CHAPITRE IV

Production de l'écho. — Écho simple et écho multiple. — Influence d'un nuage, d'un arbre, de la yoile d*un navire, etc., sur le son. — Faits curieui . — Moyens de corriger l'écho et d*établir une bonne résonnance dans les églises et dans les salles publiques en général. — Échos successifs. — La corne des Alpes. — Le baptistère de Pise. — Échos singuliers au Louvre, au Colosseum de Londres, aux Arts-el-Métiers , etc. —Faits curieux. — Échos artificiels chez les anciens. — L'oreille de Denys. — Légendes et croyances populaires chez les anciens.

L^écho nous présente des phénomènes extrêmement curieux, que nous allons exposer très-succinctement, en analysant ce que la science nous offre de plus récent et de plus actuel sur ce sujet.

Comme la lumière, comme la chaleur, le son peut être réfléchi, et c'est cette réflexion qui produit i'écho.

L'écho est donc la réflexion des ondes sonores par un corps quelconque, en verlu de laquelle le son se répète

une OU plusieurs fois. On appelle écho simple celui qui ne répète les sons qu'une fois, écho multiple celui qui les répète plusieurs fois.

Les vibrations de l'air, qui propagent le son, se reportent en arrière quand elles rencontrent un obstacle , et ramènent le son vers le lieu d'où il était parti , de même que les ondulations qui se produisent dans un bassin par la chute d'un corps reviennent sur elles-mêmes quand elles atteignent la rive.

Le son ainsi renvoyé par un obstacle quelconque, prend le nom de son réfléchi, il suit une loi propre à tous les corps élastiques, et que Ton formule ainsi : Vangle de réflexion est égal d Vangle d'incidence.

Lançons, par exemple, directement devant nous, une balle contre une muraille : la balle reviendra par le même chemm. La ligne que décrit la balle en partant s'appelle ligne d'incidence^ et celle qu'elle décrit en revenant, ligne de réflexion. Dans ce premier cas, ces deux lignes se confondent.

Mais lance-t-on obliquement la balle, elle s'en retourne aussi obliquement dans la direction contraire^ formant avec la muraille un angle égal à celui qu'elle a formé en partant. Le premier de ces angles s'appelle angle d* incidence et le second angle de réflexion.

Lorsque Ton produit un son quelconque, suffisamment fort, si les ondulations de l'air se portent directement contre la surface d'un rocher ou d'un mur, elles se réfléchiront suivant la même ligne, et une personne qui serait convenablement placée entre le point de départ du son et le mur, entendrait le son produit par le moyen

des oûdes se rendant au mur, et l'entendrait de nouveau par le retour des mêmes ondes.

Mais si les ondulations portent obliquement contre le mur, comme la balle que nous avons prise pour exemple, elles seront renvoyées obliquement dans le sens contraire. Ainsi , on peut être placé de manière à ne pas entendre le son direct, c*est-à-dire celui qui vient immédiatement du corps sonore, mais seulement le son réfléchi, et réciproquement.

Un arbre, la voile d'un navire, un nuage, la simple surface de séparation de deux couches d'air d'inégale densité, suffisent pour réfléchir le son et produire des échos. Quand le ciel est pur, le bruit du canon , dans une vaste plaine, est bref et sec; tandis qu'un nuage suffit, en répercutant. le son, pour produire, par un effet d'écho, un roulement comparable à celui du tonnerre.

Outre les échos naturels, il en existe d'artificiels, que Fart peut produire en disposant certaines constructions d'édifices de manière à donner au moyen du son réfléchi, un effet curieux. Ce sont principalement des figures de voûte ordinairement paraboliques qui renforcent ou redoublent les sons.

Ainsi, le son se réfléchit exactement comme la lumière; il est aussi réfracté comme elle et peut être condensé par des lentilles convenablement choisies. Le son peut également s'infléchir, et l'onde sonore contourner des obstacles; mais ces obstacles éteignent en partie le son, ou, suivant l'expression de M. Tyndall, lui font ombre '.

* I^ Son, chap. 1, p. 48.

