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La sensation tonale exige-t-elle une excitation de l'oreille par plusieurs périodes vibratoires, une seule période, ou une fraction de période - article ; n°1 ; vol.24, pg 151-170

De
21 pages
L'année psychologique - Année 1923 - Volume 24 - Numéro 1 - Pages 151-170
20 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
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P. Kucharski
VIII. La sensation tonale exige-t-elle une excitation de l'oreille
par plusieurs périodes vibratoires, une seule période, ou une
fraction de période
In: L'année psychologique. 1923 vol. 24. pp. 151-170.
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Kucharski P. VIII. La sensation tonale exige-t-elle une excitation de l'oreille par plusieurs périodes vibratoires, une seule
période, ou une fraction de période. In: L'année psychologique. 1923 vol. 24. pp. 151-170.
doi : 10.3406/psy.1923.4513
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1923_num_24_1_4513VIII
LA SENSATION TONALE EXIGE-T ELLE
UNE EXCITATION DE L'OREILLE PAR PLUSIEURS
PERIODES VIBRATOIRES, UNE SEULE PÉRIODE
OU UNE FRACTION DE PÉRIODE ?
Travail des Laboratoires de Physiologie de la Sorbonne
et de Physiologie des Sensations du Collège de France.
Par Paul Kucharski.
Depuis fort longtemps les physiciens et les physiologistes se
sont préoccupés de la question de savoir quel est le nombre
minimum de vibrations nécessaire pour produire une sensa
tion de hauteur musicale, suffisant, par conséquent, pour
reconnaître un son. Ce fut le célèbre physicien Savart qui
chercha le premier à résoudre cette question (1830) 1. En
utilisant une roue tournante munie de dents dont on pouvait
changer le nombre, il crut pouvoir affirmer que deux vibra
tions complètes suffisent pour donner une sensation auditive
ayant la qualité de hauteur. Cependant sa tentative resta
isolée pendant de longues années. Ce n'est que dans la seconde
moitié du xixe siècle que plusieurs expérimentateurs reprirent
l'étude de ce problème en s'inspirant des hypothèses fournies
par deux sciences nouvelles, la psycho-physique et la psychol
ogie physiologique. L'importance énorme que l'école de Wundt
avait attachée à la détermination de seuils de durée (Zeitsch
welle) de diverses catégories de sensations eut pour effet de
provoquer une série de recherches visant à déterminer ce seuil
pour les sensations auditives. Aussi est-ce à l'époque où l'école
psychologique de Leipzig exerçait le plus d'influence que
furent publiés les mémoires relatifs à notre sujet, émanant de
Mach 2, d'Exner 3, d'Abraham et de Briihl * et de quelques
1. Ann. de chim. et de physique, 44, 388, 1830.
2. Lotos, 23, 146, 1876.
3 Pflügers Arch , 13, 232, 1876.
4 Zeitschrift f. Psychol. u. Physiol, d. Sinnesorg , 18, 177, 1898. 152 MÉMOIRES ORIGINAUX
autres investigateurs K En partant du postulat de seuil de
durée et en utilisant des méthodes variées, ces auteurs abou
tirent toutefois à des résultats assez discordants pour que la
nécessité de nouvelles vérifications se fit sentir. Ce sont
2 et Abraham (1920) 3 qui, suivant l'ordre Stefanini (1917)
chronologique, ont contribué les derniers, à l'étude du problème
du nombre minimum de vibrations nécessaire pour reconnaître
les sons.
Il serait, évidemment, oiseux de décrire toutes les recherches
que nous venons de mentionner. Néanmoins il nous paraît
indispensable de résumer sous quelques chefs, les résultats
acquis jusqu'aujourd'hui et d'exposer brièvement l'état actuel
du problème.
