PRINCIPES d'acoustique

1° De la vibration sonore.

Tous les corps, quel que soit leur état, solide, liquide ou gazeux, sont susceptibles de vibrer, pourvu qu'ils soient élastiques, et de déterminer par leurs vibrations des sensations auditives. Ces vibrations consistent en des mouvements de va-et-vient, en des oscillations des molécules du corps sonore autour de leur position d'équilibre, mouvements de va-et-vient qui se transmettent de proche en proche aux molécules voisines. Il y a donc deux choses bien distinctes dans ce phénomène: le mouvement de va-et-vient des molécules et la propagation de ce mouvement.

Le mouvement de va-et-vient des molécules constitue ce qu'on appelle une vibratio7i ou une oscillation. Les vibrations sont longitudinales ou transversales; longitudinales, quand le mouvement de va-etvient des molécules se fait dans la même direction que la propagation de la vibration (ex. : dans l'air); transversales, quand ce mouvement est perpendiculaire à cette direction (ex, : une corde qu'on écarte avec le doigt de sa position d'équilibre).

Dans la propagation des vibrations, soit longitudinales, soit transversales, chaque point du milieu parcouru par le mouvement vibratoire passe successivement par les mêmes phases. On appelle ondulation cette progression dû mouvement vibratoire qu'il ne faut pas confondre avec la vibration des molécules, et on donne le nom de longueur d'onde à la distance qui sépare deux points du corps vibrant qui se trouvent, au même instant, à la même phase du mouvement vibratoire. Cette longueur d'onde est constante pour un nombre donné de vibrations par seconde dans le même milieu ; elle est proportionnelle à la durée de la vibration et en raison inverse de la vitesse. Dans les vibrations longitudinales, chaque ondulation se compose d'une demionde condensée et d'une demi-onde dilatée; dans les vibrations transversales, l'ondulation se compose de deux demi-ondes, dans chacune desquelles toutes les molécules vibrantes se trouvent d'un seul côté de leur position d'équilibre. Pour avoir la longueur d'onde, il suffît de diviser la vitesse de propagation des vibrations sonores (vitesse du

son), constante pour chaque milieu, par le nombre des vibrations par

seconde : l = —.

Les vibrations sonores peuvent être régulières et périodiques, c'està-dire que le mouvement des molécules se reproduit exactement dans des périodes de temps rigoureusement égales. C'est à ce genre de vibrations que correspond la sensation de son musical. Quand les vibrations sont irrégulières et non périodiques, ou, quoique régulières et périodiques, se mélangent irrégulièrement, nous avons la sensation d'un bruit. Il en est de môme quand elles se réduisent à des chocs instantanés.

On peut représenter graphiquement et d'une manière très-simple les vibrations sonores. Soit ^fig. 105 AX, la durée d'une vibration trans-

Fig. lUo. — Vibration pendulaire.

versale, la courbe ABC représentera les positions successives occupées par un point vibrant dans la première moitié de l'ondulation iphase positive); GDN, les positions occupées pendant la deuxième moitié de l'ondulation (phase négative i. On peut aussi considérer AN comme représentant la longueur d'onde ; la courbe ABC représentera, dans ce cas, les positions simultanées de chacun des points du corps vibrant dans la phase positive; GETN, dans la phase négative. On a dans ce cas la/orwe même du mouvement vibratoire. La même ligure peut servir pour les vibrations longitudinales. AN représente la durée de la vibration, ABC Tonde condensée, CDN l'onde dilatée; les hauteurs PB, ED, rcprésenlent les vitesses des molécules dans la fraction correspondante de la durée de la vibration, autrement dit, le degré de condensation et de dilatation des molécules, et les courbes ABC, CDN représentent les différents états d'une molécule vibrante. Si AN représente au contraire la longueur d'onde, la courbe représentera alors l'état des molécules dans toute l'étendue de l'ondulation.

Dans beaucoup de cas, ces vibrations sonores peuvent être enregistrées directement à l'aide d'appareils particuliers dont la description se trouve dans les traités de physique \mcthode de Duhamel, phonautographe, méthode optique de Lissajous, etc.).

Les vibrations périodiques peuvent être simples ou composées.

1° Vibrations simples. — Appelées qhcoïq, Yi\)x^[\ons pendulaires, parce que le mouvement de va-et-vient des molécules vibrantes suit la même loi que le mouvement du pendule; elles ne difFèrent entre elles que par l'amplitude et la durée.

On appelle amplitude d'une vibration Técartement plus ou moins considérable des molécules vibrantes de leur position d'équilibre, ou encore l'espace compris entre les deux positions extrêmes des molécules vibrantes. L'amplitude détermine Vintensité àM son.

La durée de la vibration est le temps employé par les molécules oscillantes, pour leur mouvement de va-et-vient. Cette durée est constante pour une vibration pendulaire donnée, quelle que soit son amplitude. Plus cette durée est petite, plus la molécule vibrante accomplit d'oscillations dans l'unité de temps; aussi remplace-t-on souvent cette notion de durée par celle du nombre de vibrations par seconde; ce nombre est en raison inverse de la durée de la vibration. Pour avoir la durée de la vibration, il suffit de diviser l'unité de temps, la seconde,

par le nombre de vibrations: d = —. k la durée, correspond la sensa-

tion de hauteur du son.

La forme de la vibration pendulaire est constante et invariable. Mathématiquement, elle a pour caractère que la distance du point vibrant à sa position première est égale au sinus d'un arc proportionnel au temps id'où le nom de vibration sinusoïdale). Pour obtenir la représentation graphique d'une vibration pendulaire, il suffit d'adapter à une des branches d'un diapason un stylet qui trace les mouvements de vaet-vient de cette branche, sur un cylindre enregistreur. La figure 105 représente une vibration pendulaire.

