CH. IV. — VIBRATION DF.S MASSES FLUIDES

1-a figure 96 représente un appareil de M. Weber, qui c^tluen propre ù montrer Teftet de la réflexion des ondes: c*est un vase elliptique contenant du mercure; les ondes produites par un filet de mercure qui tombe à l'un des foyers, se propagent et se réfléchissent vers Tautre foyrr.

348. Des surfaces nodules que Von observe dans les grandes masses d^air qui sont en vibration, — Lorsqu*on produit un son très-intense et soutenu dans une galerie ou seulement dans une chambre ordinaire, on observe que le même son n a pas la nicnie intensité dans toute Tétendue de Tenceinte : dans certains points il est fort et assourdissant, dans d'autres il est très-faible; ces derniers points sont comme des nœuds de vibration où Tair n'éprouve que de très-petits déplacements. Savart a essayé de suivre la trace de ces lignes ou surfaces nodales, et nous indiquerons seulement le procédé dont il s*est servi, car il n*y a sur ce sujet aucun résultat simple et général. Le son est produit avec un timbre et un tuyau renforçant, et on l'écoute aux différents points de Tenceinte avec une espèce d*oreille artificielle, qui se compose d*un cône évasé^ (Fun tube conique et d'une membrane, ce {fig> 60) représente le cône, tl' le tuyau , et mm la membrane ; celle-ci doit être posée sur les bords du tube recourbé, et ajustée pour recevoir divers degrés de tension. On place l'axe du cône dans la direction suivant laquelle on veut écouter, et l'on juge de l'intensité du son par les vibrations de la membrane^ c'est-à-dire, par les mouvements du sable dont on la recouvre à l'instant de l'expérience.

La grandeur de l'enceinte, sa forme et tous les accidents que présentent ses parois, sont autant de causes qui font varier les formes et les positions des surfaces nodales pour une même position du timbre. Quant à la cause elle-même qui détermine la formation des nœuds, c'est sans aucun doute la rencontre des ondes directes et des ondes réflë-

192 uvhb V, -*- kcoam^Ek

CBAPITBE V.

Dm yibntioiii de ^elqmt InttruMatt à$ wui^Mt,

349. Communication des vibrations sonores entre lesee* lides et les Jbudes. — Les liquides et les gaz ne reçoiveiit, en général, leur mouyement de vibration ([ue par ledioe direct des corps solides, ou au moins par rintennëfaiR de ces corps, comme dans la sirène et les tuyans ; wek dès ^'ils ont reçu ce mouvement, ils peuTent à leur lov le transmettre à tous les corps solides qa*ila rencontreoL C*est ainsi ^ par exemple, que Ton Toit une corde d'instriH ment se mettre en vibration dès qu'elle entend le son qu'elle peut rendre ou Tun de ses harmoniques^, et que des cn^ reaux de vitres s'ébranlent et vibrent fortement sons lin- ' fluence de certains sons de la voix , conmé sons rininenoe du bruit du canon. Ce phénomène, qui se présente d*lM manière firappante sur tous les corps solides très-mobfle^ se produit pareillement dans les corps plus inertes et moins élastiques, et il n*y a peut-être pas une cathédrale dont h grosse cloche ne fasse vibrer d'une manière sensible certains piliers oti certains massifs considérables. Il est permis de conclure ici de ce que Ton observe à ce que Ton n*ob* serve pas, et puisqu'une masse solide quelconque peut entrer en vibration sous le choc du marteau et produire un son déterminé, on peut conclure qu'elle entrera en vibration plus ou moins marquée lorsque ce son , en trafersant Teau ou l'air, viendra la frapper. On peut conclure qu'en général elle entrera en vibration pour tous les sons possibles , car en général il n'y a pas de son qu'elle ne puisse rendre, soit comme son fondamental, soit comme harmonique, si elle était convenablement ébranlée ; et par conséquent il n'y a pas de son qui , en la frappant, ne

