Comment analyser un son à l'aide de flammes ?

Comment analyser un son à l'aide de flammes ?

Tous ceux qui possèdent une cuisinière à gaz ont pu constater ce fait banal : plus la pression du gaz est élevée, plus la flamme obtenue est longue. C'est ce phénomène simple qu'utilise l'analyseur de Kœnig, d'une manière extrêmement astucieuse.

Les sons produits par les instruments de musique, la parole ou tout autre bruit de machine ou de vibration mécanique sont en réalité constitués d'un ensemble de composantes élémentaires. Le son comporte généralement une composante fondamentale dont la fréquence, c'est à dire le nombre d'oscillations par seconde, est la plus basse, et définit la hauteur du son (on parle alors de fréquence fondamentale) mais aussi des composantes harmoniques dont les fréquences sont des multiples de.la fréquence fondamentale. L'importance relative de ces différentes composantes varie avec le type d'instrument et caractérise son timbre qui nous permet de l'identifier. L'ensemble de ses composantes constitue ce que l'on appelle communément le spectre en fréquence du son. Analyser un son consiste donc à séparer ses différentes composantes. Aujourd'hui, ce travail est accompli à l'aide d'une instrumentation complexe associant une transformation mathématique, dite transformation de Fourier, et un traitement informatique du signal.

Mais qu'en était-il à l'ère pré-informatique et pré-électronique ? Les chercheurs de ces temps ont déployé des trésors d'inventivité pour résoudre le problème.

L'analyseur de Kœnig en est l'illustration : il est constitué d'une batterie de cylindres dont on peut faire varier la longueur à l'aide d'un piston. Tout comme dans un instrument de musique à vent, ce réglage permet d'accorder le cylindre sur une note donnée. Le son à analyser est produit devant les cylindres et si l'une de ses composantes élémentaires a une fréquence sur laquelle est accordé l'un des cylindres, un phénomène de résonance a lieu et l'air présent dans le cylindre se met à vibrer. Chaque cylindre étant raccordé à un dispositif de flamme vibrante, il suffit alors d'enflammer le gaz et d'observer les vibrations de la flamme associée. Si la flamme vibre c'est que le son contient bien une composante à la fréquence de résonance du cylindre considéré.

En observant l'ensemble des flammes on obtiendra alors l'image du spectre en fréquence du son. Un dispositif à miroir tournant permet ensuite de visualiser le mouvement des flammes. Il ne reste plus alors qu'à procéder à l'analyse du spectre en visualisant le forme des flammes dans le miroir.

L'appareil de Kœnig conservé par le laboratoire GIPSA-lab sur le campus de Saint-Martin d’Hères est ainsi le premier analyseur de Fourier ... à gaz !

Retrouvez cet objet en visitant la galerie Sciences et technique d’Aconit (Association pour un conservatoire de l’informatique et de la télématique à Grenoble) sur son site web : db.aconit.org/dbgalerie, ou en visitant le musée du GIPSA-Lab (www.gipsa-lab.fr) sur rendez-vous.