ACOUSTIQUE

3i3. L'acoustique est la partie de la physique qui s'occupe spécialement du son.

Le son est produit par les vibrations des corps élastiques. Les molécules d'air contiguës aux différents points de ces corps, prennent des mouvements semblables à ceux de ces points : elles vont et reviennent avec eux. Chaque molécule communique le mouvement à celle qui est derrière , celle-ci à une troisième, et ainsi de suite. La production et la transmission du son dépendent donc de l'élasticité des corps 3 et comme tous sont plus ou moins élastiques, tous sont aussi plus ou moins capables de produire ou de transmettre les vibrations sonores.

3î4« D'après ce qui vient d'être dit sur le mode de propagation du son , il est facile de prévoir que le son ne doit pas se faire entendre au même instant pour des observateurs placés à des distances essentiellement différentes. Cela s'observe, en effet, dans l'explosion d'une arme à feu ou de la foudre. La lumière devance le coup d'un laps de temps d'autant plus grand que l'observateur est plus éloigné du

corps qui a produit le choc. A une époque à laquelle on n'avait recours, pour toute explication d'un phénomène, qu'à] l'existence supposée d'un fluide particulier , on a pu se demander quelle était la substance qui propageait si rapidement le son. Aujourd'hui la question est résolue par l'expérience suivante :

Un mouvement d'horlogerie , placé sur la platine de la machine pneumatique et supporté par un coussinet, ne laisse entendre aucun bruit si l'on fait le vide dans le récipient qui le recouvre ; mais le son augmente d'intensité avec la quantité d'air que l'on fait rentrer sous la cloche.

Il est donc évident que c'est par l'intermédiaire de l'air que le son se propage. Mais les g-az., l'eau et les corps solides sont encore de bons propagateurs du son. L'expérience de la cloche s'applique à ces trois circonstances ; car si l'on agite une sonnette dans un gaz ou dans l'eau, le son se fera toujours entendre ; et dans tous les cas, la matière de la cloche n'est point un obstacle à la transmission du son.

3i5. Etudions maintenant le mode de transmission des sons.

Tous les corps accomplissent des oscillations sous l'influence du mouvement qui produit le son. En vertu de leur élasticité, ceux qui, durant cette influence, donnent naissance à des excursions rapides de leur substance, sont les plus sonores , et engendrent ce qu'on appelle .en acoustique des 'vibralions.

Supposons maintenant qu'une lame élastique , placée au milieu d'un cylindre et perpendiculairement à son axe, soit mise en vibration, et ralentissons par la pensée ses excursions, afin de la mieux étudier ; voici ce qui se passera : l'oscillation partant de gauche à droite, devrait pousser au dehors du cy-

Ier EX. 11

lindre une couche d'air égale au diamètre de son amplitude , si cet air était un corp; solide parfaitement dur; mais il est au contraire très fluide et très compressible , et comme ce mouvement ne peut s'exercer instantanément sur toutesles parties.de l'air, il en résultera la compression de la couche continue à la lame vibrante. Si l'oscillation de cette lame persistait ou augmentait , il est évident cpLe le mouvement ne tarderait pas à gagner de proche en proche toute la portion d'air renfermée dans le cylindre , pour s'étendre même au-deîà. Mais il n'en est point ainsi : la lame vibrante redescend à son point normal, pour recommencer de droite à gauche le même phénomène; alors il se produit un vide clans lequel la première couche d'air comprimée vient commencer avec elle une vibration inverse à la première ; tandis qu'à la partie antérieure de la lame une première couche se trouve à son tour comprimée. Le corps continue ainsi à se mouvoir à gauche et à droite } mais comme à chaque va et vient, il a imprimé son mouvement oscillatoire à une couche d'air antérieure et postérieure, on conçoit aisément que la lame s'étant identifiée avec cette couche, après la première unité de temps, agitera de nouvelles molécules d'air, jusqu'à ce que Tes vibrations de la lame cessent. C'est ainsi, en effet, que le son se propage. On a donc appelé onde sonore l'ensemble des ondulations communiquées aux couches dJ air; et longueur dJ une ondulation , V étendue de l'excursion de chaque couche.

3i6. L'expérience de la cloche placée dans le récipient de la machine pneumatique montre que le son décroît d' intensité en raison directe de la raréfaction de V air. Dès lors. les bruits dont la terre retentit doivent expirer sur les limites de l'atmosphère.

PHYSIQUE, 25'3t.

317. Tous les sons, quel que soit" leur ton , leur timbre ou leur intensité, se propagent dans l'air avec la même vitesse; et cette vitesse est égale à 34om par seconde à la température de 160.

Quant a la force du son , les observations ont montré qu'elle croît dans un air plus dense et qu'elle diminue dans un air plus rare. Elle décroît aussi avec l'éloignement , et cela vraisemblablement en raison inverse du carré de la distance.

Lorsque le son se propage dans une masse d'air limitée , comme dans un long tuyau cylindrique , il parvient à de très grandes distances , sans perdre de son intensité , si ce n'est la diminution bien faible occasionée par le frottement des particules d'air contre les parois. Ainsi M. Biot a observé qu'en se plaçant à l'extrémité d'un aqueduc de q5i 1/4 mètres de longueur, on entendait très distinctement la voix la plus faible d'une autre personne parlant à l'autre bout; tandis que dans un espace indéfini , cette intensité décroissait à cause de l'augmentation non interrompue de la surface d'ébranlement.

