Langues métalliques en forme de disques

Comme de minces plaques en bois ou en mêlai , vibrant d'après les lois des verges, agissent à la manière des languettes, on doit s'attendre aussi à ce que des disques métalliques

minces, vibrant d'après les lois des plaques , puissent servir de languettes lorsqu'elles sont fixées dans le milieu et que l'air s'écoule entre leur bord et le bord évidé d'un châssis périphérique. Certaines expériences faites par Clément et Hachette, et que Savart a répétées avec le même résultat , semblent devoir trouver place ici. Clément a découvert que quand un courant d'air passe à travers une ouverture pratiquée dans une paroi plane , et qu'on approche une plaque mince de cette ouverture , la plaque entre en vibration, et produit des sons sourds , très-graves. Les sons proviennent immédiatement des vibrations propres de la plaque , et il est vraisemblable qu'ils sont renflés par l'air, comme dans les tuyaux à anche ; car lorsqu'on tient devant l'ouverture des disques circulaires d'égale épaisseur, mais de diamètres différens , les nombres de vibrations sont en raison inverse des carrés des diamètres , comme dans les disques circulaires résonnans. L'élévation des sons est la même aussi que quand on fuit vibrer les mêmes disques circulaires par le moyen d'un archet de violon. Probablement on pourrait tout aussi bien employer des disques circulaires courbés en forme de cloches que des disques plats , de même qu'il arrive pour les sons qu'on produit immédiatement avec des corps solides affectant la forme de disques.

J'ai fait construire des languettes circulaires d'après le principe des instrumens à anche ordinaires. Un disque circulaire en laiton, d'un cinquième de millimètre d'épaisseur, sur trente-cinq millimètres de diamètre , est maintenu , dans son milieu , par une verge , contre le bord tranchant d'un châssis correspondant , de telle manière que Fair, poussé à travers le tuyau adapté au châssis , passe entre celui-ci et le bord du disque. Les sons sortent facilement, comme dans les tuyaux à anche ordinaires; mais souvent on en entend plusieurs à la fois, graves et aigus , par exemple le son fondamental et la quinte , ou même de plus aigus encore. L'aspiration de l'air fait également naître des sons , comme dans les languettes

DE LA l'RODUGTION DU SON. 25

ordinaires. Un instrument de pareille construction avec une lang^uette en forme de cloche ne parle pas , probablement parce que la courbure du disque rend la languette trop roide, et fait qu'elle n'est plus assez grande.

Un disque circulaire en métal extrêmement mince , présentant une ouverture dans le milieu , et soudé à une embouchure très-courte par sa périphérie , pourrait aussi être considéré sous le point de vue d'une languette. Ce serait l'inverse du cas précédent, l'embouchure se trouvant à l'ouverture centrale , au lieu d'être sur le bord ; l'air, passant à travers l'ouverture , agirait ici comme la verge qui passe par le milieu d'une peau tendue à sa périphérie , et qui produit des sons. Au premier aperçu , ces conditions semblent s'appliquer à l'appeau des oiseleurs , que Savart ne compte point parmi les tuyaux à anche ; on pourrait alléguer en faveur du rapprochement que ces sifllets sont susceptibles d'être unis avec un tuyau , suivant lequel changent les sons. Mais ce qui empêche de l'admettre , c'est que , dans cet instrument , Touverture est beaucoup plus large quepla fenle des langues métalliques ne doit l'être pour qu'il se produise des sons. A la vérité , comme je l'ai dit plus haut , de très-minces et longues languettes d'harmonica à bouche rendent faiblement leur son, à l'air libre et sans châssis , lorsqu'un fort courant d'air, sortant d'un tuyau délié , vient à passer au devant de leur bord ; cependant l'appeau des oiseleurs décrit par Savart a plus de ressemblance avec un tuyau à bouche. J'obtiens déjà des sons en embrassant avec mes lèvres un épais disque d'ivoire percé d'un trou central, et aspirant l'air ; ce disque peut avoir assez d'épaisseur pour que ses bords soient incapables de vibrer, de sorte qu'il ne saurait agir comme une languette.

