CARACTÈRES DISTINCTIFS DES SONS

Tune quelconque des trois quantités v, n, l, lorsqu'on connaît les deux autres.

643. rivalités oa cametércs éitrtiaaeMu des mbs. — L'oreille distingue dans les sons trois qualités ou caractères diUérents : la hauéeur musicale, ïinlensilé et le timbre. ^

Hauteur mugicale. — Il est possible de compter très-exactement te nombre des vibrations exécutées par un cotps sonore dans un temps .déterminé, au moyen de divers appareils que nous décrirons plus loin. En effectuant ces déterminations pour des corps produisant des sons divers, on a reconnu que le son est d'autant plus aigu que le nombre des vibrations exécutées dans le même temps est plus considérable. — On peut donc prendre» pour mesure de la hauteur musicale d'un son, le nombre des vibrations exécutées dans Vunité de temps, dans une seconde par exemple.

Intensité. — L'intensité d*un son dépend de Y amplitude des vibrations. Il est facile de s'en assurer en faisant vibrer une corde de piano ou de harpe : si l'on écarte cette corde de sa position d'équilibre, et qu'on l'abandonne ensuite à elle-même, elle rend un son qui diminue graduellement d'intensité; en même temps, on voit décroître successivement les amplitudes des vibrations.

Timbre. — Deux sons de même hauteur et de même intensité peuvent différer l'un de l'autre par une troisième qualité, qu'on nomme le timbre. C'est par la différeiice des timbres qu'on distinguera toujours les sons d'une trompette, de ceux d'un violon ou d'une voix humaine, lors même qu'ils auraient même hauteur musicale et même intensité. — Les causes de ces différences sont assez complexes : nous y reviendrons plus loin.

644. Des bralte. — On désigne quelquefois sous le nom de bruits, des sons d'une durée très-courte, et dont la sensation est assez vague pour que l'oreille puisse difficilement en apprécier la hauteur musicale : tel est le son que produit ordinairement le choc de deux corps, l'explosion d*une arme à feu, etc. *

II ne semble pas que le caractère de la hauteur constitue une différence essentielle entre le son proprement dit et le bruit ; on peut, en effet, en faisant varier convenablement les dimensions des corps ébranlés, obtenir des bruits dont l'ensemble ou la succession produise des accords musicaux, même pour une oreille peu exercée. Dans la plupart des cjh binets de physique, on trouve une collection de huit planchettes de bois qui donnent, lorsqu'on les laisse tomber l'une après l'autre, la succession des sons de la gamme. — On verra plus loin comment les expériences effectuées par M. Uelmholtz, sur les causes auxquelles on doit attribuer les différences de timbre des divers sons, semblent permettre d'établir, entre les bruits et les sons musicaux proprement dits, une différence plus' précise.

su ACOUSTIQUE.

«'■■ aoB. — Sirène. — La nVène imaginée par Cagniard de Lalour esl deslinée à compter les nombres de vibrations qui correspondent à de* sons de hauteur dèlerminées.

L'appareil est représenté dans son ensemble, en vue perspective, par la figure 50* el en coupe Terticale par la figure 505. — H est une cais.sjcylindrique de laiton, dans laquelle on peut insuffler de l'air par le tabeF qui s'adapte a l'une des outetiures de la soufflerie représentée par la figure 515. L.a base supérieure de la caisse est un plaleau circulaire fixe II, percé d'un certain nombre de trous 0, 0, lesquels sont ^alenwnl espacés sur une circonférence concentrique avec œlie du plateau: c'est par ces Innis que le veut s'échappe. Au-dessus du plaleau U, el à une très- petite distance, se trouïB un plaleau mobile SS, fixé â * un axe d'acier qui peut tourner dans de petites cavilés pratiquées aui eilrérailés des vis G el V. Ce plateau S$ esl aussi percé de trous o,o, en nombre égal i

Fig.lHU. Fis. 505. Fig. S06.

c«ax de la base H, et correspondant exactement il ces derniers; toutes ces ouvertures sont dirigées obliquement aux plans des deux plateaux, comme le montre la figure 506 : u ei u' représentent, sur celte lignre. les sections i-erticales de deux ouvertures correspondantes; U indique leur disposition en projection horizontale; les ai^es de ces ouvertures sont dans un plan perpendiculaire au rayon du plaleau ; elle» sont inclinées en sens contraire l'une de l'autre dans ce plan.

