DIX-SEPTIÈME LEÇON

Sommaire. — Da sens de Toole. — Relations que présentent entre eux les différents sens. — Sensation auditive. — Ses caractàm physiques et physiologiques. — Intensité et hauteur du son. — Étude spéciale du timbre; travaux de M.Helmholtz. — Sensationi auditives composées. — Causes adjuvantes et altérantes. — In* fluence du milieu : propagation du son dans les corps Bolidei, liquides et gazeux.

Dès le début de nos études, nous avons constaté que, s'il était impossible de classer méthodiquement les sens ou de les subordonner les uns aux autres, on pouvait cependant les séparer en deux groupes, aussi différents par la nature des excitants capables de déterminer les sensations qui les caractérisent, que par la valeur propre de celles-ci.

La première de ces divisions comprend les trois sens que Ton désigne parfois sous le nom de « sens grossiers », et qui, plus simples dans leurs manifestations comme dans leurs organes, exigent le contact immédiat, direct, en quelque sorte brutal, de Texcitant. Si voisines que soient ces trois espèces du toucher, du goût et de Todorat, nous

[Dix-septième leçon.] SENS DE L*OUIE. 287

a?ODS VU qu'elles se distinguent aisément et que, sous tous les rapports, on pouvait établir entre elles une évidente gradation. Les corps solides, liquides ou gazeux, sont également aptes à produire des impressions tactiles ; les excitations guslatives, au contraire, ne s'observent qu'en présence des liquides ; Faction seule des corps gazeux est capable d'ébranler les terminaisons olfactives. L'état physique de Texcitant semble ainsi se perfectionner, revêtir une forme plus subtile^ à mesure que les sensations qu'il doit faire natlre se spécialisent et se différencient davantage.

La seconde classe rapproche deux formes sensorielles dont tous les caractères révèlent Tincontestable supériorité, qui éclate dans leurs manifestations comme dans les organes destinés à assurer leur fonctionnement. Il ne sera plus besoin ici du contact direct de l'excitant venant heurter, baigner, ou fouetter les éléments excitables; son action pourra s'exercera toutes les distances, dans tous les milieux : si Téloignement affaiblit sa puissance, d'ingénieux appareils de concentration seront di^^posés sur son passage ; s'il tend à s'écarter de sa route, des organes spéciaux Ty ramèneront aussitôt, et le conduiront, comme malgré lui, jusque sur la membrane sensible. Ko raison de la flnessedes impressions qu^ils doivent recueilir et des conditions dans lesquelles ils entreront en jeu^ Si cellules excitables ne peuvent plus être réparties sur ensemble du tégument, comme lorsqu'il s'agissait du touber, ou disposées sur des organes à fonctions multiples, insi que c'était encore le cas pour le goût et l'odorat ; elles ^ localiseront sur certains points déterminés qui en acqueri>nt une haute valeur physiologique; celle-ci semblera

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même retentir sur Tensemble des tissus voisins qui se modifieront pour constituer des organes de perfectionnement ^t pour assurer à ces appareils sensitifs une protection en rapport avec le rôle qui leur est attribué dans l'économie. C'est à rétude de ces deux sens supérieurs, Touîs et la VUE, que doivent être désormais consacrées nos recherches. L'importance des incitations qu'ils font nattre, les particularités que révèle l'histoire anatomique de leurs organes, nous obligeront à modifier sur quelques points la méthode qui nous a guidés jusqu'ici; mais leur étuide ne présente en réalité nulle difficulté sérieuse, et, comme vous pourrez bientôt vous en convaincre, le tracé fondamental persiste avec tous ses caractères essentiels, d'une extrémité à l'autre de la série zoologique.