B. Instrumens à anche membraneuse ou élastique par tension.

L'élude de ces sortes d'anches a été négligée jusqu'ici , et l'on doit d'autant plus le regretter qu'elle renferme la clef de

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la théorie de la voix de l'homme et des Oiseaux. Biot et Gagniard-Latour ont cherché à imiter les lamelles membraneuses de la glotte, appelées cordes vocales, avec des membranes élastiques en caoutchouc, et à fabriquer ainsi un larynx artificiel. Henle s'est servi avec succès de membranes animales dans la même vue ; mais jusqu'à présent cet objet n'avait pas été assez suivi pour qu'il lut permis d'établir un parallèle complet entre les instrumens en question et l'organe vocal. J'ai fait une étude spéciale de la manière dont les Ugamens et les membranes se comportent quand ils agissent comme anches , et je vais rapporter les observations que j ai faites à cet égard. Je dois recommander instamment la lecture du chapitre entier à ceux qui voudront bien comprendre l'appli-j cation que j'en ferai plus tard à la voix de l'homme , et les expériences tentées sur le larynx humain ; je dois inviter aussi le lecteur à bien se pénétrer des points principaux de la théorie des instrumens de musi(iue , car sans cela il serait impossible de comprendre les détails dans lesquels je vais entrer. On doit déjà prévoir d'avance qu'il y aura des anches à languette membraneuse. L'anche repose sur ce qu'un corps qui de lui-même ne donnerait aucun son par des chocs , ou du moins n'en donnerait que de faibles et sans éclat, produit, par l'impulsion soutenue de l'air, un son correspondant à son élasticité et a sa longueur. Les languettes dont il a été question jusqu'ici étaient de petites lamelles rigides, en métal ou en bois , qui , en raison de leur brièveté , vibrent par ellesmêmes sans produire de son, tandis que leurs lois de vibration sont celles des verges vibrantes. Des corps élastiques par tension qui deviennent incapables de résonner par percussion lorsqu'ils ont éîé raccourcis , mais qui conservent cependant leurs lois de vibration , peuvent également donner lien à des sons appréciables , par des impulsions soutenues de rai;*. De pareilles anches différeraient des anches rigides , élastiques par elles-mêmes , en ce qu'elles auraient besoin d'être fixées

sur deux points, comme les cordes , ou de tous côtés , comme les peaux , tandis que les anches rigides ne sont, comme les verges , fixées qu'à une seule extrémité. L'expérience confirme sur-le-champ celte idée. Lorsqu'on tend un membrane élastique (en caoutchouc) sur l'orifice d'un tuyau en bois, de manière qu'elle couvre la moitié de l'orifice , et qu'on ferme l'autre moitié de celui-ci avec une plaque rigide de bois ou de carton , en ménageant une fente étroite entre la membrane élastique et le bord du corps rigide , on a une anche membraneuse, et on obtient un son plein , pur et fort, en soufflant par l'autre bout du tuyau.

Je partage les instrumens à anche élastique par tension, en deux classes, comme font été les précédens, savoir ceux qui sont simples , sans tuyau , et ceux qui ont un tuyau modifiant le son.

d. Anches membraneuses simples sans tuyau, a. Anches tendues à la manière des cordes.

Les anches simples de cette espèce correspondent à la guimbarde et à l'harmonica à bouche de la section précédente. Après avoir étendu une plaque de caoutchouc en membrane mince, j'en détache une étroite lanière, ayant une ou deuxlignes de large , et je tends cette lanière en travers sur un anneau en bois ou sur un cadre carré. Etant alors pincée à la manière d'une corde, elle donne un son faible et sourd, mais aussi mauvais que celui qu'une languette métallique produit par percussion. Si , de chaque côté du fil élastique plat on fixe sur l'anneau une plaque rigide en carton ou en bois, de manière que les deux plaques soient affleurées avec le fil , entre lequel et elles il ne reste qu'une fente étroite , on obtient une harmonica à bouche , dont la languette est en caoutchouc. Cet instrument donne alors, comme rharmouica à bouche , un son pur, fort et plein. Mais on peut aussi , sans entourer celte languette d'un cadre, et sans que l'air passe sur ses côtés par des fentes, obtenir d'elle des sons pleins, d'une autre manière

