Ferdinand von Helmoltz

Hermann von Helmholtz

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz était un scientifique, physiologiste et acousticien, né le 31 août 1821 à Potsdam et décédé à Berlin en 1894. Il démarra sa carrière comme médecin militaire et devint ensuite professeur d'anatomie et de physiologie, puis professeur de physique à Berlin en 1871.

Biographie

Helmholtz a vécu à une époque propice à développer l’expérimentation grâce à un arsenal d’instruments de plus en plus performants, qui prolongent, démultiplient, amplifient, accélèrent le regard des scientifiques sur la nature des phénomènes (et dans ce cas précis, des phénomènes sonores) pour mettre en évidence les explications de certaines observations : la technique a permis de transcrire sous une forme objective des phénomènes inexplicables ; et l’acoustique, au même titre que beaucoup de sciences dédiées à la nature des rapports de l’homme à son environnement proche, a effectué un bond considérable.

Helmholtz a été lauréat de la médaille Copley en 1873 et du Faraday Lectureship de la Royal Society of Chemistry en 1881.

L'institution de recherche allemande, la Helmholtz-Gemeinschaft est nommée en son honneur.

Travaux

Ses principaux travaux sont :

• Physiologie : mesure de la vitesse de l'influx nerveux ; travaux sur la vision, présentés dans son Manuel d'optique physiologique en trois volumes, reconnu comme un ouvrage pionnier en la matière. Il est l'auteur d'une Théorie physiologique de la musique, qui fera référence pendant toute la première moitié du XX^e siècle. Ses écrits ont révolutionné l'acoustique, et principalement l'acoustique musicale.

• Physique : définition de l'énergie potentielle, formulation du principe de conservation de l'énergie, lois sur les tourbillons, travaux sur l'importance des harmoniques sonores (décomposition en séries de Fourier), lois d'optique géométrique (« Loi de Lagrange-Helmholtz »), dans la notion de timbre...

Théorie de la perception

Helmholtz développe une théorie sémiotique selon laquelle nos sensations sont des signes des objets extérieurs qui en sont la cause. Cette approche s'inspire des théories empiristes notamment développées par John Locke, mais surtout de la théorie des énergies nerveuses spécifiques de Johannes Müller : les qualités des choses extérieures ne sont que des puissances capables de produire en nous certaines impressions sans qu'il nous soit possible de déterminer si ces effets sont ou non ressemblants à ce qui les cause.

« Nous appelons sensations les impressions produites sur nos sens, en tant qu'elles nous apparaissent seulement comme des états particuliers de notre corps (surtout de nos appareils nerveux) ; nous leur donnons au contraire le nom de perceptions, lorsqu'elles nous servent à nous former des représentations des objets extérieurs »

— Théorie physiologique de la musique

Musique et consonance

Malheureusement, à partir de cette nouvelle méthode scientifique, il extrapole des déductions sur la perception de la consonance et de la dissonance. Sa recherche des fondements physiques de la perception l’a conduit à exprimer le caractère physiologique du sentiment de dissonance (qui serait dû à un flux de battements entre harmoniques) : la septième, par exemple, serait dissonante dans son rapport de seconde avec l’harmonique 1.

Mais l’extension de cette théorie des résonateurs à des analogies entre les 24 000 fibres de la membrane basilaire et les 20 000 Hz de l’aire auditive laisse perplexe. Elle supposerait une adéquation point par point entre l’action sélective par résonance des organes de perception, et le modèle des résonateurs développé par Helmholtz. Or une telle extension pêche par sa trop grande simplicité. Les fibres qui composent la membrane basilaire ne sont ni assez souples ni assez libres pour pouvoir se dissocier et former, chacune séparément, un résonateur. De plus la finesse de notre audition (Weaver admettra la possibilité de distinguer jusqu’à 64 hauteurs différentes dans un demi-ton aux alentours de 1 000 Hz) multiplie de façon inconcevable le nombre des résonateurs nécessaires, et contrecarre une théorie de la localisation « ponctuelle » des hauteurs perçues. Des recherches musicales plus récentes s’emploieront donc à mesurer ces « quanta » différentiels de notre perception.

Sa théorie suppose aussi que les cellules ciliées de l'oreille interne ne soient que de simples opérateurs. La membrane basilaire serait seule impliquée. Cette supposition fut démantelée en 1948 par la théorie de Gold^[1].

On doit à Georg von Békésy d'avoir démontré qu'Helmholtz s'était fourvoyé en considérant que la membrane basilaire, présente dans la cochlée, opérait suivant un mode de résonateurs. Békésy, lui, choisit un modèle où des portions de la membrane déterminent la perception des hauteurs d'un son.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Bobines d'Helmholtz
• Helmholtz-Gemeinschaft

Liens externes

• (en) Biographie et référence bibliographiques aux sources numériques dans le projet VLP de l’Institut Max-Planck d'histoire des sciences

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