Avec cet article, je vais commencer le prochain cycle biographique dédié aux scientifiques, grâce auquel nous en savons vraiment beaucoup sur la nature physique du son.
Mon choix n'est pas accidentel, car Hermann Helmholtz a jeté les bases fondamentales de domaines de connaissances scientifiques tels que: acoustique, électrodynamique, physiologie de l'audition, psychoacoustique. La contribution de ce scientifique à la physique en général et à l'acoustique en particulier est difficile à surestimer. En ce qui concerne les équipements sonores et les instruments de musique, il est difficile d'imaginer quoi que ce soit où les découvertes et les études de cette personne ne sont pas utilisées.
Helmholtz a d'abord créé le prototype électromécanique d'un synthétiseur sonore, décrit le mécanisme de l'audition, construit un modèle de l'oreille humaine, confirmé la nature ondulatoire du son. Le scientifique appartient à la première et à l'une des définitions les plus harmonieuses du timbre (selon le professeur Aldoshina, a déterminé la recherche du son dans ce domaine pendant 100 ans), la création d'un résonateur et des études détaillées des vibrations des cordes. En tant que véritable fils de son temps, Helmholtz n'était pas seulement engagé dans l'acoustique, parmi les travaux du chercheur - recherche en mathématiques, nature de l'électricité, psychologie, thermodynamique, optique, physiologie, médecine, météorologie.
En d'autres termes, Helmholtz était engagé dans tout ce qui à son époque pouvait être qualifié d'innovant, tout ce qui était à l'avant-garde de la science et du progrès. C'est Helmholtz qui a été l'un des chefs de file de la communauté physique allemande du milieu à la fin du XIXe siècle. Ce n'est pas un hasard si la plus grande association de centres de recherche allemands porte son nom.
L'enfance d'un génie: le fils d'un nationaliste humaniste, un gymnase médiocre
L'allemand Helmholtz est né le 31 août 1821 dans la famille du professeur de philologie Ferdinand Helmholtz, professeur d'allemand, sous-recteur du gymnase de Potsdam et femme au foyer Caroline Helmholtz (née Penn), d'origine américaine.
Il est intéressant de noter que le père du scientifique August-Ferdinand-Julius Helmholtz a étudié la théologie à l'Université de Berlin, puis a terminé ses études à la faculté de philologie allemande, c'est-à-dire était un humaniste de la moelle osseuse.
Véritable nationaliste qui rêvait de la renaissance de l'Allemagne, Ferdinand a interrompu ses études à l'université et en tant que bénévole volontaire, il a participé aux hostilités en 1813-1815. Après avoir terminé ses études en 1820, August Ferdinand prend la place d'un professeur dans un gymnase de Potsdam et épouse Carolina Penn la même année. Un an plus tard, le premier-né est né, destiné à devenir un génie et à changer (et dans certains cas former) les idées des contemporains sur la nature d'un grand nombre de phénomènes.
Curieusement, enfant, Helmholtz allemand n'a montré aucun signe de génie et, en principe, n'a montré aucun espoir pour un avenir prometteur. Selon les souvenirs des parents, le futur scientifique était très douloureux et souffrait très tôt d'un trouble de la mémoire, avec une grande difficulté à distinguer les côtés droit et gauche. Étudiant au gymnase où son père enseignait, Herman était un étudiant extrêmement médiocre, avait des problèmes de grammaire. Cette dernière circonstance est particulièrement étrange, compte tenu de l'éducation de son père.
Cependant, les lacunes des capacités humanitaires ont été plus que compensées par un penchant pour les sciences exactes et naturelles: la physique, la biologie et les mathématiques. Selon les mémoires du scientifique lui-même, même pendant ses années d'école, il s'intéressait à l'optique et, en tant qu'étudiant au gymnase, il a formulé plusieurs théorèmes optiques. D'une manière ou d'une autre, mais les talents de Helmholtz n'ont pas été acceptés par les professeurs du gymnase, et à l'âge de 17 ans, Herman a terminé ses études avec un certificat pas très impressionnant.