Sensation ÀUBrrivE. — La sensation gusiative nous faisait connaître la saveur, la sensation olfactive l'odeur; la sensation auditive nous fournit une notion nouvelle, celle du Son, et provoque l'intervention d'un nerf spécial, le nerf auditif y que mettent eu jeu les vibrations des corps extérieurs. Tous les termes de cette définition sont également indispensables, et l'on ne saurait se conten* ter de dire, avec certains Traités élémentaires, que « le soie a est le résultat d'oscillations vibratoires imprimées amc a molécules des corps d ; on pourra faire vibrer ceux-ci par tous les moyens possibles, les heurter, les frotter, troubler de cent manières leur état d'équilibre, jamais la mouvement vibratoire ainsi produit ne deviendra un son, ne déterminera une sensation auditive, s'il n'est transmi» au centre nerveux parle conducteur particulier que je nommais à l'instant : un sourd qui touche un corps vibrant, ua

leçon.] SENSATION AUDITIVE. 28f

diapason par exemple, éprouve une impression tactile et rien d^autre.

Les caractères de la sensation auditive sont de deux ordres : les caractères physiologiques et les caractères physiques. Parmi les premiers, il faut citer la prolongation de cette sensation dont la durée dépasse généralement celle de la vibration sonore qui Ta fait naître ; telle est rori^ne des sensations consécutives sur lesquelles nous reviendrons bientôt. Quant à rextériorité, à laquelle on attache habituellement une grande importance, elle est très contestable. Lorsque nous entendons un son nous le rapportons au dehors, dans les circonstances normales ; mais dès que nous plongeons la tête sous Peau, le son paraît devenir intérieur, et chacun sait qu'il faut souvent une grande attention, un certain exercice, pour distinguer les bourdonnements et autres phénomènes entotiques des impressions analogues provenant du monde extérieur ^.

Si les caractères physiologiques de la sensation auditive sont assez vagues pour qu'on puisse se borner à les mentionner, il ifen est plus de même de ses caractères physiques qui possèdent une constance en rapport avec leur nature même et présentent, au point de vue de nos études, un intérêt tout particulier. Ces caractères sont au nombre de trois :

!• L'Intensité ; 2» La Hauteur ; 3* Le Timbre.

L'Intensité, celte qualité qui nous fait distinguer un son « fort » d'un son a faible », réside dans Tamplitude des vibrations; chacun se rappelle les expériences qui démontrent cette relation, admissible même à priori, car il est

> Voy. Beaunis, loc. cit., p. 749.

Chatin, Org. des sens. 19

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évident que Tébranlement produit par les vibrations d^ ^es corps élastiques sur le milieu ambiant et, par suite, Torgane auditif, sera d'autant plus considérable que oscillations seront elles-mêmes plus étendues^.

Diverses causes font varier l'intensité : elle augmen-^^te avec la masse ou la surface du corps sonore : c'est aii^^nsi que les cloches rendent des sons très intenses, tandis q^^^pie les cordes, les tiges mélalliques, les diapasons privés de leurs caisses, n'en produisent jamais qtie de faibles. Ia densité du milieu qui transmet le son exerce une influe i^nce analogue : sous une pression de trois atmosphères, la v~ oix humaine devient retentissante; au contraire, un coup de feu tiré sur le sommet d'une montagne ne produit (n lus qu'une détonation insignifiante quand on la compare à ce qu'elle était dans la plaine.

La Uauteur dépend, non de l'amplitude des vibratio :ais, mais de leur nombre : le son sera d'autant plus él^ ^é, d'autant plus aigu que les vibrations seront plus c^^approchées dans l'unité de temps; il s'abaissera, deviendra grave, dans le cas contraire. On connaît les appareils (roue dentée, sirène, etc.), qui permettent d'évaluer c^tle fréquence, et Ton sait quelles règles ce caractère d^ h sensation auditive fournit à l'art musical : Vintervall^' de deux sons représente le rapport des nombres de vil^rations qui les déterminent, Voctave exprime le plus siunple de ces rapports (^), le curieux phénomène de Vuni^^ s'observe lorsque deux sons se trouvent produits par ^^ même nombre de vibrations, etc. Il était nécessaire de rappeler la valeur de ces termes, dont nous aurons j> ^^"

* Voy. Gavarret, 'Phénomènes de la phonation et de l'cuiditian, p - ^ '

leçon.] TIMBRE. 291

rois à faire usage, mais nous ne saurions prolonger cette digression sans être rapidement entraînés en dehors de notre sujet.