2° Vibrations composées. — Les vibrations composées sont formées par la réunion de vibrations simples, pendulaires. Tandis que celles-ci ne présentent que des difïérences d'amplitude et de durée, et ont toujours la même forme, les vibrations composées peuvent présenter une infinité de formes différentes.

Pour trouver la forme de vibration composée correspondant à deux ou à plusieurs vibrations simples, il sufTit de tracer les courbes de ces vibrations simples, et de faire leur somme algébrique; la courbe résultante représentera la vibration composée.

Des vibrations simples, de durée égale ou non, peuvent encore produire des vibrations composées plus complexes si Ton introduit entre les deux vibrations simples une différence de phase, c'est-à-dire si l'on fait commencer la seconde vibration un intervalle de temps ('/j, '/s, \'i, etc., de l'unité de temps» après la première.

Dans cette composition des vibrations simples, il peut y avoir des phénomènes .d'interférence; si à une onde dilatée correspond une onde

condensée, elles s'annulent réciproquement (\oiv fi g. 106). Quand, au contraire, comme dans la figure 107, les ondes condensées et les ondes

Fig. lOG. — Interférence de deux ondes sonores.

dilatées se correspondent respectivement, la vibration composée, a la forme de la courbe 3.

Quand deux vibrations simples, de durée inégale, mais îrès-voisine, coexistent, il arrive des moments dans la série des mouvements vibra-

Ftg 107. — Correspondance de deux ondes sonores.

toires, oîi les vibrations s'ajoutent et d'autres au contraire où elles interfèrent et s'annulent. Alors intervient le phénomène des battemeiits qui sera étudié à propos des sensations auditives.

Les vibrations simples sont très-rares dans la nature. La plupart des vibrations sont des vibrations composées, comme dans la plupart des instruments.

Dans une vibration composée, il est rare que toutes les vibrations pendulaires aient la même intensité. En général, Tune d'elles domine : c'est ce qu'on appelle le son fondamental ; les autres, qui produisent les sons à'ds partiels, sont habituellement beaucoup plus faibles.

Ces vibrations partielles ont, en général, une durée moindre que la vibration fondamentale, autrement dit la hauteur des sons correspondants est plus considérable. Dacs les instruments musicaux, dans la

voix Lumaine, les nombres des vibrations des sons partiels sont en rapport simple avec le nombre de vibrations du son fondamental. Ces rapports sont comme la série des nombres entiers, 1, 2, 3, 4, etc.; ainsi pendant que le son fondamental fait une vibration, le premier son partiel en fait deux, le deuxième trois, et ainsi de suite. Ces sons partiels ont reçu pour ce motif le nom (Y harmoniques. Le timbre d'un son dépend du nombre et de l'intensité de ses harmoniques. Il peut arriver que les sons partiels ne soient pas en rapport simple avec les nombres de vibrations du son fondamental, ne soient pas harmoniques du son fondamental lex. : tiges droites élastiques, plaques, membranes).

Sons résultants. — Lorsque deux sons, de hauteur différente, sont émis simultanément; il se produit de nouveaux sons, appelés sons résultants. Ils sont de deux espèces ; les uns, sons différentiels, plus intenses, ont un nombre de vibrations égal à la différence du nombre de vibrations des deux sons primitifs ; ainsi, si les deux sons primitifs font 400 et 300 vibrations par seconde, le son différentiel en fera 100; les autres, sons additionnels, très-faibles, ont un nombre de vibrations égal à la somme des nombres de vibrations des deux sons primitifs, 700 dans le cas précédent. Les harmoniques peuvent produire des sons résultants aussi bien que les sons fondamentaux.

2° Propagation des vibrations sonores.

Les vibrations des corps sonores se transmettent aux milieux ambiants, air, liquides, solides, immédiatement en contact avec le corps vibrant, et se propagent ensuite dans ces milieux. Ces vibrations transmises conservent la même vitesse et la même durée que les vibrations primitives; le nombre de vibrations par seconde reste le même; la hauteur du son ne change pas, mais il n'en est plus de même des autres conditions; l'amplitude des vibrations varie ; elle diminue dans le passage d'un milieu moins dense à un milieu plus dense; elle augmente dans le cas contraire. En outre, dans cette transmission du mouvement vibratoire d'un corps à un autre, le mode même du mouvement peut varier; c'est ainsi que les vibrations transversales des cordes se transmettent à l'air en donnant naissance à des vibrations longitudinales.

En passant d'un milieu dans un autre, toutes les ondes sonores ne sont pas réfractées; une partie est réfléchie d'après les lois générales de la réflexion, une partie suit celles de la diffraction, une partie enfin est absorbée en se transformant en une autre espèce de mouvement (chaleur?!.

Quand des vibrations sonores se transmettent à travers un corps, il peut se présenter deux cas : ou bien les vibrations se communiquent aux

molécules du corps sans le déplacer en masse, ou bien au contraire, soil par l'intensité des vibrations, soit par la faible masse du corps, celui-ci vibre dans sa totalité et exécute de véritables oscillations d'ensemble ; les vibrations sont moléculaires dans le premier cas, totales dans le second. Les deux espèces peuvent du reste coexister.

1° Propagation des vibrations soyiores daiis l'air. — Les vibrations de l'air sont toujours longitudinales. Elles se propagent dans ce milieu à raison de 333 mètres par seconde à 0^, 340 mètres à 15°; c'est ce qu'on appelle vitesse du son dans l'air.

