SENSATIONS ACOUSTIQUES

L'excitant qui agit le plus facilement et habituellement sur la terminaison périphérique du nerf acoustique, l'excitant adéquat de l'appareil nerveux acoustique, sont donc certaines vibrations des corps dits sonores. Généralement nous considérons ces vibrations dans l'air; mais pour agir sur l'organe de Corti, elles doivent être transmises par la membrane du tympan et les osselets de l'ouïe à la périlymphe et à l'endolymphe. Ce sont donc en dernière analyse les vibrations d'un liquide qui agissent sur l'appareil nerveux acoustique. — Ces vibrations provoquent dans notre appareil acoustique des sensations dites « sonores »; de là aussi les noms de vibrations sonores, sons, ondes sonores, qu'on a donnés à l'agent physique qui provoque ces sensations.

Les vibrations de l'éther n'excitent l'appareil optique qu'entre certaines limites du nombre de leurs vibrations à la seconde. De même aussi l'appareil acoustique n'est excité qu'entre certaines limites du nombre des vibrations de l'air à la seconde. Des vibrations simples moins nombreuses que 50 à la seconde, c'est-à-dire d'une grande amplitude, peuvent bien être perçues par la peau comme sensation de contact, mais pas comme sensation acoustique par l'appareil auditif. Il y a aussi une limite supérieure à la perceptibilité des vibrations, estimée de quinze à vingt mille à la seconde.

On a bien annoncé que cette dernière limite était reculée jusqu'à trente et quarante mille vibrations; il est possible que dans ces circonstances ce ne soient pas ces vibrations qui excitent l'appareil acoustique, mais bien des sons concomitants dont le nombre de vibrations est beaucoup moindre. Une cause d'erreur analogue existe à la limite inférieure, car des vibrations trèslentes s'accompagnent ordinairement d'autres vibrations plus nombreuses.

La raison de cette différence ne réside évidemment pas dans les vibrations elles-mêmes, mais dans la construction de l'oreille : celle-ci est conformée de manière à n'être excitée que par des vibrations d'une certaine amplitude.

L'excitant extérieur de l'appareil acoustique est de sa nature intermittant et périodique, et néanmoins il produit une sensation continue, une espèce de tétanos parfait. — Une vibration unique ne donne pas lieu à une sensation acoustique. Il paraît que pour en produire une il faut qu'au moins de 10-15 vibrations (se succédant suivant un rythme compris entre les limites indiquées plus haut) viennent frapper l'oreille.

Qualités des sensations acoustiques. — Nous faisons trois distinctions principales entre nos sensations acoustiques ; nous en apprécions Vintensitè, la hauteur et le timbre. A cela il faut peut-être en ajouter une quatrième, le degré plus ou moins grand de plaisir qu'ils nous procurent : dissonna7ice et consonnance. Aucune de ces qualités n'est susceptible d'une définition; elles sont données par le sens intime, et ne peuvent former l'objet de considérations physiologiques, pas plus que la qualité du rouge, du bleu etc.

530 ' CHAriTRE VI.

Mais nous pouvons rechercher quelles particularités dans l'agent physique, et quelles différences du processus physiologique correspondent à ces dijBFérences dans la sensation.

L'intensité du son est due, du côté de l'agent physique, à la force vive des molécules vibrantes, à l'amplitude de la vibration. Du côté physiologique, nous devons admettre qu'une force vive plus grande provoque dans l'oreille un processus plus intense (une vibration plus excursive d'une fibre de la membrane basiiaire, et par suite une excitation plus forte d'une fibre nerveuse) dans l'organe de Corti. Nous entendons un même son d'autant plus fortement, avec une intensité d'autant plus grande, que nous sommes plus près de la source sonore; et l'intensité de la force vive qui anime une molécule vibrante de l'air est d'autant plus grande que nous nous rapprochons davantage de la source sonore. L'intensité ne dépend donc que de l'amplitude de la vibration, et nullement de la forme de la courbe inscrite par la vibration, ni du nombre des vibrations.