Au point de vue fonctionnel, il convient d'ailleurs de faire observer que les organes auditifs ne peuvent indiffëreounent recueillir toutes les excitations sonores, quelle qne soit leur hauteur : il y a des limites au delà et en deçà desquelles celles-ci demeurent sans effet sur les terminaisons du nerf acoustique. Ainsi Toreille humaine cesse de percevoir les sons graves dès qu'ils comptent moins de 32 vibrations par seconde; les sons aigus ne peuvent plus être appréciés au delà de 38,000 vibrations environ. On voit que notre sensibilité auditive peut encore s'exercer sur une échelle fort étendue et dont l'orchestration moderne, malgré Tinfinie variété de ses ressources, n'atteint jamais les points extrêmes, car elle se meut généralement entre 41 vibrations pour les notes inférieures ^ et 4,800 Tibrations pour les tons les plus élevés ^.

L'étude do ces deux premiers caractères de la sensation auditive n a jamais présenté de difficultés sérieuses, les recherches de Galilée, de Newton, d'Euler, de Bernouilli, ayant depuis longtemps fait connaître leur origine et leurs variations. Il en a été tout autrement pour le Timbre, ou suivant la charmante expression de d'AIembert, pour le coloris du son : la même note est donnée par un violon, un hautbois, une trompette, une flûte, un piano ; sa hauteur et son intensité demeurent identiques, cependant nous ne nous y trompons jamais et reconnaissons toujours ces divers instruments à la teinte même qu'ils impriment aux

* Mi inférieur àe la contre-basse.

' hé supérieur de la petite flûte.

202 SENS DE L'OUIE. IDix-flepUèmo

sons qui en émanent. Quelle est donc Torigine de cette nouvelle propriété? Durant bien des siècles on a été réduit aux conceptions les plus vagues, aux hypothèses les plus grossières ; la plupart des ouvrages portent encore la trace de celte longue ignorance qui n*a cessé que dans ces dernières années, grâce aux travaux de M. Helmholtz. Ce n'est pas à dire que les générations précédentes eussent négligé Texamen de ce difficile problème : d'illustres devanciers avaient dès longtemps tracé la voie qui devait conduire le physicien d'Heidelberg à de si magnifiques découvertes, et sans remonter à Pythagore ou à Kepler, on doit rappeler les études célèbres de Rameau sur la voix humaine ^, les recherches de Monge ^, les lentalives de Magendie, qui a donné du timbre une définition méconnue de nos contemporains, bien qu'elle diffère à peine de celle que nous pouvons formuler aujourd'hui ^. Toutefois, ces essais étaient demeurés incomplets et isolés, les résultats avaient été entrevus plutôt que constatés, nulle méthode générale n'avait été instituée, et si la vérité avait été soupçonnée par quelques esprits d'élite, personne n'avait pu du moin:» en fournir la démonstration expérimentale.

L'explication du timbre repose cependant sur un phé« nomène des plus faciles à observer, fort anciennement connu, mais dont l'étude n'avait guère sollicité que les musiciens auxquels elle avait fourni diverses applica*

* Rameau, Éléments de Musique, Lyon, 1762.

^ Voy. sur les travaux de Monge la très intéressante Note de M. Résal (Comptes rendus de V Académie des sciences), t. LXXIX, p. 821).

' « Le timbre dépend de la nature du corps sonore ainsi que du plus ou moins grand nombre d'harmoniques qui se produisent en même temps que le son principal. » (Magendie, Précis de pk^sÙH logie, 3« édil,, 1. 1, p. 127, Paris, 1833.)

leçon.] TIMBRE. )93

tîons. Lorsqu'on écoute attentivement un chanteur qui tient la même note avec une persistance suffisante pour permettre à l'oreille d'en apprécier les différents caractères, on ne tarde pas à percevoir une sensation complexe et des plus singulières ; à la note primitive, au a ton fondamental » qu*on pensait devoir entendre seul, d'autres notes viennent former cortège ; il semble que le chanteur évoque des voix invisibles qu^un lien sympathique unit h la sienne. L'illusion est moins naïve qu'on ne serait tenté de l'imaginer fout d'abord ; les notes secondaires^ parasites, existent réellement et représentent les « harmoniques )» du ton fondamental, dont elles modifient ainsi plus ou moins profondément le caractère originel ^