Sons par influence. — La transmission des vibrations de l'air aux corps solides présente certaines circonstances importantes à connaître pour le mécanisme de la phonation et de l'audition. Je veux parler du phénomène appelé sons par influence, quoiqu'il n'y ait là qu'un cas particulier de transmission de vibrations. En général, les vibrations d'une masse d'air n'ont pas une force suffisante pour faire entrer en vibration un corps solide d'un certain volume; il y a pourtant à cela une exception. Les corps sonores, cordes, plaques, etc., ont ce qu'on appelle un son propre, c'est-à-dire que, mis en vibration, ils donnent toujours, suivant leur tension, leur masse, leur élasticité, un son d'une hauteur déterminée et correspondant à un nombre déterminé de vibrations; ils sont, suivant une expression musicale, accordés pour un son donné ; lorsque ce son résonne, c'est-à-dire quand la masse aérienne qui les entoure fait le nombre de vibrations qui correspond à ce son,

ils se mettent à vibrer à l'unisson. Si au contraire le nombre de vibrations de la masse aérienne ne Coïncide pas avec le nombre de vibrations du son propre du corps, celui-ci reste immobile. Eu construisant d'avance une série de globes, résonnateurs ifig. 108) accordés pour les différentes hauteurs de son, on obtient ainsi autant d'analyseurs du son; il suffit d'introduire l'extrémité d'un de ces

fia. 108. — Résonnatt'ur d'Uelmliollz. , , , ,, ...

' ^ globes dans 1 oreille pour ren-

forcer considérablement le son extérieur correspondant au son propre du résonnateur et celui-là seulement; on peut par ce moyen reconnaître immédiatement les sons partiels contenus dans un son composé, quelque faibles qu'ils soient, et avec une série de résonnajeurs convenablement choisis, analyser tous les sons composés.

Cette vibration des corps par influence peut encore se produire môme quand le son émis n'est pas exactement à la même hauteur que

584 PHYSIOLOGIE FOiNGTIO>\\ELLE.

le son propre du corps ; mais alors Tintensité de la vibration par influence se trouve beaucoup affaiblie.

2» Propagation des vibrations sonoi^es dans Veau. — La vitesse du son dans l'eau est de 1,435 mètres par seconde. La transmission des vibrations se fait très-bien dans les liquides; le plongeur entend trèsnettement les sons qui se produisent sur le rivage. Elle se fait même mieux par l'eau que par l'air ; aussi chez les animaux qui vivent dans l'air, l'appareil auditif subit-il des perfectionnements qui facilitent la transmission.

3° Propagation des vibrations sonores par les solides. — Ce mode de transmission est tout à fait exceptionnel, ce qui ne l'empêche cependant pas d'être plus parfait encore que les deux précédents, faites vibrer un diapason, et quand le son sera près de disparaître, placez la tige du diapason entre les dents, le son se renforcera subitement. L'usage du stéthoscope en auscultation repose sur ce mode de transmission par les solides. (Voir aussi : Physiologie de t audition.)

3^ Production des sons dans les instruments

musicaux.

1° Instruments à cordes. — Dans les instruments à cordes, le son serait très-faible si des corps, dits résonnants i corps solides élastiques, masses d'air enfermées, etc.), ne venaient renforcer le son primitif. La hauteur du son varie avec la longueur des cordes, avec leur tension, leur épaisseur et leur densité, d'après les lois suivantes :

Le nombre de vibrations est en raison inverse de la longueur des cordes; quand une corde vibre dans toute sa longueur, elle donne le son le plus grave qu'elle puisse donner, son fondamental ; quand on la partage en deux parties égales par un chevalet, chaque partie vibre séparément et donne l'octave du son fondamental, c'est-à-dire qu'elle fait un nombre double de vibrations.

Le nombre de vibrations est proportionnel à la racine carrée de la tension. Pour qu'une corde donne l'octave en conservant sa longueur, il faut que sa tension soit quatre fois plus considérable, qu'elle soit tendue par un poids quatre fois plus fort.

Le nombre de vibrations est en raison inverse du diamètre des cordes ; les cordes les plus épaisses donnent les sons les plus graves.

Enfin le nombre de vibrations est -en raison inverse de la racine carrée du poids spécifique des cordes; les cordes les plus lourdes ont des vibrations moins rapides.

2° Instruments à vent. — Dans les instruments à vent c'est l'air luimême qui est le corps sonore et les parois du tuyau qui contient la colonne d'air en vibration n'ont d'influence que sur la qualité ou le

rHO>'ATIO-\. 585

timbre du son. Deux conditions influencent surtout la hauteur du son dans les instruments à vent, les dimensions du tuyau et la force du courant d'air qui arrive sur l'etubouclnire ; les sons sont d'autant plus aigus que le tuyau est plus court et plus étroit; la hauteur du son augmente avec la force du courant d'air et l'augmentation de tension des molécules vibrantes.

3° Instrumeyits à miches. — On a longtemps discuté pour savoir si, dans les instruments à anche, le son était produit par les vibrations de l'anche ou par celles de l'air. La question semble aujourd'hui résolue par les expériences d'Helmhollz; il a constaté, à l'aide du microscope à vibrations l'i, que les anches exécutent des vibrations simples tout à fait régulières et ne peuvent par conséquent par elles-mêmes produire que des sons simples; les sons complexes de ces instruments sont donc dus forcément aux vibrations de l'air; l'anche ne fait que régler la sortie du courant d'air, le diamètre de l'embouchure (qui devient alternativement plus grande et plus petite) et par conséquent la périodicité du son.

Les anches se divisent en anches rigides et anches membraneuses. Il ne sera ici question que de ces dernières.