Or, les résultats obtenus par les différents auteurs peuvent
s'exprimer sous forme de trois thèses principales :
1° Le nombre minimum de vibrations nécessaire pour
avoir la sensation de hauteur du son, loin d'être constant,
croît avec la fréquence vibratoire ; cela impliquerait qu'il
pourrait y avoir une constante de durée nécessaire pour la r
econnaissance des sons. (Villari et Marangoni, 1868 *, Gianfran-
ceschi, 1914 •.)
2° Ce nombre est constant, suivant certaines détermina
tions faites à des époques différentes et serait égal à 2. [Savart
(1830), Pfaundler (1878), Abraham et Brühl (1898, loc. cit.),
Stefanini (1917).]
3° II suffirait d'une seule vibration pour engendrer une sen
sation auditive ayant la qualité de hauteur [Abraham (1920)]
et même d'une fraction de vibration complète [Cross et Maltby,
(1891) 6J.
Comme nous venons de le dire, c'est à Stefanini et à Abraham
qu'on doit les plus récentes déterminations de la valeur numér
ique en question. Ainsi nous faudra-t-il tout d'abord exami
ner de plus près les méthodes que ces auteurs ont employées
au cours de leurs recherches, aussi bien que la manière dont
ils ont interprété les résultats acquis. Nous exposerons ensuite
1. Pfaundler, Oppel, Kohlrausch, R. Schulze, Herroun et Yeo, Max Meyer,
Götz, Martius ; on trouvera des indications bibliographiques complètes dans
le Handbuch der Physiologie des Menschen de Nagel, 1905, t. III, p. 500-504"
2. Il nuovo Cimento, 1917, vol. XIII.
3. Zeitschrift f. die Physiol. der Sinnesorg., 1920.
4. Il Nuovo 28 (2), I, 382-398.
5. Atti délia reale Ac. dei Lincei, 1914, vol. XIII, p. 704 (classe di scienze
fisiche)...
6. Proceedings of the Amer. Acad., Boston, 19, 222-225, 1891. KUCHARSK1. LA SENSATION TONALE, ETC. 153
une des recherches plus anciennes, celle de Cross et Maltby,
qui s'impose à l'attention par les résultats exceptionnels qu'elle
a fournis.
Stefanini chercha à résoudre le problème, en ayant recours
à diverses techniques expérimentales, mais c'est surtout le
téléphone qui lui servit de source sonore. Suivant un résumé
fait par lui-même, les méthodes qu'il avait mises en œuvre
consistèrent essentiellement : 1° à interrompre pendant des
durées exactement mesurables au moyen d'interrupteur à
pendule, le circuit d'un téléphone qui émettait des sons divers ;
2° à produire un nombre limité d'oscillations dans un téléphone
au moyen d'un alternateur pendulaire électromagnétique ;
3° à guider vers l'oreille, pendant des temps limités, le son d'un
téléphone ou d'un électrodiapason, au moyen d'un tube os
cillant, porté par un pendule, ou bien encore à interrompre le
son avec un diaphragme fixé, lui aussi, à un pendule. — Sans
entrer dans le détail de ces différentes techniques, il importe
d'ajouter que le courant variable employé par Stefanini était
engendré, soit par le fonctionnement d'un alternateur pendul
aire, de son invention, soit en interrompant à l'aide d'un
électrodiapason un courant continu, en sorte que c'était dans
les deux cas un courant contenant des harmoniques qui activait
le téléphone.
En cherchant à déterminer, pour des fréquences variées, le
nombre minimum de vibrations, il parvint toutefois à des ré
sultats différents, suivant le procédé employé. Mais, pour com
prendre la signification des valeurs numériques qu'il a obtenues,
il est indispensable de tenir compte de la conception du son
qui a servi de point de départ à sa recherche.
Le nom de son ne désigne, pour Stefanini, que des sensations
à caractère nettement musical, en d'autres termes, des sensa
tions identiques à celles que produisent les instruments de
musique. Aussi, dans la mesure où elles perdent ce caractère
musical, les sensations cessent d'être de véritables sons, même
si elles conservent la qualité de hauteur, « la tonalità » suivant
l'expression de Stefanini.