On devine que la production des harmoniques ne saurait être limitée à la voix humaine ; elle se retrouve, en effet, dans tous les corps sonores, dans tous les instruments de musique ; mais le nombre, la valeur de ces harmoniques varient avec leur source même : certains instruments, comme le tambour, sont très pauvres en notes secondaires; d'autres, comme le violon, témoignent à cet égard, <rane richesse infinie. C'est avec ceux-ci que pour emprunter à d'Âlemberl une nouvelle et pittoresque expression, on pourra faire de la a musique colorée d, tandis que les premiers ne fourniront qu'une «musique grise ou incolore. » Puisque le ton fondamental reste identique pour la Qième note donnée par les instruments les plus divers, et 'iB revêt une teinte spéciale et caractéristique que grêce ^Ux notes accessoires qui viennent l'y accompagner, c'est d^ns la production de ces harmoniques que doit évidem- '^ent résider la cause du timbre. Cette origine avait été

^ Laugel, La Voix, VOreille et la Musique^ 1867.

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pressentie, indiquée même par les précurseurs de M. Helmholtz qui n'avaient pu malheureusement en fournir la preuve directe, bien que des deux méthodes qui permettent de l'obtenir, Tune, la méthode synthétique, fut journellement appliquée. Son principe est des plus simples : on s'adresse à une source pauvre en harmoniques, donnant le ton fondamental presque pur, puis par des tâtonnements successifs, on cherche à modifier celui-ci assez pro* fondement pour lui imprimer successivement la couleur qu'il offrirait dans tel ou tel autre instrument, résultat que les facteurs d'orgues ont atteint depuis fort longtemps, d'une manière tout empirique : les tuyaux larges et fermés ne donnent jamais qu'une musique incolore, dénuée de notes accessoires, incapable de lutter avec le concert mélodieux qui émane de la flûte ou natt dans les cordes faiblement tendues du violon ; cependant on peut leur faire revêtir successivement le timbre propre à chacun de ces instruments par la simple addition de petits tuyaux accordés dans le rapport des consonnances harmoniques. Enlevons au contraire ces tuyaux accessoires, ces a fournitures », pour leur donner le nom technique, immédiatement le son fondamental reparaîtra seul. Chantez au-dessus d'un clavier dont les cordes peuvent vibrer librement : l'onde sonore vous semble aussi pure qu'il est possible de l'imaginer^ cependant elle ne met pas seulement en jeu une corde unique et vous voyez s'ébranler, avec celle qui répond à la note donnée, quatre, cinq ou six cordes qui résonnent à l'unisson des harmoniques de ce ton fondamental et semblent nous en représenter la figuration matérielle.

De même que nous venons de procéder par voie syn-

IhéMque, parlanl du son fondamenlal pour obtenir le limbre qui vient le colorer, le masquer dans tel ou tel instrument, de iD£me nous pouvons suivre une métliode inverse, et, nous adressant à un son complexe, tenter Je l'analyser, d'étouffer les harmoniques qu'il renferme et d'amener ainsi sa note fondamentale à éclater seule, dégagée de tous ses parasites.C'egtici qu'il convient d'emprunter àM.Uelmhottf ses élégants procédés: qu'on imagine des globes sonores accordés respectivement àronisson des différentes notes, incapables de vibrer BOUS l'inlluence de toutaalre son, et disposés denuaiëreà pouvoir s'adapter Eacilemcnl à notre o^aae auditif (lig. GO), il est évident que poiir toute personne armée d'ua semblable résonna- Im, le plus mélodieux

coDcerl, rorcliestriition la plus bruyante se résumeront toujours en une seule et même note : que l'ut soil <!onné par UOùte, le violon, le piano, toujours il présentera le même timbre et l'observateur ne pourra distinguer la source dont il émane. Voulons-nous au contraire annuler cette note et faire simplement apparaître les diverses harmoniques qui l'accompagnent ? aidons-nous de résonnateurs convena- •>'« ut nous percevrons par exemple, s'il s'agit du piano, I* 'ol de l'octave supérieure, ou le mi de la double octave. Kous n'éprouvons donc plus aucuu embarras à définir le timbre et pouvons proclamer avec M. HelmhoUz qu'il dépend

Flg. 60. — Réwnnatear d'BelmhoIti.

