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, est donné dans certaines vibrations des corps dits sonores. Généralement nous considérons ces vibrations dans l'air ; mais pour agir sur l'organe de Gorti, 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 à la seconde. Des vibrations simples moins nombreuses que 30 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 perceptilité des vibrations, estimée de quinze à vingt mille vibrations à la seconde.

On a bien annoncée que cette dernière limite était reculée jusqu'à trente et quarante mille vibrations; mais il est possible que dans ces circonstances ce ne soient pas ces vibrations qui excitent l'appareil accoustique, 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 très lentes s'accompagnent ordinairement d'autres vibrations plus nombreuses. — La raison de cela ne réside évldeuiment 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 11 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 loin) viennent frapper l'oreille.

Qualités des sensations acoustiques. — Nous faisons trois distinctions principales entre nos sensations acoustiques; nous en apprécions l'intensité, 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 : dissonnance et coïisonnance. Aucune de ces qualités n'est susceptible d'une définition ; elles sont données par le sens intime, et ne peuvent être en elles-mêmes l'objet de considérations physiologiques, pas plus que la qualité du rouge, du bleu, etc. Mais nous pouvons rechercher quelles particularités dans Tagent physique, et quelles différences du processus physiologique correspondent à ces différences dans la sensation.

1° U 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, probablement une vibration plus

excursive d'une fibre de la membrane basilaire, et par suite une excitation plus forte d'une fibre nerveuse dans l'organe de Gorti. 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 d'avantage de la source sonore. L'intensité ne dépend donc que de la force vive de la vibration, et nullement de la forme de la courbe inscrite par la vibration, ni du nombre des vibrations.

La loi de Weber (voir p. 598) a été vérifiée pour la sensibilité de l'oreille à apprécier les différences d'intensité entre les sons.

2° 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 perçues comme sons de hauteurs déterminées (Helmholtz). C'est là une simple extension du principe des énergies spécifiques. Les 60.000 fibres de la membrane basilaire paraissent être les intermédiaires entre le monde physique et le monde physiologique. Elles paraissent capables de vibrer isolément et leur longueur va grandissante depuis la base jusqu'au sommet du limaçon. Chacune d'elles (ou un petit nombre de voisines) étant supposée accordée pour un son d'une hauteur différente, il faut encore admettre que chacune excite mécaniquement une fibre nerveuse à l'exclusion des autres. Il faut de plus que chaque cellule acoustique ou chacune des fibres nerveuses en cause provoque dans le centre psycho-acoustique une sensation auditive de hauteur spéciale.

Les conditions anatomiques sont éminemment favorables à une telle hypothèse. Le nombre des fibres de la membrane basiliaire 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. 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 3 vibrations à la seconde. — Somme toute, d'après Helmholtz, il suffirait de 4500 résonateurs dans l'oreille interne pour expliquer les différences des hauteurs de sons réellement observés.

3° 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'aune différence de timbre de la sensation acoustique correspond

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ordinairement une différence dans la forme de la courbe graphique qui représente la vibration, et qu'à une même courbe correspond toujours le même timbre. Plus exactement, le timbre dépend des sons partiels d'un son compliqué. 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 ce 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. Et si la vibration est composée, si la courbe 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.

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 étemt toutes les vibrations qui n'ont pas un nœud à l'endroit touché, c'est-à-dire les vibrations des longues portions de la corde, 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 de musique. Et c'est à la perception de ces sons partiels qu'est due la production du timbre.

D'après ce qui précède, la théorie physiologique du timbre admet que la membrane basilaire est aussi l'organe analyseur du timbre des divers sons.

Les sons partiels sont urdinaii-emeut en grand nombre ; ils varient d'un instrument à l'autre. L'éclat du timbre des instruments en cuivre est lié à la présence de beaucoup des sons particuliers aigus et intenses dans le mélange sonore qu'ils produisent. Un corps qui éaiet des ondes sonores vibre d'abord en totalité, puis des fractions de plus '-n plus petites du corps vibrent isolément, chacune à la manière d'un pendule, et d'après un rytlime de plus en plus ra])ide. Ce sont les sons partiels qui constituent le timbre d'un son ou d'une source sonore. Dans un mélange sonore, ordinairement fune ou l'autre vibration simple prédo-

mine de loin toute 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 dans ceux 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 lui 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 1' « harmonie » .

