Кто из нас не пробовал вдыхать содержимое гелиевых шариков и разговаривать после этого смешным мультяшным голосом? Многие даже уверены, что понимают, почему голос так...

Кто из нас не пробовал вдыхать содержимое гелиевых шариков и разговаривать после этого смешным мультяшным голосом? Многие даже уверены, что понимают, почему голос так кардинально меняется.

Вот самые распространенные версии :

• Гелий обладает меньшей плотностью, поэтому заставляет голосовые связки вибрировать сильнее. Отсюда и более высокий писклявый голос.
• Гелий легче воздуха и выходит быстрее. Скорость движения звука меняет голос.
• Гелий изменяет структуру голосовых связок, что влечет за собой изменение голоса.

Не хотите показаться глупыми — не говорите подобного.

Что происходит на самом деле?

Эти показатели связаны формулой :

Скорость распространения волны = частота волны * длину волны

Именно частота звуковой волны влияет на характеристики голоса, его индивидуальность.

В состав голосового аппарата входит ротовая и носовая полость, глотка, гортань, легкие и трахея. В гортани расположены голосовые связки. Голосовые связки – это складки на слизистой оболочке гортани. Они действительно колеблются под давлением воздуха, выдыхаемого из легких. Образуется звуковая волна, то есть звук. Но! Это не голос. Этот звук мы даже не слышим.

Что же мы слышим? Благодаря колебанию голосовых связок, воздух в легких и гортани тоже начинает колебаться. Возникает резонанс. Это резкое возрастание амплитуды колебаний звуковой волны. Именно резонанс усиливает громкость звука. Эти усиленные звуковые волны мы слышим и называем голосом. Резонанс происходит у разных людей на различных частотах с конкретной длиной звуковой волны. Обычно на четырех-пяти частотах. Поэтому у каждого человека голос звучит по-своему. Это и называется тембром голоса. Именно тембр голоса и меняется, когда мы вдыхаем гелий.

Почему меняется тембр голоса?

Итак, вдыхаем гелий. Что изменилось? Изменилась среда. Гелий действительно менее плотный, чем воздух. Скорость звуковой волны возрастает в менее плотной среде, а длина ее остается прежней (ведь размеры рта, глотки, гортани не менялись). Какой показатель меняется? Смотрим формулу. Правильно! Частота. Резонанс теперь происходит на более высоких частотах звуковой волны. И слышим мы другой тембр голоса. Писклявый и смешной.

Наверняка вы еще не раз будете веселиться с друзьями, говоря голоском персонажа мультфильма. Эффект от гелия настолько поразителен, что даже взрослому сложно удержаться от соблазна вдохнуть содержимое шарика. Попробуйте в следующий раз удивить приятелей еще и пониманием природы этого явления. Никто не сомневается, что смех продлевает жизнь, но только знания наполняют ее смыслом.

Гелий: cмена голоса человека от гелия?

Многие в детстве проделывали «фокус» с гелевым шариком, становясь на время героем мультфильма. Так почему меняется голос от гелия, и как долго мы может поддерживать такой эффект?

Никто не может сказать имя первого человека, который решился вдохнуть чужеродный газ и испытать на себе изменения в речевых связках. Однако многие идут по пути «первооткрывателей» и на вечеринках показывают мастерство разговора милым голоском. В интернете существует огромное количество видео, которые позволяют продлить эффект от гелия на 10-20 секунд. Средняя длительность действия газа при одном вдохе — 30 секунд, чего вполне достаточно для рассказа небольшой шутки или постановки пародии.

Каждый из нас задавал себе вопросы о том, почему от гелия меняется голос, и от каких факторов это зависит. Во-первых, гелий относится к группе инертных газов, чья плотность выше плотности воздуха, которым мы все дышим. Во-вторых, при вдыхании некоторого количества гелия начинается активное воздействие на голосовые связки: воздушные массы «сжимают» их, и в итоге речь собеседника меняется на детскую.

Так, человеческий тембр зависит от многих факторов. Однако большую роль играет плотность воздуха, который вдыхает человек. Если данный показатель вдыхаемого содержимого меньше определенной отметки, то резких изменений в речи может не наблюдаться.

Таким образом, можно заключить тот факт, что голос из-за вдыхания гелия изменяется исключительно из-за плотности чужеродного газа. Используя данный факт, человек может самостоятельно контролировать время «мышиной» речи.

Отчего же еще мог бы измениться привычный всем звонкий голосок собеседника? Аналогично тембр менялся бы не только под гелием, но и под воздействием других воздушных масс, чья плотность была бы выше плотности привычного для нас воздуха. Можно представить себе, какой могла бы быть речь у человека на Солнце или на Луне, если бы он вдыхал местный воздух.

На заметку: гелий входит в группу газов, вызывающих зависимость. Но в небольших дозах он не представляет никакой опасности для человека. Однако не стоит злоупотреблять вдыханием данного элемента, так как это может плохо сказаться на самочувствии.