Un faible écho nait quelquefois du passage du son d'une masse d'air dans une autre de densité difTérente. Uumboldt rapporte que, d'une certaine position, dans la plaine d'Antures, le bruit de la grande chute de TOrénoque ressemble au tumulte des flots qui se brisent sur un rivage rocheux, et il ajoute, comme une circonstance remarquable , que ce bruit est beaucoup plus fort la nuit que le jour. Cette différence ne peut s'expliquer par la tranquillité de la nuit, car le bourdonnement des insectes et les rugissements des bêtes fauves dans cette contrée, rendent la nuit beaucoup plus bruyante que le jour. Humboldt en donne l'explication suivante : entre la chute d'eau et le point qu'il occupait, s'étend une plaine dont la surface verdoyante est parsemée d*une multitude de roches nues; or ces roches prennent, sous l'aspect du soleil 9 une température notablement plus élevée que celle.de l'herbe qui les environne, et, par conséquent, au-dessus de chacune d'elles , s'élève une colonne d'air chaud moins dense. Il en résulte que, pendant le jour, le son de la chute doit traverser une atmosphère ' dont la densité change souvent , et, parce que chacune des surfaces qui limitent ces masses d'air, tantôt raréfiée tantôt plus dense, fait naitre un écho, le son dans son parcours est nécessairement affaibli. La nuit, ces différences de température n'existent plus , et le son se propageant à

travers une atmosphère homogène, arrive à l'oreille sans avoir été affaibli par la réflexion.

L'optique nous offre un cas analogue, ajoute M. Tyndall, qui cite le fait précédent : la lumière subit une réflexion à la surface de séparation de deux milieux de densité différente, de sorte qu'une succession de plusieurs milieux , tous transparents , peuvent devenir impénétrables à la lumière par les réflexions répétées qu'elle lui fait éprouver. C'est ainsi qu'on peut réaliser un mélange d'air et d'écume d'eau qui sous une épaisseur modérée ne peut plus être traversé par la lumière *.

On nomme centre phonétique ^ du grec phôné^ voix, le point où le son est produit, et centre phonocampiqucy du grec camptôy réfléchir, le point d'où il est réfléchi.

Le son direct et le son réfléchi jouissent de la même vitesse.

Toute réflexion de son ne donne pas lieu à un écho. Lorsque le corps sonore est placé trop près du corps réfléchissant, il n'y a que simple 'monnanc^.

On ne peut, dans ce cas, percevoir séparément le son direct et le son réfléchi : ils se confondent l'un avec l'autre ; seulement, le son direct est plus ou moins renforcé, comme il arrive souvent dans les vastes apparte-

* Le Son, ch I. p. 18.

ments, les corridors, surtout dans les habitations neuves.

Le son que fait entendre une coquille marine dont on applique une ouverture contre l'oreille , et qui rappelle les clameurs de la mer, est un cas de résonnance. Ce bruit est produit par le renforcement des sons faibles qui traversent en tous sens l'atmosphère la plus tranquille.

Les meubles et les draperies amortissent considérablement la résonnance ; souvent la voix d'un orateur, dans une grande salle, ne devient intelligible que par la présence d'un nombreux auditoire ; dans une salle vide la résonnance ou les échos peuvent rendre la voix confuse : ce Le 16 mai 1865, dit M. Tyndall, ayant à faire une lecture dans la salle du sénat de l'Université de Cambridge, je fis d'abord quelques expériences sur l'intensité que je devais donner à ma voix pour arriver à remplir la salle , et je fus déconcerté de trouver qu'un ami placé à quelque distance de moi, ne pouvait m'entendre distinctement^ par suite de la résonnance des échos. Et cependant, lorsque mon auditoire fut réuni, les ondes sonores étaient assez amorties pour qu'il n'y eût plus d'écho j et ma voix fut parfaitement entendue de tous les points de la salle '. ^d

Voici quelques observations, qui ont une certaine importance, sur l'emploi de fils pour corriger l'écho en bri-

* la San, ch. I, p. 18.