Or, cette manière de voir nous paraît inadmissible. On ne sau-^
rait, en effet, la soutenir : 1° parce qu'elle ne tient pass compj
de la hauteur comme caractère spécifique des sons ; 2° pa/
28> rue Serpenfe!
?5006 PARIS y1 ,-j 154 MÉMOIRES ORIGINAUX
qu'elle implique comme caractère distinctif de la sensation,
tonale, la « sonorité » : Encore aurait-il fallu que l'auteur s'ex
pliquât mieux sur le sens qu'il donne à ce terme. Les personnes
douées pour la musique définissent — il est vrai — les sons
produits par divers instruments, ainsi que par la voix humaine
comme étant plus ou moins sonores, mais de là, il y a loin à
admettre que la sonorité constitue une qualité spécifique des
sensations tonales. Il n'est pas difficile, par ailleurs, de se
convaincre que ce sont les instruments dont les vibrations
s'amortissent lentement qui, la plupart du temps, sont qualifiés
de sonores, tandis que les à amortissement rapide,
manquent généralement de cet attribut. Ainsi, à la rigueur
une classification des sons sous l'aspect de sonorité pourrait
être établie ; mais comment trouverait-on un critère objectif
de la limite au delà de laquelle la sonorité disparaît pour faire
place à la seule tonalité en hauteur ? Il serait bien difficile, par
exemple, de trancher la question de savoir si des sons produits
par des instruments de percussion doivent être considérés
comme de vrais sons, ou bien s'ils sont des sortes de bruits
pourvus de hauteur. Bref, il n'y a pas de critère objectif qui
puisse faire disparaître cette incertitude et qui permette
d'éviter l'intervention des jugements purements subject
ifs.
Il n'y a donc rien d'étonnant qu'étant parti d'une telle
conception du son, Stefanini ait abouti à des résultats quasi
négatifs. Il l'avoue d'ailleurs lui-même. « Etant donné, dit-il,
les diverses aptitudes de chaque individu, à juger du caractère
musical des sons, il me semble qu'il n'est pas possible d'assi
gner un nombre de vibrations minimum pour chaque note.
Ce nombre doit varier... avec l'éducation musicale de l'exp
érimentateur ».
Voici, à titre d'information, quelques valeurs numériques-
obtenues en employant les diverses techniques et qui expriment
le nombre minimum de vibrations nécessaire, pour reconnaître
un son « à caractère musical » (tableau : page 155).
Avec l'alternateur pendulaire, le caractère nettement musical
apparaissait avec 6-8 vibrations, les fréquences ayant été
comprises entre 32 v. d. et 858 v. d. ; d'autre part, en utilisant
un ressort vibrant il fallait 7-8 vibrations pour reconnaître
un son de 500 v. d. KÜCHARSKI. LA SENSATION TONALE, ETC. 155
Fréquence Nombre de vibrations doubles Qualité de la sensation
64 v. d. son 3; 8;
2i/„ 2 quasi son
500 v. d. 10 son
1,000 v. d. son aigu mais pas tout 47
à fait musical
(Technique employée: une sorte d'interrupteur pendulaire; courant
coutinu interrompu avec des électrodiapasons)
Cependant Stefanini enregistrait aussi le nombre de vibra
tions pour lequel on a, en l'absence d'une « vraie » sensation
de son, une sensation de hauteur tonale. Encore ici une r
emarque s'impose concernant la notion psychologique de haut
eur. La hauteur est considérée justement comme un carac
tère spécifique des sons. C'est elle qui, au point de vue sen
soriel caractérise chaque note et permet de la distinguer
d'avec les autres. Il s'ensuit qu'il est difficile, sinon impossible,
de juger si une sensation auditive, dont le caractère musical
paraît incertain, possède la qualité de hauteur tant qu'on
l'éprouve isolément. Ce n'est que la comparaison avec un autre
son et de préférence avec un son similaire, qui permet de juger
si l'on a affaire à un son ou bien à un bruit dépourvu enti
èrement de qualité de hauteur. Malheureusement, dans certaines
de ses expériences, Stefanini n'a pas tenu compte de cette no
tion de hauteur et au lieu de faire appel à la sensibilité auditive
différentielle, si raffinée chez l'homme et même chez les ver
tébrés supérieurs, comme le prouvent les travaux de l'école
de Pawlow, il s'adressait encore dans ce cas à l'aptitude music
ale du sujet. En conséquence, il a obtenu aussi pour la sensa
tion de « tonalité » ou hauteur, des valeurs numériques diffé
rentes. Cependant, dans une expérience effectuée avec son
alternateur pendulaire et qui consistait à produire l'accord
fondamental majeur à la manière « d'arpegio », il a pu constater
que 2 vibrations complètes suffisent pour percevoir cet accord.