en. V. — COMUmPriCATION DF^ VIBRATIONS. 128

détermine en elle un certain mode de vibration. Si l'on conservait quelque doute sur cette conclusion générale, il suffirait de remarquer que le son produit dans un fluide est transmis avec plus ou moins de facilité par une masse solide quelconque, et que certainement il ne peut être transmis par elle sans Tavoir forcée à vibrer à Tunisson avec lui. Mais il serait curieux de savoir comment le mouvement se détermine suivant les diverses obliquités des surfaces par rapport à la direction de Tonde. Il n*y a sur ce sujet qu*un très-petit nombre d'expériences : Savart a constaté, par exemple , qu'une membrane tendue sur un cadre ne vibre pas de la même manière quand on lui présente une plaque sonore, perpendiculairement ou parallèlement. Dans le premier cas , ses vibrations sont tangentielles, et dans le second elles sont normales conune celles de la plaque.

Il est probable que les liquides sont plus efficaces que les gaz pour déterminer ainsi des vibrations dans les solideSy et sans doute, en disposant sous l'eau des corps de différentes formes, l'on pourrait, avec le sable, reconnaître des vibrations que le même moyen ne rendrait pas sensibles dans l'air.

350. Communication des vibrations dans les corps solides contigus. — Puisque les vibrations se transmettent des fluides aux solides, elles doivent à plus forte raison se transmettre dans toute l'étendue d'un système solide dont les diverses parties sont juxtaposées et tellement contignës quelles ne laissent entre elles aucune solution de continuité. Un pareil système ne forme plus qu'un tout, qui, dès qu'un point est ébranlé , se partage comme un seul corps, en parties vibrantes séparées par des lignes nodales; chacune des pièces perd en quelque sorte son individualité ; sa liaison avec les pièces voisines l'empêche de vibrer comme elle ferait si elle était seule; à peu près comme une portion de plaque prend des modes de vibrations diffé-

124 LIVRE V.-f- ACOI78TK2I7B.

renifl, si elle est détachée et ébranlée h patt ou. si dla reste 'Unie à la plaque entière.

. Sayart a fait un grand nombre d expériences sur oe sujet; il a varié les appareils de mille manières pour montrer le fait général de la communication du mouvement dans toutes les parties d un système composé de lames, de pla* ques» de cloches, de cordes, etc. Parmi les résultats qae nous pourrions puiser dans son mémoire sur oa sqet (jtnfu dâ Phys. etdeChim.^ t. 25), nous choisirona de pf^ férence Texemple suivant, qui a lavaniage de montrer l'influence de la direction du mouvement sur la fonnatioa des lignes nodales. Une lame de bois a {Jig* 83) est fixée par une de ^^ extrémités et tirée à Tautre extrémité par une corde b qui se tend plus ou moins au moyen ^e h clef tf; lorsque la corde est ébranlée avec larchet, elle rend un son ficile à apprécier, et aussitôt la lame a entie .aussi en vibration. Pour le même son , les lignes nodaks -qu'elle présente sur ses faces supérieures et inférieurs .sont dépendantes de l'obliquité de larchet ou du plan daoi lequel vibre la lame , comme on le voit par les figures 84» 85, 86 et 87, où a est la section de la lame, A h direction de Varchet, et s et s' les lignes nodales correspondantes à cette direction , sur les faces supérieures et inférieures de la lame. Ainsi , non-seulement les Tibratiûn5 se communiquent, mais le sens dans lequel elles s* exécatent dépend du sens dans lequel est tirée la première molécule qui reçoit Faction de la corde.

L'appareil de la figure 8a est destiné à montrer aussi des communications de mouvement et les vibrations longitudinales que la corde c reçoit de la petite tige /, que loii ébranle avec un archet.