sant les ondulations du son y elles prêtent à plusieurs applications utiles , principalement dans les églises, et en général y dans les édifices publics. M. Robert S. Gregg a fait quelques expériences dans la cathédrale de S. Fin Barre (Cork), dont la nef est d'une hauteur de 20 à 25 mètres, sur une largeur relativement étroite. Il ne pouvait avoir aucune indication sûre pour le placement des fils, de sorte qu'il a fallu tâtonner et s'en rapporter à l'expérience. Les sièges pour le clergé et le chœur sont placés à rintersection du transept de la nef et du sanctuaire; on peut regarder cette place comme le centre phonétique. L'orgue est placé dans une galerie à l'extrémité occidentale , et l'organiste qui siège dans cette galerie a toujours entendu bien plus distinctement que le peuple placé en bas aux deux tiers de la nef. Mais l'écho semble rendre le son indistinct plus spécialement dans le transept , dont les murs du nord et du midi présentent une grande surface plane , et sont sans doute le centre phonocampique où l'écho prend naissance.

On a d'al^ord essayé de tendre des fils à une grande hauteur, au niveau du triforium ; mais ils produisaient, comparativement, peu d'effet. Ensuite on a tendu un double tour de fil , de manière à environner le chœur, et d'autres fils à travers la nef et les bas-côtés : l'effet ainsi obtenu était excellent. L'organiste, qui est un musicien accompli, ne savait pas que les fils avaient été placés : il témoigna sa surprise de voir la sonorité si bien modifiée, sans pouvoir d'abord en découvrir la cause. Il semble très-difficile de déterminer l'endroit où il faut placer les fils pour produire un effet réellement bon;

mais tous ceux, qui ont pris intérêt à cette question reconnaissent que ces fils produisent un effet beaucoup plus grand qu'on ne pourrait le supposer. Les fils employés sont très- fins ; une personne étrangère ne les aurait pas aperçus , si l'on n'avait appelé son attention sur eux. La nature de cette expérience, qui ne coûte rien, et le résultat important que l'on peut en obtenir, ajoute M. Robert, en font une question d'une grande importance, indépendamment du vif intérêt qu'elle présente au point de vue scientifique * .

Gomme un son réfléchi peut se réfléchir de nouveau en rencontrant un second obstacle dans sa direction , il existe des échos doubles^ triples, quadruples, etc. Ces échos, que l'on nomme en général échos multiples , se produisent ordinairement dans les lieux où se trouvent des murs parallèles suffisamment éloignés.

Le son , comme la lumière et la chaleur, peut donc subir plusieurs réflexions successives; mais, de même que ces agents s'affaiblissent en se réfléchissant, les échos successifs sont également de plus en plus faibles.

Rien de plus ravissant que cette répétition avec affaiblissement, lorsque le son a une certaine durée et que le timbre est bien choisi; tous les voyageurs admirent les

* Nature, 12 juin 1873.

accents de la corne des Alpes, répétés ainsi par les monts escarpés de THelvétie (fig. 68 ); on dirait des voix aussi puissantes que suaves se répondant dans les profondeurs des cieux.

Je n'ai rien entendu de plus exquis , si ce n'est un autre écho multiple qui se produit dans le baptistère de Pise : notre guide avait une très-belle voix, il émit des sons bien nourris sur trois tons différents, qui furent répétés plusieurs fois dans Tespace, comme par les chœurs des esprits célestes.

On cite parmi les échos célèbres celui de Simonetta près de Milan, qui répète quarante fois le même son. A 3 lieues de Verdun, existe un écho de cette nature, qui répète douze ou treize fois le même mot; il est dû à deux grosses tours, distantes Tune de l'autre de 72 mètres.

Au Louvre dans le vestibule des antiques, il se produit uji écho des plus singuliers : le moindre choc sur la dalle est répété un grand nombre de fois; on peut distinguer facilement lo répétitions, s' exécutant avec rapidité; on dirait que la voûte se disloque, que les. blocs de pierre ont perdu leur équilibre, et qu'ils font des mouvements de va-et-vient, allant en s'affaiblissant, jusqu'au moment où s'éteint Técho.

