Vibration

nom féminin
Mouvement d’un corps élastique, mis en branle par un choc, un frottement, etc, et qui tendant à revenir à sa position d’équilibre, la dépasse par un mouvement de va-et-vient résultant du principe de la conservation de l’énergie, jusqu’à ce que la résistance de l’air y mette peu à peu un terme.
Le mouvement vibratoire du corps sonore, confusément perceptible à la vue, se perçoit par l’ouïe. Le corps sonore étant figuré par une lame ou une tige élastique, le mouvement vibratoire sera représenté par la figure :

A, ressort vibrant ; OB, position d’équilibre ; OA, OA’ position d’écart maximum donnant l’amplitude ; F, force tendant à ramener le corps élastique à sa position d’équilibre ; OD, position intermédiaire : la force agissante est f>F. Le trajet A-A’ s’appelle vibration simple, ou mieux, oscillation ; l’aller et retour AA’, A’A est une oscillation ou mieux une vibration double. On appelle amplitude l’écart maximum BA ou BA’ ; élongation, à un moment donné quelconque = écart compté en cet instant à partir de la position d’équilibre, ex., BD.
La période est le temps qui s’écoule pendant un aller et retour complet, ABA’BA. La phase est la fonction de période écoulée depuis l’origine du temps BA’, la phase est 1/4 ; en B, premier retour, 1/2 ; en A, 3/4 ; en B, phase = 1, et la période est complète.
La fréquence est le nombre des vibrations par seconde. Pour les vibrations sonores, elle se compte entre environ 30 et 15 000 par seconde. La constance de la période (qui entraîne celle de la fréquence) caractérise les mouvements périodiques. Les vibrations musicales sont continues, régulières (isochrones) et périodiques. Le bruit est le produit d’un mouvement irrégulier et non périodique. La rapidité relative des vibrations dans un même temps est la cause des différences d’intonation (hauteur) des sons. La faculté auditive de l’homme est ordinairement limitée aux sons compris entre 32 et 16 000 vibrations simples par seconde. Mais les expériences faites sur la résonance des sons inférieurs a démontré l’existence de sons plus graves, engendrés par moins de une vibration simple à la seconde, et que l’homme ne perçoit point. "L’oreille, dit Marage, peut entendre trois sortes de vibrations : les bruits, les vibrations musicales et la parole. Elles se différencient, pour l’oeil, par les tracés obtenus au phonographe, et qui démontrent que :
  1. Le bruit est produit par une vibration continue, irrégulière, non périodique.
  2. Les vibrations musicales sont continues, régulières, périodiques. Les vibrations transversales d’une corde sont toujours accompagnées de vibrations tournantes parce que l’élasticité de la corde est en jeu. Le nombre des vibrations est inversement proportionnel à la longueur du corps sonoore (corde, tuyau, etc.). Si le corps vibre en entier, il fournit le son le plus grave qu’il puisse émettre, et qui reçoit le nom de son fondamental. Mahillon emploie cette autre présentation pour démontrer les vibrations : A-C, lame vibrante en position d’équilibre. A-B, vibration simple ; A-O, longueur d’onde simple, sui est condensée ; O-O’, nouvelle onde de même longueur, formée sous l’impulsion de la première ; 0-A, onde dilatée, produite par le retour de la tige à sa position d’équilibre, qui laisse un vide derrière elle. Le mouvement des ondes est donc naturellement contraire de chaque côté de O.

Autre démonstration :

A-E-B, position d’équilibre ; E-C ou E-D, oscillation ou vibration simple E-C-E-D-E, Vibration double. Les élongations, les vitesses et les accélérations du mouvement vibratoire sont représentées dans les traités de physique par les courbes appelées sinusoïdes.
Les points où se rencontrent les ondes animées de vitesses contraires sont les nœuds. Les points centraux où le mouvement vibratoire est le plus grand, sans changement de densité, sont les ventres :

Les vibrations d’une corde sonore ou d’une lame vibrante se font dans un sens perpendiculaire à celui de la corde elle-même ; la vibration étant perpendiculaire au sens de propagation est appelée transversale. Les vibrations de l’air dans un tuyau sonore étant animées de petits mouvements dans le sens de la longueur du tuyau, sont dites longitudinales. Mais les vibrations longitudinales accompagnent les vibrations transversales dans les cordes sonores qui subissent, par le fait du mouvement vibratoire, des allongements et des raccourcissements alternatifs. Les vibrations longitudinales ont donc un rôle prépondérant dans les phénomènes acoustiques. La propagation de l’ébranlement sonore se fait toujours dans le milieu ambiant par des vibrations longitudinales. C’est une des principales différences entre les vibrations sonores et les vibrations lumineuses, celle-ci étant toujours transversales. De l’amplitude de la vibration dépend l’intensité du son ; du nombre de vibrations par seconde dépend le degré de hauteur du son dans l’échelle musicale ; de la forme de la vibration dépend le timbre du son. D’ingénieux appareils ont été inventés pour l’étude des vibrations : les sirènes sont construites de façon à permettre de compter le nombre de vibrations d’un son dans un espace de temps donné ; les appareils enregistreurs, vibroscope, tambour enregistreur, phonographe, tc., permettent d’obtenir des traces visibles par lesquels on peut dénombrer les vibrations, les analyser, mesurer leur amplitude, etc. ; les appareils optiques basés sur la photographie ou sur l’emploi des miroirs combinés sont utilisés dans le même dessein et fournissent des images visibles pour la combinaison des vibrations de deux sons simultanés (expériences de Lissajous) ; les flammes de Koenig sont un appareil optique. Une expérience célèbre de Sauveur (1701) a révélé la formation des nœuds et des ventres dans les ondes sonores ; la corde tendue étant attaquée par un archet, de petits cavaliers de papier disposés au préalable en divers points étaient renversés ou demeuraient immobiles selon qu’ils se trouvaient placés sur des nœuds ou des ventres. On démontre aujourd’hui le même fait en employant comme corde vibrante un fil métallique porté au rouge sombre par un courant électrique ; le mouvement vibratoire intense qui se produit aux ventres refroidit assez le fil pour que cesse l’incandescence ; celle-ci subsiste aux nœuds qui apparaissent lumineux. Lorsque la corde vibre dans toute son étendue, elle donne le son fondamental avec un ventre unique, et un nœud à chaque extrémité ; si l’on fait glisser sous la corde un chevalet qui l’immobilise au milieu, au quart, etc., de sa longueur, elle se divise en fuseaux vibratoires dont chacun, placé entre deux noeuds, représente la moitié de la longueur d’onde de son correspondant. (Voyez Résonance, Son, Sympathie.)
Les expériences photographiques de Massol et Sizes, résumées dans une Note à l’Institut le 27 juin 1910, ont prouvé par l’inscription photographique l’existence dans un même son de Vibrations verticales, perpendiculaires et tournantes : l’existence de sons (incommensurables par l’oreille) de O Vibrations d. 1/3, O Vibrations 2/3, 1 Vibrations d. à la seconde, 1 Vibrations et 1/3, etc., qui seraient fa-7, fa-6, ut-5, fa-5, etc. au total 12 harmoniques inférieurs et 11 supérieurs du son prédominant produit par un diapason accordé à l’ut₀ de 32 Vibrations d. verticales à la seconde. (Voyez Echelle.)

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