351. Des instruments à anches. — Une anche est, en général , une lame vibrante, mise en mouvement par un courant d'air. Supposons, par exemple, que dans une .plaque de zinc ou de cuivre p {fig. 56), de a ou 3 niilliniè-

CH. V. GOMMUNJCàTlON DES VIBRATIONS. 125

très d'épaisseur, on fasse une ouverture rectangulaire abcd^ longue de 3 centimètres et large de 7 ou 8 millimètres seulement, et que Ton soude, près de Tun de ses petits cotés I une lame de cuivre /, très-mince et très-élastique, qui puisse vibrer dans cette ouverture en rasant les bords nâj bc et cd. On aura ainsi la plus simple des anches , et pour la mettre en mouvement il suffira d*appuyer la plaque p longitudinalement contre les lèvres, et de souffler en dirigeant le vent vers Textréroité libre de la lame/. L*air la met en vibration, et l'ouverture abcd étant ainsi alternativement ouverte et fermée, lair passe et s'arrête par intermittences; de la des ondulations sonores dont la longueur dépend du nombre des vibrations que la lame vibrante peut exécuter «î raison de ses dimensions et de son élasticité. Le son est le même que si la lame vibrait par écartement mécanique, mais il est plus intense. En disposant sur la même plaque plusieurs lames qui donnent les sons de la gamme, on peut fliire un instrument propre à jouer des airs.

L'anche dont on se sert dans les jeux d'orgues repose sur le même principe, mais elle est autrement ajustée. On y distingue deux tuyaux mis à bout, / et ^ {fig, 54)^ un bouchon b qui les sépare, et l'anche a y proprement dite, qui traverse ce bouchon. L'anche elle-même est représentée en détail dans la figure 55; elle se compose de trois pièces essentielles, la rigole /*, la languette l et la rosette z. La rigole est tm tube de métal prismatique , fermé au l)OQt inférieur, ouvert au bout supérieur, et percé latéralement d'une fenêtre qui établit la commtinication entre les deux tuyaux de part et d'autre du bouchon.

La languette est la lame vibrante ; dans sa position naturelle elle ferme la fenêtre ou à peu près, c'est-à-dire qu elle en rase les parois par ses trois bords libres pendant qu'elle accomplit ses battements ; son quatrième bord est solidement fixé sur la paroi du lube.

126 1.1 VRU Vp— ACOU^TlQliK,

La rasetle est uu fil de métal très-lërme , rccourlié la" partie inférieure par laquelle il appuie fortement tur toute la largeur de la languette , comme on le Tuit diâm la ligure 53. Elle glb^e à Irottement don^ le bouchon ^ tj|« ^ert à changer la longueur vibrante de la languette , ar^ au-dessus tle la nisette, rien ne peut vibrer.

Le vent du sou filet entre par le pied du tuyau t^ presse la languette pour s'ouvrir nu passiige, traverse la rigole û sort par le tuyau t\ La languette ain» écartée pour uii m* tant est bientôt rappelée par son élasticité , et âcroiaplit sous ces deux farces contraires des vibrations qui se répi» tent atissî longtemps que dure le courant d air, La tjgure 34 représente un tuyau à anclie qui est vitré vis-à-vis II languette pour que l'on puisse en observer le jetu Le nombre des vibrations dépend surtout des dimensions tb la languette et de sa rigidité; il est en général peu différent de ce qu il serait si cette lame vibrait à vide par un éail* nient mécanique. Maïs Tajusteuient des tuyaux donne m son un timbre et une intensité remarquables; ce» deux qualités sont ici très-intiniement liées ; cependant riiiten* site dépend surtout delà vitesse du courant, et le timbre de la forme des tuyaux. L'on conçoit en elTet quun courant plus rapide détermine dans la languette des osdîlilions dont Taniplitude est plus grande, leur durée restanl la même; ainsi, rioteusiié du son croit avec la vitesse du courant , à moins que cette vitesse ne soit assez grande pour fléchir la languette et y déterminer un nœud de ri* bratioiu L*on conçoit ensuite que la languette^ les tuyaui elles masses d air quils contiennent, forment un Bptci|| vibrant dont toutes les parties donnent au aon un ûnùf^ particulier. Une condition fondamentale pour que TaiMlbe parle bien et rende un son plein et agréable , ç*est queks masses d*aii* des tuyaux soient telles par leur forme et leur étendue, quelles se mettent facilement à Tunisson avec h languette j mais cette condition peut ê(re remplie pour

