CHAPITRE IV

$ 1. — Caractères propres des différents sons.

Quand deux ou plusieurs sons frappent simultanément notre oreille, ou se succèdent à des intervalles assez rapprochés pour que nous puissions les comparer les uns aux autres, nous trouvons entre ces sons des différences ou des ressemblances qu’on peut rapporter à trois propriétés particulières, l’intensité, la hauteur et le timbre.

Un son est plus ou moins fort, plus ou moins intense, c’est-à-dire ébranle l’organe de l’ouie avec une énergie plus ou moins considérable. Tantôt l'impression est si faible, qu’il nous faut une attention particulière pour la percevoir ; d’autres fois, elle est si forte qu’elle nous cause une sensation douloureuse ; les détonations d’artillerie occasionnent même fréquemment une blessure des organes assez grave pour déterminer une surdité temporaire. Entre ces deux extrêmes de l’intensité des sons et

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Lu bruits, se rangent tous les dogrés possibles de sensation auditive.

Mais deux sons d’égale intensité ne sont pas, pour . cela, identiques. L’un peut être plus haut, plus 4 aigu que l’autre, ou si l’on veut, ce vie nous parait plus bas ou plus grave. Le degré d’acuité ou de gravité d’un son est ce qu’on nomme sa hauteur. . En musique, la hauteur des sons qu'on emploie et

qui composent, par leur succession ou leur simul- - tanéité, la mélodie et l'harmonie, est soumise à des règles spéciales dont nous donnerons plus loin les principes. Tous les sons ne sont pas susceptibles de ce mode de comparaison qui permet d’en assigner la hauteur; de là, cette distinction entre le - bruit et le son musical, la première de ces dénominations étant réservée aux sons dont une oreille exercée ne peut apprécier la hauteur, et la seconde à tout son régulier et continu dont la hauteur peut être mesurée, et qui forme un degré quelconque dans la suite indéfinie des sons employés en musique.

Enfin, quand deux sons ont à la fois même intensité et même hauteur, ils peuvent différer encore sous un autre point de vue : ils peuvent avoir chacun un timbre particulier. La définition rigoureuse du timbre exigerait qu’on en connût la cause; plus Join, nous verrons jusqu’à quel point cette définition est possible. Mais, en attendant, on en peut donner une idée par des exemples. Une flûte, un violon, un hautbois, un cor, qui jouent la même phrase musicale, par conséquent font entendre les mêmes sons avec la même intensité et la même hauteur, produisent cependant dans l’oreille une impression bien

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différente. Les sons du cor sont plus pleins, plus sonores; ceux de la flûte, plus doux, ceux du violon et du hautbois plus mordants et plus nasillards : on dit qu’ils diffèrent par le timbre. C’est le timbre qui différencie en grande partie les voix 1, et nous fait reconnaître, sans les voir, les personnes qui parlent. En quoi les différentes voyelles, simples ou composées, les diphthongues se distinguent-elles les unes des autres? En ceci, que le timbre varie de l’une à lautre.

Ces définitions posées, nous allons aborder l’étude physique de ces trois qualités des sons : intensité, hauteur, timbre.

$ 2. — Intensité des sons.

Il est évident que la production d’un son exige le concours de trois éléments : d’une source sonore, c’est-à-dire de la mise en vibration d’un corps qui. est le corps sonore proprement dit, d’un milieu susceptible de transmettre ces vibratioiis enfin de l'organe de l’ouïe qui les perçoit.

De là, trois genres d'influence dont dépend l’intensité d’un son. Le volume, la forme du corps sonore et la nature de la matière dont il est composé, le mode d’ébranlement qu’on emploie pour le faire entrer en vibration, l'énergie du mouvement que

1. Il y a d’autres causes de différences entre les voix de personnes différentes ; il y a mille manières propres à chacun de nous, d’accentuer les longues et les brèves, de marquer le rhythme, sans compter ces légères nuances dans la hauteur des sons qui font, même de la prose parlée, une sorte de mélodie ou tout au moins de récitatif.

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k | reçoivent ainsi ses molécules, sont autant de cir- constances qui font varier l'amplitude des vibrations du corps et par suite, ce qu’on peut appeler l’inten- Sité intrinsèque du son. Tel est le premier mode d'influence.

Mais la nature du milieu qui Ar le son, sa densité, sa température, son état de repos ou bte tion, son étendue, c’est-à-dire la distance de l’oreillé à la source sonore, sont encore autant de circonstances d’où dépend cette intensité. Là, il ne s’agit plus de l’intensité intrinsèque.

