L’analyseur de Kœnig : un premier spectromètre pour l’étude de la parole
p. 301-315
Texte intégral
1À la fin du XIXe siècle, des avancées théoriques majeures dans le domaine de l’acoustique ont été accomplies en Europe. Les travaux de Hermann von Helmholtz (Helmholtz 1877) en Allemagne et ceux de John W. Strutt, le baron Rayleigh (Rayleigh 1877), en Angleterre ont posé les bases de l’acoustique moderne en formalisant les notions de résonance ou en généralisant l’utilisation de l’espace des fréquences pour décrire les ondes acoustiques. Ces recherches théoriques n’auraient pas pu aboutir sans l’apport des constructeurs d’appareils acoustiques qui ont su développer des instruments de mesure de plus en plus fiables et précis permettant de mettre les théories à l’épreuve des faits. Parmi ces constructeurs, Rudolf Kœnig1 apparaît comme une figure emblématique. Né en 1832 à Koenigsberg en Prusse orientale, il entreprend des études à l’université de sa ville natale avant de s’établir à Paris en 1851. D’abord apprenti chez le célèbre luthier Jean-Baptiste Vuillaume (1798-1875), il fonde en 1858 sa propre entreprise de fabrication d’appareils d’acoustique. Jusqu’à sa mort en 1901, il met au point et réalise tout un ensemble instrumental couvrant les domaines de l’analyse et de la production des sons parmi lesquels des sirènes, des diapasons, des tuyaux d’orgues, etc.
2L’analyseur de spectre que nous présentons dans ce texte est représentatif de l’inventivité de Kœnig (Beyer 1998, 1999 ; Greenslades 1992). Ce dernier a l’idée de regrouper trois dispositifs, utilisés en général séparément, pour réaliser cet appareil. Tout d’abord, un ensemble de résonateurs de Helmholtz joue le rôle d’un banc de filtres permettant l’extraction des composantes fréquentielles d’un son incident. Ensuite, des capsules manométriques effectuent la conversion des vibrations acoustiques de l’air capturé par chaque résonateur en vibrations de flammes. Enfin, un miroir tournant permet de visualiser le mouvement des flammes. Cet appareil a très rapidement été utilisé par les chercheurs travaillant sur la voix parlée ou chantée. Il a servi les tenants d’une phonétique expérimentale qui voyaient ainsi un moyen unique de visualiser, voire de mesurer, les caractéristiques de la voix. Parmi eux, l’abbé Rousselot à Paris et Théodore Rosset à Grenoble ont fait figure de proue. Ce dernier, alors jeune directeur de l’Institut de phonétique de Grenoble, a dès le début du XXe siècle doté son laboratoire d’un grand nombre d’appareils de mesures dont cet analyseur de spectre.
1 Analyseur du timbre des sons à flammes manométriques, extrait du catalogue de Kœnig de 1889 (à gauche) et celui de l’Institut de phonétique de Grenoble après restauration (à droite).

3Dans ce chapitre, nous allons présenter dans un premier temps le fonctionnement de l’analyseur de spectre en détaillant les trois dispositifs qui le constituent et que nous avons mentionnés précédemment. Nous détaillerons ensuite les utilisations de cet appareil dans le domaine de la phonétique expérimentale de la fin du XIXe siècle au début du XXe, moment auquel apparaissent les premiers spectrographes électriques. Enfin, nous relaterons l’histoire de l’appareil depuis son arrivée à l’Institut de phonétique de Grenoble aux alentours de 1910 jusqu’à sa restauration en 2005 dans le cadre de la célébration du centième anniversaire de la naissance de l’Institut.
1. Description de l’analyseur de spectre de Kœnig
4Dans son Catalogue des appareils acoustiques, publié en 1889, Kœnig décrit de façon lapidaire son analyseur du timbre des sons à flammes manométriques (voir illustration 1) : « il sert à décomposer, d’une manière visible, le timbre d’un son quelconque dans ses notes élémentaires » (Kœnig 1889). Cet appareil est vendu à l’époque 650 francs, ce qui représenterait actuellement environ 2200 euros2.
2 Résonateur de Helmholtz cylindrique à son variable (à gauche) et sphérique à son fixe (a droite). (Koenig, 1882, p. 74).