Le meilleur physicien parmi les médecins
Malgré le statut social relativement élevé de la famille du futur scientifique, la situation financière des parents ne permettait pas au jeune Helmholtz d'étudier à ses frais. Comme alternative, sur recommandation de proches, Herman choisit la carrière d'un chirurgien militaire. Il est possible que le choix d'un jeune homme ait été influencé par l'expérience réussie du service militaire et la conviction de son père.
On pense que le choix était dû à la possibilité d'obtenir une éducation gratuite à l'Institut royal royal de médecine et de chirurgie de Friedrich-Wilhelm, avec une distribution obligatoire en tant que médecin militaire pendant 8 ans. Après avoir obtenu son diplôme universitaire, Helmholtz a pratiqué chez lui à Potsdam. Dans le confortable «sanbate médical» de la «caserne» de Potsdam, le médecin et le physicien ont végété jusqu'en 1848, lorsque, grâce à un travail vertueux dans le domaine scientifique, il n'a pas reçu de «libération anticipée» de la part de l'État. Il convient de noter que pendant le service, Helmholtz trouve du temps et des opportunités de recherche. Cette période de la vie du scientifique est associée à des découvertes dans le domaine des lois physiques fondamentales.
La fin prématurée du service militaire par les scientifiques était due à la pétition de Humboldt, qui, admirant la monographie de Helmholtz Über die Erhaltung der Kraft - (Sur la préservation de la force), a exercé une pression sur les autorités du physicien en tant que grande figure de la science européenne. Dans cet ouvrage fondamental, Helmholtz soutient la loi de Mayer sur la conservation de l'énergie, la formulant plus précisément et ne laissant aucune place au débat sur son existence. Plus tard, le scientifique consacrera plusieurs autres travaux au thème de la conservation de l'énergie dans les processus chimiques et, en 1881, il se fera une idée de l'énergie libre.
En 1848, après avoir servi, Helmholtz est devenu professeur d'anatomie à l'Académie des Arts de Berlin. Cependant, il occupe ce poste depuis moins d'un an. Un an plus tard, la gloire de l'étoile montante de la science allemande lui vaut le titre de professeur de physiologie et de pathologie, ainsi qu'une place dans la prestigieuse université de Koenigsberg.
Parallèlement à la physique, Helmholtz est engagé dans des recherches dans le domaine de la physiologie. Le scientifique se concentre sur l'audition et la vision, ainsi que sur les processus neurophysiologiques et la croissance des fibres nerveuses. Beaucoup considèrent le scientifique comme l'un des «arrière-grands-pères» de la psychologie cognitive, de la neurophysiologie et de la neurologie modernes. C'est lui qui a fait la première tentative pour décrire l'influence des processus inconscients sur la perception, a noté la relation entre la psyché et les réactions musculaires, et a commencé l'étude des processus de mémoire et de l'accumulation d'expérience.
Parmi les études de cette période de vie d'un physicien, on peut distinguer la découverte de la vitesse de propagation d'une impulsion nerveuse. Parallèlement, Helmholtz expérimente activement l'optique. La recherche active porte ses fruits, dans les années 1850-1851, le scientifique a inventé un ophtalmoscope et un ophtalmomètre, les appareils prendront leur place dans la pratique médicale et scientifique.
Découvertes et inventions acoustiques
Tout au long de son travail scientifique, le scientifique avec un grand intérêt mène des recherches liées à la physiologie de l'audition et de la psychoacoustique. Dans les années 1849-1850, le scientifique a découvert le phénomène de résonance acoustique dans une cavité (résonance de Helmholtz) et pour l'analyse des signaux acoustiques a créé un appareil spécial - un résonateur.
Résonateur de Helmholtz - un récipient sphérique en cuivre à col ouvert, inventé par Helmholtz pour analyser les signaux acoustiques, basé sur les phénomènes observés par Helmholtz et Rayleigh, une théorie quantitative de la résonance de ce type a été développée.
Aujourd'hui, le principe du résonateur Helmholtz est activement utilisé dans le traitement acoustique des salles, la création de salles de concert, showrooms, studios d'enregistrement sonore, chambres anéchoïques, ainsi que les silencieux automobiles.
