PRODUCTION DU SON

On ne peut s'en faire une idée élémentaire plus nette qu'en examinant attentivement comment se produisent les oscillations du pendule. Prenez un fil d'un mètre de longueur, suspendez un poids à son extrémité inférieure, et vous avez constitué un pendule suffisant pour nos observations (fig. 1). A l'état de repos, il conserve nécessairement la position verticale; c'est un fil à plomb. Écartez-le

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

de cette position qui lui est naturelle, vous le verrez y revenir par le fait de son poids; c'est une oscillation simple (fig. 2). Mais il ne s'arrête pas là; entraîné par son propre mouvement, il dépasse en sen» inverse sa position de repos, puis y revient encore; à ce moment il a accompli une oscillation double (fig. 3). Et il continuera ces mouvements de va-et-vient autour de la perpendiculaire tant que se conservera l'impulsion que vous lui avez donnée.

Les oscillations du pendule ont cela de remarquable qu'elles sont rigoureusement isochrones, c'est-à-dire

qu'elles ont toutes la même durée ; la force de l'élan que vous imprimez à votre balancier peut faire varier leur amplitude, mais jamais leur vitesse ; elles s'éteignent progressivement en diminuant de grandeur, à cause de la résistance de l'air et du frottement du fil à son point d'attache ; mais depuis la première jusqu'à la dernière, fût-elle imperceptible, elles conserveront la durée exacte d'une seconde, et cela parce que votre pendule a un mètre de longueur*. S'il avait quatre mètres, chaque course durerait deux secondes, tandis qu'il en ferait deux par seconde si vous le réduisiez au quart, à 25 centimètres'. Or, ces oscillations sont des vibrations. Elles ne produisent pas de son, parce que notre pendule n'est pas un corps sonore, et surtout parce qu'elles sont beaucoup trop lentes; mais cette lenteur même nous a permis de les voir et de les étudier par l'œil.

Il va devenir facile de comprendre par analogie comment se produisent les vibrations sonores, et par conséquent les sons.

Remplaçons le pendule par une corde quelconque, assez

longue et faiblement

• • tendue. Dans sa po-

*'ig- 4. sition d'équilibre ,

, j elle représente une

ligne droite (fig. 4).

Dérangez-la de cet- Fig.5. t^ position, elle y

reviendra en vertu de son élasticité; c'est une vibration simple (fig. 5). Mais elle ne s'y arrête pas; dans son élan, elle la dépasse et

1.^ La longueur exacte d'un pendule battant la seconde est, à Paris, 994 millimètres; aux pôles elle serait de 996, et à l'équateur

2. Le nombre des oscillations est inversement proportionnel au carré des longueurs du pendule.

VIBRATIONS DBS CORDES 6

va accomplir un mouvement semblable dans la direction opposée, puis y revient de nouveau, ce qui constitue une vibration double (fig 6). Et cet ensemble de mouvements oscillatoires se perpétuera tant qu'il restera trace de l'ébranlement que vous avez produit.

Les vibrations de la corde ont cela de commun avec les oscillations du pendule qu'elles sont ,^^- »"» -,.

tout aussi isochro- ^~^ "i~r~"

nés, c'est-à-dire ^ — - » ^ ^

qu'aucune d'elles ne **

saurait être plus ^^^' *'

longue ni plus courte que la précédente ou celle qui suit, et qu'elles décroissent seulement d'amplitude, pour les mêmes raisons ; leur vitesse est déterminée par la longueur du corps sonore, ainsi que nous l'avons vu pour le pendule, quoique dans d'autres proportions : une corde de longueur double fournirait des vibrations de durée double, et inversement; il en serait de même si l'on augmentait la tension.

Or, pour l'instant, supposons que, soit en raccourcissant la corde, soit en la tendant davantage, nous l'ayons amenée à faire 32 vibrations simples par seconde : ces mouvements seront déjà trop rapides pour être analysés et comptés par l'œil, pour lequel la corde aura pris l'aspect d'un fuseau ; mais alors se produira le phénomène sonore, et notre oreille percevra, quoique très sourd et très vague, le son le plus grave de V échelle musicale^ ; tendons graduellement la corde, nous entendrons le son monter en proportion en passant par les degrés les plus

1. Les théoriciens anglais et allemands ont l'habitude de compter l'oscillation double (aller et retour) pour une seule vibration ; pour eux, le son perceptible le plus grave est donc de 16 vibrations.

Dans le courant de cet ouvrage, nous continuerons à employer le système français, et à compter par vibrations simples.

insensibles; enfin, procédant par hypothèses, imaginons que notre corde soit douée de la faculté de supporter sans se rompre une tension indéfinie, nous arriverons à lui faire produire, en la tendant ou raccourcissant toujours, des sons de plus en plus aigus, mais conservant le caractère musical, jusqu'au moment où elle fournira 8,448 vibrations par seconde. C'est la limite supérieure des sons que l'oreille humaine peut apprécier.

Au delà (c'est-à-dire en augmentant encore la tension), nous obtiendrions des sons d'une acuité extrême, aigres, perçants, sifiQants, pénibles à entendre, n'ayant rien de musical; puis enfin, si nous pouvions franchir le degré de tension nécessaire pour que notre corde effectue plus de 73,000 vibrations par seconde, elle continuerait indubitablement à vibrer, mais sans plus troubler le silence, car là s'arrête pour notre oreille la faculté de percevoir les mouvements vibratoires.

Pour étudier maintenant de plus près les mouvements vibratoires des cordes, nous allons avoir recours à un instrument connu de tous les physiciens, et depuis longtemps, car on en attribue l'invention à Pythagore.

Cet instrument s'appelle le monocorde, et consiste sim plement en une longue caisse rectangulaire étroite, sur laquelle une corde est tendue au moyen, soit de deux chevilles, soit d'une cheville fixe et d'un poids que l'on peut faire varier. La corde a un mètre de longueur, et au-dessous d'elle se trouve inscrite sur la table la division du mètre en décimètres, centimètres et millimètres. Cet instrument est complété par un chevalet mobile avec lequel on délimite à volonté la portion de la corde sur laquelle on veut expérimenter (fig. 7).

Voici quelques exemples des innombrables et instructives expériences que l'on peut faire avec ce simple appareil, qui se trouve dans tous les cabinets de physique.