1.1 Les résonateurs de Helmholtz
5L’appareil présente à gauche une succession de 14 cylindres creux dits « résonateurs universels ». Kœnig décrit ces cylindres et leur réglage de la façon suivante (voir illustration 2 à gauche) :
[Ces cylindres sont] composés de deux tubes qui entrent à frottement l’un dans l’autre […]. Le tube extérieur se termine par un hémisphère avec un appareil destiné à l’oreille […] ; l’extrémité opposée du tube intérieur est fermée par une plaque percée en son milieu par une ouverture, que met en communication la masse d’air intérieure avec l’air ambiant ; grâce à cette disposition, on peut, en étirant les tubes, augmenter le volume du résonateur et baisser d’une tierce environ le son propre de la masse d’air. Des divisions tracées sur le tube intérieur indiquent le volume qu’il faut donner au cylindre étiré pour obtenir les différentes notes. (Koenig 1882, p. 73-74)
6Helmholtz avait initialement conçu ces résonateurs en verre. Ils lui avaient permis de déterminer la première relation analytique entre leur fréquence de résonance, leur géométrie et la célérité du son. Helmholtz a ensuite fait construire par Kœnig un ensemble de résonateurs en laiton à taille graduée (Helmholtz 1877). C’est ce type de résonateur que Kœnig a intégré dans son analyseur de spectre.
7Le principe de fonctionnement du résonateur est simple : lorsqu’un son est émis devant celui-ci, il peut provoquer la mise en résonance de la masse d’air qu’il contient. Il faut pour cela que la fréquence du son incident coïncide avec la fréquence de résonance du résonateur. Cette dernière dépend de la géométrie du résonateur (c’est-à-dire de son volume et de l’aire de l’ouverture circulaire) et de la vitesse du son. Helmholtz a établi la formule suivante3 :

8où c est la célérité du son, S est l’aire de l’ouverture circulaire et V le volume du résonateur4. Les vibrations acoustiques correspondant à cette fréquence de résonance excitent le résonateur et sont ensuite transmises par un tuyau souple vers une capsule manométrique.
3 Capsules manométriques : a. schéma de Kœnig avec légende (Koenig, 1882, p. 57, notre légende), b. photographie de l’une des capsules de l’analyseur de spectre de l’Institut de phonétique de Grenoble (photographie personnelle).

1.2 Les capsules manométriques
9Parmi toutes les inventions de Kœnig, la capsule manométrique est l’une des pièces maîtresses. Inventée en 1862, elle permet de visualiser les vibrations acoustiques de l’air. Dans ses Quelques expériences d’acoustique, Kœnig détaille sa capsule manométrique de la façon suivante :
Au commencement de l’année 1862, j’avais imaginé une méthode nouvelle d’observation ayant pour but de rendre sensibles à l’œil les ondes sonores, en d’autres termes, les variations de densité de l’air quand il est traversé d’ondes engendrées par les vibrations d’un autre corps ou quand il vibre lui-même […]. La petite disposition sur l’emploi de laquelle repose essentiellement ma méthode, et que j’appelle « capsule manométrique », consiste en une cavité pratiquée dans une planchette de bois et fermée par une mince membrane ; deux tubes s’y engagent, dont l’un peut amener du gaz d’éclairage, et l’autre, terminé par un bec donne issue à ce gaz et permet de l’allumer. Maintenant, supposons que l’air se condense ou se dilate brusquement devant la membrane ; dans le premier cas, la membrane chassée vers l’intérieur de la capsule comprime le gaz qui s’y trouve, et par suite la flamme s’allonge ; dans le second, la membrane est tirée au-dehors, la cavité s’agrandit, et par suite de la raréfaction du gaz, la flamme aspirée devra se raccourcir. (Koenig 1882, p. 47-48)
4 a. Capsules manométriques (à gauche) fixées dans un support en bois, creusé d’un côté pour remplacer la chambre A et assemblé de l’autre côté avec un tube en métal sur lequel est branché un tuyau relié à un résonateur de Helmholtz (à droite) ; b. emplacement destiné à recevoir une capsule manométrique.

10Un schéma de capsule manométrique (appelée aussi parfois vanne manométrique) est présenté à l’illustration 3a. On y voit sur la gauche un embout destiné à être connecté au résonateur de Helmholtz ou à une embouchure. Les ondes acoustiques incidentes se propagent vers la chambre A et mettent en vibration la membrane souple. Les vibrations de la membrane ont pour conséquence de faire varier le volume de la chambre B et ainsi de moduler le débit de gaz arrivant par le tuyau en bas à droite et sortant dans le brûleur à droite.