P. BoNNiER et Bard admettent que notre oreille ne décompose pas un son complexe en ses composantes simples, mais qu'elle perçoit réellement la forme totale de tout timbre comme telle. — Cette opinion se heurte notamment à ce fait qu'un changement dans les phases des composantes d'un ton complexe n'en modifie en rien le timbre, bien qu'il en modifie quelquefois profondément la courbe résultante. La fig. 272 (p. 699) représente la courbe résultante de deux vibrations simples. On peut réaliser physiquement que l'une des deux vibrations commence un peu plus tard. La courbe résultante en sera modifiée, et néanmoins le son ne sera changé en rien.

Des expériences de Wittmark et de Yosnii viennent d'apporter une certaine confirmation à la théorie auditive de Helmholtz. Ils exposent des cobayes pendant des jours à des sons violents de hauteurs déterminées. A l'autopsie, ils trouvent une partie de l'organe de Gouti désorganisée, et cette lésion se trouve d'autant plus vers la base du limaçon, elle atteint donc des fibres d'autant plus courtes de la membrane basilaire que le son (d'une sirène p. ex.) est plus élevé.

La théorie des voyelles de Hermann (voyez page 454) ne se concilie pas trop avec la théorie acoustique de Helmholtz, que nous avons adoptée dans notre exposé. D'après Helmholtz, l'oreille perçoit les sons partiels d'un mélange sonore, qu'elle analyse à la manière des résonnateurs. Or, d'après Hermann, notre oreille percevrait directement les variations d'intensité du son buccal des voyelles. — Hermann Invoque l'opinion de Koenig, d'après lequel l'oreille pourrait être excitée par toutes espèces de mouvements périodiques, y compris le battement d'une intensité sonore (variant périodiquement). Or, les variations de l'intensité d'un son ne font pas parler un résonnateur accordé pour le rythme de ce-; variations, par conséquent n'ébranlent pas les fibres delà membrane basilaire.

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 d'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.

ha semation 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 que la courbe résultante n'ofl're plus rien de périodique (fig. 273). Souvent l'on ne saurait indiquer aucune hauteur à ce bruit ; cela vient de ce qu'aucun des sons partiels ne prédomine assez comme intensité, ou bien s'il domine 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 vibi'ations 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.

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, 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 note fondamentale. Suivant Hensen, cette synthèse ne serait pas une propriété sensorielle directe, mais elle demanderait à être apprise par l'enfant, tout aussi bien qu'il lui faut apprendre à porter les 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.

Un fait du même genre que le timbre nous est fourni par la GONSONNANGE et la DISSONNANGE avec laquelle nous percevons deux ou plusieurs sons émis simultanément; et peut-être ce caractère d& corisonnance 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 consonnantes, donnant une résultante agréable, et qu'il y en a de dissonnantes, donnant une résultante sensorielle désagréable. Depuis lon^^^temps aussi on sait que les tons dont le nombre de vibrations sont dans un rapport simple (comme 2 • 3 3 : 4 : 5, 1 : 2), sont consoauants, et que la dissonnance s'observe chaque fois que les sons émis simultanément n'ont pas ce rapport simple de leurs nombres de vibrations (par exemple 10 : 11, 15 : 16). Helmholtz a découvert une raison physiologique à ces caractères de dissonnance et de consonnance : dissonnance se trouve être synonyme « d'excitation intermittente > de l'appareil acoustique, et la consonnance a lieu (juand il y a « excitation continue ». L'excitation périodique de l'appareil acoustique, si elle se répète assez souvent (à partir de 30-40 vibrations à la seconde), produit une impression continue, une espèce de tétanisation complète de l'appareil acoustique. Nous avons vu

que deux tons différant d'une seule vibration à la seconde donnent un battement ù chaque seconde : la vibration résultante, et par suite le processus physiologique dans l'organe de Gorti et le processus central, sensoriel, diminuent d'intensité, s'annulent même, puis reprennent en s'accroissant. Une différence de 2, 3, 6 etc. vibrations occassionne 2, 3, 6 etc. battements à la seconde. Les battements n'ont généralement rien de musical; ils nous affectent désagréablement, surtout s'ils se répètent 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 a'ioustique. Plus de 33 battements à 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 dissonnants 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 par exemple quand on loge une grille ou une palissade à travers laquelle passent les rayons du soleil ; le papillotement des disques rotatifs rentre également ici.

Pour plus de détails sur la « théorie physiologique de la musique », nous renvoyons au travail classique de Helmholtz [Théorie der Tonempfiïidangen, traduit aussi eu français).