aS DES CONDITIONS GÉNÉRALES

et en vertu du même principe. J'ai déjà dit , en parlant des languettes métalliques , que celle d'une harmonica à bouche débarrassée de son châssis , et fixée par l'un de ses bouts , peut , pourvu qu'elle soit très-longue , être mise en état de vibration sonore par un courant d'air rapide et délié qu'à l'aide d'un tube îrès-mince on dirige sur l'un des bords latéraux, immédiatement au dessus de l'extrémité. Cependant on a de la peine à y parvenir avec les languettes métalliques , parce qu'elles sont troproides. On réussit très-bien avec les lanières de caoutchouc dont je viens de parler. Qu'on tende un ruban étroit de gomme élastique sur un cadre de huit lignes à un pouce de diamètre , qu'ensuite, à l'aide d'un tube déhé, on souffle sur l'un de ses bords dans une direction perpendiculaire à sa surface , il vibre d'un côté à l'autre , en faisant entendre un son. Ou , ce qui vaut mieux encore , qu'on souffle obliquement de côté sur la surface du ruban , il se produit aussitôt des vibrations de haut en bas, avec un son fort et pur, ayant la même résonnance que celui qu'on obtient lorsque, le ruban étant tendu entre deux jambages solides, on souffle à travers la fente. Ce son naît évidemment de la même manière que dans les languettes métaUiques. Quand un courant d'air délié vient frapper le ruban , celui-ci s'éloigne du corps qui le choque ; mais comme son élasticité croît à mesure qu'il s'étend , un moment arrive où cette élasticité fait équilibre à sa vitesse , et alors le ruban exécute la vibration rétrograde, qui le ramène assez près du courant pour qu'il doive être repoussé de nouveau. Que le courant d'air tombe obliquement sur le milieu du ruban, ou qu'il passe entre le miheu et les points terminaux, le son fondamental de ce ruban doit se produire dans les deux cas : quelquefois , lorsque le courant s'écarte davantage du milieu, il apparaît un autre son que le son fondamental. Mais le son dépend aussi, en quelque sorte , de la force avec laquelle on souffle. Si Ton applique le tranchant d'une spalhule sur le milieu du ruban , dans une

direction perpendiculaire à sa surface, de manière qu il repose à la fois sur deux points , et qu'ensuite on souffle sur la moitié du ruban, on obtient l'octave du son fondamental. Une tension plus considérable élève le son , qui n'en demeure pas moins pur et plein. Quant à la force du souffle, elle peut hausser le son fondamental du ruban d'un semi-ton et plus. En général cependant ces languettes élastiques par tension changent leurs vibrations absolument de la même manière que les cordes , c'est-à-dire que les nombres des vibrations croissent en raison inverse des longueurs , et probablement, par cela même, en raison directe des racines carrées des forces tensives. C'est déjà là une différence importante entre elles et les languettes métalliques, qui se comportent comme les verges, puisque, à égalité d'épaisseur, les nombres des vibrations sont en raison inverse des carrés de leurs longueurs. Les languettes membraneuses ne diffèrent des cordes que parce que le mode d'embouchure modifie un peu le son, quoique la languette continue de vibrer en plein, ou de toute sa longueur, comme une corde. Lorsqu'après avoir tendu sur un tuyau une languette membraneuse embrassée par un cadre , on souffle par le tuyau, un son se produit, soit qu'on pousse l'air, soit qu'on l'attire ; mais, à égalité aussi parfaite que possible d'embouchure, ce son varie dans les deux cas : dans le second , il est la plupart du temps plus grave d'un semi-ton à un ton entier. La largeur de la fente entre les branches et la languette élastique n'a pas d'influence bien notable sur l'élévation du son ; mais le souffle parle plus facilement lorsque cette fente est plus étroite. La force du souffle peut élever un peu le son, par exemple d'un semi-ton ; celle de l'aspiration de l'air peut également l'élever un peu. Si la languette heurte , en un point quelconque , une inégalité du rebord des branches latérales qui l'embrassent , il se produit là un nœud de vibration, et l'on entend un son beaucoup plus élevé que le son fondamental. Mais les anches membraneuses élastiques par tension peu-

3o DES CONDITIONS GENERALES

vent être réalisées sous des formes plus variées que celles qui ont été indiquées jusqu'ici.