11Les capsules manométriques de l’analyseur de spectre de l’Institut de phonétique de Grenoble (illustration 3b) sont réalisées de manière quasiment identique. La seule différence réside dans le fait que la chambre A est creusée sur un des côtés du support en bois servant à fixer les capsules. De l’autre côté du support, un tube métallique permet de brancher un tuyau connecté à l’arrière d’un résonateur de Helmholtz (voir illustration 4).
12La capsule manométrique permet donc de convertir une vibration acoustique invisible en une vibration potentiellement visible. Cependant la fréquence de vibration de la flamme est généralement trop rapide pour être perçue à l’œil nu. Cela peut suffire dans des expériences où il importe seulement de visualiser l’amplitude d’une vibration. C’est le cas, par exemple, dans les expériences de visualisation des nœuds et des ventres des ondes acoustiques dans un tuyau d’orgue relatées par Kœnig :
Pour faire voir d’abord que la densité de l’air change alternativement aux nœuds et reste invariable aux ventres d’une colonne d’air sonore, je me sers d’un tuyau d’orgue ouvert construit de manière qu’il rende à volonté, soit le son fondamental qui lui est propre, soit le premier harmonique, c’est-à-dire l’octave. Au nœud du son fondamental et aux nœuds de l’octave sont pratiqués sur une face du tuyau trois trous recouverts chacun d’une capsule manométrique telle que la membrane, de même diamètre que l’ouverture, la ferme exactement. Les trois flammes que l’on règle au moyen d’un robinet sont alimentées par un réservoir commun, muni de capsules isolantes. Si, après avoir donné aux trois flammes une hauteur de 15 à 20 centimètres, on donne l’octave, les deux flammes extrêmes sont si violemment agitées qu’elles s’allongent, s’amincissent et deviennent bleues, en cessant d’être lumineuses à cause de la quantité d’air qu’elles entraînent dans leur mouvement de va-et-vient. Quand le tuyau rend le son fondamental, la flamme du milieu, étant située au nœud, est vivement agitée, tandis que les deux autres qui se trouvent entre ce nœud et les ventres placés aux extrémités du tuyau ne sont que faiblement agitées ; comme il ne s’agit alors que de reconnaître une différence d’intensité dans le mouvement comparé des flammes, il est bon de n’expérimenter que sur de petites flammes ; celle du milieu est alors toute bleue, tandis que les deux autres restent encore jaunes à leur sommet. Avec une hauteur de flammes de 8 ou 10 millimètres, le son fondamental éteint la flamme du milieu, tandis que l’octave éteint les flammes voisines. (Kœnig 1882, p. 49-50)
5 Schéma de principe du miroir tournant vu de dessus : les points F’1 et F’2 sont les deux images par l’une des faces du miroir (marquée d’un trais épais) de la flamme F vues par l’observateur O. Le miroir est d’abord en position M1 puis en position M2.

13Pour visualiser plus en détail la forme des vibrations, Kœnig a utilisé le dispositif du miroir tournant situé à la droite de l’analyseur (voir illustration 1).
1.3 Le miroir tournant
14Utilisé par de nombreux physiciens du XIXe siècle, le dispositif du miroir tournant permet de convertir une différence de temps entre deux apparitions successives d’un phénomène lumineux en une différence de distance entre les images de ce phénomène vues à travers le miroir. En conséquence, il permet de visualiser un phénomène localisé en un point de façon plus large en l’étalant dans l’espace. Ce dispositif a été utilisé en 1834 par Charles Wheatstone pour étudier la vitesse de formation d’étincelles provenant de décharges électrostatiques entre deux électrodes sphériques. Il a été repris en 1862 par Léon Foucault pour une célèbre expérience visant à mesurer la vitesse de la lumière5. Kœnig a utilisé ce dispositif pour visualiser les flammes oscillantes de ses capsules manométriques.