La loi psycho-physique (page 221) s'est trouvée vérifiée pour la sensibilité de l'oreille à apprécier des différences d'intensité entre les sons (naturellement entre certaines limites de l'intensité absolue).

La hauteur du son dépend, pour ce qui regarde l'agent physique, du nombre de vibrations dans l'unité de temps. De deux diapasons, celui-là émet le son le plus élevé qui vibre le plus rapidement — Physiologiquement, nous admettons que des sons de hauteurs différentes excitent des fibres nerveuses différentes, reliées à des cellules corticales du cerveau dont les états fonctionnels sont perçus comme sons de hauteurs déterminées(HELMHOLTz). C'est là une simple extension du principe des énergies spécifiques. Les fibres de la membrane basilaire, de longueurs différentes, paraissent être les intermédiaires entre le monde physique et le monde physiologique. Chacune étant supposée accordée pour un son d'une hauteur différente, il faut encore admettre que chacune d'elles excite une fibre nerveuse à l'exclusion des autres. Les conditions anatomiques sont éminemment favorables à une telle hypothèse. Le nombre des fibres de la membrane basilaire (60000) suffit amplement pour les besoins. — En effet, une oreille musicale distingue deux sons qui diffèrent d'une vibration par seconde, mais seulement s'ils sont compris eux-mêmes entre 128-1024 vibrations à la seconde. Mais nous ne distinguons pas deux sons dont l'un a 10,000 et l'autre 10,100 vibrations à la seconde. Avec deux sons compris entre 20 et 100 vibrations, la distinction se fait encore pour une différence de 2 à .5 vibrations à la seconde.

C'est par erreur qu'on avait cru pouvoir appliquer la loi psycho-physique à la distinction de tons de hauteurs différentes. Cette loi exprime le rapport qui existe entre l'intensité de l'excitant et l'intensité de la sensation, mais seulement quand il s'agit de deux excitations du même appareil nerveux. Dans le cas de deux sons de hauteurs différentes, nous avons à faire à deux appareils nerveux.

Le timbre d'un son, ce qui fait que nous distinguons par exemple si deux sons de même hauteur et de même intensité sont produits par deux organes vocaux différents ou émanent de deux instruments spéciaux, a été longtemps une énigme, tant physique que physiologique. Helmholtz a démontré qu'à une différence de timbre de la sensation acoustique correspond ordinairement une

OllGANE AUDITIF.

différence dans la forme de la courbe graphique qui représente la vibration, et qu'à une même courbe correspond toujours le même timbre. Une vibration simple (pendulaire, à courbe sinusoïde), telle que les produisent les diapasons, a un timbre à part. Les sensations acoustiques qui s'en rapprochent le plus sont provoquées par des vibrations qui ressemblent le plus à la vibration pendulaire : la flûte, certains tuyaux d'orgue sont dans ces cas. Les autres instruments de musique provoquent tous des sensations acoustiques à timbres bien caractérisés et différents de celui du diapason; les courbes de leurs vibrations diffèrent beaucoup de la sinusoïde, et cela d'autant plus que le timbre est plus particulier. — Ce n'est pas cependant la forme générale de la vibration qui impressionne l'appareil auditif de manière à produire le timbre; nous allons voir que des courbes très-différentes peuvent provoquer la même sensation. Le fait est que si la vibration est composée, si la courbe de la vibration n'est pas une sinusoïde — cas dans lequel se trouvent à peu près toutes les ondes sonores que nous entendons — , notre oreille l'analyse dans ses éléments, perçoit isolément chaque vibration simple, et non pas la forme générale de la courbe. La preuve irrécusable eu sera fournie à Tinstant, à propos de la synthèse du timbre; à ce propos nous verrons que des sons composés des mêmes vibrations simples peuvent donner des graphiques très-différents, et que néanmoins ils ont le même timbre. L'observation suivante est déjà assez démonstrative.