En se plaçant au sommet de la muraille du Golosséum de Londres, bâtiment circulaire de quarante-trois mètres de diamètre, chaque mot prononcé est répété un grand nombre de fois; la plus simple exclamation produit comme un éclat de rire, et la déchirure d'un morceau de papier le crépitement de la grêle.

La disposition des constructions, des voûtes et des pla-

fonds à arêtes courbes principalement, agissent comme des miroirs convergents sur le son , et des combinaisons fortuites de cette nature ont amené parfois la révélation de secrets plus ou moins graves. Herschell en cite un exemple piquant : dans une des cathédrales de Sicile , un confessionnal était placé de telle manière que les confidences du pénitent, réfléchies par les arêtes creuses de la voûte, allaient former foyer en un point de Tédifice assez distant. Le lieu de ce foyer fut accidentellement découvert, et la personne qui l'avait trouvé prit plaisir à écouter et à faire écouter par ses amis des aveux que le prêtre seul devait entendre. Mais il en fut singulièrement puni , car un jour, dit-on , que le confessionnal était occupé par sa propre femme , il fut initié, ainsi que ses amis , à des secrets qui étaient loin d'être agréables pour lui '.

Dans la salle des cariatides, au Louvre, se trouvent deux grands et magnifiques bassins, distants d'une trentaine de mètres : les dialogues à voix la plus basse prononcés à l'orifice de l'un deux, le tic-tac d'une montre, en un mot les plus faibles bruits se font entendre distinctement à Torifice de l'autre.

Dans l'une des salles des Ârts-et-Métiers^ il existe une répercussion bien connue, le plus petit chuchotement prononcé à l'un des angles s'entend parfaitement à l'angle opposé.

Le tic-tac d'une montre se fait également entendre , dit Herschell, d'une extrémité à l'autre de l'église abba-

* Le Son, p. 10.

tiale de Saint-Âlban. Dans la cathédrale de Glocester, une galerie de forme octogonale transmet un murmure, à travers la nef, sur un parcours de 2S mètres. La galerie acoustique de Saint-Paul transmet pareillement le son le plus faible d'un angle du dôme à l'autre, sans qu'il puisse être entendu en aucun point intermédiaire.

Vitruve dit qu*en divers endroits de la Grèce et de l'Italie^ on rangeait avec art sous les degrés du théâtre, en des espaces voûtés , des vases d'airain , pour rendre plus clair le son de la voix des acteurs et faire une espèce d'écho.

Qui n'a entendu parler de VOreille de Denys , si célèbre au point de vue acoustique et qui mérite ici une mention spéciale? On désignait sous le nom de Latomies d'immenses cavités en forme de tranchées , creusées et taillées à pic dans la roche calcaire jusqu'à la profondeur de 3S à 50 mètres, au sein des collines qui s'élèvent près de Syracuse, à l'extrémité des principaux quartiers de la ville antique. Elles ont d'abord été de vastes carrières qui concoururent à la construction des monuments, des murs et des habitations d'une ville immense. Ces latomies furent plus ou moins transformées; et Denys , tyran de Syracuse , les destina d'abord à la prison des vaincus, bientôt à la punition des criminels, et trop souvent au besoin de la vengeance et de la haine. Phyloxène , dont

les poésies faisaient les délices des Siciliens, excita la jalousie de Denys et fut envoyé aux latomies; l'une d'elles a gardé son nom. Cette destination des latomies se prolongea longtemps. Cicéron reproche à Verres» d'y avoir entassé de nombreuses victimes. Des aqueducs amenaient l'eau nécessaire aux besoins des prisonniers; plusieurs y avaient passé leur vie entière. Élien rapporte que leurs enfants , ayant eu la permission d'en sortir, avaient été dans la stupeur de voir une ville, et s'étaient enfuis avec effroi en apercevant des chevaux.

Ces immenses cavités ont bravé le cours des siècles ; elles sont au nombre de sept principales. Cicéron parle des latomies comme d'ouvrages qui inspiraient à la fois la crainte et l'admiration ; on a construit dans quelquesunes des jardins délicieux; elles renferment dans leurs flancs des grottes nombreuses, des voûtes très- vastes; elles forment également des corderies très-commodes.