15Dans l’analyseur de spectre de l’Institut de phonétique, le miroir tournant est un parallélépipède rectangle dont la base est un carré de 11 centimètres de côté et dont la hauteur est de 80 centimètres. Les quatre faces dans le sens de la hauteur sont des miroirs qui permettent de réfléchir la lumière des flammes issues des capsules manométriques. L’illustration 5 montre le principe de fonctionnement de cet appareil. Entre deux instants t1 et t2, le miroir M passe de la position M1 à la position M2. Au cours de la rotation du miroir, l’image de la flamme F vue par l’observateur O passe continûment de F’1 à F’2. Si la hauteur de flamme varie entre les instants t1 et t2, cela se traduit alors par une image de flamme ondulante étalée spatialement. Lorsque le miroir tourne sans arrêt, il joue en plus un rôle de stroboscope : la flamme apparaît 4 fois par tour de miroir aux yeux de l’observateur.
16L’étude des propriétés fréquentielles d’un son donné se traduit alors par une représentation graphique des flammes vues dans le miroir tournant. Kœnig décrit ces flammes manométriques dans le cas d’un analyseur contenant 8 résonateurs :
Ces 8 flammes placées obliquement l’une sous l’autre produisent, dans un miroir parallèle à la ligne qui les joint, 8 bandes de lumière parallèles, si les flammes sont immobiles ; et des bandes ondulées si elles sont agitées. (Koenig 1882, p. 70)
17Kœnig a représenté dans ses Quelques expériences d’acoustique un grand nombre de dessins de flammes issues des capsules manométriques (illustration 6).
1.4 Description globale de l’analyseur
18Les trois dispositifs mentionnés précédemment sont fixés sur un châssis vertical en fonte de forme trapézoïdale. Les dimensions des bases du trapèze sont de 1 mètre en bas et 55 centimètres en haut, la hauteur étant égale à 1,15 mètre. Le châssis repose sur deux pieds permettant d’assurer la stabilité de l’ensemble. Les résonateurs sont vissés sur une plaque métallique et sont disposés du bas vers le haut en fonction croissante de leur fréquence de résonance. Avec ses 14 résonateurs, l’analyseur de l’Institut couvre une bande de fréquence allant de 194 hertz à 1300 hertz6. Les capsules manométriques sont alignées de bas en haut à la droite des résonateurs. Elles sont vissées sur une plaque de bois creusée d’autant de trous qu’il y a de capsules. L’étanchéité entre l’extérieur et l’intérieur de la capsule est réalisée au moyen d’une rondelle découpée dans une peau de chamois. Les capsules sont séparées des résonateurs de Helmholtz par une plaque métallique sombre qui sert à protéger les résonateurs de la chaleur due à la combustion et fait office de fond sombre sur lequel peuvent se détacher les images des flammes vues dans le miroir.
19Le miroir est monté sur un système d’engrenages reliés à une manivelle. Il n’y a pas de démultiplication et donc un tour de manivelle correspond à un tour de miroir. Le rythme de rotation du miroir dépend de l’expérimentateur mais une fréquence de 1,6 tour par seconde semble un bon ordre de grandeur pour la visualisation des flammes vibrantes. Un petit calcul nous permet d’estimer le nombre de vibrations observées par l’observateur à travers le miroir. Supposons qu’une flamme oscille à la fréquence de 200 hertz et que le miroir tournant a une fréquence de 2 tours par seconde, chaque face du miroir permet d’étaler l’image de la flamme pendant 0,125 seconde au maximum, ce qui permet de visualiser 25 oscillations. En fait, en fonction de l’angle de vue de l’observateur, l’image de la flamme est moins étalée et l’on ne peut alors visualiser qu’une dizaine d’oscillations, ce qui correspond environ au nombre de flammes représentées dans les dessins de Kœnig (illustration 6).
6 Dessins des flammes manométriques obtenues par Kœnig en chantant les voyelles (OU), (O), (A), (E) et (I) sur différentes hauteurs de notes fondamentales allant de ut1 (128 hertz) à ut3 (512 hertz) (Koenig 1882, p. 63)

20La difficulté majeure rencontrée par Kœnig était de dessiner sur papier les images de flammes manométriques pour pouvoir mesurer précisément leur nombre et leur taille. Un très grand nombre d’essais était nécessaire. Ainsi mentionne-t-il avec quel soin il représentait graphiquement les images des flammes :
J’avais dessiné et fait peindre, dès 1867, les images que j’avais obtenues en chantant les voyelles OU, O, A, E, I, sur les notes des deux gammes de ut1 à ut3. Voici comment j’opérais : pour m’assurer qu’en passant d’un ton à l’autre je n’altérais pas la voyelle, je commençais par vérifier avec un diapason le son propre de la cavité buccale ; un peintre dessinait la figure des flammes pendant que je chantais dans l’appareil. Je la dessinais de mon côté, et, si nos deux épreuves correspondaient, je les tenais pour bonnes à servir de modèles, sinon je recommençais l’expérience jusqu’à réussite complète. (Kœnig 1882, p. 61)
21Une des solutions au problème de la fixation des images sur un support stable permettant la mesure précise des flammes manométriques a été apportée assez tôt par l’utilisation de la photographie.