8i les trous du plateau mobile sont placés exactement au-dessus de ceux du plateau Qxe, l'air pourra s'écouler par chacun des canaux coudés n'a {jig. S06) ; mais cet air, arrivant dans une direction à peu prés nomnake ii la paroi du canal h, exerce une pression sur elle, et U composante boriiontate de cette pression fait mouvoir le plateau SS, en sens

SIRÈM. * 5S5

inverse de la direction du canal u lui-même. Le mouvement ainsi produit fait bientôt cesser la coïncidence des deqx systèmes d'ouvertures : cette coïncidence se rétablit dès que le plateau SS, en vertu de sa vitesse acquise, a tourné d*un angle égal à celui qui correspond à Tintervaile de deux trous consécutifs; à cet instant, Tair peut s'échapper de nouveau et donner une nouvelle impulsion au plateau mobile, et ainsi de suite. 11 est donc possible, en exerçant sur le soufflet une pression suffisante, par exemple en appuyant avec la main sur la tige DG ijig, 515), de rendre le mouvement de rotation aussi rapide qu'on voudra.

Lorsque, en opérant ainsi, on a atteint une vitesse assez grande, Foreille commence à percevoir un son, dont la hauteur musicale s'élève à mesure que la vitesse augmente. — Pour nous rendre compte de la pnn ductionde ce son, prenons, par exemple, une sirène portant 12 trous sur chacun de ses deux plateaux. Examinons d'abord quel serait l'effet produit, si, le plateau fixe ayant toujours i2 trous, le plateau mobile n'en avait qu'un seul ; à chaque tour, ce trou unique viendrait st^ mettre successivement en coïncidence avec les 12 trous du plateau fixe : la sortie de l'air serait donc 12 fois établie et interrompue, et s'effectuerait toujours par une seule ouverture. Â chaque coïncidence, cet air communiquerait une impulsion à l'air extérieur, lequel reviendrait en arrière, en vertu de son élasticité, aussitôt que la coïncidence cesserait : de là, un mouvement vibratoire dans l'air extérieur, et production d'un son. Si maintenant le plateau mobile porte 11 autres trous, au moment où le trou primitivement considéré établira une coïncidence, tous les autres correspondront aussi à des ouvertures du plateau fixe. Donc la sortie de l'air s'effectuera maintenant à la fois par les 12 ouvertures, mais le nombre des interruptions et des rétablissements sera toujours le même dans le même temps : l'intensité du son sera seulement augmentée.

Cela posé, pour déterminer, à l'aide de la sirène, le nombre de vibrations d'un son donné, du son rendu par un tuyau d'orgue, par exanple, on règle le vent de la soufflerie de manière à amener et à maintenir le son de. la sirène à Tunisson de celui du tuyau, et l'on compte le nombre de coïncidences des deux systèmes d'ouvertures qui se produisent en un temps déterminé : c'est à quoi l'on arrive au moyen du compteur de la sirène. — L'axe du plateau mobile est muni, à sa partie supérieure, d'un filet de vis Yv (fig. 505) ; ce filet engrène avec une roue dentée B qui porte 100 dents. Â chaque tour du plateau, cette roue avance d'une dent : une aiguille fixée à son axe, et mobile sur un cadran {fig, 504) dont la circonférence est divisée en 100 parties égales, avance d'une division. Une deuxième roue dentée D {fig. 505), munie d'une aiguille qui se meut sur un autre cadran {fig. 504), est destinée à compter les centaines de tours : pour cela, on a fixé à l'axe de la roue B un appendice Ll, dont Textrémité L arrive en contact avec une dent de D chaque fois que la roue B a fait un tour entier; la roue D avance alors d'une dent, et l'ai-

guiile qu'elle porte marche d'une division sur son cadran. Les indications des deux aiguilles peuvent donc, à un moment donné, faire connaître le nombre total des tours du plateau. Enfin, les axes des roues B et D sont assujettis à Tune des faces de la boite rectangulaire qui les eautient, celle qui est supposée en arriére sur la figure 504. Cette face peut recevoir un petit mouvement de gauche à droile ou de droite à gauche, suivant qu'on presse le bouton r ou le bouton R, de manière à faire engrener la roue B avec la vis Vv ou à interrompre l'engrenage.

Pour faire une expérience, on désengrène d'abord, on place les deux aiguilles aux zéros de leurs cadrans, et l'on amène le son de la sirène â l'unisson de celui du tuyau. On presse alors le bouton r pour établir l'en* grenage, et l'on note exactement cet instant sur une montre à secondes: on maintient l'unisson pendant plusieurs minutes, en réglant convenablement le vent de la soufflerie; c'est l'oreille qui doit guider dans cette opération. Enfin, on termine l'expérience en pressant le bouton R C) et notant encore cet instant sur la montre. — Supposons que l'expérience ait duré 4 minutes 15 secondes, ou 255 secondes; que l'aiguille qui marque les tours soit sur la 95* division et l'aiguille des centaines sur la 22*: le plateau aura fait 2295 x 12 ou 27540 vibrations. On tit>ave ainsi que la sirène a produit, en une seconde, 108 vibrations: le tuyau, qui était à l'unisson avec elle, en a produit le même nombre.