Le type le plus simple d'anche membraneuse est constitué par une membrane percée d'une fente et tendue à l'cxtréniité d'un tube par lequel on soulTle. Les lois des vibrations des anches membraneuses simples ont surtout été étudiées par J. Millier. Les nombres de vibrations hauteur du son» suivent les mêmes lois que pour les instruments à cordes ; l'étroitesse de la fente n'a pas d'influence sur la hauteur du son, mais les sons se produisent avec d'autant plus de facilité que la fente est plus étroite. Eu outre, la force du courant d'air augmente la hauteur du son.

Les lois ne sont plus les mêmes dans les anches dites composées, c'est-à-dire dans lesquelles l'anche est surmontée d'un tuyau additionnel ou corps, comme dans les instruments de musique. Dans ce cas, la hauteur du son est influencée par la longueur du corps; le son devient de plus en plus bas à mesure que le corps s'allonge, mais il ne tombe jamais à l'octave comme pour les anches rigides; puis pour une longueur déterminée, le son revient au son fondamental de l'anche, enfin un allongement nouveau du corps le fait baisser de nouveau et ainsi de suite.

2, rEODUCTION DU SOX DANS LE LAUYXX.

Procédés. — 1° larynx de cadavres. — Ferrein et surtout J. Millier, puis Harless, Rinue, etc., ont étudié la formation de la voix sur des

(') Le microscope à vibrations est un instrument dont le principe a été' découvert par Lissajous et qui permet d'observer facilement la courbe décrite par un pomt isolé d'un corps vibrant. (Voir les Traités de physique.)

rHVSIOLOGIE FO.\CTIO.\.\ELLE.

larynx de cadavres. J. .Millier fixait le larynx et Imsertion postérieure des cordes vocales en implantant une forte aiguille à travers les cartiâges aryténoïdes et attachant cette aiguiile à une planchette verticaleles différents degrés de largeur de la fente glottique étaient obtenus par le rapprochement des cartilages aryténoïdes, les différents degrés de tension par des poids tirant sur la paroi antérieure du cartila-e tliyroide; une soufflerie était adaptée à la trachée et un manomètre indiquait a chaque instant la pression du courant d'air. J, MuUer a fait ' de cette façon un très-grand nombre d'expériences.

2° Larynx artificiels. ~~ Les mêmes recherches peuvent être faites avec des larynx artificiels, imitant plus ou moins heureusement le larynx humam. Les cordes vocales sont remplacées par des membranes élastiques . caoutchouc, membranes artérielles, etc.), et leur disposition varie tellement suivant les expérimentateurs qu'il est impossible d'entrer dans une description détaillée de ces divers appareils

3° Observation directe sur les animaux, vivisections. ~ On peut chez les animaux, comme l'ont fait Longer, Segond. etc., après avoir Hicise la membrane thyro-hyoïdienne, saisir l'épiglotte avec une érigue et ramener le larynx en avant de façon à mettre la -lotte en evjuence. * » v. vu

^'^Observation directe sur Vhomme, laryngoscopie. - Le chanteur l^aicia en 18o4) fut le premier qui observa directement la glotte sur Je M vaut. 11 introduisit dans l'arriére-bouche un petit miroir métallique préalablement chauffé pour éviter la condensation de la vapeur d'eau • ]e miroir était incliné de façon à recevoir les rayons solaires et à les renvoyer sur le larynx et l'image renversée de la glotte allait se réfléclm dans 1 œil de I observateur. Le procédé imaginé par Garcia a été perfectionne par Czermak, Turck, Mandl, etc.. et le miroir larvn<rien ou laryngoscoj3e a rendu les plus grands services à la phvsiolo^ie^et à la niedecine. Les figures 97 et 98 page 5G7) représenteni la glotte et les parties supérieures du larynx telles qu'on \e^. voit dans l'inspiration ordinaire et profonde. pnctuuu

Le larynx ne peut être assimilé complètement à aucun de^ mstruments connus; mais il se rapproche beaucoup des instruments à anches. Les cordes vocales inférieures représenten't eaetlet des anches membraneuses, mais des anches qui offrent ce caractère particuUer de pouvoir varier à chaque instant de longueur, d'épaisseur, de largeur et de tension. Dans l'in^trument vocal humain, le porte-vent est constitué par la trachée et les bronches, le tuyau sonore par les cavités supérieure^ a la glotte, cavités du larynx, pharynx, fosses nasales el cavité i)uccale.

1° Conditions de la production de la voix.

Deux conditions sont essentielles pour la production de la voix; il faut d'abord que le courant d'air expiré présente une certaine pression, et en second lieu que les cordes vocales soient tendues.

1° Pression du courant d'air expiré. — Pour que l'air puisse faire entrer en vibration les cordes vocales, il faut que cet air au moment où il traverse la glotte, la traverse sous une pression, suffisante pour écarter les cordes vocales de leur position d'équilibre. Cette pression a pu être mesurée en adaptant un manomètre à la trachée ; Gagnard-Latour a trouvé (sur une femme) 160 millimètres d'eau pour les sons de moyenne hauteur, 200 pour les sons élevés. 9i5 pour les sons les plus élevés possibles. Pour que l'air de la trachée acquière cette pression indispensable à la production du son, il faut, d'une part, que la masse gazeuse des voies aériennes soit comprimée par l'action des muscles expirateurs et il faut, d'autre part, que cet air ainsi comprimé ne puisse s'échapper trop rapidement; de là la nécessité, dans la phonation, de donner à la glotte la forme d'une fente étroite qui fasse obstacle à la sortie de l'air expiré et permette à cet air de se maintenir à la pression nécessaire pendant la production des sons. Aussi voit-on une ouverture à la trachée abolir instantanément la voix en permettant l'issue facile de l'air expiré et en abaissant par conséquent sa pression au-dessous du minimum indispensable. Si la voix ne peut se produire à l'inspiration isauf dans quelques cas exceptionnels), c'est uniquement parce que la pression de l'air inspiré est trop faible pour faire vibrer les cordes vocales.