3 18. Le son se réfléchit à la manière de la chaleur et de la lumière, en faisant un angle d'incidence égal à celui de réflexion^ et la vitesse de réflexion est égale à celle de propagation directe : son intensité est la même que celle d'une onde sonore qui aurait une longueur double de l'onde réfléchie. Dans le cas de réflexion confuse ., le son n'est qu'une résonnance ; c'est au contraire un écho , lorsqu'il est reproduit distinctement; enfin ces échos sont mono ou polysyllabiques , selon qu'ils rendent nettement une ou plusieurs syllabes.

On cite en Angleterre l'écho du parc de Woodstock qui répète vingt svllabes pendant la liuît, et dix-sept pendant le jour. On cite aussi le cha-

teau de Simonetta 7 en Italie , qui répèle quarante fois un son.

3 19. On divise en deux espèces le son : i° le bruit, on choc instantané des molécules del'air; c2°\esonmusical , ou la série de vibrations isochrones de cet air.

Le son musical peut être étudié sous trois points de vue : l' intensité 7 qui dépend de l'amplitude des vibrations 5 le ton qui dépend de leur nombre, et le timbre , qualité que donne chaque instrument à la même note.

Le son est cV autant plus aigu que, dans un temps donne' y le nombre des vibrations est plus grand, et la longueur de l'ondulation est d'autant plus grande que le son est plus grave. Ainsi le son le plus grave que nous puissions entendre a une longueur d'onde de trente-deux pieds , et le son musical le plus aigu n'a qurune longueur d'onde d'environ neuf lignes -y le premier résulte de trente-deux vibrations , et le second d'environ seize mille vibrations par seconde. Les limites extrêmes de la voix des hommes sont cent quatrevingt-douze et six cent trente-trois vibrations par seconde, et celle des femmes de cinq cent soixanteseize et mille six cent vingt.

320. La série des sons, depuis le plus grave jusqu'au plus aigu, en renferme une infinité -mais, si en partant du plus grave, on consulte l'oreille, on formera une suite de tons tels, que le premier étant rendu en même temps que le huitième , ces deux sons se confondront , de manière que l'oreille n'en distinguera qu'un seul ; il en sera de même du deuxième et du neuvième, et ainsi de suite. Il résulte de là que la série de ces sons forme une suite de périodes de sept sons ; périodes qui ne sont pas identiques , puisque chacune est plus aiguë que îa précédente, mais qui, lorsqu'elles sont simul-

PHYSIQUE. aS^

tanées, jouissent de la propriété de se confondre comme si elles étaient identiques. Chaque période porte le nom d'octave, et les sons ou notes qui la composent et que l'on appelle une gamme, ont reçu les noms suivants : ut, ré , mi^fa, sol, la, si.

Les sons co-existants qui flattent l'oreille , ont reçu le nom d'act?or^;ceuxquine produisent qu'une sensation pénible , portent le nom de discordants. L'accord le plus agréable à l'oreille est l'octave; après , viennent les accords de tierce et de quinte qui résultent de la résonnance simultanée d'un son avec la troisième ou la cinquième en dessus ou en dessous de l'échelle harmonique.

Les sons qui produisent les accords les plus parfaits ou l'octave, sont toujours produits par des vibrations dont le nombre est dans le rapport de 1 à 2; dans l'accord de tierce , le nombre des vibrations d'où résultent les deux notes , sont dans le rapport de 2 à 3 , et dans l'accord de quinte , dans le rapport de 4 à 5.

Voici le tableau du nombre de vibrations dans un temps donné pour chaque son de la gamme.

Ut 1

Sol 3/2

La 5/3

Si i5/8

Ut 2

Ré. 9/8

Mi 5/4

Fa 4/3

Quand on vient à pincer une corde tendue sur un instrument, deux phénomènes peuvent être observés : i° le son monte et devient plus aigu , à mesure que l'on raccourcit la corde ou qu'on la tend davantage -, 20 le nombre des vibrations augmente en même temps très sensiblement. Voici maintenant les lois qui constatent la dépendance existant entre le ton d'une corde , sa longueur, sa tension et la rapidité des vibrations.

!à58 PHYSIQUE.

i° Les nombres de vibrations d'une corde sont e?i raison inverse de sa longueur;

2° Les nombres de vibrations d'une corde sont proportionnels aux racines carrées des poids qui la tendent;

3° Les nombres des vibrations des cordes de même matière sont en raison inverse de leur épaisseur ou de leur diamètre ;

4° Les nombres de vibrations des cordes de matières différentes sont en raison inverse des racines carrées de leurs densités.

32 1. En faisant vibrer une corde tendue, on remarque des vibrations transversales et des vibrations longitudinales. On aperçoit facilement les vibrations transversales et les nœuds ainsi que les ventres qu'elles forment. Les nœuds sont les deux points immobiles de la corde, et le ventre est l'espace renfermé entre les courbes qu'elle décrit dans ses oscillations. Les vibrations longitudinales ne sont point sensibles à l'œil.

Une chose digne de remarque, c'est que, dans une corde que l'on fait vibrer, il s'établit des nœuds fictifs de vibration , de telle sorte qu'une oreille exercée entend bien la tierce., la quinte, Yoctave et même la double octave du son produit par la corde entière. Si l'on place sur la longueur de cette corde tendue horizontalement , de petits chevalets de papier blanc sur les nœuds de vibration , et des chevalets de papier coloré à l'endroit des ventres de vibration de chaque intervalle défini par les premiers chevalets , et que l'on vienne à faire légèrement vibrer la corde avec un archet , tous les chevalets colorés sont lancés au loin, tandis que les autres resteront en ■ place.