Mais la caverne la plus considérable est celle que l'on observe dans le fond d'une de ces latomies et qui a reçu le nom d^Oreille de Denys (ûg. 69). Une tradition dont on ne connaît pas l'origine suppose que Denys, dans son inquiétude soupçonneuse , avait tiré parti d'une singularité de cette grotte, pour épier les discours et les plaintes de ses victimes. La caverne, haute de 25 mètres environ et profonde de 35, va toujours en s'abaissant jusqu'au fond, et sa direction, depuis l'ouverture jusqu'à ce fond surbaissé, est en ligne courbe, dont la disposition affecte la forme d'un S. Cette disposition , assez analogue à celle du conduit auriculaire , produit , sur une grande échelle , d'étonnants effets d'acoustique : des mots

Fif . 00. — Oreille de Denys. Cavités transformées en prison par le t>Tan de Syracuse.

dits à voix basse sont répétés très-distinctement ; un papier broyé dans les mains produit le bruit du vent le plus violent; enfin , la décharge d'une arme à feu égale sous cette voûte, l'effet du tonnerre. Vers le haut de l'ouverture extérieure, qui se termine en ogive, est un trou carré et une espèce de cellule, ayant aussi une petite lucarne donnant dans l'intérieur de la caverne ^

Ce souterrain, qui existe encore, fut appelé VOreille de DenySy à cause de sa ressemblance avec la forme de l'oreille humaine. II était disposé de manière que les bruits, les sons, la voix se dirigeaient vers une ouverture, qui communiquait à la chambre de Denys. Il y passait des jours entiers, dit-on, à écouter les discours de ceux qu'il y faisait enfermer, et fit mourir les artistes qui avaient achevé cette construction , afin de dérober au public le but qu'il s'était proposé. Les voyageurs se font encore hisser dans la partie élevée de la grotte où se trouve la petite cellule, pour y entendre l'effet d'acoustique qui se produit également au bas.

Tous ces phénomènes, comme nous l'avons vu, s'expliquent parfaitement par les lois qui régissent les ondes sonores.

La vraie cause des échos n'était pas ignorée de Lu-

• Voir Y Univers pittoresque, Europe, t. H.

270 LES HARMOiNïES DU SON.

crèce ': « Les voix qui ne rencontrent point d'obstacle continuent leur route et meurent dissipées dans les airs ou vont heurter des corps solides , dont la répercussion renvoie le son et nous trompe quelquefois en réfléchissant la parole. Instruit de ce phénomène, tu pourras t'expliquer à toi-même et aux. autres comment, dans les lieux solitaires, les rochers renvoient les paroles avec leur ordre et leur articulation primitive, lorsque nous cherchons nos compagnons égarés en les appelant à grands cris sur les montagnes ombragées * . j>

Il nous raconte également les légendes et les croyances populaires de sou temps : ce J'ai vu même des lieux qui répétaient six ou sept fois le mot que l'on proférait, tant les paroles, réfléchies de collines, en collines étaient fidèlement rapportées. Les peuples voisins de ces lieux les supposent habités par des Satyres , par des Nymphes et par des Faunes, qui, s'il faut les en croire, s'égayent dans ces solitudes, en troublent le silence profond par leur silence nocturne, par le doux frémissement des cordes et par les sons plaintifs de leurs voix , qu'accompagne la flûte sous Jeurs doigts agiles ; ils ajoutent que les habitants de la campagne sont avertis de 1 arrivée de Pan , toutes les fois que ce dieu , agitant une couronne de pin sur sa tête amphibie, promène ses lèvres recourbées sur tousses chalumeaux, sans jamais laisser tarir ses accents champêtres. Ils racontent encore plusieurs autres prodigues de cette nature, soit afin qu'on ne regarde pas comme abandonné par les dieux le pays qu'ils habitent,

* Lucrèce, liv. IV.

L'ÉCHO, SA iNATURE, SA PRODUCTION. 271

soil pour quelque autre raison : car on sait trop à quel point Tesprit humain est avide de fables * . »

On voit que ces phénomènes du son étaient déjà bien étudiés par les anciens.

' Lucrèce, liv. IV.

Trophée dMustruments de musique arabes.