C'est surtout cette expérience qui l'a porté à conclure, relativ
ement à la sensation de tonalité, que deux vibrations suffisent
pour la produire 1.
1. Il est intéressant de noter qu'en principe Stefanini n'exclut pas la pos
sibilité de reconnaître la tonalité d'après la durée d'une seule onde : « Pour
ma part — ajoute-t-il à cette conclusion — je serais aussi porté à croire que 156 MÉMOIRES ORIGINAUX
* * *
Abraham exposa dans un mémoire intitulé Zur physiologis
chen Akustik von Wellenlänge und Schwingungszahl, des r
echerches au cours desquelles il avait été amené à examiner
l'effet psychologique d'une seule onde acoustique. Il s'était
attaché notamment, à l'étude d'un mouvement vibratoire
particulier, dans lequel des vibrations complètes, comportant
chacune une condensation et une raréfaction d'air, ne se suc
cèdent pas d'une façon ordinaire, mais sont séparées par des
intervalles plus ou moins longs. On comprend qu'une pareille
série de vibrations ne peut pas être produite par des corps
élastiques susceptibles d'osciller suivant leur périodicité
propre, mais la réalisation en devient possible par les moyens
permettant de produire des oscillations dites forcées. Si, dans
un disque de sirène de Seebeck, on pratique des orifices d'une
manière telle que les distances qui les séparent soient plus
grandes que leur diamètre, on produira des vibrations carac
térisées par une onde asymétrique où les phases de raréfaction
auront une durée plus longue que les phases de condensation.
Il est évident que dans ce cas, il ne sera pas possible de déduire
la longueur d'onde complète du nombre de vibrations par
seconde et que la relation 1 = c/n où c représente la vitesse
de propagation d'une onde acoustique en mètres par seconde
et n, la fréquence vibratoire, sera mis en défaut.
Cependant comme ce raisonnement s'applique aussi au cas
particulier d'une seule vibration (asymétrique !), Abraham
cherche à voir, en premier lieu, quel serait l'effet psychologique
d'une seule vibration. En utilisant une sirène de Seebeck, dont
le disque était muni d'un seul orifice, il put constater que,
lorsque l'air de la soufflerie traversait brusquement l'orifice,
on entendait un claquement (Knall), dont les qualités psycho
logiques changeaient suivant la vitesse de rotation du disque.
Plus cette vitesse augmentait et plus le claquement paraissait
l'oreille peut avoir également l'intuition de la tonalité d'une seule onde
d'après la durée de l'excitation (Nuovo Cimento, Mémoire cité).
Il a cherché aussi à voir l'influence de l'intensité sur la duréa de l'excitant
nécessaire, pour avoir une perception tonale. Les expériences du P'ofesseur
Gradenigo, dont les résultats sont inclus dans le mémoire de Stefanini, ont
montré, notamment, que si l'intensité excitatrice s'accroît, le nombre des
vibrations nécessaires pour percevoir un son diminue. Cependant ces expé
riences faites avec une échelle d'intensité très limitée n'ont pas donné de
résultats numériques permettant de déduire une loi quantitative précise.
