PROPAGATION DU SON

traverse le dessus de la boite et se termine par une planchette carrée. Lorsqu'on enlève la planchette, on n'entend rien, mais dès qu'on Tappuie sur l'extrémité libre de la tringle, on entend très-distinctement l'air que joue la boite à musique.

Les parties osseuses de la tète conduisent le son à l'oreille avec une facilité très-grande. On peut ainsi entendre par le front, les dents, etc. Deux personnes qui parlent très-bas en tenant entre leurs dents les deux extrémités d'une longue tige de bois ou d'un fil tendu, s'entendent à une distance considérable ; le résultat est le même si la personne qui parle appuie la lige sur sa gorge ou sur sa poitrine. C'est sur les mêmes principes que repose le stéthoscope^ inventé par Laennec en 1819 ; il se compose essentiellement d'un cylindre de bois que le médecin appuie sur la poitrine du malade, afin de mieux entendre les bruits du cœur ; cela s'appelle ausculter. M. Wheatstone a proposé, de son côté, un instrument auquel il donne le nom de microphone^ et qui est destiné à faciliter la perception des sons très-faibles. C'est un petit bassin de cuivre qui s'appUque sur l'oreille et qui porte en son milieu une longue tige métallique, sorte de tentacule ou de palpe qui doit propager le son. On peut adapter un appareil semblable à chaque oreille et réunir les deux palpes en une tige unique.

Lorsqu'on frappe sur une cuiller d'argent, un timbre de verre ou tout autre corps sonore suspendu à un fil dont on introduit l'extrémité libre dans le conduit auditif ( on peut aussi la saisir entre les dents et se boucher les oreilles), on entend un son grave et plein, comme celui d'un bourdon éloigné. Un médecin danois, Herhold, a fait cette expérience avec une cuillet ^U*^chée à un fil d'une longueur de 200 melte?^^ ^w>\. \«v&

extrémité était fixée à un pieu pendant qu'on tenait Tautre avec les dents.

Les sourds-muets entendent très-bien par les dents quand la surdité ne provient pas d'une paralysie du nerf acoustique. On leur fait saisir avec les dents les bords d'une boite à musique ou l'extrémité d'une baguette appuyée sur la table d'harmonie d'un piano, et ils entendent alors les sons de ces instruments. Une personne qui a l'oreille dure comprend très-bien ce qu'on lui dit, si Ton parle dans un bassin de cuivre ou dans un verre sur le bord duquel elle appuie l'oreille ou les dents.

Les corps mous, tels que l'étoupe, la ouate, les étoffes en général, la farine, la sciure de bois, ne transmettent par les sons d'une manière sensible. Un tapis de Smyrne étouffe le bruit des pas ; une épaisse portière empêche les paroles de pénétrer du salon dans Tantichambre.

lY

Circonstances qui font varier l'intensité des sons. — Intensité nocturne. — Portée des %ons. — Le carré inverse de la distance. — Porte- voix. — Tuyaux acoustiques. — Cornet acoustique.

La force ou rintensité d'un son est primitivement déterminée par la violence du mouvement qui le produit, mais ce qui en parviendra à Toreille dépend de la nature du milieu où le son se propage. Nous avons déjà vu que sous la cloche d*une machine pneumati(|ue le son d'un timbre s'affaiblit graduellement et semble mourir peu à peu à mesure que Tair y est raréfié. Sur les hautes monta.L(nes, où Tair n'a qu'une faible densité, tous les bruits perJent leur force et semblent plus éloignés qu'ils ne le sont en réalité. Au sommet du mont Blanc, à 4,800 mètres au-dessus de la mer, Saussure a trouvé qu'un coup de pistolet ne produisait pas plus d'effet qu'un petit pétard dans la plaine. Dans les expériences que la Condamine institua à Quito, entre deux stations élevées de 3,000 et de 4,000 mètres. Je bruit d'une pièce de cauow âi^ wcv&^

à 20 kilomètres de distance, ressemblait à peine à celui d'une pièce de huit, entendue à 31 kilomètres dans les plaines des environs de Paris. Les aéronautes ont souvent constaté la faiblesse de leur voix dans les régions très-élevées de ratmosnhère. Voici ce que M. Glaisher a observé pendant les ascensions qu'il a faites en 1863 avec M. Coxwell. Une fois, il entendît, à 3,000 mètres de hauteur, Faboiement d*un chien et la voix du vent qui mugissait au-dessous de lui. Les cris de plusieurs milliers de personnes avaient cessé d*étre entendus à la moitié de cette hauteur. Un autre jour, cependant, le sourd murmure de Londres leur arriva encore à 2 kilomètres d'élévation verticale. Le sifHet d'une locomotive fut entendu dans Tune de ces ascensions, à un& hauteur de 6 kilomètres et demi ; c'est la plus grande à laquelle une oreille humaine ait perçu des bruits partis de la surface du sol. L'air était ce jour-là exceptionnellement humide.