Je n'ai encore parlé que du cas d'un ruban élastique tendu, à la manière d'une corde , entre deux branches rigides , ce qui fait qu'il existe une fente sur chacun de ses deux bords. Deux autres formes encore sont possibles :

1** Une membrane élastique couvre une moitié ou une partie quelconque du bout d'un tuyau très-court , et la portion sur laquelle elle ne s'étend point est couverte par une plaque rigide, laissant une fente entre elle et la membrane.

2° Deux membranes élastiques sont tendues de telle manière, sur le bout d'un tuyau très-court , que chacune couvre une partie de l'ouverture, et qu'elles laissent entre elles une fente.

Lorsque la fente est bornée , d'un côté , par la membrane élastique , et d'un autre côté par une plaque rigide , à bord tranchant , par exemple en carton ou en bois , le résultat est le même que dans le cas d'une languette libre des deux côtés. Le son qu'on détermine en soufflant à travers le tuyau est d'un semi-ton à un ton entier plus élevé que celui qu'on produit en poussant un courant d'air délié sur la membrane elle-même et le dirigeant vers son bord. Dans tous les cas, on peut, en soufflant avec plus de force, élever de deux semi tons, mais pas davantage , le son produit par le souffle. Celui qui a lieu quand on aspire l'air est plus aigu ; il n'est plus grave que quand la plaque rigide se trouve placée un peu en dedans , et que son bord est situé derrière la membrane. Si l'on emploie un tuyau rond , la membrane n'est tendue , comme dans le cas d'un tuyau quadrilatère , que suivant une direction parallèle à la fente. Or on sait que les membranes tendues dans un sens , vibrent d'après les mêmes lois que les corps filiformes élastiques par tension. Les expériences dont je parle ici en fournissent aussi la preuve ; car lorsqu'on tend une membrane en caoutchouc sur un châssis carré , de manière qu'elle ne soit

DE LA PRODUCTION DU SON. 3l

tendue que dans une seule direction , l'un des bords étant libre et le bord opposé reposant sur le châssis , la lame entière donne le son fondamental si l'on souffle avec force sur le bord au moyen d'un petit tube très-fin , tandis que si Ton place un fil sur elle en travers , ou peut , à l'aide du souffle , faire rendre l'octave à chacune de ses deux moitiés.

Comme les membranes tendues dans une seule direction changent leurs vibrations d'après les mêmes lois que les corps filiformes élastiques par tension , il résulte de là qu'à égalité de tension , et l'embouchure restant la même , l'élévation du son augmente en raison inverse de la longueur de la membrane ou de la fente comprise entre la lame élastique et la plaque rigide.

Je ne me suis point aperçu que la largeur de la fente influât sur l'élévation du son , comme il arrive avec les languettes métulliques; mais le souffle ne parle plus dès que la fente est trop large.

La situation du châssis par rapport à la languette , est une circonstance importante. Lorsque le bord de la plaque en laiton est situé précisément en face de la languette membraneuse, le son peut être plus élevé de l'intervalle ut -fa, ou moins , que quand la plaque solide est un peu plus avancée que la lame élastique.

Le cas le plus intéressant est celui dans lequel deux membranes élastiques limitent la fente , de manière à imiter une glotte ; ces membranes peuvent être également ou inégalement tendues.