Il en est de même, si l’on fait entrer en ligne de compte le plus ou moins de sensibilité de l'oreille, c’est-à-dire de l’organe qui recoit les ondes sonores,

* chez celui qui perçoit le son; l’ouïe peut être plus ou moins exercée : on sait à quel point les sauvages sont æptes à percevoir les bruits lointains les plus faibles. Mais en outre, la sensibilité de l’ouïe peut tenir, chez le même individu, à des circonstances toutes particulières, et notamment au concours d'une multitude de bruits simultanés, que l’oreille s’accoutume à entendre et ne distingue plus à la fin pour ainsi dire, mais qui émoussent la faculté de l'audition.

Reprenons l’une après l’autre toutes ces causes modificatrices de l'intensité des sons, dans l’ordre où nous les avons énumérées.

L’amplitude des vibrations donne au son plus ou moins d'intensité, comme on peut s’en assurer par mille expériences familières. Quand on frotte avec l’archet ou qu’on pince la corde d’un violon ou de tout autre instrument analogue, le son va en s’affaiblissant, à mesure que le mouvement de va-et-

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vient de la corde est moins prononcé. Plus le frottement de l’archet est vigoureux, plus les oscillations sont marquées, plus l'intensité du son est grande elle-même. Puisque d’ailleurs sa hauteur musicale n’est pas modifiée 1, il faut en conclure que chaque oscillation de la corde se fait avec une rapidité plus grande, le chemin parcouru dans un temps égal étant plus considérable, lorsque l'amplitude est ellemême plus grande.

Du reste, lorsqu'un corps élastique produit un son, toutes les molécules dont il se compose ne sont pas également écartées de leurs positions d’équilibre ; il en est même, nous le verrons bientôt, qui restent en repos. Un timbre, par exemple, dont la surface est frappée par un marteau, subit dans chacun des anneaux circulaires qui le composent, une déformation qui lui fait prendre des formes elliptiques opposées et alternatives. Les anneaux de la base tendent à exécuter des vibrations plus lentes et d’une plus grande amplitude que les anneaux voisins du sommet. Mais la solidarité des anneaux détermine une compensation entre ces amplitudes et ces vitesses différentes, et il en résulte, pour le son produit, une hauteur et une intensité moyennes qui dépendent des dimensions et de la nature du métal dont le timbre est formé. Il y a là une évidente analogie avec les oscillations du pendule composé, dont on sait que la durée est une moyenne entre les durées des oscillations d’une série de pendules simples de différentes longueurs.

4. Nous verrons plus loin que la hauteur est en rapport direct avec le nombre des vibrations effectuées en un même temps, en une seconde, par exemple. À

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Ïl ne s’agit, dans ce que nous venons de dire, que. de l'intensité intrinsèque du son, qui dépend seulement de l’amplitude des vibrations exécutées par les molécules du corps sonore. Mais comme le son se transmet à notreoreille par l'intermédiaire de l'air, intensité paraîtra d'autant plus grande que le volume d’air ébranlé à la fois sera plus considérable, et par conséquent que les dimensions du corps sonore seront elles-mêmes plus grandes. Une corde tendue sur un morceau de bois étroit donne un son moins fort, que si elle est tendue sur une table résonnante, comme dans les instruments de musique, le violon, le piano, etc. Tout le monde sait que si l'on fait vibrer un diapason, d’abord dans l’air, puis en appuyant le petit instrument sur une table ou sur tout autre corps élastique, le son primitif acquiert, par cette extension de volume du corps vibrant, une intensité beaucoup plus énergique.

L’intensité d’un même son, perçu par l'oreille à des distances différentes, décroît en raison inverse du carré de la distance. Ainsi à 10 mètres, l’intensité est quatre fois plus grande qu’à 20 mètres, neuf fois plus qu’à 30 mètres, etc., pourvu toutefois que les circonstances de la propagation restent les mêmes et que des corps réfléchissants voisins ne concourent pas à renforcer le son. Il résulte de là que si l’on produit, en deux stations différentes, deux sons dont l’un soit quadruple de l’autre en intensité, lobservateur qui se placera au tiers de la ligne qui les sépare, du côté du plus faible, croira entendre deux sons de même force. D’une manière générale, si l'auditeur se place, sur la ligne qui joint les deux points d’où émanent deux sons, en un endroit où

leurs intensités lui semblent égales, ces intensités seront en réalité proportionnelles aux carrés des distances du point intermédiaire aux deux corps

sonores. Voici quelle est la raison de cette loi. Les ondes sonores, se propageant sphériquement

autour du centre d’ébranlement, mettent en mou-

vement des couches sphériques successives dont le volume est en raison de la surface, et croît dès lors comme les carrés de leurs distances au centre. Puisque les masses des couches ébranlées sont de plus en plus grandes, le mouvement qui leur est communiqué par la même force diminue dans la même proportion.