Lorsqu'on songe à l'affaiblissement que le son éprouve nécessairement dans les régions supérieures de l'atmosphère, on est stupéfait de l'intensité du bruit que produit quelquefois l'explosion d'un bolide. Un météore qui fut observé en 1719 et qui, d'après les calculs de Halley, traversa Tair à une hauteur de plus de 100 kilomètres, donna lieu à une détonation comparable à celle d'une pièce de gros calibre ; elle fit trembler les portes et les fenêtres, et à l'observatoire de Greenwich une lunette tomba de sa niche et se brisa sur le sol. Beaucoup de bolides éclatent avec un bruit semblable au roulement du tonnerre, et nous savons que l'explosion a généralement lieu à une très-grande hauteur au-dessus de la surface terrestre. Il faut donc ^U€ ces déloneX\ox\% se fasseul avec wtv^ n\ç\wvç,^ \wwv\a.

Dans Fair comprimé, le son est considérablement renforcé, et l'audition y est exagérée. Dans les tubes où travaillaient les ouvriers employés à la fondation du pont d'Arcueil, tous les sons prenaient un timbre métallique qui ébranlait le cerveau ; quand on y parlait, on se sentait la base du crâne vibrer comme une trompette. Un autre effet non moins désagréable de la tension de Tair comprimé était la résistance qu'il opposait au mouvement des lèvres; on y perdait le siffler, on bégayait. John Roebuck a également constaté la grande intensité des sons dans les soufflets d'un haut fourneau du Devonsjhire.

Priestley a fait quelques expériences avec des gaz autres que Tair. Ayant rempli d'hydrogène une cloche sous laquelle était une sonnerie, il constata que le bruit du timbre cessait presque d'être entendu. On sait que la densité de l'hydrogène est 14 fois moindre que celle de l'air. Pilatre de Rozier ayant aspiré de grandes quantités de ce gaz trouva que sa voix était faible et nasillarde. Maunoir et Paul ont fait la même expérience à Genève; ils disent que leurs voix sont devenues grêles et flùtées d'une manière effrayante.

Dans l'eau les sons se propagent avec beaucoup de force. D'après les expériences qu'il avait faites sur le lac de Genève, CoUadon estima qu'on pourrait communiquer en mer, par le moyen d'une cloche submergée, à des distances de quelque cent kilomètres. Franklin rapporte qu'il a entendu le choc de deux cailloux dans Peau à plus d'un demi-mille anglais (800 mètres).

Quand le son passe d'un milieu dans un autre d'une densité différente, il éprouve une perte d'inteiisvt4^\>d& ou moins sensible. J'ai déjà dit que \ea ij\ow%'c>xx?k vl ^^-

tendent que faiblement les bruits qui viennent de la surface, tandis qu'on entend très-bien au-dehors les bruits qui sortent de l'eau : un coup frappé sur la cloche à une profondeur de 10 mètres est parfaitement perçu à la surface. On en conclut que Teau transmet plus facilement les vibrations à Pair que l'air ne les transmet à Teau. Si les vibrations d'un corps solide, au lieu de se propager directement dans l'air, y arrivent par l'intermédiaire d'un liquide, elles conservent une plus grande énergie. Pérolle a fait, à ce sujet, une série d'expériences. Il prit une montre de poche, et l'ayant calfatée avec de la cire, la plongea, suspendue à un fil, dans un vase qu'il remplit successivement de divers liquides. Dans Tair, le tic-tac delà montre cessait d'être perceptible à une distance de 3 mètres. Les liquides renforcèrent le son; plongée dans l'esprit-de-vin, la montre s'entendait encore à 4 mètres, dans Fhuileà 5, dans l'eau à 7 mètres. On voit que la portée du son augmentait avec la densité du liquide par l'intermédiaire duquel il ébranlait l'air.

Les vibrations d'un corps solide se transmettent difficilement à un milieu gazeux; il faut lui donner une grande surface pour en augmenter le son. Un diapason résonne plus fortement s'il est appuyé sur une tablette de bois qu'il ébranle et qui, à son tour, fouette une masse considérable d'air. C'est pour la même raison que, dans l'expérience de M. Wheatstone, que nous avons rapportée plus haut (p. 56), les tringles de bois étaient munies de planchettes offrant une certaine surface.

