LE SON

Nature et propriétés du son. Nous avons vu qu'on donne le nom de son à une sensation spéciale produite dans l'oreille par le mouvement vibratoire des corps. Pour être perçu par l'oreille, ce mouvement vibratoire doit être compris dans des limites déterminées, qui ne descendent pas au-dessous de 10 vibrations par seconde et ne vont pas au delà de 73,000, nombre en apparence immense, mais infiniment minime en réalité quand on le compare à celui des vibrations lumineuses ou calorifiques dans le même temps.

La sensation auditive ne peut se produire qu'à la condition qu'il y ait. entre le corps qui vibre et l'oreille, un milieu intermédiaire, tel que l'air, ou un corps gazeux, liquide ou solide quelconque, susceptible de transmettre ces vibrations. Dans le vide, le son n'est plus perçu. Lorsqu'on place, en effet, un timbre mû par un mécanisme d'horlogerie sous une cloche où l'on fail le vide, le

bruit diminue à mesure que la raréfaction de l'air augmente, et il cesse quand cette raréfaction est complète.

Les sons semblent pouvoir être confusément perçus, dans certaines circonstances, comme impressions tactiles. Le bruit du canon produit un ébranlement de l'air que les sourds perçoivent parfaitement. A l'aide du toucher, on perçoit les oscillations d'un corps qui vibre. En appuyant le dos contre celui d'un individu qui parle, on sent très-nettement les vibrations de la cage thoracique.

Trois qualités fondamentales, V intensité, ]a hauteur elle timbre, distinguent les sons entre eux.

Vintensité d'un son, c'est-à-dire sa force ou sa faiblesse, dépend de l'amplitude des vibrations, en d'autres termes, de l'espace parcouru par les molécules vibrantes dans leur mouvement de vaet-vient. Quand on frappe un timbre, le son, d'abord intense, s'affaiblit graduellement à mesure que les vibrations perdent de leur amplitude et que le métal rentre au repos.

Nous possédons des instruments pour mesurer l'intensité de la lumière, de l'électricité, de la chaleur, etc., mais nous n'en possédons encore aucun pour mesurer l'intensité du son.

La hauteur d'un son dépend du nombre des vibrations exécutées par le corps vibrant dans un temps donné. Plus le son est bas ou grave, moins les vibrations sont rapides; plus il est aigu ou élevé, plus elles sont nombreuses. Quand le nombre des vibrations est inférieur à 16 par seconde, le son est trop grave pour être entendu; il est trop aigu si ce nombre est supérieur à 73,000, Et même les sons produits par des vibrations aussi nombreuses ne peuventils être perçus que par un très-petit nombre de personnes. Les notes les plus aiguës qu'on entende habituellement avec les appareils perfectionnés de Kœnig ne correspondent pas à plus de /iO,000 vibrations. Vut le plus bas de nos pianos fait G6 vibrations par seconde. Dans les grands jeux d'orgue, il y a une octave audessous de cet ut, qui ne fait que 32 vibrations par seconde, mais l'oreille ne la perçoit que comme un bourdonnement. Quant à Yut le plus élevé, il correspond à 8/i00 vibrations. Ce sont là les limites extrêmes dans lesquelles sont compris les sons ayant un

(■;ii;icl('iv iimsiial. On dit (|iit> deux sons \il»rvtil ;i \' tiiiissufi (iiiaud

ils sont [iiodiiils |iai' un ni(''iii(' iioinluv de Ailiralions liai" seconde Oiiel (\uv soit riiisli-tiniciil (lui lo produit, un son a toujours la inèini' liautoui- (juand il icsulie du même nombre de vilmilions. Cependant la sensation produite sur l'oreille par deux sons de même hauteur et de même intensité peut être très-difïerente : c'est qu'en elïet, outre sa hauteur et son intensité, le son possède une troisième qualité, à laquelle on a donni' le n(jm de limbre. C'est lui (jui i)erfnet de reconnaître la nature d'un instrument, la voix d'une personne, de juger de son sexe, de deviner les sentiments qui agitent notre interlocuteur quand il parle. Comme nous l'avons dt\jà dit, les Allemands désignent cette qualité du son par l'expression Klamjfarbe, qui signifie : couleur des sons.