2. Utilisation de l’analyseur de spectre de Kœnig en phonétique expérimentale
22Kœnig a utilisé ses appareils de mesures pour étudier le timbre de la voix. Dans ses premiers travaux, il a utilisé une capsule manométrique reliée à une embouchure recueillant directement le signal vocal émis par l’expérimentateur, sans passer par le banc de filtres des résonateurs de Helmholtz. Il a consigné un grand nombre d’observations liées à la production en voix chantée des voyelles [u], [o], [a], [ə], [i] et des consonnes [m], [n], [r], [p], [t], [k], [f], [s], [ʃ]. L’illustration 6 donne un exemple d’observations pour les voyelles chantées avec différentes hauteurs fondamentales allant de 128 hertz à 512 hertz, c’est-à-dire de ut1 à ut3 avec la convention utilisée par Kœnig.
23L’idée d’étudier les flammes associées aux résonateurs de Helmholtz pour décomposer les composantes fréquentielles de la voix a ensuite très vite été émise par Kœnig :
Cet appareil me semble donc convenir parfaitement à des recherches plus précises et plus étendues sur les sons en général et sur la voix humaine en particulier, du moins dans les limites des harmoniques qui ne dépassent pas ut5. (Koenig 1882, p. 76)
24Il entreprend une étude du timbre des voyelles en chantant ces voyelles sur la note ut2 (256 hertz) en face de son analyseur après avoir accordé les 8 résonateurs de Helmholtz sur les harmoniques de ut2.
L’appareil ainsi vérifié, je produis devant lui un son dont la note fondamentale est l’ut2, et les traînées de lumière dentelées révèlent alors la nature et l’intensité des harmoniques de cette note […]. Lorsqu’on chante un OU, outre le ton fondamental, l’octave accuse des vibrations assez intenses, et parfois, mais rarement, on remarque une action très faible sur le troisième ton. O influence énergiquement la flamme du troisième et du quatrième ton, tandis que l’octave vibre plus faiblement que pour OU. L’O produit encore des dentelures sur la cinquième traînée, mais elles sont très faibles. Le maximum d’intensité pour OA remonte encore plus haut, c’est au quatrième et au cinquième ton que les bandes sont ici le plus profondément découpées, tandis que les harmoniques graves s’affaiblissent. L’action de la voyelle A s’étend jusqu’à la septième flamme, et c’est la quatrième, la cinquième et la sixième qui vibrent avec le plus d’intensité. Lorsqu’on chante un E, le ton fondamental est accompagné de l’octave et de la douzième, la première faible, l’autre très intense ; la double octave et sa tierce vibrent avec une intensité moyenne, et la flamme no 7 accuse une faible trace du septième ton. I chanté sur ut2 imprime au ton fondamental et à l’octave seuls de très fortes vibrations, tandis que les autres flammes restent immobiles. (Kœnig1882, p. 72)
25Il est possible d’analyser ces observations à partir des données actuelles sur les valeurs de fréquence et d’amplitude des formants des voyelles mentionnées. Pour le [u] (OU), les trois premiers formants ont comme valeur typique pour un locuteur masculin : F1 = 315 hertz, F2 = 764 hertz et F3 = 2027 hertz (Calliope 1989, p. 82). Le premier formant est proche de la fondamentale du son de ut2 chanté par Kœnig, le second est proche de la 3e harmonique (768 hertz) avec un amplitude moindre ce qui expliquerait l’action sur le 3e ton de faible intensité. Enfin le 3e formant est proche du 8e harmonique de ut2 (2048 hertz) mais son amplitude est si faible que la flamme associée au 8e résonateur n’est pas perturbée. Pour le [a], les 4e, 5e et 6e flammes vibrent le plus. Elles correspondent à des fréquences de 1024 hertz, 1280 hertz et 1536 hertz centrées sur le 2e formant du [a] (1256 hertz dans Calliope 1989). Enfin, le [i] n’excite que les deux premières harmoniques du fait de son 1er formant aux alentours de 300 hertz. Le 2e formant a une fréquence de 2064 hertz avec une amplitude trop faible pour exciter la capsule manométrique.