Quand le son se propage dans l'air de haut en bas

ou de bas en haut, il traverse aussi des couches d'iné-

gale densité, Saussure et SchuVles oivl eouslaté (\ue le

son parvient plus facilement de la base au sommet d'une montagne élevée que du sommet à la base. Les aéronautes ont fait une remarque analogue. Pour Texplication de ces faits, il est essentiel de remarquer que la voix et tout autre son ont déjà, au moment de leur production, moins de force dans Tair raréfié des hautes régions de l'atmosphère que dans l'air plus dense de la plaine.

Quand Tair inégalement écliaufFé par le soleil et par le rayonnement du sol cesse d'être homogène, le son doit y perdre beaucoup de sa force et se propager moins loin *. C'est par cette circonstance que Humboldt veut expliquer la différence d'intensité des sons pendant le jour et pendant la nuit. Nicholson cherche l'explication de ce fait dans l'absence, pendant la nuit, des mille bruits confus qui, pendant le jour, agitent Tatmosphère autour de nous. Le silence de la nuit, dit-il, repose nos organes et les rend plus sensibles à de faibles impressions; le silence exalte l'ouïe comme Tobscurité aiguise la vue. Humboldt oppose à cette opinion ce qu'il a observé en Amérique. Dans les pays tropicaux, les animaux font plus de vacarme pendant la nuit que pendant le jour, et le vent ne s'élève qu'après le coucher du soleil. Néanmoins, le bruit des cataractes de rOrénoque s'entend à Aturès (à plus d'une lieue) avec trois fois plus de force la nuit que le jour. Humboldt a remarqué, en outre, que Taccroissement nocturne de l'intensité du son est plus sensible dans les plaines basses que sur les plateaux, et sur la terre ferme que sur la mer.

* Lorsqu'on a établi la ventilation des deux palais du parlement de Londres, on a constaté que le courant d'air qui montait du milieu des salles au plafond rendait inintelligible la voix d'uu ot^V^vw \\%kxî, ^>\ ^^V»^ opposé.

Il serait peut-être plus vrai d'attribuer ces faits à la réunion des différentes causes qui ont été signalées, et auxquelles on peut ajouter le froid de la nuit. L'accroissement d'intensité du son s'observe aussi bien dans une maison fermée qu*en rase campagne. Les coups de dent ' d'une souris qui grignote du bois résonnent la nuit autrement que le jour; on ne saurait dans ce cas invoquer l'homogénéité plus grande dé l'air, et il faut bien chercher la raison de l'intensité des sons dans le contraste du silence qui nous environne. L'obscurité y est peut-être aussi pour quelque chose ; on sait que pour mieux entendre, beaucoup de personnes ferment les yeux, et que le âens de l'ouïe est généralement très-développé chez les aveugles.

Nous venons de dire que le froid semble augmenter la portée des sons. C'est un fait constaté par beaucoup d'observateurs. Dans les régions polaires, le capitaine Parry entendit souvent à la distance d'un mille (1,600 mètres) une conversation à voix ordinaire. Foster, l'un des compagnons de Parry, rapporte qu'à Port-Bowen il a pu converser avec un homme'de l'équipage à 2,040 mètres de distance, par un froid de 28° au-dessous de zéro. On pourrait croire que ce phénomène est dû à la condensation de l'air; mais les expériences de MM, Bravais et Martins ne confirment pas cette opinion. Ces deux observateurs ont d'abord constaté, à Saint-Chéron (Seine-et-Oise), qu'un diapason monté sur une caisse de résonnance s'entendait à 254 mètres à une heure de l'après-midi, et jusqu'à 379 mètres à minuit. Sur le Faulhorn, le son parvenait à 550 mètres à minuit, sur le mont Blanc encore à 337 mètres, et pourtant l'airest bien moins dense sur ces hauteurs que dans la plaine.

Ce résultai imprévu montre que ce \v'etî.t cas la con-

liMËNSITË DU SON. 65

densationdue au froid qui produit raccroissement d'intensité du son ; le phénomène est évidemment plus complexe, et il est probable qu'il doit se ramener, en partie du moins, à Tinfluence du calme qui règne sur les hauteurs et dans les déserts polaires.