Bien qu'on soit tenté de regarder comme simple la sensation fournie par une corde de violon, de guitare etc., on apercevra, en s'y exerçant un peu, plusieurs sons chaque fois que le violon résonne. L'expérience est facile à faire avec une guitare. On en pince une corde, puis pendant qu'elle vibre, on la touche légèrement pour un instant au quart ou au cinquième de sa longueur : le son de tout à l'heure sera éteint, mais il persistera un autre beaucoup plus élevé et plus faible. Si l'on répète l'expérience, on finira par entendre cette note élevée, simultanément avec le son fondamental, qui est plus bas. — Que se passe-t-il quand on touche la corde vibrante? On éteint toutes les vibrations qui n'ont pas un nœud à l'endroit touché, c'est-à-dire les vibrations de longues portions de la corde, et notamment celles de toute la corde. On ne laisse persister que les vibrations de petites portions, qui sont plus rapides, et provoquent donc des sons relativement élevés. Ces vibrations plus rapides préexistaient; l'attouchement du doigt ne les a pas créées. Une oreille exercée parvient à saisir beaucoup de ces sons partiels dans le son des instruments ordinaires de musique. Et c'est à la perception de ces sons partiels qu'est due la production du timbre. Les sons partiels sont ordinairement en grand nombre, ils varient d'un instrument à l'autre. L'éclat particulier du timbre des instruments en cuivre est dû à l'existence de beaucoup de sons partiels aigus et intenses dans le mélange sonore qu'ils produisent. Un corps qui émet des ondes sonores vibre d'abord en totalité, puis des fractions de plus en plus petites du corps vibrent isolément, chacune à la manière d'un pendule, et d'après un rythme beaucoup plus rapide. Ce sont les sons partiels qui constituent le timbre d'un son ou d'une source sonore. Dans un mélange sonore, ordinairement l'une ou l'autre vibi'ation simple prédomine de loin toutes les autres par sa force vive; nous attribuons au mélange la hauteur de ce son fondamental ; d'où le nom de sons partiels qu'on

donne aux autres. Dans les instruments de musique, surtout à cordes, les nombres des vibrations des sons partiels les plus importants sont des multiples entiers et simples du nombre des vibrations du son fondamental, qui est le moins élevé de tous; la courbe résultante conserve donc sa périodicité. Les sons partiels de ce genre ont aussi reçu le nom de sons harmoniques, bien qu'ordinairement leur effet soit tout le contraire de V« harmonie ». — Un son composé est dit ton [musical), aussi longtemps que les sons partiels ne font pas disparaître tout rythme dans la vibration résultante. Une sensation sonore acquiert le caractère du bruit, si la courbe résultante n'offre plus rien de périodique, p. ex. la courbe de la figure 148, représentant le bruit produit par la prononciation du mot « choc ». Dans les bruits les plus complexes, dans celui du feuillage, on distingue encore généralement un ton fondamental, mais il ne prédomine plus autant que dans le son muscical.

A l'aide de vibrations simples, Helmholtz a opéré la synthèse du timbre de sons complexes dont il avait préalablement opéré l'analyse physique. Il a notamment fait la synthèse du timbre de la voix humaine, composée de tons très-compliqués (voyelles) et de bruits (consonnes); voir page 95.

La synthèse des sons a permis à Helmholtz de démontrer directement que notre oreille ne perçoit pas comme telle la forme d'une vibration composée. Lorsqu'on place devant le phonautographe à des distances un peu différentes deux diapasons vibrants, l'une vibration arrive sur la membrane avec un retard de phase sur l'autre d'autant plus grand que l'un diapason se trouve plus loin de l'autre. Si les deux diapasons émettent des sons de hauteurs égales, l'excursion du mouvement de la membrane est doublée (par interférence) s'ils se trouvent à la même distance; si on en éloigne un, la courbe inscrite diminue d'intensité et disparaît tout-à-fait. Si les deux sons ont des hauteurs différentes, la forme de la courbe change au fur et à mesure qu'on retarde l'une vibration

Fig. 1S2.

sur l'autre, et néanmoins nous continuons à entendre toujours le même timbre de son. La figure 152 A (d'après Hensen) est une telle courbe résultant de deux sons simples, dont les courbes sont en B inscrites l'une dans l'autre. La courbe résultante se modifie continuellement, et néanmoins l'oreille perçoit toujours le même son. — Si donc la forme de la courbe ne détermine pas le timbre, on est forcé d'admettre qu'il est dû à ce que l'oreille perçoit isolément les vibrations pendulaires d'une vibration complexe.