En tout cas, le rôle incontestable de l'intensité dans le phénomène de per
ception audi-tonale mérite d'être étudié de plus près. KCCHARSKl. LA SENSATION TONALE, ETC. 157
aigu. En comparant l'effet de passage d'air par deux orifices,
dont l'un se trouvait [à la périphérie du disque et l'autre
vers le centre, la vitesse de rotation étant la même dans les
deux cas, Abraham constata aussi des claquements caractér
isés par une différence très nette de hauteur, différence qui
correspondait à peu près au rapport des fréquences de 2, 2 : 1.
Il en conclut qu'une seule vibration suffit pour provoquer une
sensation à laquelle on peut attribuer la qualité de hauteur.
Mais, il faut bien le noter, cette sensation est, suivant Abraham,
très différente de la vraie sensation du son. (sehr verschiechen
von der wirklichen Tonempfindung). Quant à l'onde acous
tique qui lui donne naissance, il estime qu'étant donnés les
caractères physiques et les effets physiologiques de cette onde,
elle doit être désignée par le nom spécial « d'onde primaire ».
(primäre Welle).
Nous avons déjà dit, à propos des expériences de Stefanini,
pourquoi on ne devrait pas contester le caractère de son aux
sensations auditives, ayant une hauteur déterminée, et il nous
semble que les arguments fournis ci-dessus s'appliquent éga
lement à l'interprétation des résultats d'Abraham. Cependant,
on pourrait faire remarquer que, si Abraham nie, avec tant de
conviction, le caractère sonore des sensations produites par la
sirène, c'est probablement aussi à cause des nombreuses vibra
tions « parasites », inséparables des sons de la sirène et qui les
rapprochent des bruits. Il suppose lui-même l'existence de
petites vibrations supplémentaires, qui suivent la production
d'onde primaire ; de même qu'il admet celle des sons partiels
qui, toutefois, ne jouent — à son avis — aucun rôle dans la
détermination de hauteur. Si l'on songe encore à l'effet du
choc qui se produit entre le flux d'air et les bords de l'orifice,
on aperçoit toute une série de facteurs incontrôlables et i
ncompatibles avec la pureté du phénomène excitateur.
En définitive, Abraham admet que la hauteur du claquement
dépend de la durée absolue de « la perturbation aérienne ou
de l'onde primaire ». Cependant il ajoute : « les conditions
caractérisant l'onde primaire unique ne doivent pas être éten
dues d'emblée à d'autres sons pour lesquels plusieurs impuls
ions aériennes se succèdent périodiquement. Le claquement
produit par un seul orifice de la sirène, s'il était répété rapide
ment et fréquemment, pourrait donner lieu à des conditions
physiques et physiologiques toutes différentes. »
Ainsi se mit-il à étudier les sons produits par une sirène 158 MÉMOIRES ORIGINAUX
munie de plusieurs séries concentriques d'orifices, dont les
distances étaient différentes dans chaque série, et il put cons
tater, au cours de nombreuses expériences, que les sons en
gendrés par une telle sirène deviennent plus clairs à mesure
que la distance entre les orifices s'accroît. Comme il réussit,
d'autre part, à prouver par voie expérimentale, que cette va
riation de la clarté ne s'accompagne pas d'une variation corré
lative des sons partiels, il conclut qu'elle doit être attribuée à
l'action de « l'onde primaire », variable suivant le rapport du
diamètre de l'orifice et de la distance entre deux orifices conséc
utifs.
