PHONATION

La voix se produit dans le larynx; dans les conditions ordinaires de la respiration, l'air traverse cet organe sans déterminer de son appréciable autre qu'un léger souffle à peine perceptible ; mais quand le larynx et en particulier la glotte se modifient de la façon qui sera décrite plus loin, le courant d'air expiré détermine la formation d'un son vocal ou voix (2).

(1) A consulter : P. Bert : Leçons sur la physiologie comparée de la respiration, 1870.

(3) Avant d'étudier le mécanisme de la production du son dans le larynx, il me paraît utile de rappeler, le plus brièvement possible, les notions fondamentales sur les caractères et la production du son.

A. 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 seusations auditives. Ces vibrations consistent en des mouvements de va-et-vient, en des oscillations des molécules du corps sonore autour Beaunis. — Physiologie, 3e édit. \\, — |q

Procédés. — l" Larynx de cadavres. — Ferrein et surtout J. Mullcr, puis Harlcss, Rinne, Merkel, etc., ont étudié la formation de la voix sur le larynx de cadavres. J. Miiller fixait le larj-nx et l inscrtion postérieure des cordes vocales en implantant une forte aiguille à travers les cartilages aryténoidcs et attachant cette aiguille à une planchette

de leur position d'équilibre, mouvements de va-et-vient qui se trausmettent de proche en proche aux molécules voisines. Il y a doue 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'un appelle une vibration ou une oscillation. Les vibrations sont longitudinales ou transversales; longitudinales, quand le mouvement de va-et-vient 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 poiut du milieu parcouru par le mouvement vibratoire passe successivement par les mêmes phases. On^ppelle ondulation cette progi'ession du 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 nulieu; 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 demi-onde condensée et d'une demionde dilatée; dans les vibrations transversales, l'ondulation se compose de deux demiondes, 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 suffit de diviser la vitesse de propagation des vibrations sonores (vitesse du son), constante pour chaque mi-

lieu, par le nombre des vibrations par seconde : i=-'

Les vibrations sonores peuvent être régulières et périodiques, c'est-à-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 même quand elles se réduisent à des chocs instantanés.

On peut représenter graphiquement et d'une manière très simple les vibrations sonores. Soit (fig. 3i:{) AN, la durée d'une vibration transversale, la courbe ABC représentera les positions successives

dans la première moitié de l'ondulation (phase positive); CDN, les positions occupées pendant la deuxième moitié de l'ondulation (phase négative). 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 Fig. 313. — Vibration pendulaire. corps vibrant dans la phase po-

sitive ; CDN, dans la phase négative. On a dans ce cas la /orme même du mouvement vibratoire. La même figure peut servir pour les vibrations longitudinales. AN représente la durée de la vibration, ABC l'onde condensée, CDN l'onde dilatée , les hauteurs PB, ED représentent 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 ; si les courbes ABC, CDN représentent au contraire la longueur d'onde, la courbe représentera alors l'état des molécules dane 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 {métho'ie de Duhamel, phonauloqraphe, méthode optique de Lissajous, etc.). Les vibrations périodiques peuvent être simples ou composées.

1" Vibrations simples. — Appelées encore vibrations pendulaires, parce que le mouve-

PHYSIOLOGIE DU MOUVEMENT

vt^rticale; les différents degrés de largeur de la feute glottiquo étaient obtenus par le rapprocheiuent des cartilages aryténoïdes, les différents degrés de tension par des poi.ls tirant sur la paroi antérieure du cartilage thyroïde; une soutllerie était adaptée à la trament 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 l'écartemeut 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 Yintensilé du son.

La durée'do 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, ([uelle que soit son amplitude. Plus cette durée est petite, plus la molécule vibrante accomplit d'oscillations dans l'unité de temps ; aussi remplace-t-ou 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 avtdr la durée de la viijralion, il

suffît de diviser l'unité de temps, la seconde, par le nombre de vibrations : d= -. A la

durée correspond la sensation 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 (d'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 uu stylet qui trace les mouvements de va-et-vient de cette branche sur un cyUndrc enregistreur. La figure 313 représente une vibration pendulaire.