L'oreille se comporte donc tout autrement à l'égard des mélanges sonores que l'œil à l'égard des mélanges lumineux. L'appareil acoustique perçoit isolément chaque vibration simple; l'appareil optique procure une sensation simple, dans laquelle nous ne découvrons plus rien des composantes élémentaires. Deux mélanges de vibrations de l'éther, l'un composé des longueurs d'onde que nous nommons rouges et de celles que nous nommons vertes, l'autre par une infinité de vibrations diverses, produisent absolument la même

sensation blanche. L'oreille fait l'analyse des mélanges sonores, et l'œil perçoit l'ensemble d'un mélange de vibrations lumineuses (I).

La sensation de bruit, provoquée par des vibrations composées qui n'ont plus rien de périodique, se rattache plus ou moins au timbre des sons musicaux. Elle consiste dans la perception simultanée d'une foule de sons élémentaires, variant d'intensité de manière à ce que la courbe résultante n'offre plus rien de périodique (fig. 148). Souvent l'on ne saurait indiquer aucune hauteur à ce bruit; cela vient de ce qu'aucun des sons partiels ne prédomine comme intensité, ou bien s'il domine à un moment, il aura trop diminué l'instant d'après. On comprend du reste qu'il n'y ait aucune limite nette entre les sons musicaux composés et les bruits. Ainsi on parvient à assigner une hauteur déterminée à beaucoup de bruits, par exemple à celui que produit le vent dans le feuillage d'un arbre, à celui d'un tambour. Tel bruit d'aujourd'hui sera considéré plus tard comme son musical, selon les idées esthétiques régnantes.

La sensation auditive provoquée par un orchestre est comparable à celle produite par des vibrations périodiques composées. La courbe représentant les sons d'un orchestre serait composée également. L'oreille y distingue aussi une note fondamentale, et puis beaucoup de notes accessoires, d'accompagnement, dont toutefois plusieurs se font remarquer beaucoup plus que les autres, Bruecke fait observer que la différence entre personnes à dispositions musicales et celles qui n'en ont pas tient en grande partie à ce que l'attention des premières suit surtout la note fondamentale, tandis que les secondes portent leur attention surtout sur le timbre, où bien sur tel ou tel son partiel. Pour ces dernières personnes, la même hauteur de ton est quelque chose de nouveau chaque fois que le timbre vient à changer.

On a trouvé que quand deux ou plusieurs sons, de timbres différents, résonnent en même temps, comme c'est toujours le cas de l'orchestre, nous percevons encore d'autres sons que ceux qui correspondent aux vibrations simples. Nous percevons encore ce qu'on appelle les tons de combinaison, parce qu'ils résultent de l'action simultanée de deux autres. Il y en a de deux espèces : les uns correspondent à la somme algébrique de deux sons fondamentaux; les autres à la différence de ces mêmes sons. Et les sons harmoniques produisent de leur côté aussi des tons de combinaison.

Bien que notre appareil auditif puisse percevoir isolément les sons harmoniques d'un ton composé, ainsi que les tons particuliers d'un orchestre, il n'en est pas moins vrai que le mélange sonore produit une espèce de sensation d'ensemble, comparable plus ou moins à ce qui existe dans l'œil : nous concevons comme une unité le timbre d'un instrument; nous suivons la note fondamentale d'un orchestre tout en négligeant plus ou moins le reste. Les centres nerveux produisent donc une espèce de synthèse, très imparfaite il est vrai, de tous les sons particuliers avec la (ou les) note fondamentale. Suivant Hensen, cette synthèse n'est pas une propriété sensorielle directe, mais elle demande à être apprise par l'enfant, tout aussi bien qu'il lui faut apprendre à porter des jugements (de distance par exemple) basés sur ses sensations acoustiques. Le timbre ne serait donc pas une propriété élémentaire des sensations acoustiques au même titre que l'intensité et la hauteur.