26À la suite des travaux de Kœnig, l’idée de fixer par la photographie les images des flammes manométriques vues par le miroir tournant pour pouvoir faire des mesures plus facilement a été avancée par Étienne-Jules Marey à la fin du XIXe siècle. Dans le laboratoire de l’École pratique des hautes études, Marey se tourne vers l’étude expérimentale de la voix après avoir été sollicité par une délégation de la Société de linguistique en 1875. Avec Louis Havet, secrétaire de la Société de linguistique, et Charles Rosapelly ils mettent au point un nombre important d’instruments de mesures permettant d’inscrire les vibrations du larynx ou le mouvement de différents articulateurs comme le velum ou les lèvres. Les trois chercheurs voient dans l’analyseur de spectre de Kœnig un appareil unique pour visualiser la parole :
Les flammes vibrantes de Kœnig subissent, grâce à leur admirable mobilité, des vibrations correspondantes à toutes celles que renferment les harmoniques concourant à la formation d’une voyelle. Dissociée par sa réflexion sur un miroir tournant, la flamme apparaît comme une traînée lumineuse, bordée de dentelures dont le nombre et les hauteurs relatives permettent d’estimer la tonalité des différents sons contenus dans chaque voyelle. Placé devant le porte-voix d’un appareil de Kœnig, un sourd-muet pourra donc s’exercer à reproduire des images lumineuses pareilles à un type tracé à l’avance, et s’il réussit à imiter une de ces figures optiques, c’est qu’il aura émis correctement la voyelle qui lui correspond. On ne peut reprocher à cette méthode que certaines difficultés pratiques, mais avec un peu d’exercice et quelques modifications des appareils, on arriverait à le rendre d’un emploi facile. Toutefois, il reste encore un progrès à réaliser, c’est de donner la permanence aux figures optiques de Kœnig, de fixer l’image de ces flammes et d’obtenir directement la courbe caractéristique des différentes voyelles. (Rosapelly 1876, p. 112-113)
27On peut noter avec quel optimisme Rosapelly envisage l’utilisation de l’analyseur pour l’aide à la production de la parole chez les déficients auditifs. En outre, il pose bien le problème de la fixation des images visualisées dans le miroir tournant. L’avènement de la photographie a permis d’améliorer ce point. Dès 1878, Marey mentionne les travaux du docteur Stein de Zurich, qui obtient en 1877 les premières photographies de flammes manométriques en remplaçant le gaz d’éclairage des flammes par du cyanogène (Marey 1878, p. 647). En 1897-1898 à Paris, René Marage utilise la chronophotographie de Marey pour fixer les images issues de flammes manométriques7.
28Ainsi, l’analyseur de spectre de Kœnig apparaît en cette fin de XIXe siècle comme un appareil nécessaire pour l’étude de la voix humaine. Dans ses Principes de phonétique expérimentale, l’abbé Rousselot mentionne l’analyseur de Kœnig et décrit son utilité pour l’analyse du timbre de la parole (Rousselot 1924, t. I, p. 163-164).
3. Restauration de l’analyseur de spectre de Kœnig de l’Institut de phonétique de Grenoble
29Théodore Rosset fonde l’Institut de phonétique de Grenoble en 1904. Dès le début, il oriente l’Institut vers une démarche expérimentale et le dote d’un laboratoire riche d’appareils de mesures ou d’enregistrement du son : enregistreurs à rouleaux Edison, graveurs de disques, analyseur graphique de Fourier, sirène à onde pour la synthèse sonore, etc.8. La date précise d’acquisition de l’analyseur de spectre de Kœnig n’est pas connue, mais l’appareil porte un cachet de son vendeur datant de 1908. D’autre part, un inventaire du laboratoire écrit de la main de Rosset en 1911 mentionne l’appareil (illustration 7). Il a donc selon toute vraisemblance été acquis entre ces deux dates. Une photographie sur plaque de verre, malheureusement non datée, montre le laboratoire de l’Institut à ses débuts. On y voit l’analyseur de Kœnig en son centre (illustration 8).