2° Tension des cordes vocales. — Pour que les cordes vocales puissent vibrer, il ne suffit pas que le courant d'air expiré ait une certaine pression, il faut encore que les cordes vocales soient tondues, et cette tension a lieu en longueur, en largeur et en épaisseur. La tension en longueur se fait par l'écartement de leurs deux points d'insertion antérieur et postérieur: la tension en largeur par leur rapprochement de la ligne médiane et le rétrécissement de la glotte; leur tension en épaisseur par la contraction du faisceau interne du thyro-arytéuoïdien; la corde

vocale forme ainsi un ensemble élastique susceptible de vibrer. En outre, la force ou la pression du courant d'air expiré augmente aussi la tension de la corde vocale.

La physiologie des muscles qui agissent sur les cordes vocales pour faire varier leur longueur, leur tension et les dimensions de

Fig. i 09 — Action des muscles du larynx. (Beaunis et Bouc-Lard.)

la glotte, est étudiée dans les traités d'anatomie, auxquels je renvoie. Je me contenterai de donner ici une figure schématique pour

Fig. iÛ9. — Les lignes ponctuées indiquent la position nouvelle prise par les cartilages et Jes cordes vocales inférieures par l'aclion du muscle; les flèches indiquent la direction moyenne dans laquelle s'exerce la traction des fibres musculaires.

^ A. Action du crico-thyroidien. — 1. Cartilage cricoïde. — 2. Cartilage arvténoïde. — o. Cartilage thyroïde. — 4. Corde vocale inférieure. — 5. Cartilage ihvroïde (nouvelle position).— 6. Corde vocale inférieure (id.).

B. Action de Varyténoidien postérieur. — 1. Coupe du cartilage tbvroïde.— 2. Cartilage arytenoide. — 3. Bord postérieur de la glotte. —4. Corde vocale. — o. Direction des fibres musculaires. — 6. Cartilage arytenoide (nouvelle position). — 7. Coide vocale (id.).

(.. action du crico-aryténoidim latéral. — Même signification des chiflTres.— S. Bord (fosténeur de la glotte (nouvelle position). — 9. Direction des fibres mu-culaires nouvelle position).

D. Action du crico-aryténoidien postérieur. — Même signification des chiffres.

rappeler au lecteur les notions les plus essentielles sur l'action de ces muscles.

Il est pourtant un de ces muscles qui, à cause de son importance, mérite une mention spéciale, c'est le thyro-aryténoïdien interne, contenu dans l'épaisseur même de la corde vocale. Ses fibres musculaires sont intimement rattachées par du tissu élastique à la face profonde de la muqueuse, de sorte qu'il ne peut y avoir, pendant la vie et à l'état normal, de vibration isolée du repli muqueux du bord libre de la corde vocale; le tout, muscle, tissu élastique et muqueuse, constitue au contraire un petit système vibrant, inséparable et solidaire, dont la tension est sous la dépendance immédiate de la contraction du muscle.

2^ Emission du son.

Quand on se dispose à émettre un son, la glotte se ferme, soit dans sa totalité [fig. 110), soit seulement dans sa partie ligamenteuse {fig. 1 1 1), ou se rétrécit simplement sans se fermer

>lZ>

Fig. .110. — Disposition préalable pour rémission d'un son. (Mandl.)

Fig. ill. — Occlusion de la partie ligamenteuse de la glotte. (Mandl.)

tout à fait {firj. 112, page 590). Il y a donc occlusion plus ou moins parfaite due au rapprochement des cartilages aryténoïdes ou de leurs apophyses vocales. En même temps les cordes vocales acquièrent le degré de longueur et de tension qui correspond au son qu'on veut émettre.

Le larynx ainsi disposé, l'émission du son se produit, les cordes vocales s'écartent brusquement l'une de l'autre et entrent en vi-

Fig. 110. — h, bourrelt t de l'épiglolte. — rs, corde vocale supérieure. — r», corde vocale inférieure. — ar, cartilage aryfénoidien.

Fig. 111. — b, bourrelet de l'éi'iglotte. — rs, corde vocale supérieure. — ri, corde vocale inférieure, — or, glotte interaryténoîdienne. — ar, cartilage arytéiioidien. — c, caililage cunéifoime. — rap, repli ary-épiglotlique. — «r, repli interarjténoîdien.

PHYSIOLOGIE FONGTIO>\\ELLE.

bration sous l'influence du courant dair expiré, chassé à travers la glotte.

Ces vibrations sont faciles à constater au laryngoscope et il est aisé de voir que toute l'épaisseur '

de la corde vocale participe à l'oscillation. Ces vibrations sont transversales ; la corde vocale est poussée en haut par le courant d'air, comme le serait une corde sous l'action d'un archet, puis quand son élasticité fait équilibre à la pression de l'air expiré, elle redescend en dépassant sa position d'équilibre, est repoussée de nouveau par l'air expiré et exécute ainsi une série de mouvements

de va-et-vient, de vibrations dont le nombre et l'amplitude

varient suivant des conditions qui seront étudiées plus loin

Jamais on n a observé de vibrations des cordes vocales supérieures'

Les vibrations des cordes vocales inférieures, par elles seules*

ue donneraient que de faibles sons; mais ces oscillations pro-'

duisent des chocs rapides et périodiques de l'air expiré à l'orifice

glottique etfont entrer en vibration Tair contenu dans le tuvau

sonore, cest-à-dire dans les cavités situées au-dessus de la glotte

Dans le larynx donc, comme dans les instruments à anches c'e^t

lair qui est le corps sonore, et les cordes vocales ne font que

régler la périodicité et les caractères du son

Fig. 112 Rétrécissement de la glotte.