Dans les colonnes ou tuyaux cylindriques, les tranches successives sont égales : l'intensité des sons devrait donc rester la même, quelle que fût la distance. Mais les récentes expériences de M. Regnault prouvent qu’il y a en réalité une diminution

d'intensité qui croit avec la distance et qui provient :

en grande partie de la réaction des paroïs du tuyau qui limitent la colonne d’air. Toutefois, à de courtes distances, l’affaiblissement du son est peu prononcé.

M. Biot, dans les expériences qu’il fit pour déter- .

miner la vitesse du son dans les corps solides, constata ce fait que le son transmis par l'air dans les tuyaux des aqueducs de Paris, n'était pas sensiblement affaibli à une distance de près d’un kilomètre. « La voix la plus basse, dit M. Biot, était

entendue à cette distance, de manière à distinguer

parfaitement les paroles, et à établir une conversation suivie. Je voulus déterminer le ton auquel la voix cessait d’être sensible, je ne pus y parvenir. Les mots dits aussi bas que quand on parle à l’o-

reille, étaient reçus et appréciés ; de sorte que, pour

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Fig.-12. — Grotte della Favella, ou Oreille de Denys.

ne pas s'entendre, il n’y aurait eu absolument qu'un

PARENTS CURE ARE pe | 86 F LE SON RCA NR moyen, celui de ne pas parler du tout. » Disons en passant que, pour faire avec succès des expériences de ce genre, il faut choisir les instants de la nuit les plus calmes, ainsi que M. Biot le recommandait lui-même, par exemple entre une heure à deux heures du matin. « Dans le jour, mille bruits confus agitent l’air extérieur, font résonner les tuyaux, et empêchent de distinguer, ou même détruisent les faibles ébranlements produits par une voix basse à l'extrémité de la colonne d’air. Aussi, dans ces circonstances, les bruits les plus forts ne sont quelquefois pas entendus. »

Cette propriété des canaux eylindriques explique certains effets d’acoustique offerts par les salles ou les voûtes de divers. monuments, Les arêtes des voûtes ou des murs forment des rigoles où le son se propage avec une grande facilité et sans perdre de son intensité première. On voit, à Paris, deux salles de ce genre : l’une de forme carrée et voûtée située au Conservatoire des Arts et Métiers, l’autre de forme hexagonale, à l'Observatoire de Paris; dans l’une et l’autre, les angles en se rejoignant par la voûte, déterminent des sortes de rigoles éminemment propres à conduire le son sans l’affaiblir. Aussi deux personnes peuvent causer à voix basse, d’un angle à l’autre, sans que les auditeurs placés entre eux saisissent rien de leur conversation. Dans l’église Saint- Paul de Londres, le dôme présente une disposition analogue ; on cite encore la galerie de Glocester, l’église cathédrale de Girgenti en Sicile et la fameuse grotte de Syracuse, connue aujourd’hui sous le nom de Grotta della favella, et dans l’antiquité sous celui d'Oreille de Denys. Dans les anciennes Lato-

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mies ou carrières de Syracuse, le tyran avait fait

ménager, dit-on, une communication secrète entre son palais et les cavernes où il tenait enfermées ses victimes, mettant à profit la disposition particulière de la grotte pour épier leurs moindres paroles,

$ 3. — Variations d'intensité du son, avec l’altitude, le jour et la nuit,

L'intensité du son perçu varie selon la densité du milieu qui le propage, ou, pour mieux dire, du milieu où il prend naissance : c’est ce que nous avons vu déjà, dans l'expérience faite sous la cloche de la machine pneumatique : le son du timbre s’affaiblit, à mesure que le vide se fait. Le contraire aurait lieu, ainsi que l’a vérifié Hauksbée, si lon comprimait l’air dans le récipient, où est placé le corps sonore. Les personnes qui s’élèvent dans les hautes régions de l’air, soit sur les montagnes, soit dans les aérostats, constatent toutes un affaiblissement

du son, produit par la diminution de densité de l’air

atmosphérique. Nous avons déjà cité l’observation de de Saussure et celles de Tyndall sur la faible intensité de la détonation d’un pistolet au-dessus du

. Mont-Blanc. « Dans les expériences qui furent faites

à Quito, pour mesurer la vitesse du son entre deux stations élevées de 3000" et 4000 au-dessus de la mer, le bruit d’une pièce de canon de neuf, à une distance de 20,500, ne faisait pas autant d'effet que celui d’une pièce de huit, à une distance de 31,300", dans les plaines des environs de Paris. » (Daguin), Voici quelques autres faits curieux empruntés aux relations de divers aéronautes ; ils prouvent que si

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les sons naissent très-affaiblis dans les milieux rarés des hautes régions, ils se propagent difficilement

dans les couches inférieures plus denses; au contraire, les sons d’en bas s'entendent aisément dans les hauteurs. Le chemin parcouru est cependant le