30L’utilisation de l’analyseur dans les premiers travaux de l’Institut de phonétique n’est pas attestée. Il semble que cet appareil ait été employé surtout à des fins pédagogiques pour montrer l’aspect fréquentiel complexe des sons de parole. En 1918, à la fin de la guerre, l’Institut de phonétique de Grenoble change de directeur et se spécialise avec Antonin Duraffour dans le domaine de la dialectologie, laissant l’usage des appareils de laboratoire en suspens. Il semble qu’à partir de là, l’analyseur de spectre de Kœnig n’ait plus servi et soit resté une pièce de musée. Un film documentaire sur la phonétique, réalisé en 1968 sous la direction de René Gsell, alors directeur de l’Institut, montre l’analyseur de Kœnig en état de fonctionnement dans le cadre d’une description historique de la phonétique (Gsell 1968).
31À part quelques modifications, concernant notamment l’arrivée générale de gaz, l’analyseur a subi peu de transformations jusqu’à ce que nous entreprenions sa restauration en 2005. Le point le plus délicat a concerné la rénovation des capsules manométriques. Les membranes étaient devenues cassantes et nous n’avions aucune indication concernant le matériau avec lequel elles étaient réalisées. Nous avons choisi d’utiliser un film en latex d’environ 0,3 millimètre d’épaisseur. Nous avons tendu le film suffisamment pour éviter les plis puis nous l’avons fixé au moyen d’une bague de serrage. L’illustration 9 présente une capsule avant et après restauration.
7 Extrait du cahier d’inventaire du laboratoire datant de 1911 et signé par Rosset et le doyen de la faculté (à gauche). L’analyseur de Kœnig est présent à cette date (à droite, marqué d’une flèche) (archives de l’Institut de phonétique de Grenoble).

8 Photographie sur plaque de verre du laboratoire de l’Institut de phonétique de Grenoble à ses débuts (date inconnue). L’analyseur de Kœnig est présent au centre de la photographie (archives de l’Institut de phonétique de Grenoble).

9 Membrane de la vanne manométrique avant (gauche) et après (droite) restauration. Le matériau choisi pour la membrane est un film de latex d’environ 0,3 millimètre d’épaisseur.

32Le reste de la restauration n’a pas posé beaucoup de problème vu le bon état général de l’appareil. Nous avons simplement remplacé les tuyaux en caoutchouc, devenus cassants, par des tuyaux en plastique et nous avons redonné son lustre à l’analyseur en repeignant la plaque métallique servant de support aux résonateurs de Helmholtz et en nettoyant ces derniers avec un produit adapté aux métaux.
Conclusion
33L’analyseur de Kœnig est un dispositif ingénieux permettant de visualiser une vibration acoustique en décomposant les différentes composantes fréquentielles au moyen d’un banc de filtres constitué par des résonateurs de Helmholtz de volumes variables. L’élément principal pour la visualisation des vibrations acoustiques est la capsule manométrique inventée par Kœnig en 1862. Cette capsule sera utilisée par de nombreux acousticiens, jusqu’au développement des microphones. On peut trouver une description théorique des flammes manométriques dans le traité d’Acoustique générale d’Henri Bouasse (1926). L’analyseur de spectre comporte néanmoins quelques inconvénients comme sa faible sensibilité, insuffisante notamment pour l’étude de la voix parlée. Kœnig s’est d’ailleurs limité à la voix chantée pour pouvoir augmenter l’intensité de sa production sonore. Cette sensibilité est fortement liée à l’inertie des membranes des vannes manométriques. Les utilisateurs semblaient pallier en partie ce problème par l’utilisation de pavillons permettant d’amplifier la voix. En ce qui nous concerne, dans le but de visualiser des flammes vibrant suffisamment, nous avons utilisé une procédure encore plus radicale en enregistrant des séquences de voyelles et en les diffusant par le biais d’enceintes acoustiques reliées à un amplificateur. Néanmoins, l’analyseur de spectre de Kœnig est un appareil précurseur de l’analyse temps-fréquence, méthode qui verra son apogée par la suite, lors de l’invention du spectrographe sonore par les laboratoires Bell en 1942 puis grâce à la découverte et au développement des ondelettes (Escudié et al. 2001).
Bibliographie
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Références bibliographiques
10.1007/978-1-4612-0517-3 :BEYER Robert T., 1998, Sounds of our Time. Two Hundred Years of Acoustics, New York, Springer.