On s'est enfin occupé de l'action du vent sur l'intensité du son. Il est certain que Ton entend toujours mieux dans la direction du vent que dans la direction opposée. De Haldat a fait quelques expériences dans les environs de Nancy avec un petit timbre ; il a trouvé que le son était entendu deux ou trois fois plus loin au-dessus du vent que sous le vent. Plus tard, en 1813, Delaroche et Dunal ont fait des mesures plus précises dans la plaine d'Arcueil. Ils se plaçaient entre deux timbres égaux qui étaient frappés avec la même force, et cherchaient la distance où les deux sons paraissaient de même intensité, quand la ligne droite menée d'un timbre à l'autre faisait avec la direction du vent tel ou tel angle. Alors le son le plus affaibli était évidemment celui qui émanait du timbre le plus rapproché. On trouva de cette façon que, pour les disLinces au-dessous de 6 mètres, l'influence du vent était insensible, qu'elle devenait appréciable pour des distances plus grandes et qu'elle croissait avec ces distances. Elle était plus marquée pour les sons faibles. Un vent contraire affaiblissait le son, mais, et c'était là le résultat le plus important de ces expériences, tout autre vent l'affaiblissait aussi, quoique à un moindre degré. Par un air calme, ou dans une direction perpendiculaire à la ligne du vent, le son s'entendait toujours plus loin. L'agitation de l'air est donc toujours nuisible à la propagation du son, et cela se comprend si l'on veut admettre que les coups de vent donnent lieu à des mou\eu\ewV^ v.aw\v\v

66 L'ACOrSTIQUE.

toîres de Tair, susceptibles d^occasionoer dans la marche du son une perturbation semblable à celle qui s'appelle interférence, Derham avait déjà fait une observation analogue à Porto-Feirajo (île d'Elbe) ; il avait remarqué que le canon de Livoume s'entendait mieux quand Pair était calme que lorsqu'il faisait du vent, même quand le vent venait de Livoume ; la distance est de 25 lieues.

On peut encore citer à ce propos une remarque du baron de Zach. Cet astronome dit qu'à l'observatoire de Seeberg, qui a une position élevée et fort isolée, le son des cloches des églises voisines, le bruit des moulins, Taboiement des chiens et les voix des honmies montaient jusqu'à lui d'une manière très-distincte pendant les nuits où les images des astres se montraient bien tranquilles, tandis qu'il n'entendait presque rien quand les étoiles tremblotaient dans le champ de la lunette ; la force du son peut donc, jusqu'à un certain points indiquer l'élat de l'atmosphère.

Ce qui rend ces sortes d'obser>'ations très-difficiles ci fort incertaines, c'est qu'on n'a aucun instrument pour mesurer Tintensilé du son, et qu'on est obligé de se fier au jugement de l'oreille. Or, la sensibilité de Touïe peut varier d'un jour à Tautre, elle n'est pas la même chez deux personnes différentes; souvent la même personne entend mieux d'une oreille que de l'autre. Enfin, ce qui est surtout fâcheux, l'organe de l'ouïe est plus fortement impressionné par les notes aiguës que par les notes graves. On aurait pu croire que l'intensité apparente d'un son devait être proportionnelle au travail mécanique employé à le produire , il n'en est rien. Lorsqu'on fait tourner une sirène sous une pression d'air constante, les sons graves qu'elle émet au commencement sont beaucoup çlus faibles que

les noies aiguës qui se produisent quand le disque tourne de plus en plus vite.

La sensibilité de Toreille augmente avec la hauteur des notes ; on a, en outre, constaté que les notes trèsaiguës comprises de mi à sol résonnent dans Toreille avec une force tout exceptionnelle. Il est donc certain que l'on ne saurait comparer à l'aide de l'oreille que des sons de même hauteur. Si on voulait essayer de créer une mesuré absolue de l'intensité des sons, voici comment on pourrait s'y prendre. Le phonomètre serait un instrument donnant des sons d'une force toujours la même au moyen d'une soufflerie à pression constante. On chercherait la distance à laquelle un son du phonomètre paraîtrait aussi fort que celui dont on aurait à déterminer l'intensité. Alors cette intensité serait à celle du son type dans le rapport inverse du carré des distances du phonomètre et de la source sonore.

Tout mouvement qui rayonne librement en tous sens : lumière, électricité, chaleur ou son, se répand à partir du point d'origine sur des sphères concentriques. Or, la surface de ces sphères croissant toujours comme le carré du rayon, il s'ensuit que l'intensité de la force émanée du centre doit diminuer dans le même rapport à mesure qu'elle se distribue sur les sphères successives. Donc, l'intensité d'un rayonnement décroît sans cesse à partir du centre ; elle est, en un point quelconque, en raison inverse du carré de la distance.