(1) Voir toutefois à la page 204^ la réserve faite par Hering à ce sujet.

Un fait du même genre nous est fourni par la CONSONANCE et la DISSONANCE avec laquelle nous percevons deux ou plusieurs sons émis simultanément; et peut-être ce caractère de consonance est-il une quatrième qualité des sensations auditives complexes, au même titre que le timbre. On sait qu il y a des couples (ou des assemblages plus complexes) de notes consonantes, donnant une résultante agréable, et qu'il y en a de dissonantes, donnant une résultante sensorielle désagréable. Depuis longtemps aussi on sait que les tons dont les nombres de vibrations sont dans un rapport simple (comme -s i 3, D : 4, 4 : 5, 4 : 2), sont consonants, et que la dissonance s'observe chaque fois que les tons émis simultanément n'ont pas ce rapport simple de leurs nombres de vibration (par exemple 10 : H, 15 : 16). Helmholtz a découvert une raison physiologique à ces caractères de dissonance et de consonance : dissonance se trouve être synonyme d'« excitation intermittente » de l'appareil acoustique, et la consonance a lieu quand il y a « excitation continue ». L excitation périodique de l'appareil acoustique, si elle se répète assez souvent (à partir de 40-SO vibrations à la seconde) produit une impression continue, une espèce de tétanisation complète de l'appareil acoustique. Deux tons différant d'une vibration à la seconde donnent un battement à la seconde : la vibration résultante (et par suite le processus physiologique dans l'organe de Corti et le processus central, sensoriel) diminue d'intensité, s'annule même, puis reprend en s'accroissant. Une différence de 2, 3, 6 etc. vibrations occasionne 2, 5, 6 etc. battements à la seconde. Les battements n'ont généralement rien de musical, ils nous affectent désagréablement, surtout s'ils se repètent un grand nombre de fois. 33 battements environ à la seconde sont particulièrement désagréables, jouissent du caractère de dissonnance à un très-haut degré ; cela donne un caractère de dureté à la sensation acoustique. Plus de 33 battements a la seconde commencent à confluer, et la sensation devient tout à fait continue SI ce nombre dépasse 100 à la seconde. Helmholtz a trouvé que les intervalles musicaux {---= association de deux tons) les plus purs, les plus agréables à l'oreille, et les intervalles dissonants relevés depuis longtemps par les musiciens satisfont à cette règle physiologique. Seulement il faut dans cette recherche envisager également les battements des sons harmoniques. — Dans le domaine des sensations visuelles, un fait du même genre nous est donné dans la sensation désagréable qu'occasionne une lumière rapidement intermittente (par exemple quand on longe une grille ou palissade à travers laquelle passent les rayons du soleil).

Pour plus de détails sur la « théorie physiologique de la musique «, nous renvoyons au travail classique de Helmholtz {Théorie der Tonempfindungen, traduit aussi en français). On trouvera dans ce livre tout ce qui regarde la composition des gammes musicales usitées : sujet qui n est plus guère du domaine de la physiologie, mais qui repose uniquement sur le sentiment esthétique de la génération humaine momentanée, sentiment variahie comme le prouve le fait que les anciens composaient leurs gammes d'une autre succession de tons, avec des intervalles autres (généralement plus grands). L'éducation musicale, les besoins musicaux de générations futures exigeront des gammes encore plus compliquées que celles usitées de nos jours.

Après ce qui a été dit de la théorie physiologique de la hauteur des sons, nousjavons à peine à ajouter un mot touchant la théorie physiologique du timbre et de la perception des mélanges sonores plus complexes, bruits et harmonies.

Les deux théories n'en forment qu'une seule. Il est prouvé que l'oreille perçoit isolément les vibrations simples, pendulaires, comprises dans le mélange sonore le plus complexe. Dans l'oreille interne, il n'y a guère que les fibres de la membrane basilaire qui puissent jouer le rôle de résonnateurs, d'analysateur des mélanges sonores.