(Mandl.) (Voir page 589.)

3° Caractères de l

a VOIX.

l Intensité. - L'intensité de la voix dépend uniquement de 1 amplitude des vibrations des cordes vocales, et par conséquent est sous la dépendance immédiate de la force du courant d'air expiré. L'intensité du son laryngien est renforcée par la résonnance des masses d'air contenues dans les cavités sus et sousglottiques et des parois de ces cavités. La trachée et les bronches

phf;v^u'o'.tar7„gél'"'- ;rre;'l^a'!^'énti;^^ "P'' Pl'"y"^°-Piê>ottique. - ,. gouttière inférieure. — ts, corde vocale supérieure.

-^__. „, ^„,„.,„gc i-unt-iiuiiije. — ar, carniage 0, glotte. — V, ventricule. — .li, corde vocale

spécialement agissent comme appareil résonnant: quand la poitrine est large et spacieuse, la voix est plus forte. Un sent du reste parfaitement, en appliquant la main sur les parois thoraciques pendant l'émission d'un son et surtout d'un son grave, les vibrations de ces parois.

2" Haulcur du 50/î. — La hauteur de la voix dépend du nombre de'^vibrations des cordes vocales et de l'air du tuyau sonore. Plus les vibrations sont rapides, plus le son est aigu. Les lois (lui régissent la hauteur du son pour le larynx sont les mêmes que pour les membranes élastiques et les anches membraneuses. Les conditions qui ont le plus d'influence sont: la longueur, la largeur et surtout la tension des cordes vocales. Les cordes vocales des larynx d'enfants, moins longues et moins larges, donnent aussi des sons plus aigus. Les cordes vocales sont moins tendues dans les sons graves, plus tendues dans les sons élevés.

La force du courant d'air peut faire hausser aussi la hauteur du son. J. MûUer a vu dans ses expériences qu'en forçant le courant d'air, il pouvait faire monter le son d'une quinte, la tension des cordes vocales restant la même.

La longueur du porte-vent ftrachée'i et du tuyau sonore (larynx, pharvnx. etc.) n'a aucune influence sur la hauteur du son. L'ascension du larynx qu'on observe- dans les sons aigus est donc un simple phénomène accessoire et sans importance essentielle dans la production du son. Cette ascension du larynx dans les sons aisus est-elle due à la pression seule de l'air, ou à l'action des muscles élévateurs de l'os hyoïde? Il est diflicile de décider la

question.

Le larynx humain peut donc émettre des sons de hauteur variable, mais seulement dans de certaines limites ; Y étendue de la voix ou la série de sons que peut parcourir la voix du grave à l'aigu, est en moyenne de deux octaves, et peut être portée à deux octaves et demie par l'exercice, et ce n'est que dans des cas exceptionnels que cette étendue atteint trois octaves et môme trois octaves et demie, comme chez le célèbre chanteur Farinelh. Dans la parole ordinaire, la voix ne parcourt guère qu'une demioctave.

L'étendue moyenne de deux octaves attribuée à la voix humaine peut, suivant les individus et les sexes, correspondre à des régions plus ou moins élevées de l'échelle musicale, et on a classé à ce point de vue les voix, en allant des plus basses aux

plus élevées, en voix de basse, baryton, ténor (homme) et de contralto, mezzo-soprano et soprano (femme). Le tableau suivant donne cette classification en regard de l'échelle musicale, en môme temps que le nombre des vibrations doubles pour chacun des sons :

Octave ( quarte de ', 1/2 pied. (

Octave

tierce de

1 pied.

Octave

seconde

de 2 pieds.

Petite octave de 4 pieds.

Grande octave de 8 pieds.

NOMBRE de vibraliuDS doubles.

Ut 10Ô6

Soprano.

Mezzo-soprano.

Contralto.

Ténor.

Baryton.

Basse.

Meîzosoprano.

roDlralto.

Ténor.

fiar^too.

Soprano.

Basse.

On voit par ce tableau que la voix humaine se meut dans une échelle de sons qui embrasse un peu plus de trois octaves et

(') Lg la du diapason officiel est en France de 435 vibrations.

PHONATIOX.

demie. Quelques voix exceptionnelles dépassent cette limite; Isilsson, dans la Flûte enchantée, atteint le fa de l'octave quarte, et Mozart parle d'une cantatrice, la Bastardella, qui donnait lut de l'octave quinte correspondant à 2,112 vibrations.

Habituellement, pour une voix donnée, l'émission des sons graves et des sons aigus ne se fait pas de la même façon, et la sensation produite sur l'oreille dans les deux cas est différente ; dans les sons graves, la voix est pleine, volumineuse et s'accompagne d'une résonnance des parois thoraciques, c'est la voix de poitrine^ ou registre inférieur ; dans les sons aigus, la voix est moins ample, plus perçante et la résonnance se fait surtout dans les parties supérieures du tuyau sonore, d'où le nom de voix de tête ou encore voix de fausset, ou registre supérieur. Les sons les plus graves ne peuvent être donnés qu'en voix de poitrine, les plus aigus qu'en voix de tète ; mais les sons intermédiaires {médium) peuvent être émis dans les deux registres, et les chanteurs habiles peuvent même passer graduellement et par transitions insensibles de la voix de poitrine à la voix de tête, ce qui donne alors à la voix des caractères particuliers qui lui ont quelquefois fait donner le nom de voix mixte.

