Diapason

Le diapason donne une hauteur de référence grâce aux vibrations de deux branches métalliques. Musiciens et acousticiens comparent ce son à celui d’une voix ou d’un instrument ; une boîte de résonance permet de mieux l’entendre.

Ce que c’est

Un diapason est un résonateur métallique dont les deux branches libres se rejoignent par une courbure, prolongée par une tige. Après une légère percussion, il émet un son qui fournit une référence de hauteur pour accorder un instrument ou comparer des vibrations. Le musicien écoute cette note, puis ajuste la corde ou l’instrument qu’il souhaite mettre à la même hauteur.

Rudolph Koenig, facteur d’instruments à Paris, fabriquait des fourches installées sur des boîtes de résonance en bois. Le Smithsonian conserve un ensemble de trois fourches d’acier et un petit marteau, instruments de laboratoire qu’il date d’environ 1870 à 1900 ; il décrit leurs boîtes comme étant en épicéa. Au Kenyon College, des fourches de Koenig sur résonateurs ont des boîtes à table d’épicéa, comme la table d’un violon ; le catalogue de Koenig de 1889 proposait la fourche de 128 Hz à 100 francs. Au Hood Museum of Art de Dartmouth, une boîte de Koenig portant une fourche de Max Kohl d’environ 1900 est en pin.

Comment ça marche

Les branches se déforment symétriquement autour de leur position de repos.

Quand on frappe le diapason, ses branches se courbent légèrement, puis leur élasticité les ramène vers leur position initiale. Le mouvement se poursuit de part et d’autre de cette position : les extrémités se rapprochent, s’éloignent et recommencent. Chaque branche fléchit comme une petite poutre fixée à sa base et libre à son extrémité. Dans le mode habituellement utilisé, leurs mouvements sont symétriques, comme les deux moitiés d’une image dans un miroir.

La hauteur dépend de la fréquence de cette oscillation, donc des dimensions du métal, de sa rigidité et de sa masse volumique. Des branches plus longues vibrent plus lentement et donnent un son plus grave ; raccourcir leurs extrémités fait monter le son. Remplacer le métal en conservant les dimensions peut aussi changer la fréquence, car les matériaux n’ont pas la même rigidité ni la même densité.

Posée sur une table, la tige transmet sa vibration à une surface plus grande.

L’oscillation met l’air en mouvement et produit un son dont l’intensité varie suivant la direction d’écoute. Une percussion peut exciter plusieurs modes de vibration ; un coup contre un objet dur favorise notamment un tintement aigu supplémentaire. Après l’attaque, les composantes aiguës s’atténuent et le son principal domine. La tige bouge elle aussi, très faiblement : son contact avec une table ou une table d’harmonie transmet la vibration à une surface plus grande. Sur les appareils de Koenig, le montage sur une boîte de résonance exploite ce couplage pour renforcer le son.

Pour tenir une fourche libre, on saisit sa tige et on laisse les branches dégagées ; leur mouvement doit pouvoir se poursuivre. Lorsqu’un autre son de hauteur voisine retentit en même temps, on entend des renforcements et des affaiblissements périodiques, appelés battements. Ils proviennent de la superposition des deux vibrations ; leur rythme permet de comparer les fréquences. Les acousticiens ont utilisé cette comparaison pour mesurer d’autres sons à partir de diapasons connus.

Comment faire

Limer le bout des branches les raccourcit et fait monter le son ; le diapason fini posé à côté sert de référence.

Une fabrication d’atelier consiste à usiner une fourche dans une seule ébauche d’acier, comme pour les exemplaires de Koenig décrits par le Smithsonian. On réserve deux branches parallèles reliées par un fond arrondi, avec une tige dans leur prolongement. L’usinage doit préserver la régularité des branches et leur symétrie ; la découpe laisse leur extrémité libre. Le façonnage donne leur longueur et leur épaisseur aux branches ; ces dimensions règlent leur comportement vibratoire. Pour une fourche d’acier, on conserve l’acier choisi pendant toute la mise au point, puisque changer de métal change les propriétés vibratoires.

On compare ensuite le son à une référence connue et on procède à de petites corrections, suivies d’une nouvelle écoute. Raccourcir les extrémités augmente la fréquence ; enlever du métal ailleurs ne doit pas être assimilé à ce raccourcissement. La rigidité et la répartition de la masse interviennent aussi dans le résultat. Une boîte en bois peut recevoir la fourche, comme sur les instruments de Koenig, avec une liaison mécanique transmettant sa vibration.

Pour travailler, fixer solidement l’ébauche, porter une protection oculaire et employer une lime munie de son manche. Garder les doigts hors de la trajectoire de l’outil et retirer les bavures avant la manipulation. Si une opération chauffe le métal, réserver cette étape à un atelier équipé et laisser refroidir la pièce avant de la toucher. Pour l’essai sonore, commencer doucement, loin des oreilles, et éviter les chocs violents contre une surface dure. Une fabrication d’atelier destinée à l’écoute ne doit pas servir au diagnostic médical ni être présentée comme un instrument médical calibré.

Histoire et évolution

Le Whipple Museum de Cambridge et le Smithsonian attribuent à John Shore l’invention du diapason en 1711. Shore était musicien à la cour anglaise ; sa fourche répondait au besoin de disposer d’une hauteur pour accorder les instruments. Avant elle, les musiciens employaient notamment des tuyaux d’accord en bois, sensibles à la température et à l’humidité.

Au XIXe siècle, l’amélioration de la fabrication transforme le diapason en instrument de mesure acoustique. Johann Scheibler rassemble des fourches en séries pour comparer les hauteurs par battements. Rudolph Koenig développe ensuite de vastes collections de fréquences et fabrique des instruments destinés aux expériences sur le son. Les boîtes de résonance conservées au Smithsonian appartiennent à cette pratique de laboratoire.

Les diapasons participent aussi aux efforts de normalisation de la hauteur musicale. La référence choisie dépend de la convention et de l’instrument ; les fourches historiques ne donnent pas toutes la même note. Au XXe siècle, les techniques électroniques remplacent nombre de leurs usages scientifiques, tandis que l’accordage musical et certains examens médicaux conservent la fourche vibrante.