eu. V. — COMMUNICATION DtS VIBRATIONS. !27

acun d*eux crune infinité de manières , et Ton a fait dé nnbreux essais pour produire par re moyen des sons arealés imitant la yoix humaine : on a donné au tuyau in* irieur des formes anguleuses, rentrantes, ou diversement ODtoumées ; on a fait le tuyau supérieur conique, évasé, taflé en son milieu ; on y a tendu des membranes, et dislOfé des feuilles ou des lames diverses ; il n*y a pas une de MB modifications qui ne donne au son un timbre particu* Eer, et Ton peut ajouter que plusieurs combinaisons de Mite sorte, imaginées par M. Grénié , ti*oTit pas été sans Mcoès pour faire sortir des tuyaux d anches certains sons phu ou moins analogues au son des voyelles articulées par kvoix humaine.

Dans les jeux d'orgues, il y a des anches d'une autre mte qui sont appelées anches battantes ou anches canardes^ k cause du timbre particulier de leurs sons ; elles différent des précédentes en ce que la languette vient par ses bords battre sur les bords de la rigole (figures 5 1, 5a et 53).

Les embouchures de basson , de hautbois et de clarittctte^ne sont autre chose que des anches diversement ajustâei : dans ces instruments, c'est la pression des lèvres qui licDt lieu de rasette.

352. Des instruments à cordes. — Tous les instruments • cordes ont une caisse sonore, et tout le monde sait que la qualité du son dépend de la construction de la caisse. La corde^ la caisse et l'air qu'elle contient, forment encore un qfMème vibrant dont chaque partie imprime au son un tisbre particulier. C'est la corde qui donne le ton, c'est-à^* ért que, dans le reste de l'instrument, toutes les pièces doivent se mettre à l'unisson avec elle , et pour cela se JMirtager convenablement par des lignes nodales.

Il est clair, en effet, que la liaison de la corde avec tout le système ne peut pas modifier le son qu'elle doit rendre d'après sa longueur et sa tension , car les points par lesquels elle touche les chevalets sont inévitablement des nœuds,

et ces nœuds uuc luis (letermitiés^ le son en est une coom'^' quence neces.saire. 11 fautdancque k caisse soi t d'une tdk ïubsiatice et d'une telle fonou, quelle puisse tnsîautanc* ment prendre Tunisson de toutes les cordes dans tous Ivun tons, et îl faut en outre qu'elle puisse instantanément imm îni primer ses vibrations à la niasse d'air qu'elle contient^ et par conséquent que cette masse d^air soit apte à les re* ce voir* Ces conditions multipliées font assez voir combien il est ciifEcile de faire un bon instrument à corder, et, par exemple, un bon violon ; car, en supposant que la ntatim de la caisse vibre parfaitement bien, il pourra se faire tpie par sa forme la masse d air qu elle enveloppe reçoive niai ses vibrations , et que rinstrument manque de qualité.

Il suflit quelquefois d'un diangenient lè^tT dam les pièces mobiles pour ren'dre un violon uieilleur ou plm mauvais ; car les vibrations passent de U corde à la tublï supérieure par le cke^alet^ et de U table supérieure a b tible inférieure au moyen de \àme* La position absolue de ces pièces et leur position relative ne peut donc manquer d avoir de TinQucnce iur la facilité avec laquelle \t &on passe de la corde à la caisse et de la caisse à la masse d'air* Savart a fait des expériences variées et iiitéress.int4^ pour montrer aux yeux par le mouvement du sable b transmission des vibrations dans les diverses pièces du violon, et il est parvenu ainsi à indiquer les fonctiom principales que chacune délies doit rem pbr* Cependant 11 pièce !a plus simple duit satisfaire à tant de condîtiom différentes, qu'il est à peu près impossible d^en faire ua» analyse exactej et sans doute, si on voulait la cban^rer pour mieux rapproprier si tel ou tel but, il est très-probabi« quelle devieudruit moins apte pour tel ou tel autre, et qui 1 on perdrait d'un coté au moins autant que Ton gagueraîl de Tau tic.