La voix de poitrine et la voix de tête diffèrent non-seulement par le timbre et les caractères sensitifs, mais elles diffèrent encore par le mécanisme de la glotte.

Dans la voix de poitrine, la glotte interaryténo'ïdienne est ouverte et la glotte hgamenteuse représente une fente ellipsoïdale

Fig. 113. — Voix de poitrine; sons graves. Fig. 114. — Voix de poitrine; médiuaa.

(Maudl.) (Mandl.)

plus large dans les sons graves (fig. 1 13), un peu moins dans le médium [fig. 114) et très-étroite dans les sons aigus ifig. J 15).

Fig. 113. — b, bourrelet de l'épi^lolle. — or, oriûce glottique. — rs, corde vocale supérieure.— ri, corde voc&le inférieure. — rap, repli ary-épigkttique. — ar, cartilages aryténoides.

Fig. 114 et Mo. — oW, glol'e ligamenteuse. — orc, glotte interaryténoïdienne. Les autres lettres comme dans la figure 1 ['à.

BiîALMS, riiys.

PHYSIOLOGIE FO>'GTIONNELLE.

La constriction de la glotte, portée très-loin dans la voix de poitrine, là rend très-fatigante. Les vibrations de? cordes vocales et surtout de leur partie ligamenteuse sont très-visibles au laryngoscope, et s'accompagnent de vibrations marquées et très-sensibles à la main des parois thoraciques. Dans la voix de tête {fig. il G), la glotte interaryténoïdienne

Fig. 1 13. — Voix de poitrine; sons aigus. (Mandi.)

Fig. 1 16. — Voix de tète ; sons graves. (Mandl.)

est complètement fermée ; la glotte ligamenteuse, au contraire, est ouverte et. au lieu de former comme dans la voix de poitrine une fente linéaire, représente une ouverture assez large, qui laisse par conséquent une plus large issue au courant d'air expiré. Aussi, pour une même quantité d'air inspiré, les notes de fausset sont -elles tenues moins longtemps que les notes de poitrine (Garcia I. En outre, les cordes vocales supérieures s'appliquent sur les cordes vocales inférieures, qui ne peuvent plus vibrer que par leurs bords (J. Millier) et leur partie moyenne. La voix de fausset s'accompagne d'une résonnance dans les cavités pharyngée, nasale et buccale.

De nombreuses théories ont été faites pour expliquer le mécanisme de la voix de fausset. Le mécanisme décrit ci-dessus est à jieu près celui qui a été admis par Mandl. Segond, se basant sur des expériences pratiquées sur des chats, regardait la voix de fausset comme produite par les vibrations des cordes vocales supérieures. Pour Pétrequin, la glotte offrirait le contour d'un trou de flûte, et les cordes vocales ne vibreraient plus à la manière d'une anche, mais c'est l'air seul qui, comme dans la flûte, entrerait en vibration.

Fig. 116. — I, langue. — e, épiglotte. — pe, repli pbaryngo-épigloltique. — ae, repli aryépigloltique. — Is, cordes vocales supérieures. — ti, cordes vocal'-s inférieures. — g, gouttières pharyngo-laryngées. — ar, caitilages aryténoïdes. — c, carlilages cunéiformes. — o, glotte vocale, — r, repli interarytéuoïdien.

Le timbre de la voix de fausset diffère du reste beaucoup du timbre de la voix de poitrine.

3° Timbre de la voix. — Le timbre de la voix, comme celui du son, déj)end du nombre et de l'intensité des harmonique?. Le son laryngé est un son complexe, constitué par un son fondamental et un certain nombre d'harmoniques ; Helmholtz, au moyen de résonnateurs, a trouvé les six ou huit premiers harmoniques nettement perceptibles, seulement les harmoniques sont plus difficiles à distinguer dans la voix humaine que dans les autres instruments, probablement à cause de l'habitude. Mais le timbre propre du son laryngé est fortement modifié par la résonnance des cavités supérieures àla glotte, et principalement de la cavité buccale: certains harmoniques sont renforcés et les diverses positions de la bouche font varier la résonnance et, par suite, l'intensité de tels ou tels harmoniques, ce qui fait changer le timbre de la voix.

On distingue dans la voix deux espèces de timbres, le timbre clair (voix blanche} et le timbre sombre (voix sombrée). Les chanteurs et les physiologistes sont loin de s'accorder sur le mécanisme de ces deux espèces de voix; cependant on peut affirmer que ]es différences des deux timbres tiennent surtout au mode de résonnance diffèrent du tuyau sonore dans les deux cas.

Dans le timbre clair, le larynx est élevé, le tuyau sonore plus court, le porte-vent plus long, l'ouverture buccale largement ouverte, et la vocalisation est plus facile sur les voyelles e et i.

Dans le timbre sombre, le larynx est abaissé, le tuyau sonore plus long, le porte-vent plus court, l'ouverture buccale est rétrécie, et les premiers harmoniques du son laryngé fondamental sont renforcés, tandis que ce renforcement n'existe pas dans k' timbre clair: la vocalisation est plus facile sur les voyelles o, v, ou, la vocalisation sur la voyelle a peut se faire aussi bien dans les deux timbres.

V Tome du son. — Pour que le son puisse être tenu un certain temps, il faut que le courant d'air expiré ne trouve pas une issue trop facile à travers la glotte; sans cela, sa pression diminuerait trop vite et ne suffirait plus pour faire entrer les cordes vocales en vibration. De là la nécessité d'une fente glottique étroite et d'une sorte d'équilibre entre l'action des puissances expiratrices et des puissances inspiratrices pour régler le débit de l'air expiré, c'est ce que Mandl a appelé la lutte vocale.