Les causes (lu timbre furent longtemps ignorées; ce n'est que depuis une époque récente que ilous savons qu'il est, ainsi que nous allons l'expliquer, le résultat d'un mélange de sons fondamentaux avec des sons plus aigus et plus faibles qui les accompagnent.

Faisons vibrer une corde tendue comme celle d'un violon, par exemple ; en écoutant le son rendu par la corde pendant qu'elle vibre, il est facile de reconnaître que la note fondamentale est accompagnée de deux ou trois notes plus hautes et plus faibles, qui semblent les échos de la première. Cela résulte de ce (jue la partie vibrante de la corde s'est spontanément divisée en segments qui se sont mis a vibrer séparément comme des cordes distinctes, en rendant des sons d'autant plus aigus que les segmenis sont plus courts et, par suite, exécutent des vibrations plus nombreuses, pendant que, sous l'influence de l'impulsion qu'elle avait reçue, la totalité de la corde entrait en vibration et rendait un son beaucoup plus grave.

Tout son est donc accompagné d'un cortège de notes supérieures plus ou moins affaiblies. C'est à ces dernières qu'on a donné le nom de notes hantionù/ues, mot jnal choisi, car il semble impliquer l'idée d'accord, alors que les notes rendues par un grand nonjbre de corps sonores sont accompagnées d'harmoniques absolument discordantes.

A moins d'une certaine attention, l'oreille perçoit les harmoniques et la note fondamentale comme un ensemble, où domine nécessairement cette dernière. C'est précisément de la fusion du son fondamental avec le cortège de notes plus aiguës qui l'accompagnent que résulte le timbre musical. Il varie suivant les instruments, parce que ce ne sont pas les mêmes harmoniques qui prédominent dans chacun d'eux. Le son est désagréable quand les harmoniques entendues ne sont pas en accord avec les notes fondamentales. Les instruments à cordes: violons, pianos, etc., sont les plus féconds en harmoniques. Dans la cloche, le son fondamental s'accompagne d'harmoniques aiguës qui ne sont pas en accord avec la note principale. Dans les instruments de cuivre, les harmoniques les plus aiguës ont une grande intensité, ce qui donne à ces instruments un son criard.

Quand un grand nombre de sons, très-différents, se combinent entre eux, ils forment un ensemble confus n'ayant plus rien de périodique ; la sensation qui en est le résultat prend le nom de bruit. Comme le dit Helmholtz, la sensation du son musical est causée par des mouvements rapides et périodiques des corps sonores; la sensation de bruit, par des mouvements non périodiques.

Propagation du son. Nous avons déjà dit, à propos de la lumière, que la propagation du son peut se comparer à celle des ondes circulaires qu'on détermine en jetant un corps pesant dans l'eau. Ces ondes se propagent, comme on le sait, suivant des cercles concentriques de plus en plus larges ; mais les molécules du liquide n'exécutent que des mouvements de va-et-vient extrêmement limités. En jetant à la surface d'un liquide un corps plus léger, on voit que, quels que soient ses mouvements vibratoires, le corps ne change pas de place. On peut comparer la marche de l'onde à la transmission du mouvement a travers une rangée de billes placées l'une contre l'autre. La première de ces billes ayant reçu un choc, la dernière seule entre en mouvement; chacune, après avoir transmis à la suivante le mouvement dont elle était animée, est revenue immédiatement à sa position première.

Pendant la propagation d'un son, chaque couche de l'air commu-

iii(jiR' inl('i;r;ilc'iiienl son mouvement ii la coiiclic suivante et lentre aussitôt aj)rès au repos. On compicnd. par suilc (jua un niomcnt donné il n'y ait jamais (ju'une couclit' i^a/.euseen mouvement; aussi des ondes successives peuvent-elles se i)ropager sans se gêner mutuellement, puis(jue chacune d'elles, au moment où elle va envahir une couche (juelconque, la trouve au repos.