30 Vibrations composées. — Les vibrations composées sont formées par la réunion de vibrations simples, pendulaires. Tandis que celles-ci ne présentent que des différences 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 couiposée coi'respondant à deux ou à plusieurs vibrations simples, il suffit de tracer les courbes de ces vibrations simples, el 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 l'on introduit entre les deux vibrations simples une différence de phase, c'est-à-dire si l'on fait commencer la seconde vibration par un intervalle de temps (1/2, V*j 6tc., 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. Quand, au contraire, les ondes condensées et les ondes dilatées se correspondent respectivement, elles s'additionnent régulièrement pour la vibration composée.

Quand deux vibrations simples, de durée inégale, mais très voisine, coexistent, il arrive des moments dans la série des mouvements vibratoires, où les vibrations s'ajoutent, et d'autres, au contraire, où elles interfèrent et s'annulent. Alors intein-ient le phénomène des battements, 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, l'une d'elles domine : c'est ce qu'on appelle le s07i fondameutal ; les autres, qui produisent les sons dits 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. Dans les instruments musicaux, dans la voix humaine, les nombres des vibrations des sons partiels sont en rapport simple avec les vibrations du son fondamental. Ces rapports sont comme la série des nombres entiers, 1, 2, 3, ■i, 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 (ï harmoniques. Le timbre d'un son dépend du nombre et de l'intensité de ses harmoniques. 11 peut arriver que les sous partiels ne soient pas en rapport simple avec le nombre de vibrations du soji fondamental, ne soient pas harmoniques du son fondamental (ex. : tiges droites élastiques, plaques, mendiranes).

Sons résultants. — Lorsque deux sons, de hauteur différente, sont émis simulta-

— PHYSIOLOGIE SPÉCIALE

chée et uii manomètre indiquant à chaque instant la pression du courant d'air. J. Millier a fait de cette façon un très grand nombre d'expériences. 2° Larynx artificiels. — Les mêmes recherches peuvent être faites avec des larynx ar-

nénient, il se produit de nouveaux son?, appelés sons résultaiits. 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 peuv(nit produire des sons résidtants aussi bien que les sous fondamentaux.

b. Propagation des vibrations sonores. — Les vibrations des corps sonores se transmellent aux milieux ambiants, liquides, solides, immédiatement en contact avec le coi'ps vibrant et se propagent ensuite dans ces milieux. Ces vibrations transmises conservent la même vitesse et la même durée que les vibi'ations 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. Eu 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.

Eu 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 difl'raction, 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 contraii'e, soit 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° Propac/ation des vibratiois sonores dans 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 ib°; 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 vibi'ation 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 faille 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 co'incide pas avec le nombre de vibrations du son propre du corps, celui-ci reste immobile. En construisant d'avance une série de globes résonnateurs (fig. 314) 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 globes dans l'oreille pour renforcer considérablement le son extérieur correspondant au son propre du ré- Fig. 314. — Hesonnateur d' llelmholtz. sonnateur 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 résonnateurs convenablement choisis, analyser tous les sons composés. Cette vibration des corps par influence peut encore se produire môme quand le son

PHYSIOLOGIE DU MOUVEMENT

tituMcls, iniitaiil plus ou moins heureusement le larynx humain. Les cordes vocales sont remplacées par des nieiuhraues élastiques (caoutchouc, membranes artérielles, etc.), et leur disposition varie tellement, suivant les expérimentateurs, qu'il est impossible d en-

émis n'est pas exactement à la même hauteur que le son propre du corps; mais alors l'intensité de la vibration par influence se trouve beaucoup affaiblie.

2° Pvopdffdtion des vibration/t sonores dans l'eau. — La vitesse du son dans 1 eau est de l,4:i:> mètres par seconde. La transmission des vibrations se fait très bien dans les liquides; le plongeur entotid très nettement 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.

