Aco7 - Résonateur de Helmholtz
Fonction
Analyse d'un son complexe.
Description
Une cavité contenant de l'air et présentant une ouverture, peut émettre un son pur, de fréquence f si elle reçoit une onde sonore complexe (excitatrice) dont le développement en série de Fourrier contient un terme sinusoïdal de fréquence f. On dit que la cavité entre en résonance pour la fréquence f, on dit encore que f est une « fréquence propre » de la cavité. Une même cavité peut avoir plusieurs fréquences propres ; mais en lui donnant une forme sphérique la cavité ne présente pratiquement plus qu'une fréquence propre.
Helmholtz utilise des sphères de cuivre présentant deux ouvertures diamétralement opposées : l'une large en forme de pavillon, reçoit l'onde sonore à analyser, l'autre est petit, en forme d'entonnoir étroit, que l'on introduit dans l'oreille.
On utilisait souvent un ensemble de huit sphères résonant pour une fréquence fondamentale f (note de musique) et pour les fréquences multiples 2f, 3f,...,8f (harmoniques). La dimension des sphères va en décroissant quand la fréquence augmente. Le « timbre » d'un son complexe dépend de la proportion des intensités des harmoniques détectées par le résonateur de Helmholtz. König a perfectionné la méthode : les huit résonateurs sont placés sur un même support vertical ; chacun d'eux est relié à une capsule manométrique et les huit flammes sont observées simultanément sur un même miroir tournant autour d'un axe vertical.
Après l'analyse, Helmholtz fit la synthèse d'un son complexe (timbre, avec huit diapasons émettant les fréquences f,...,8f).
À notre époque, le son, capté par un microphone et traduit en un signal électrique, est analysé par des filtres. On peut directement observer le spectre de Fourier sur un écran d’oscilloscope. Inversement des oscillateurs électriques alimentant un (ou des) haut(s) parleur(s) font la synthèse des timbres (instruments ou orgue électriques).
Histoire
Hermann Ludwig Ferdinand Von Helmholtz (1821-1894) est un physiologiste et physicien allemand qui travailla dans de nombreux domaines : mathématiques, acoustique, optique, électricité, thermodynamique, physiologie. Il énonça le principe de conservation de l’énergie et conçut le concept d'énergie libre.
Rodolphe König est un physicien, naturaliste français, (1832-1901). Il fut l’élève du fabricant d’instruments de musique Jean-Baptiste Guillaume. On lui doit de nombreux travaux sur les mouvements vibratoires et l’acoustique. Il inventa une sirène et l’ingénieuse capsule manométrique à flamme pour étudier les vibrations de l’air.