11 est important de remarquer que l'aiguille des tours n'avance d''une division qu'après chaque tour entier du plateau, c'est-à-dire après un nombre de vibrations égal au nombre des trous. Le plateau ayant 12 trous, on voit que !e nombre total des vibrations ne pourra être déterminé qu'à 12 unités prés. On atténue l'erreur relative en prolongeant l'expérience aussi longtemps que possible : la seule difficulté que Ton rencontre consiste à maintenir le son constant pendant un grand nombre de secondes, ce à quoi on n'arrive qu'avec un peu d'exercice.

6 16. llo««» éentées. — Les roues dentées ont été imaginées par Sa- ▼art, pour servir également à la mesure des nombres de vibrations qui correspondent à des sons déterminés.

Ces roues sont généralement au nombre de quatre, fixées sur un même arbre horizontal (fig. 507) ; on communique un mouvement rapide à cet arbre au moyen d'une courroie sans fin ABCD, laquelle passe sur un grand volant muni d'une manivelle H. Un compteur, disposé comme celui de la sirène, fait connaître le nombre des tours que l'arbre exécute dans un temps donné. — On place, contre les dents de Tune des roues une carte qu'on appuie sur le support S. Cette carte, recevant une impression à chacun des chocs de la roue et revenant ensuite sur elle-même, détermine dans Tair, par ses allées et venues, un mouvement vibratoire : le

(*) Une disposition qui n'est pas indiquée sur la flgure arrâte alors les deux roues» et les empêche de continuer Leur mouvenaent en vertu de la vitesse acquise.

ItOUBS DENTÉES.

son produit est d'aulanl plus aigu que le rooaveiDeiil de roUtion de la roue est plus rapide. — Ces dèlails suffiront pour faire comprendre

Pig. SOT. — Roue* àentèta de S»art.

remploi des roues dentées dans la recherche expérimentale du nombre de vibrations d'un son; l'opération est conduite absolument comme avec la sirène.

647. Compteara crAphlqBC*. — •étenubiatiaa tu. rapport de* BOBbrc* de TlbraUoBa earreaponAoBla * deax «osa détcrmlnéa. — Les compteurs graphiques sont principalement destinés à fournir le rapport des nombres de vibrations eiéculèes dans le même tempa par deux sons de hauteur? déterminées. L'idée première de la méthode est due à T. Young.

Parmi ces appareils, l'un des plus simples est le suivant. Un cylindre EF (fig. 508) dont la surface a été couverte de noir de fumée, est porté sur un axe DV dont l'exlrémilé supérieure V, travaillée en fllet'deiis, traverse un écrou pratiqué dans l'une des branches du support. Lorsqu'on fait tourner le cylindre au moyen de la manivelle H, il s'abaisse, à chaque tour, d'une quantité égale au pas de la vis. — La figure représente en

T une lige métallique, qui est assujettie solidemoit par l'une Je ses extrémités fi, et dont l'autre extrémité porte une pointe Que A ; cette pointe

f ig. 508.

vient loucher légèrement la surface du cjlindre. Si l'on faisait mouvoir le cyliudre seul, la poinle, enlsTant le noir de fumée, tracerait une hélice; si, en même temps, on fait Tibrer la lige, au mojen d'un archet, l'hélice parait dentelée; chacune des sinuosités correspond à une vibration de la tige.

Or il est possible de disposer l'un au-dessous de l'autre deux corps sonores, de manière qu'ils inscrivent en même temps leurs vibrations sur la surface du cylindre; si l'on fait celte expérience sur deux corps qui soient i l'unisson, on trouve toujours, sur les courbes qu'ils ont tracées, le même nombre de sinuosités entre deux génératrices déterminées du cylindre. Si. les deux corps donnent des sons de hauteurs différentes, le rapport des nombres de sinuosités comprises entre deux génératrices du cjlindre donne te rapport des nombres de vibrations exécutées dans le même temps (*).

G48. Uadte dea MtB« pereepUUca. — On a admis pendant longtemps, d'après des expériences de Savart, que l'organe de l'ouie ne peut percevoir des sons qui correspondent à moins de lU vibrations ou à plus de 5000 vibrations par seconde-

(*) On peut remirquer que, >i l'apparsil élalt diipoié de minière que la liteise angulaire du cylindre fût caniiuo. il lunirail de compter le nombre des sinuoiiléi trieéo par un <M>rps sonore entre deux génératrices dtiuulei lur le cyliiidR d'un angle connu, pour avoir le nombre atxolu dea vibniliona eiécutAei en une seconde.