Pour maintenir un son à une intensité déterminée, il faut que ia pression de l'air expiré reste égale tout le temps de l'émission du son, afin que l'amplitude des vibrations ne varie pas; mais comme la quantité d'air de la trachée et des bronches diminue au fur et à mesure de l'émission du son, les muscles expirateurs doivent augmenter leurs contractions pour compenser cette perle d'air et le maintenir à la même pression.

Pour maintenir un son à une hauteur déterminée, le mécanisme est différent; comme la pression diminue peu à peu dans l'air du porte-vent, la hauteur du son ne peut se soutenir que par une augmentation graduelle de tension des cordes vocales; on a vu en effet, plus haut, que la force du courant d'air avait de l'inlUience sur la hauteur du son.

La souplesse et ï agilité de la voix dépendent de la rapidité avec laquelle se font les changements de tension des cordes vocales.

4° Influence de Vâge et du sexe.

1° Age. — Chez l'enfant, la voix est plus aiguë et, jusqu'à l'âge de six ans, n'a guère plus d'une octave d'étendue. Jusqu'à la puberté, les caractères de la voix sont à peu près les mêmes chez la femme et chez l'homme, mais à partir de ce moment, la voix subit des motlifications considérables qui constituent ce qu'on appelle la mue et qui correspondent à uae congestion des cordes vocales qui acquièrent alors leur développement complet et les caractères de l'état adulte. Pendant tout le temps de la mue, la voix est sourde , gutturale, enrouée, puis après la mue on constate que la voix a baissé d'une octave chez les garçons, de deux tons chez les filles et qu'elle a subi en même temps des modifications notables de timbre et d'intensité. Dans la vieillesse la voix s'altère de nouveau; son intensité diminue, son diapason s'abaisse, son timbre change et elle devient chevrotante par suite de la fatigue des muscles expirateurs.

T Sexe. — Le tableau de la page 502 fait sentir de suite les différences des voix de femme et des voix d'homme au point de vue de la hauteur des sons. On voit que toute la partie de l'échelle musicale qui va du sol de la petite octave au si de l'octave seconde, est commune aux deux voix. La femme chante toujours à l'octave de l'homme. La voix de la femme est en outre moins

intense, a un autre timbre ot est plus agile et plus souple que celle de l'homme.

La voix des castrats se rapproche de la voix enfantine, mais avec plus d'ampleur et de développement. 11 n'y a pas encore Lien longtemps que la castration était pratiquée dans le but de fournir des chanteurs pour les solennités religieuses et artistiques et en particulier pour la chapelle papale.

Théories de la voix. — Les nombreuses théories de la voix n'ont plus qu'un intérêt historique depuis les travaux modernes et surtout depuis l'invention du laryngoscope. Aussi je me contenterai de renvoyer pour cette question aux traités spéciaux cités dans la bibUographie.

BibliOjçraphie. — DOda.rt : Stir les Causes de la voix de l'homme (Mém. de l'Acacl. des sciences, 1700 à 1707). — Ferreix : De la Formation de la voix de l'homme (Mém. de l'Acad. des sciences, 1741). — Savart : Mf-moire siir la voix TtMmaine (Annales de chimie et de phys , 1825). — Malgaigxe : Nouvelle Théorie de la voix humaine (Archives génér. de médecine, 1830). — J. Muller : Traité de physiologie, traduction française, 1845 et 1855. — Pétrequix et Diday : Mémoire sur le mécanisme de la voix de fausset (Gaz. médicale, 1844). — Garcia : Mémoire sur la voix humaine, 1847. — A. Segoxd : Sur la Parole, etc. (Arch. de méd., 1848 et 1849). — C. L. Merkel : Anat. nnd Physiologie des menschlichen Stimm- und Sprachorgans, 1857. — J. Czermak : Du Laryngoscope, 1860. — C. Battaille : Recherches sur la phonation, 1861. — MofRA-BorROCiLLON : Cours complet de laryngoscopie, 1861. — K. Fournie : Physiologie de la voix et de la parole, 1866. — Helmholtz : Théorie physiologiqtie de la musique, 1868 et 1874; traduit par GuÉ- ROULT. — M. J.Rossbach: Physiologie der menschlichen Stimme, 1869. — L.Mandl: Traité pratique des maladies du larynx, 1872.

La parole se compose de sons dits articulés , produits dans le tube additionnel (cavité buccale et pharyngienne) et qui se combinent avec les sons laryngés proprement dits.

Dans la parole à haute voix, le son laryngé se forme à la glotte vocale par le mécanisme décrit dans la phonation, et la parole peut dans ce cas recevoir le nom de voix articulée. Dans la parole à voix basse, au contraire, ou chuchotement, il n'y a d'autre son laryngé que le frottement de l'air qui traverse la glotte interarytéiioïdienne, la glotte vocale restant fermée. Il y aurait donc entre la parole à haute voix et le chuchotement plus qu'une simple différence d'intensité. Cependant, d'après Czermak, la glotte vocale prendrait part au chuchotement.

L'articulation des sons a Ueu habituellement dans l'expiration comme la production de la voix; ce n'est qu'exceptionnellement

598 PHYSIOLOGIE FÔ^'GTIONNELLE.

qu'elle peut se produire à l'inspiration, surtout pendant le chuchotement, qui ne demande pas une très-grande pression du courant d'air.

Nous aurons à étudier successivement la production des sons articulés et la façon dont ces sons s'unissent pour former des mots.