VIBRATIONS DES TUYAUX

La flûte et, en grande partie, les tuyaux d'orgue sont des tuyaux à bouche; mais, pour la première, la bouche est formée par une ouverture pratiquée dans l'instrument même et par les lèvres de l'artiste. Les instruments à anche sont la clarinette, le hautbois, et toutes les trompettes ; ces dernières ont une petite embouchure sur laquelle s'appliquent les lèvres qui, en vibrant, font fonction d'anche.

Parmi les tuyaux, de formes si diverses, on distingue les tuyaux ouverts et les tuyaux fermés. A part certaines différences très-caractéristiques, le son produit par les uns et les autres, dans le même cas, diffère par la hauteur. Deux tuyaux , l'un fermé , l'autre ouvert, de même forme et de grandeur égale , donnent deux sons fondamentaux qui sont entre eux à un intervalle d'octave. En bouchant un tuyau ouvert on passe à l'octave grave; en ouvrant un tuyau bouché on passe à l'octave aiguë.

Pour démontrer les vibrations de Tair dans le tuyau, on peut employer différents procédés. Un d'entre eux consiste à introduire, dans le tuyau ouvert à la partie supérieure, une membrane de papier légère et très-tendue m, sur laquelle on répand du sable. Le son est un peu modifié par l'introduction de ce corps étranger ; malgré cela il continue à se produire, et, à travers la paroi de verre pratiquée dans le tuyau, on voit le sable lancé en l'air avec un certain bruit, parce que les vibrations de l'air se communiquent

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Fig. 11.

à la membrane de papier et de là au sable. Au milieu de la longueur du tuyau, le mouvement du sable cesse, ce qui prouve qu'il existe là un véritable nœud, et que le sautillement du sable n'est pas provoqué par le soufflement, mais bien par la vibration de l'air*

Une autre manière simple de prouver les vibrations de l'air est la suivante. On prend un tuyau plutôt long par rapport à sa largeur, et dont une paroi est formée par une tablette en bois très-mince. En soufflant avec une certaine force, on obtient un son beaucoup plus aigu que le son fondamental du tuyau. L'air communique ses vibrations à la paroi mince. Si on tient le tuyau horizontal et qu'on répande du sable sur la paroi mince, le sable saute et va s'accumuler sur certaines lignes, qui sont de vraies lignes nodales, et indiquent exactement de quelle manière l'air vibre à l'intérieur du tuyau.

Une autre méthode d'une certaine importance a été indiquée par Kundt. On prend un tube de verre suffisamment gros, long d'environ deux mètres; on verse à l'intérieur une poudre légère, du lycopode ou de la sciure de sureau, et on la distribue avec une certaine régularité. Puis on ferme le tube aux deux extrémités avec des bouchons de sureau ; d'une main on le tient immobile par le milieu, et de l'autre on le frotte avec un chiffon légèrement mouillé. Il se produit alors un son aigu et net; les vibrations du tube se transmettent à l'air intérieur, et la poudre légère se distribue régulièrement comme l'indique la fig. 12, qui représente une portion du tube.

Les cercles sont des nœuds, et, entre eux, la poudre montre de véritables stries transversales.

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La forme de la figure et spécialement la distribution des nœuds dépendent des circonstances, des dimensions du tube et par suite du son qu'il émet, enfin du gaz qui se trouve renfermé dans le tube. Sous ce rapport la méthode de Kuridt est susceptible d'une grande exactitude et de nombreuses applications ; elle permet de déduire la vitesse avec laquelle le son se propage à travers les divers corps.

8. Dans ces derniers temps le constructeur Kœnig a imaginé une nouvelle méthode très-élégante , celle des flammes manométriques, pour démontrer les vibrations de l'air dans les tuyaux sonores.

La fîg. 13 donne une idée assez exacte de son appareil.

Fig. 13.

Un ou plusieurs tuyaux, égaux ou différents (dans le dessin de la fig. 13 ils sont égaux, A et B), sont placés sur une petite

caisse ô, qui fait fonction de caisse à air. Le tube de gomme élastique a la met en communication avec une soufflerie, les soupapes v servent à faire fonctionner à volonté l'un ou l'autre des tuyaux ou tous les deux. Sur le tuyau même est pratiqué un orifice, fermé à son tour par une capsule e, sous laquelle se trouve une membrane mince élastique. Celle-ci sert à séparer l'intérieur du tuyau de l'intérieur de la capsule, laquelle est mise en communication d'un côté avec le tube à gaz c au moyen du petit tube d, de l'autre avec le petit tube f, qui se termine par une petite pointe. Le gaz entre donc dans la capsule, la remplit et passe à travers le petit tube et le petit trou. En l'allumant, on obtient une petite flamme. Si le tuyau ne rend aucun son le gaz passe tranquillement à travers la capsule, et donne lieu à une flamme tranquille et normale. Si, au contraire, le tuyau résonne, l'air vibrant communique son mouvement à la membrane , puis au gaz et à la petite flamme. Vous voyez en effet, quand je produis un son dans le tuyau, que la petite flamme s'allonge, devient agitée, plus bleue, et indique dans toute son allure quelque chose d'anormal. Gela vient de ce que la petite flamme participe aux vibrations de l'air dans le tuyau. Elle s'abaisse et s'élève rapidement, et comme ce mouvement, en raison de sa vitesse, ne peut être suivi de l'œil, nous voyons seulement une forme compliquée de la flamme, forme qui résulte de la superposition des flammes partielles , tantôt courtes, tantôt longues.