Xous avons déjà comparé les ondes li(piides et les ondes lumineuses il des montagnes séparées par des vallées. Chaque onde sonore peut également être considérée comme composée de deux |)artie5, l'une condensée — la montagne, — et l'autre raréfiée — la vallée.

Dans un espace libre, l'onde sonore se propage en s'afiaiblissant toujours à mesure que les ondes circulaires deviennent plus grandes, parce que la quantité d'air (jue chaque onde doit mettre en mouvement s'accroît à mesure que l'onde progresse. La somme de mouvement vibratoire répandue à la surface d'une onde sonore étant, en effet, constante, quelleque soit l'amplitude de l'onde, il est évident que'i)lus la sphère qui constitue l'onde aura une surface considérable, plus la quantité de mouvement vibratoire dont sera animé chacun de ses points sera minime. La surface d'une sphère étant proportionnelle au carré de son rayon, il en résulte que l'intensité du son est en raison inverse du carré de la distance qui sépare l'observateur du corps sonore.

Lorsque, au lieu de se propager dans l'air libre, le son se propage dans un tube cylindrique, les ondes, ne pouvant pas, à cause des parois du tube, augmenter constamment de surface, conservent indéliniment, sauf la résistance due aux frottements, une intensité égale.

Cette propriété des tubes de conserver le son sans lui laisser perdre de son intensité a reçu des applications prati({ues importantes. Les diverses parties d'un édifice ou d'une usine étant reliées par un tube, il sufiit de parler à l'une des extrémités de ce tul)e pour envoyer un ordre dans les parties de l'établissement où aboutit l'autre extrémité.

Le son se propage dans l'air avec une vitesse qui croit selon la température. A 0** elle n'est que de 333 mètres par seconde. C'est une rapidité de transmission fort minime, si on la com-

GGO THYSIOLOGIE HUMAINE.

pare à celle de la lumière, qui est de 77,000 lieues par seconde ; aussi voyons-nous la flamme produite par un coup de canon bien avant d'en entendre le bruit. On peut même, du nombre de secondes qui s'écoule entre l'apparition de l'éclair et le moment où s'entend le son, déduire la distance à laquelle on se trouve du canon. Réciproquement, cette distance étant connue, si l'on voulait calculer la vitesse de propagation du son, on l'obtiendrait par le temps écoulé entre le moment de la perception de l'éclair et celui de la perception du son. C'est, du reste, par ce moyen que la rapidité de transmission du son a été déterminée pour la première fois. Dans l'hydrogène, la vitesse du son est de 1300 mètres par seconde; dans l'eau, elle est de- 1500 mètres; dans le sapin, de 4600 mètres; dans le fer, de 5000 mètres.

Le nombre des vibrations exécutées par un corps en une seconde se calcule au moyen d'appareils divers, dont le plus usité est celui décrit dans tous les traités de physique sous le nom de sirène. On peut aussi les mesurer par la méthode graphique dont nous avons déjà parlé. Munissons le corps sonore dont nous voulons compter les vibrations d'un crayon en rapport avec une feuille de papier recouverte de noir de fumée enroulée autour d'un cylindre mû par un mécanisme d'horlogerie, et sur laquelle un chronomètre pointeur fait une marque toutes les secondes. II est clair que le nombre de zigzags tracés par le corps vibrant entre deux marques du compteur fera connaître le nombre de vibrations qu'il a exécutées en une seconde.

La longueur des ondes se déduit facilement de la vitesse de propagation du son et du nombre de vibrations exécutées par le corps vibrant en un temps donné. Si le corps ne faisait qu'une vibration par seconde, la longueur de l'onde correspondante serait de oo3 mètres; s'il en faisait deux, elle serait de moitié; s'il en faisait 3, d'un tiers, 100 d'un centième. Un son qui fait 100 vibrations par seconde a donc des ondes de 3'", 33 de longueur ; la longueur des ondes correspondant à des voix d'hommes dans la conversation ordinaire varie de 2'", 5 à 3'", 5 ; celles des ondes produites par des voix de femmes, de 0'",6 à 1"',2.

