du son au moyen des roues dentées ; et Stancari avait montré à l'Académie de Bologne, en 1706, qu'une grande roue, garnie de longs clous sur sa circonférence, donnait, en tournant dans l'air, un son dont la hauteur croissait avec la vitesse de la rotation et dont le nombre des vibrations en une seconde pouvait aisément se calculer, cette vitesse étant connue.

de grande crécelle dont les dents, également espacées, vleanent frapper une carte très courte. L'appareil comprend ordinairement quatre roues dentées dont les nombres de dents sont comme les nombres 4i &> ^, ^ (caractéristiques de l'accord parfait). En impri-

mant au système différentes vitesses de rotation, en présentant la carte aux différentes roues, on reconnaît aisément, sans mesure aucune, que la hauteur du son croît avec la vitesse ainsi qu'avec le nombre des dents, et par conséquent avec le nombre des vibralions. Le nombre des vibrations doubles du son engendré est en effet égal au nombre des chocs, lequel est lui-même égal au produit du nombre des dents de la roue (') parle nombre des tours en une seconde. Ce dernier nombre peut se mesurer k l'aide d'un compteur (semblable à celui qui sera décrit à propos de lu sirène). Pour les grandes vitesses, Savart préférait se servir d'une deuxième roue, calée sur le même axe que la première, et portant un nombre (le dents trente ou quarante fois moindre que celle-ci : le son de cette deuxième roue étant beaucoup plus grave, il était facile d'eo prendre l'unisson sur un monocorde, et par suite d'en déterminer le nombre de vibrations, d'où l'on concluait le nombre de tours de la roue. Mais, a ces grandes vitesses, la roue dentée,

(■) En enlevant les denU sur une partie de la circonrérence, Savarl a reconnu qu'il sudil de laisser deux dents, avec leur écarlement primitir, pour que le son, devenu, il est vrai, intermittent, conserve la même hauteur que dans le cas où toutes les dents sont en place, mais il n'a pas pu déterminer ainsi pendant combien de temps la sensation auditive se prolonge au delà du fait physique qui l'a Tait naître.

NATUHK KT CAHACTÈHES DU SON. — PRODUCTION PAR UNE SÉRIEDECUOCS. 13

toujours médiocre au poini de vue de la qualité du son, devient tout à fait dérectueuse ; l'intensité du son baisse beaucoup, en même temps que la mesure du nombre des vibrations est très incertaine, rien ne prouvant que la carte heurtée par une dent ait eu le lemps de revenir à sa position première avant le passage de la dent suivante.

Appareil de Trevelyan. — Un curieux exemple de son produit par une série de chocs nous est offert dans l'expérience dite de Trevelyan ('}. Un prisme triangulaire ou berceau, en laiton, creusé d'une gouttière sur sa face inférieure, est chauffé un peu au-dessus de ino degrés et posé sur le bord d'un bloc de plomb : un son se produit alors, tandis que le berceau oscille visiblement. Quand l'un des bords de la gouttière touche le bloc, la chaleur apportée au point de contact par le berceau et maintenue en ce point par

la mauvaise conductibilité du plomb, y détermine un mamelon qui fait basculer le berceau sur l'autre bord de la goullière, où le même effet se reproduit. Le berceau est ainsi ballotté alternativeoient de droite à gauche et de gauche à droite, et la succession des petits coups qu'il frappe contre le plomb engendre un son musical, dont la hauteur baisse, si par une surcharge on ralentit les oscillations. M. Tyndall fait l'expérience avec une pelle

(') Le fait fut d'abord observé, paraît-il, dans une Tonderie de Saxe, en \Wâ, par un certain Schwarti qui, ajant placé sur une enclume une masse d'argent chaude, Tut tout surpria de l'entendre chanter. En 1829, Trevelyan retrouva par buard le même phénomène en posant un Ter à souder sur un morceau de plomb; il reproduisit l'expérience en la variant, et lui donna sa forme actuelle (Voir Ttmdâll, la Chakur, 1» édition française, appendice k la leçon IV;.