C'est la loi qui régit aussi la gravitation ; toutes les forces attractives ou répulsives lui sont soumises. La théorie nous dit qu'elle doit également s'appliquer au son. Delaroche et Dunal l'ont vérifiée de la manière suivante. S'étant procuré cinq timbres parfaitement identiques, ils en placèrent un à une exlrètavlè ôiww^Xv^^

droite mesurée sur le terrain, et les quatre autres à l'extrémité opposée. Ils cherchèrent alors le point où le son qui arrivait du timbre isolé offrait la même intensité que celui que rendaient les quatre timbres frappés simultanément. Ce dernier son devait être, à distance égale, quatre fois plus fort que le premier. On trouva qu'il devenait égal à celui-ci lorsque l'observateur se plaçait au tiers de la distance qui séparait les deux sonneries, c'est-à-dire deux fois plus loin du groupe de quatre timbres que du timbre isolé. La loi se trouvait donc exacte. En effet, le carré de 2 étant 4 et le carré inverse 1/4, la loi en question exige qu'à une distance 2 le son n'ait plus que le quart de l'intensité qu'il offrait à la distance 1 . Ainsi le son des quatre timbres réunis étant égal à 4 à la distance 1, il ne devait plus être que le quart de 4, c'est-à-dire 1, à la distance 2. Or c'est ce que l'expérience avait montré, puisqu'à cette distance les quatre timbres avaient donne autant de son que le timbre isolé, placé à la distance!. La portée des sons, ou la distance à laquelle l'oreille peut encore les distinguer, représente en quelque sorte la mesure de leur intensité. La voix humaine s'entend quelquefois très-loin. Nous avons déjà rapporté que, dans les régions polaires, Foster a pu tenir une conversationavecune autre personne à 2,040 mètres de distance. Nicholson rapporte que, sur le pont de Westminster, à Londres, on entend très-bien, pendant la nuit, les voix des ouvriers (|ui travaillent dans les fabriques de Bat- •tersea, éloignées de 5 kilomèttes. Le même auteur nous apprend que les cris des sentinelles de Portsmouth sont entendus, pendant la nuit, à Ride, dans l'île de Wight ; la distance est de 7 ou 8 kilomètres. Le rire des matelots tVun navire de guerre aiW^Vm, ç^talionné à

Spithead, parvint jusqu'à Portsmouth, c'est-»T-dire à 4kilomètres. Onapeinc à croire ce que Derham a dit avoir constaté à Gilbraltar, où la voix humaine aurait été entendue à plus de 10 milles anglais (16 kilomètres). Telle était tout au plus la voix de Stentor, qui, au dire d'Homère, criait comme cinquante hommes K

D'après Hinriehs, les instruments de cuivre d'un orchestre russe s'entendaient à plus de 7 kilomètres. Le tambour battant la retraite au château d'Edimbourg fut entendu un jour à plus de 50 kilomètres.

Le bruit du canon se propage très-loin parce qu'il fait trembler le sol. La canonnade de Florence fut entendue au delà de Livourne, c'est-à-dire à une distance d'environ 90 kilomètres, et celle de Gènes en mer à 165 kilomètres. En 1792, le canon de Mayence fut entendu à Eimbeck, petite ville éloignéo de 245 kilomètres. En 1809, les coups de canon tirés à lleligoland étaient entendus à Hanovre (260 kilomètres); enfin, le 4 décembre 1832, le canon d'Anvers fut entendu en Saxe, dans les montagnes de l'Erzgebirge, dont la distance est de près de 600 kilomètres! L'éruption du volcan Saint-Vincent, qui eut lieu en 1815, se fit entendre jusqu'à Demerary, sur une distance de 500 milles marins (550 kilomètres).

Pour augmenter la portée de la voix, on fait usage d'un instrument nommé porte-voix (en anglais speaking trumpet^ en latin tuba stentorea) . C'est le plus ordinairement un tube conique (fig. 23), muni d'une cmboucljure qui s'applique sur la bouche, sans gêner le mouvement des lèvres, et terminé par un pavillon évasé. On s'en sert beaucoup en mer pour se faire cn-

* Jhw,, //., r. 785.

tendre aune grande distance malgré le vent et les flots; le guet avait jadis un porte-voix pour annoncer les incendies du haut de sa tour ; à la campagne on l'emploie pour appeler les ouvriers qui travaillent dans les champs.

Le porte-voix a été inventé vers 1670 par le chevalier Samuel Morland, qui fit exécuter plusieurs modèles d'abord en verre, puis en cuivre, et qui rendit le