Pour montrer commodément les vibrations de la flamme, on recourt à un moyen très-usité en physique. Vous voyez derrière la flamme une caisse carrée recouverte de quatre miroirs S, caisse qui, au moyen d'une manivelle et d'un système de roues dentées , peut tourner rapidement autour d'un axe vertical. Quand la flamme brûle d'une manière constante, il se forme dans le miroir tournant une traînée lumineuse continue, parce que à chaque posi-

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tion que prend le miroir dans sa rotation, correspond une image toujours égale de la flamme. Si, au contraire, la flamme vibre , c'est-à-dire si elle est tantôt courte et tantôt longue, à certaines positions du miroir correspondent des images courtes, à d'autres des longues, et l'on voit, dans le miroir tournant, les images se succéder tantôt courtes et tantôt longues (fig. 14a).

> Les petites flammes courtes se confondent sensiblement dans la masse lumineuse, parce que la partie inférieure de la flamme ne participe pas beaucoup au mouvement vibratoire. Mais les flammes longues se voient nettement séparées les unes des autres, aussi le phénomène présente-t-il la forme de flammes détachées et toutes égales comme l'indique la fig. 14. Cette méthode donne Fie' 14' une image nette de ce qui arrive dans l'intérieur du tuyau; l'expérience réussit toujours; elle est visible même pour un auditoire très-nombreux, pourvu qu'on ait soin de faire l'obscurité dans la chambre, de façon à préserver le miroir de tous les autres reflets.

Je puis encore prendre un tuyau plus petit, lequel me donne un son plus aigu que le premier, et qui en est précisément l'octave. Vous remarquerez facilement que pendant que je fais agir l'appareil de la même manière qu'auparavant, les petites flammes vibrantes sont notablement plus rapprochées. En thèse générale, plus le son est aigu et plus, pour une même rotation du miroir, les flammes sont rapprochées, autrement dit plus sont rapides les vibrations de Vair dans le tuyau. Ceci est une loi très-importante, qui demandera dans la suite une étude plus approfondie de notre part, mais qu'il est utile d'avoir déjà constatée par cette expérience élégante. Nous pouvons même aller plus avant, et déterminer le rapport entre les nombres de vibrations de nos deux tuyaux. Je les fais agir tous les

2'i NATURE DU SON

deux, indépendamment l'un de l'autre, et j'obtiens deux séries de petites flammes l'une au-dessus de l'autre, fig. 14, a et b. Pour peu que vous les regardiez attentivement, vous verrez que deux images de dessous correspondent à une image de dessus, et cela quelle que soit la vitesse de rotation du miroir. Nous arrivons donc à la conclusion, que V octave est toujours composée d'un nombre de vibrations double de celui du son fondamental.

9. Je pourrais continuer longtemps encore la série des démonstrations, car en vérité les exemples ne manquent pas. J'en ai cité seulement quelques-uns, choisis parmi les plus importants , et je crois qu'ils suffisent pour éclaircir le sujet que je me suis proposé dans ce premier chapitre. Partout où il y a un son, il existe aussi des vibrations. D'où l'on peut conclure que le son et les vibrations sont des phénomènes concomitants. Les vibrations peuvent venir d'un corps solide, liquide ou gazeux. Mais il n'existe aucun exemple connu d'un son produit sans vibrations de corps matériels. Je ne veux pas dire par là que toutes les vibrations doivent produire un son; il faut pour cela qu'elles satisfassent à certaines conditions spéciales que nous étudierons dans la suite. Mais nous pouvons déjà dire qu'un son est toujours produit par des vibrations.

Remarquons que les vibrations sont quelque chose d'objectif : elles existent clans le corps sonore, extérieurement à l'homme. Le son, au contraire, se produit dans notre oreille ; c'est un phénomène subjectif. Pour un sourd les vibrations existent, mais non comme son ; il pourrait les étudier, en ignorant absolument qu'elles produisent sur notre organisme une sensation spéciale. D'où nous pouvons conclure que les vibrations sont la cause et le son Teffet produit sur notre oreille, ou, en d'autres termes, que le son est le résultat de certaines vibrations des corps.