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uniquement du nombre, du rang et de l'intensité des harmoniques associées au ton fondamental.

Sensations auditives coiitPOSÉEs. — Les sensations aoditi* Tes ne sont pas toujours simples comme nous l'avons supposé jusqu'ici, elles peuvent être composées, c*est-à-dira simultanées ou successives.

Les sensations simultanées présentent une haute importance; c'est sur leur production qu'est basée la musique harmonique. II suffit d'écouler un orchestre pour juger du nombre des sensations auditives capables de coexister simultanément sans se mélanger : faire entendre deux notes, c'est en réalité mettre aux prises deux chœurs puisqu'on évoque du même coup toutes les harmoniques, tous les parasites qui les accompagneront ^ ; que sera-ce donc quand on cherchera à marieri dans une même instrumentation, les divers jeux de Torgue, les éclats de la trompette ou les fréinissements du hautbois ? Il faudra asservir à des règles immuables ce concert qui, tantôt agréable, tantôt insupportable, blesserait rapidement la délicate sensibilité de notre organe auditif. Toute intermittence Tatigue et irrite les nerfs : il faudra donc éviter ces « battements », ces alternances qui naissent lorsque deux sons comptent des nombres de vibrations voisins l'un de l'autre ; au contraire, on devra rechercher les a consonnances », dont a l'accord » représente la forme agréable ; l'analyse et l'application de ces principes constituent une véritable science dont Honle- Terde et Palestrina jetèrent les premières bases, dont Rameau formula les grandes lois, récemment et pleinement sanctionnées par les belles recherches de M. Helmhoitz. * Voy. LaugeU ^c cit.

leçon.] INFLUENCE DU MILIEU. 297

Auprès des sensations simultanées, il convient de placer les sensations successives ; ces deux formes témoignent en eflétd'imeintime parenté et peuvent aisément se confondre ^ . A leur histoire se rattache l'étude de la durée de la sensation : on sait que celle-ci se prolonge au delà du temps qui répond irunpression et Ton peut soupçonner qu'ici réside un nouvel âément, trop négligé dans l'étude des sensations composées.

CiUSIS ADJUVANTES ET ALTÉRANTES. — Lcs CdUSeS Capables

d'afiàiblirou d'altérer la finesse de la sensibilité auditive ne présentent rien de particulier : l'influence de l'habitude, de lafatigue, de l'âge, etc., est trop connue pour qu'il soit nécessaire d'y insister. Parmi les causes adjuvantes, les unes résident dans le sujet, tel est l'exercice qui donne à l'organe une délicatesse et une précision dont tous les musiciens pravent apprécier lu valeur; les autres lui sont extérieures et présentent des variations trop nombreuses pour pouvoir être étudiées ici ; cependant il convient de mentionner le degré d'élasticité du corps sonore et la densité du milieu transmetteur. Cette dernière influence mérite même une attention spéciale y car elle se rattache intimement aux divers modes de fonctionnement de l'organe auditif et détermine les traits essentiels de sa constitution, ainsi que nous Wons bientôt roccasion de l'observer.

La physique nous apprend que le son se propage d'autant plos rapidement que le milieu qu'il traverse est plus dense ; ^ vitesse de transmission sera donc plus considérable dans '^ corps solides que dans les liquides et dans ceux-ci que dans les gaz. Les expériences qui démontrent ces lois sont

'Une darée égale à 1/132 de seconde suffit à la perception audi- ^ve d'ane excitation.

298 SENS DE L'OUIE. ^ [Diz-sepUème

tellement classiques, si bien connues de tous, qu'il suffit de rappeler leurs résultats essentiels.