Nous avons vu, dans le précédent chapitre, comment les ondes

L'OUIE. C6l

peuM'iit se (li'liuirc l'ccipnHjueiiieiU cl, |);u' stiilc, coniiiKMit de la luiiiit'ie ajoulue à de la lumière peut produire de l'obscurité, et du son ajouté à du son, du silence. Nous ne reviendrons pas sur ce point et l'appellerons seulement que les ondes, qne nous avons comj)aréesii des montagnes séparées par des vallées, se détruisent lors(|ue, par suite de la naissance des ondes à des moments dillérents ou de leur vitesse inéi^ale, les parties saillantes des unes peuvent se superposer aux parties pnjtbndes des autres. C'est là assurémeijt un des phénomènes les plus curieux de la physique et qui. sans l'hypothèse des ondulations, serait impossible à comprendre.

Analyse des sons. Malgré la forme changeante des corps, la chimie sait depuis longtemps déceler leur existence dans les composés les plus complexes; mais le physicien est resté longtemps impuissant à reconnaître au milieu d'vin mélange de sons l'existence d'une note déterminée. Grâce à l'instrument nommé résonnateu)\ il est actuellement possible de constater dans le charivari le plus discordant l'existence ou l'absence d'une note déterminée. Dans le sifïlement du vent, dans le murmure des foules, dans le bruissement des forêts, cet instrument révèle infailliblement la note la plus cachée.

L'appareil qui sert ainsi à révéler l'existence d'un son et à l'isoler des autres comme le chimiste isole, dans un mélange, le corps qu'il recherche, consiste en une sphère creuse, de métal, nmnie d'une sorte, de prolongement aux deux extrémités de l'un de ses diamètres. Lorsqu'un appareil de cette nature est traversé par un courant d'air qu'on y projelte, il rend un son qui varie suivant sa dimension et sa forme, mais qui demeure toujours le même pour le même appareil. En approchant, par suite, de son ouverture un corps vibrant à l'unisson de la note qu'il donne quand on y projette de l'air, cette note est très-renforcée.

Si une extrémité du résonnateur est placée dans l'oreille, alors que l'autre est dirigée vers un mélange de sons plus ou moins confus, on reconnaît bientôt que la noie pour laquelle est accordé l'instrument est considérablement renforcée'au détriment des autres, et, par suite, que c'est celle qu'on entend le mieux. Dans le mélange

de sons le plus complexe, elle éclate avec force chaque fois que ' l'harmonie la ramène.

Avec une série de résonnateurs construits chacun pour une note déterminée, on peut donc, comme nous le disions plus haut, connaître exactement les notes qui existent dans un ensemble de sons quelconques. Si l'instrument ne dit rien, la note cherchée n'existe pas. Si la note propre du résonnateur s'y trouve, elle est aussitôt renforcée et pour ainsi dire isolée des autres.

Réflexion et réfraction du son. Le son se réfléchit et se réfracte exactement comme la lumière, ce qui nous montre une fois de plus, en passant, l'analogie qui existe entre ces deux formes de mouvement de la matière.

Les lois de la réflexion du son sont identiques à celles de la réflexion de la lumière. L'angle de réflexion que fait le rayon sonore avec la ligne perpendiculaire à la surface réfléchissante est, comme pour les rayons lumineux, égal à l'angle d'incidence. Les mêmes appareils qui servent à constater les lois de la réflexion de la lumière servent à constater aussi celles de la réflexion du son. Si on met une montre au foyer d'un miroir concave placé en face d'un autre miroir du même genre, on entend distinctement le tictac de l'instrument au foyer de ce dernier. Au Conservatoire des arts et métiers de Paris, il existe une salle où des paroles prononcées à voix basse dans un angle de la salle sont nettement entendues à l'angle opposé, et ne le sont nullement par les personnes placées dans l'intervalle.