:îo Propagation des vibrations sonores par les solides. — Ce mode de transmission est tout à fait exceptionnel, ce qui ne l"empèche cependant pas d'èlre j)lus parfait encore (juc 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 : Phi/siologie de l'audition.)

C. 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 (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 (>st 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, sow /bm/«me«^«^; 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 (lu'eile 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 (juatre 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.

Lnlin le uombre 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 lui-même qui est le corps sonore, et les parois du tuyau qui contient la colonne d'air en vibration n'ont d'intîuence que sur la qualité ou le 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'embouchure; 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° Instruments à anche. — 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'Helmholtz ; il a constaté, a l'aide du microscope à vibrations, 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. Cependant, Grïitzner, en se servant de la méthode graphique, est arrivé à des résultats différents et a constaté que les anches membraneuses ne produisaient de vibrations simples que dans la minorité des cas.

Les anches se divisent en anches rigides et anches membraneuses. 11 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'extrémité d'un tube par lerpiel on souille. Les lois des vibrations des anches membraneuses simples ont surtout été étudiées par .1. Midler. Les nombres de vibrations (hauteur du sou) suivent les mômes lois que pour les instruments il cordes; l'étroitesse de la fente u'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. En outre la force du courant d'air augmente la hauteur du son.

Les lois ne sont plus les mômes dans les anches dites composées, c'est-à-dire dans les ([uelles l'anche est surmontée d'un tuyau addilioniu'l ou corps, comme dans les instru-

tivr dans une de?criptioii détaillée de ces divers appareils. Koschlakoff a réccuiuicnt décrit et figuré un nouveau larynx artificiel (A. de Pli., t. XXXIV, p. 41 et 4"2). Dans les cas d'extirpation totale du larynx chez l'homme, on a pu substituer un larjnix artificiel au larynx enlevé.

30 Observation directe aur les animaux, vivisections . — Ou peut chez les animaux, comme l'ont fait Longet, Segond, etc., après avoir incisé la membrane thyro-hyoïdienne, saisir l épiglotte avec une érigne et amener le larynx en avant, de façon à mettre la glotte en évidence.

4" Observation directe sur l'homme, lanjnc/oscopie. — Le chanteur Garcia (en 1854) fut le premier qui observa directement la glotte sur le vivant. Il introduisit dans l'arrièrebouche un petit miroir métallique préalablement chauOé pour éviter la condensation de la vapeur d'eau ; le 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 réfléchir dans l'œil de l'observateur. Le procédé imaginé par Garcia a été perfectionné par Czermak, Turk, Mandl, etc., et le miroir laryngien ou laryngoscope a rendu les plus grands services à la physiologie et à la médecine. Les figures ;i08 et 309 (page 281) représentent la glotte et les parties supérieures du larynx telles qu'on les voit dans l'inspiration ordinaire et profonde. Hirschberg a perfectionné la laryngoscopie en trouvant le moyen de redresser et d'agrandir l'image.

5° Procédés graphiques. — Les différentes espèces de larynx artificiels peuvent être facilement transformés en appareils inscripteurs par l'addition aux parties vibrantes d'un stylet inscripteur. Pour l'application des procédés graphiques chez l'homme, voir Parole.

6° Procédés stroboscopiques. — Le procédé stroboscopique employé par Mach et d'auti'es physiciens pour les cordes vibrantes a été employé par OFlrtcl pour le larynx. li consiste à observer les cordes vocales pendant la phonation à travers un disque tournant qui présente près de sa périphérie des trous situés à égale distance les uns des autres. Quand le disque tourne assez rapidement, les vibrations des cordes vocales ])araissent assez ralenties pour être observées facilement, et quand la rotation est sullisante, la glotte paraît immobilisée soit à l'état de rétrécissement, soit à l'état de dilatation. Je ne peux que renvoyer aux traités de physique pour la théorie des images stroboscopiques.

1" Procédés photographiques. — Ssimanowsky a employé la photographie pour reproduire les vibrations du larynx artificiel de Kolschlakoff.