Les membranes en caoutchouc tendues faisant entendre un son lorsqu'on dirige un courant d'air sur leurs bords , celte particularité nous fournit le moy 'U d'amener au même degré de tension deux membranes de gomme élastique d'égale longueur, en changeant leur tension jusqu'à ce qu'elles rendent le même son quand on souffle sur leur bord avec un tube délié. Pour que l'une d'elles résonne sans l'autre , on abaisse un peu

celle qu'on ne veut pas faire parler, ou on la couvre d'une lame mince en carton. Une fois qu'elles sont tendues bien également l'une à côlé de l'autre sur un châssis carré, on examine quel est le son qu'elles produisent ensemble. Je l'ai trouvé plus grave que le son fondamental donné par chaque lamelle isolée au moyen d'un courant d'air dirigé sur elle avec un petit tube. Chacune d'elles donnant le la, leur son commua était sol^ ; leur son propre étant ut , elles faisaient entendre ensemble si; étant accordées chacune en si, elles donnaient ensemble /a|^. Quand elles ne rendent pas toutes deux le même son , à cause d'une inégalité dans leur tension , il paraît souvent ne point s'étabhr d'accommodation semblable à celle qui a lieu entre les vibrations de la languette métallique et de l'air du tuyau. On parvient rarement à obtenir les sons des deux lamelles avec le souffle. Le son que l'on entend en soufflant est ordinairement unique , comme si la lamelle plus tendue ou celle qui l'est moins ne résonnait pas , ou comme on l'entend lorsqu'on empêche l'une des deux lames de vibrer en appliquant dessus une plaque de carton. Il arrive fréquemment que la lamelle qui parle avec peine , parce qu'elle est accordée trop bas, ne vibre que faiblement, et qu'elle est poussée un peu en avant.

Les expériences suivantes expliquent la résonnance d'un seul côté. Par exemple , les deux lamelles étaient accordées de manière à donner deux sons différens d'une octave , si l'on soufflait sur l'une par le tuyau sur lequel elle était tendue , pendant qu'on tenait une plaque solide appliquée sur l'autre côté de la fente , elle donnait ré. Lorsqu'on enlevait la plaque solide, de manière que les deux lamelles, entre les tensions desquelles il y avait une octave de différence , limitassent la fente , le son était également ré , comme dans le cas où l'on retenait une des lamelles , et , en soufflant avec force , on pouvait le faire monter jusqu'à ré^, mi^ fa. Quand le son produit immédiatement sans tuyau ? par un courant d'air délié , était

mi pour la lamelle la moins tendue , et si pour l'autre , de manière que la différence entre elles fût d'une quinte , le son que Ton obtenait par le tuyau , après avoir posé une plaque de carton sur la plus tendue , était sol. En retirant la plaque, de manière que les deux lamelles limitassent la fente , le son fondamental obtenu par la tuyau était également sol. Si l'une des lamelles donnait ut , et l'autre plus tendue retf, j'obtenais , en soufflant doucement dans le tuyau , ut^ c'est-à-dire le son fondamental de la lamelle la plus grave. Dans ce dernier cas, la lamelle donnant le son le plus aigu se comportait d'une manière passive , et n'influait pas sur les vibrations de celle qui donnait le son le plus grave. Mais il paraît que les vibrations agissent réellement quelquefois les unes sur les autres. Cagniard la Tour a déjà obtenu ce résultat dans une expérience analogue , c'est-à-dire qu'il a vu s'accommoder ensemble les vibrations des deux lamelles différemment accordées , et que , par exemple , quand la différence entre cellesci était d'une quinte , le son produit en commun offrait la moyenne , ou la tierce. Je ne puis mettre en doute ce résultat ; mais je dois appeler l'attention sur une source d'erreur dans ces sortes d'expériences. On croit souvent apercevoir une accommodation là où il n'y en a point , à proprement parler. Ainsi , dans une expérience que j'ai faite , la différence entre les deux lamelles était d'une octave ; l'instrument donnait le si^ et la lamelle la plus tendue faisait entendra le fa au dessus ; il semblait qu'une accommodation eût lieu dans ce cas, et que la lamelle donnant fa produisît le si avec celle qui était plus grave qu'elle d'une octave. Mais l'accommodation n'était qu'apparente; car lorsque je repoussais la lamelle la plus grave , et plaçais une lame en carton contre l'autre , de manière que les deux bords ne fussent plus en face l'un de l'autre , mais que la lame solide fît une légère saillie au dessus de la lamelle élastique , celle-ci , en parlant seule , donnait noa plus fa , mais si , comme elle aurait fait si la fente eût été II. 3

limitée par deux lamelles. La lame solide avait ici la même situation absolument que la lamelle lu plus grave prend , tandis qu'on souffle , lorsqu'elle limite inégalement la fente ; en effet, le souffle la chasse un peu en avant , et elle ne vibre que faiblement,