La détermination expérimentale de la vitesse de propagation du son dans les corps solides a été tentée vers 1816 par Biot^ et réalisée trente ans plus tard par M. Werlheim dans une série de recherches entreprises avec la collaboration de M. Chevandier', puis de M. Bréguet' : dans un tuyau de fonte, h la température de 15% le son se propage avec une vitesse de 3,659 mètres par seconde.

Nous savons, depuis les recherches de Sturm et Colladoni que dans Teau cette même valeur est égale à 1 ,345 mètres par seconde à la température de 8**. *.

Mersenne et Gassendi, les académiciens del Cimento, se sont successivement efforcés d'établir la vitesse du son dans Tair ; mais leur méthode, rimperfeclion des instrument dont ils pouvaient disposer, expliquent Tinexactitude de leurs résultats. Des expériences analogues furent instituées en 1738 par une commission deTAcadémie des sciences qui chercha, par les procédés les plus ingénieux, à atténuer les principales causes d*erreur^. Malheureusement les corrections thermométriques et hygrométriques furent trop négligées, si bien que malgré les tentatives qui se muliiplièrent du-

^ Biot, Traité de physique expérimentale et mathématique ^ t. II, p. 26. 1816.

' Werlheim et Ghevandier, in Annales de physique et de cAlmte, 3« série, t. XIX, p. 129, 1847.

* Werlheim et Bréguet, in Comptes rendus des séances de rAca^ demie des sciences, t. XXXII, p. 293, 1851.

Voy. aussi Verdet, CEuvres complètes^ t. III, p. 86> 1863, et Gavarret, loc. ct(., p. 509-514.

* Sturm et Golladon, in Annales de chimie et de physique, 2* série, t. XXXVI, p. 236, 1827. — Gavarret, hc. cU., p. 511-522.

* « Le vent, en entraînant la masse d'air dans laquelle les vibra-

ileçon. INFLUENCE DU MILIEU. 299

faot les années suivantes et sur divers points du globe^, il faut arriver à 1822 pour obtenir une solution réellement scientifique de la question. A cette époque, et sur la demande de Laplace» le Bureau des longitudes entreprit, entre Yillejuif etMontlhéry, une série d'observations demeurées justement célèbres et qui permirent de fixer à 330",8 par seconde la vitesse du son dans Tair tranquille, à 0""; ce chiffre peut être considéré comme sensiblement exact, puisque dans ses patientes recherches, qui durèrent de 1862 à 1866 et furent exécutées avec la plus minutieuse précision', M. Regnault trouva comme valeur de la vitesse moyenne SSO"",?. La différence serait donc d'un décimètre à peine : au point de vue physiologique, elle n'offre aucune importance; retenons seulement les nombres qui expriment la vitesse de propagation dason dans les divers milieux; nous allons bientôt avoir à en faire Tapplicalion à Tétude des organes auditifs.

lions sonores sont transmises, doit exercer sar leur vitesse de propagation une influence qui dépend de sa direction.

« Pour se mettre à Tabri de cette dernière cause d*erreur, les académiciens de Paris eurent recours à la méthode des coups réciproques; au môme moment, ou du moin? à des intervalles trè< Approchés, on tirait un coup de canon dans deux stations, et Ton comptait, dans chacune d'elles, le temps que le bruit de la station opposée mettait à arriver. L'influence du vent sur les deux transmissions se traduisait nécessairement par des effets inverses ; la ^Doyenne des résultais représentait la vitesse de son dans une oosphère parfaitement tranquille. Ces observations furent nata- <v}lement faites la nuit. > Gavarref, loc. cit,, p. 29.)

' Lacaiile et Gassini à Aigues-Mortes (1739) ; La Gondamine à ^yenne (1744); Kœstner à Gœttingue (1778); Ëspinoza à Santiago f'794).

* Voy. Mémoires de l'Académie des scknceSy t. XXXVII, p. 1, i868.

^•^ expériences furent faites au polygone de Satory : non seu-

^^^ent on appliqua la méthode des coups réciproques, mais l'in-

'^nt du coup de feu et l'arrivée du son étaient inscrits par des

appareils enregistreurs, etc.