à feu qu'il pose, après l'avoir chaufTée, sur deux lames de plomb piacées dans un élau ; une simple bague ou une pièce de mon-

naie, cbauffée et mise de champ sur un morceau de plomb, peut également vibrer el chanter (').

Sirène. — Mais l'appareil le plus important dans ce genre est la sirme, imaginée par Cagniard de La Tour(') en 1819.

La pièce essentielle est un disque tournant percé de trous à égale distance les uns des autres, qui viennent successivement se placer

eo regard d'un orifice par lequel s'échappe un courant d'air. A chaque coïncidence des ouvertures, l'air extérieur reçoit un choc qui cesse dès qu'un plein s'est substitué à un vide en face de l'ori-

(■) Voir Ttkdâu,, ta Chaleur, S* édJlion française, p. 100. Paris, Gauthier- Villtra ; 187(.

('] Cagniàid de La Tooit, ^nn. -le chim. et <le phys., {% XII, XVIll el XXXV ; ISI9-S7.

NATUHK ET CARACTÈRES DU SON. — PRODUCTION PAR UNE SÉRIE DE CHOCS, la

ficc; ces chocs périodiques, lorsqu'ils se succèdent un peu rapidement, donnent naissance à un son dont la hauteur dépend de la vitesse de rotation communiquée an disque. L'appareil, tel que nous venons de le décrire, est souvent désigné sous le nom de Sirène de See6eck, parce que Seebeck l'a employé en eiTet sous cette forme

(avec un disque portant plusieurs rangées de trous) à des recherches sur les éléments des sons complexes. Dans l'appareil original de Cagniard de La Tour, tel qu'on le

construit encore aujourd'hui, le mouvement du disque mobile est produit par le courant d'air lui-même ; et, pour augmenter la force

motrice, pour accroître en même temps Tintensité du son, on envoie le courant d'air, non par un orifice unique, mais par une série d'oriGces disposés de façon à se trouver en même temps tous ouverts ou tous fermés. Ces orifices, en nombre égal à celui des trous du plateau mobile, sont percés dans un plateau fixe AA, formant le couvercle d'une sorte de boite HH dans laquelle arrive par le tube F l'air d'une soufflerie. Au-dessus du plateau AA, et à très petite distance, est placé le plateau mobile BB, fixé à un axe vertical D, qui peut tourner librement sur les pointes de deux vis le saisissant à ses extrémités. Les trous des deux plateaux sont inclinés en sens contraire dans un plan perpendiculaire au rayon. De cette disposition il résulte que, si les ouvertures* des deux plateaux sont d'abord superposées, Tair arrivant par les trous inférieurs a vient frapper à peu près perpendiculairement la paroi des trous supérieurs &, et pousse le plateau mobile. Celui-ci se mettra donc à tourner avec une vitesse dépendant de la pression de Tair insufflé, et il ouvrira et fermera périodiquement les orifices de sortie de Tair (').

Le nombre des impulsions communiquées à Tair extérieur étant égal au produit du nombre des trous du plateau par le nombre des tours de Taxe, il faut pouvoir évaluer ce dernier nombre pendant un temps donné. A cet effet, la sirène porte en haut un compteur, formé de deux roues dentées R et S : la roue R engrène avec une vis sans fin V, pratiquée sur la partie supérieure de Taxe, et marche d'une dent pour un tour de Taxe. Chaque fois que la roue R a fait un tour entier, un appendice latéral K, fixé à cette roue, vient rencontrer la roue S et la fait avancer exactement d'une dent, un petit ressort placé au-dessous ne laissant échapper qu'une dent à la fois. Si donc la roue R a loo dents, tandis qu'une aiguille attachée à cette roue comptera les tours, une deuxième aiguille entraînée par la roue S marquera les centaines de tours. Tout ce système est monté sur une plaque verticale AB qui peut recevoir un petit déplacement dans le sens horizontal ; de sorte qu'en pressant sur le bou-

(<) Quand la sirène ?a un peu vite, outre le son principal, on entend un son beaucoup plus grave, que l'on appelle le son d'axe^ et qui provient de ce que Taxe de rotation, n*étant pas exactement un axe principal d'inertie, vient à chaque révolution battre deux fois contre ses supports.