— 1999, « Rudolph Koenig, 1832-1902 [1901] », The Newsletter of the Acoustical Society of America, Echoes, 9 (2), p. 1 et 6.
BOUASSE Henri, 1926, Acoustique générale. Ondes aériennes, Paris, Delagrave.
BRUNEAU Michel, 1998, Manuel d’acoustique fondamentale, Paris, Hermès.
CALLIOPE, 1989, La parole et son traitement automatique, Paris, Masson.
ESCUDIÉ Bernard, GAZANHES Claude, TACHOIRE Henri, TORRA Vicenç, 2001, Des cordes aux ondelettes. L’analyse en temps et en fréquence avant et après Joseph Fourier, Aix-en-Provence, Publications de l’université de Provence.
10.1515/9783110873429 :FANT Gunnar, 1960, Acoustic Theory of Speech Production, La Haye, Mouton.
10.1119/1.2340771 :GREENSLADE Thomas B. Jr., 1981, « The rotating mirror », The Physics Teacher, 19 (4), p. 253-255.
— 1992, « The acoustical apparatus of Rudolph Koenig », The Physics Teacher, 30 (9), p. 518-524.
GSELL René, SALVY Jean, 1968, « Phonétique », Service du film de recherche scientifique.
10.1007/978-3-663-18653-3 :HELMHOLTZ Hermann von, 1877, Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage für die Theorie der Musik, 4e édition, Braunschweig, Vieweg, réédition de la traduction anglaise de 1885 par Alexander J. Ellis, On the Sensation of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music, New York, Dover Publications, 1954.
KŒNIG Rudolph, 1882, Quelques expériences d’acoustique, Paris, imprimerie Lahure.
— 1889, Catalogue des appareils d’acoustique construits par Rudolph Kœnig, Paris, imprimerie Mouillot.
MAREY Étienne-Jules, 1878, La méthode graphique dans les sciences expérimentales et principalement en physiologie et en médecine, Paris, Masson.
10.1063/1.3060230 :RAYLEIGH John W. Strutt Lord, 1877, The Theory of Sound, Londres, MacMillan, réédition de la 2e édition de 1894 New York, Dover Publications, 1945.
ROSAPELLY Charles, 1876, « Inscription des mouvements phonétiques », Travaux du laboratoire de M. Marey, vol. 2, p. 109-131.
ROUSSELOT Pierre-Jean, 1924, Principes de phonétique expérimentale, édition revue, Paris, H. Didier.
Notes de bas de page
1 Nous avons choisi d’orthographier le nom du constructeur non pas Koenig, comme on le trouve très souvent écrit, mais Kœnig comme il se désignait lui-même en francisant son nom allemand dans ses publications ou dans la marque de ses instruments.
2 Source : « Le pouvoir d’achat de l’euro et du franc », INSEE (http://www.insee.fr/fr/indicateur/achat-franc.htm)
3 Voir Helmholtz 1877, réédition 1954, p. 376.
4 Par la suite de nombreux ouvrages d’acoustique se sont emparés du problème des résonateurs de Helmholtz pour en affiner la théorie. Une formule couramment utilisée lorsque le résonateur de Helmholtz présente un col d’aire A et de longueur l estCette dernière formule est utilisée pour calculer les résonances vocaliques (Fant 1960). Le lecteur soucieux de connaître une description complète de ce problème pourra se référer à l’ouvrage de Bruneau (1998).
5 Le lecteur pourra se référer à Greenslades (1981) pour un historique de l’utilisation du miroir tournant.
6 Dans la convention utilisée par Kœnig, 194 hertz correspond à sol1 et 1300 hertz à mi5. Actuellement, en utilisant la référence la3 = 440 hertz et en convenant de faire commencer l’octave sur un do et non sur un la comme c’est l’habitude dans les pays anglo-saxons, on noterait plutôt 194 hertz proche de sol2 (196 hertz pour être précis), 1300 hertz restant proche de mi5 (1319 hertz).
7 Voir le chapitre de Bernard Teston dans ce volume.
8 Voir le chapitre de Louis-Jean Boë et Jean-François Bonnot dans ce volume.
Auteurs
Département parole et cognition, GIPSA-lab, Grenoble, Université Stendhal, INPG, CNRS
Département parole et cognition, GIPSA-lab, Grenoble, Université Stendhal, INPG, CNRS
Département parole et cognition, GIPSA-lab, UMR 5216, Grenoble
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