Panneaux acoustiques, dans lesquels le principe du résonateur Helmholtz est appliquéEn 1855, le scientifique devient le chef du département d'anatomie et de physiologie de Bonn. Dans cette position, en 1856, étudiant de près la physiologie des sensations et les fondements physiques de l'acoustique, le scientifique crée un modèle de l'oreille humaine, qui permet d'étudier l'effet du son sur l'organe auditif humain. La même année, Helmholtz a exploré les tonalités combinées, jeté les bases de l'étude des distorsions non linéaires des ondes sonores. Créant la théorie des tonalités combinées, Helmholtz a été le premier à attirer l'attention sur la non-linéarité de l'appareil auditif humain, en particulier le tympan.
En 1858, le scientifique change de nouveau de lieu de travail et devient chef du Département de physiologie à Heidelberg, où il poursuit ses recherches physiques, physiologiques et psychoacoustiques. Entre 1850 - 1870 (il n'y a aucune information sur l'heure exacte) Helmholtz développe l'un des premiers prototypes d'un synthétiseur moderne, un appareil qui vous permet de recevoir électromécaniquement le son de la fréquence requise en appuyant sur la touche correspondante. À l'heure actuelle, l'appareil est connu sous le nom de «grand appareil Helmholtz pour connecter des sons de 10 harmoniques» ou synthétiseur de Fourier.
En train d'étudier les caractéristiques du son, c'est Helmholtz qui donne la première définition scientifique du timbre, sur laquelle s'appuieront pendant des décennies les chercheurs de cette propriété du son.
"Un timbre est une différence dans la qualité musicale d'un ton (timbre) ne dépend que de la présence et de la force des tons partiels (harmoniques), et ne dépend pas de la différence de phase avec laquelle ces tons partiels entrent dans la composition."
Ce n'est que dans les années 70 du 20e siècle peut compléter le concept harmonieux du timbre.
Dans de nombreux travaux sur l'acoustique et la physiologie de l'audition, Helmholtz prouve de manière concluante que les sensations, y compris l'audition, sont de nature physique. Alors que la doctrine dominante de cette époque interprétait les sensations et les perceptions sur la base de l'approche théologique, comme un acte spirituel incompréhensible.
Reconnaissance mondiale et coucher de soleil de la science allemande
En 1870, le scientifique est devenu membre de l'Académie des sciences de Prusse, où il dirige le premier département de physique, et dirige plus tard l'institut de physique. Pendant cette période, Helmholtz s'est concentré sur l'étude de l'électrodynamique. Le scientifique poursuit une recherche scientifique active jusqu'à la fin de sa vie. Les contemporains sont frappés par la fécondité et l'infatigable d'un collègue qui allie recherche et enseignement actif.
Je veux noter que l'acoustique n'occupe pas moins le scientifique, et certaines périodes encore plus que d'autres domaines de la connaissance physique. Dans le même temps, le scientifique reçoit une reconnaissance à vie dans l'environnement scientifique mondial principalement pour la recherche dans le domaine de la physique fondamentale et mathématique. La compréhension et l'importance de la recherche acoustique Helmholtz viennent beaucoup plus tard, lorsque la recherche trouve une application pratique.
Parmi les étudiants et partenaires de la recherche de Helmholtz, les noms de scientifiques tels que: V. Wundt, G. Herz, L. Boltzmann, I.M. Sechenov, D.A. Lachinov, A.G. Stoletov, K.A. Timiryazev. Les positions occupées par le scientifique parlent avec éloquence de son importance pour la science mondiale et allemande: le directeur de l'Institut de physique, le recteur de l'Université de Berlin, le président de l'Institut impérial de physique et de technologie. L’appartenance de Helmholtz aux académies des sciences britanniques, de Prague et de Saint-Pétersbourg témoigne d’une reconnaissance internationale.
À la fin de sa vie, le scientifique éprouve de plus en plus de problèmes de mémoire qu'il connaissait depuis son enfance, mais continue de travailler et d'enseigner avec une persistance maniaque. La mort a dépassé un génie à Berlin en septembre 1894.