Les draperies et les tapis éteignentles ondes sonores, tandis que les boiseries et les corps élastiques les réfléchissent. Lorsque, en raison de la distance, le son direct et le son réfléchi arrivent en même temps aux oreilles de l'observateur, le son primitif est renforcé. Mais quand la surface réfléchissante est assez éloignée de l'observateur pour que l'arrivée des ondes directes et celle Tles ondes réfléchies soient séparées par un intervalle, les deux sons sont perçus l'un après l'autre, et il y a ce qu'on nomme écho. Quand les ondes sont renvoyées successivement sur plusieurs surfaces réfléchissantes, l'observateur entend le même son répété

L'OUIK. 663

j)liisieiirs fois; cerlains triios répètent jusqu'à quinze lois le iiirino

sou,

La n'fvaclwn du son, c/est-à-dii'c le changenienl de direction qu'éprouvent les ondes sonores lorsqu'elles passent d'un milieu dans un aiiti'e, se constate en plaçant au loyer d'un hallon de collodion en Ibrnie de lentille conve\e rempli d'un i,'a/, plus dense que l'air, comnie l'acide carbonique, par exemple, une montre en mouvement. Il est alors facile de reconnaître par l'oreille placée de laulre côté du hallon que les ondes sonores réfractées s'entendent bien mieux, dans un point déterminé (jui est le foyer acoustifjue de la lentille constituée par le ballon.

Vibration des cordes et des membranes. Les membranes convenablement tendues vibrent très-facilement, en rendant des sons variables suivant leurs dimensions et leur degré de tension. Pendant leur vibration, elles se divisent spontanément en un certain nombre de parties qui vibrent comme si elles étaient isolées; ces diverses parties sont séparées par des points où les vibrations sont à peine sensibles et que l'on nomme nœuds ou lifjnes nodales; le point oii se trouve le maximum d'amplitude des vibrations a été désigné sous le nom de ventre de vibration. On met ces pbénomènes en évidence en faisant vibrer, avec un archet, une membrane tendue sur un cadre et recouverte de sable fm. On voit le sable fuir les parties vibrantes pour se rassembler dans les parties en repos, c'est-à-dire' dans les lignes nodales, en formant des dessins symétriques très-réguliers.

Dissonnance et consonnance. — Causes physiologiques de l'harmonie. — Chacun sait que l'eiTet des divers sons sur l'oreille est loin d'être identique : les uns l'impressionnent agréablement, tandis que les autres agissent, au contraire, sur elle d'une façon désagréable. Les preiuiers sont désignés sous le nom de sons consonnants ; les seconds, sous le nom de sons dissonnants. Deux notes sont dissonnantes lorsque, résonnant ensemble, elles se troublent mutuellement de façon à produire ces intermittences périodiques de force et de faiblesse auxquelles on a donné le nom de battements, et de même que le passage de l'obscurité à la lumière

OU les vacillations d'un corps lumineux sont fatigantes pour l'œil, de même les oscillations du son sont désagréables pour l'oreille. Quand, au contraire , les sons ne se contrarient pas, il ne se produit pas de battements et les notes sont consonnantes.

Les battements sont un phénomène d'interférence qu'on observe quand des ondes sonores s'ajoutent et se détruisent alternativement.

L'expérience a appris depuis longtemps que le nombre de vibrations correspondant à des sons consonnants est toujours dans un rapport simple*. L'unisson et l'octave forment l'accord consonnant le plus simple. Quand deux sons se trouvent exactement à l'octave l'un de l'autre, c'est-à-dire quand un des sons fait dans le même temps deux fois autant de vibrations que l'autre son, les harmoniques de l'un coïncidant exactement avec les harmoniques de l'autre, il n'y a pas de battements possibles. C'est pour cette raison que l'octave est l'intervalle consonnant le plus parfait. Dès que l'accord des deux sons est troublé, les harmoniques se dédoublent, et il en résulte pour l'oreille une sensation désagréable.