En définitive Abraham exprime l'hypothèse« que la hauteur
du son dépend de la fréquence tandis que la clarté (ou voca
lité?) est déterminée par l'action de l'onde primaire. »
Parmi les recherches plus anciennes, il en est une qui occupe
une place à part à cause des résultats très particuliers qu'elle
a fournis et n'ont jamais été soumis à une vérification expéri
mentale. On la doit à deux auteurs américains, Cross et Maltby,
qui en 1891, ont fait des expériences sur le nombre minimum
de vibrations nécessaire pour reconnaître la hauteur tonale.
En prenant une série de précautions pour éliminer tout ce qui
pouvait constituer une cause d'erreur, Cross et Maltby, réa
lisèrent une technique expérimentale bien supérieure à celle
de leurs devanciers et même à celle de leurs successeurs. Ils
s'étaient aperçu notamment de deux causes d'erreurs, qui
doivent entacher forcément tous les résultats obtenus avec le
téléphone, comme source sonore et qui tiennent aux oscilla
tions harmoniques du courant alternatif, ainsi qu'aux effets
perturbateurs des contacts à frottement. Voici en quoi consis
tait leur dispositif expérimental : au lieu d'interrompre un
courant continu avec un électrodiapason, ils réunirent par un
circuit deux téléphones dont l'un jouait le rôle d'un récepteur,
tandis que l'autre servait à déterminer la forme du courant.
En appliquant à la membrane de ce dernier téléphone un dia
pason de fréquence donnée ils obtenaient, en effet, un courant
se rapprochant sensiblement de la forme sinusoïdale. En ce
qui concerne l'interruption du courant ainsi produit, ils n'eurent
pas non plus recours aux moyens généralement employés :
loin d'utiliser comme interrupteur un disque tournant en ébo- .
KÜCHARSKI. LA SENSATION TONALE, ETC. 159
Tiite, pourvu d'un secteur métallique à la périphérie duquel
glissait un contact à, ressort, ils intervertirent, pour ainsi dire,
ces parties isolantes et conductrices du disque ; à savoir, ils
fixent le disque métallique et le secteur isolant. Le disque
agissant comme un court-circuit, le courant ne pouvait passer
que lorsque le ressort touchait la surface isolante. Avec cette
technique et en faisant comparer, au point de vue de la hauteur,
les sons émis par le téléphone, Cross et Maltby établirent que,
non seulement une vibration unique, mais une fraction même
de celle-ci, suffit pour avoir une sensation de hauteur.
Voici les valeurs numériques les plus caractéristiques qu'ils
indiquent dans leur mémoire.
Pourcentage de réponses correctes
Concernant la comparaison des hauteurs Durée du son en erme de vibration
tonales dans diverses expériences
pour C3 pour C/t
1,76 «00 o/o 0,88 to y © 92°/0
0,80 1.60 100 »/o 92 °/
1,46 o/0 0,73
1,04 0,52 750/0 58 %
0,84 64 o/„ 42 0/0 0,42 Ul / 0
En ce qui concerne les durées indiquées dans ce Tableau, il
importe encore d'ajouter que, dans ces expériences, le courant
alternatif étant coupé à des phases différentes, les auteurs ne
pouvaient jamais avoir la forme exacte du courant passant
dans le téléphone.
* *
En présence de ces résultats discordants, nous avons pensé
qu'il serait intéressant de reprendre la question et de soumettre
à de nouvelles vérifications les hypothèses concernant le nombre
minimum de vibrations, nécessaire pour reconnaître un son.
Une recherche d'acoustique physiologique, que nous avions
entreprise et qui visait d'ailleurs un tout autre problème, nous
a permis de nous rendre compte des multiples causes d'erreurs
inséparables de l'emploi du téléphone, comme source sonore.
La première de ces causes d'erreurs à laquelle nous nous étions
heurtés, était celle qui tient à la forme complexe du courant
alternatif. La forme du courant a notamment une influence
prépondérante sur l'oscillation de la membrane du téléphone.
Si incomplète que soit notre connaissance des mouvements
oscillatoires des différentes espèces de membranes téléphoniques,