La règle est celle-ci : la lamelle qui résonne est celle qui peut le plus facilement être mise en vibration par le souffle , et si Tembouchure est appropriée au mouvement des deux lamelles , elles peuvent vibrer toutes deux , et s'accommoder ensemble pour produire un son simple ; mais elles peuvent aussi donner des sons différens , c'est-à-dire que l'embouchure peut , lorsqu'elle change , produire les deux sons l'un après l'autre.

Les languettes métalliques de l'harmonica à bouche ne s'accommodent point lorsqu'on les fait parler ensemble par le même porte-vent de la bouche.

Les membranes élastiques peuvent, du reste , être placées aussi les unes sur les autres par leurs bords. Dans ce cas également;, on obtient des sons purs en soufflant.

On peut modifier beaucoup les sons en posant le doigt sur différens points de la lamelle vibrante. Ces expériences ont été faites avec des membranes en caoutchouc qui étaient tendues sur l'extrémité d'un cylindre. Quand je posais le doigt sur le pourtour extérieur d'une des lamelles, le son s'élevait un peu , et, à mesure que je rapprochais le doigt de la fente, l'acuité des sons produits par le souffle augmentait.

Les anches membraneuses diffèrent des anches métalliques sous le rapport du changement que le son subit lorsqu'on souffle avec plus de force. Un corps qui exécute des vibrations longitudinales, comme une colonne d'air^rend un son un peu plus aigu quand on donne plus de force au souffle ; un corps (Jui exécute des vibrations transversales donne des sons un ,peu plus graves lorsque ses excursions sont grandes , comme il arrive aux cordes et aux languettes métalliques. De là vient

que le son d'une anchemétailiqueestun peu plusgrave quand on souflle plus fort (ce qui tient peut-être à ce que la base de la languette métalli.pe ne vibre point quand le souffle est faible). Mais les lamelles membraneuses ne se comportent point , à cet égard , de la même manière que d'autres corps qui vibrent en travers , comme les cordes. En effet toutes les fois qu'on souffle avec plus de force, le son devient plus aigu. Cependant il me semble aussi que le son d'une harmonica à bouche à languette métallique mince s'élève un peu quand on chasse l'air avec force , et le son de l'anche très -délicate d'une trompette d'enfant parcourt, lorsqu'on accroît graduellement la force du souffle , retendue entière d'une octave et demie sans intervalles, soit qu'on ne souffle que dans la pièce qui la renferme , soit qu'on souffle dans le tuyau entier. b. Anches tendues en manière de tympan.

Deux membranes laissant entre elles une fente , que Ton tend en plusieurs sens , et non pas de deux côtés seulement , à l'extrémité d'un tuyau , ont déjà de l'analogie avec les tympans; il en est de même d'une membrane qui est tendue de tous les côtés au bout d'un tuyau, mais qui présente, dans son milieu , une ouverture arrondie pour le passage de l'air. Cependant cette dernière ne parle généralement pas , ou ne donne que rarement un son faible.

La question se présente encore de savoir si les sons engendrés par des languettes membraneuses peuvent aussi être modifiés , quant à leur élévation , par l'addition de tuyaux de longueur diverse , ainsi qu'il arrive aux anches dont les languettes sont en métal. J'ai ajouté de ces tubes laniôt devant, tantôt derrière le cadre dans lequel étaient tendues les lamelles en caoutchouc, et j'ai remarqué qu'ils exerçaient , aussi bien que le souffle , une grande influence sur l'élévation du son.