Запускает проект «Вопрос учёному», в рамках которого специалисты будут отвечать на интересные, наивные или практичные вопросы. В новом выпуске кандидат химических наук Пётр Образцов объясняет причину искажения голоса при вдыхании гелия.

Почему гелий искажает голос?

Пётр Алексеевич Образцов

кандидат химических наук, научный обозреватель «Русского Журнала» и журнала «Наука и жизнь»

Газ гелий, впервые открытый на Солнце и получивший своё название в честь нашей звезды по имени Гелиос, применяется для наполнения аэростатов, для замены азота в барокамерах и аквалангах, для создания сверхпроводимости и т. д. В первом случае используется инертность гелия и его низкая плотность, во втором случае гелий не создаёт состояния опьянения у водолазов на глубинах в десятки метров, как обычный азот. Кроме того, при больших давлениях азот растворяется в крови водолаза, и при быстром подъёме с глубины выделяется из крови в виде пузырьков, закупоривающих сосуды. Возникает так называемая кессонная болезнь. А гелий так себя не ведёт.

Важнейшие свойства гелия – низкая плотность и вязкость - являются причинами такой забавной особенности этого газа, как повышение тона голоса. И в низкоплотной газовой среде, состоящей из кислорода и гелия вместо азота, скорость звука гораздо больше, чем в обычном воздухе. А объём ротовой полости и верхней части горла (резонатора) остаётся неизменным. В результате возрастают и частота связок и частота распространяющегося в этом резонаторе звука, что и означает появление этакой писклявости.

Обратный эффект понижения частоты возможен при вдыхании смесей с инертными газами тяжелее азота, например, инертных криптона или ксенона. Дышащий такой смесью рядовой статист оперы затмил бы своим басом самого Шаляпина.

Однако если кто-либо из читающих эти строки захочет воспроизвести данный эффект (гелий доступен, им надувают воздушные шарики) , он должен помнить, что при длительном вдыхании гелийсодержащих смесей может наступить кислородное голодание и потеря сознания. Нужно немедленно отдышаться на свежем воздухе.

Звук есть распространение волн в упругой среде (газе, жидкости, твёрдом теле) и рождается от колебаний чего либо (зажатой в тисках линейки, мембраны громкоговорителя, воздуха в трубе, струны и т. д.). Чем больше частота колебаний (больше число колебаний в секунду), тем звук выше (тоньше). Наоборот, чем меньше частота колебаний, тем звук ниже (грубее). Слишком высокий звук (ультразвук, с частотой выше 20 кГц) мы не слышим. Слишком низкий звук (инфразвук, с частотой ниже 16 Гц) человеческое ухо тоже не воспринимает.

Если вдохнуть гелий (перед этим лучше сделать глубокий выдох), то связки будут находиться не в обычной воздушной среде, а в гелиевой. Гелий - это очень лёгкий газ, имеющий в нормальных условиях плотность в 7 раз меньшую, чем у воздуха. В менее плотной среде связки (как и струны, например) колеблются с большей частотой. Представьте, что вы хлопаете в ладоши в воде и в воздухе - вот так же связкам легче колебаться в гелии, чем в воздухе, плотность которого в семь раз больше.

Можно сделать предположение, что если подышать каким-нибудь газом (безвредным, конечно же), плотность которого больше, чем у воздуха, то голос, наоборот, станет ниже.

Такой безопасный и бесцветный газ существует и часто используется в физических демонстрациях. Это гексафторид серы (или фторид серы (VI), SF 6). Его плотность при нормальных условиях в 5 раз выше плотности воздуха. Связки в нём колеблются с меньшей частотой и голос поэтому становится грубее.

Отметим в качестве дополнительной информации, что кроме высокой плотности, гексафторид серы имеет высокое пробивное напряжение (89 кВ/см), т. е. является очень хорошим изолятором (это показано в видеоролике). Это его свойство используется в высоковольтной электротехнике, а одно из названий этого газа - элегаз - есть сокращение от "электрический газ", которое было дано в СССР, где в 30-х годах это его свойство было открыто.

Также интересно знать, какие вообще частоты способен издавать человеческий голос. Лучшими голосами являются тренированные, поставленные певческие голоса. Самые низкие звуки у баса (80 Гц-350 Гц), самые высокие - у сопрано (до 1400 Гц). Некоторые певицы способны взять ноту фа третьей октавы (ария Царицы ночи в опере Моцарта "Волшебная флейта") - 1396,9 Гц и даже ноту соль третьей октавы (ария "Io non chiedo, eterni Dei" для сопрано и оркестра, Моцарт KV316) - 1568 Гц.

Существуют и невероятные рекорды взятия самых низких или самых высоких нот. Так, самая низкая нота, практически не слышная ухом, зафиксирована в исполнении Тима Стормса из США - 8 Гц. Певица Мэрайя Кэри спела ноту до 4-й октавы (2093 Гц). В 2014 году на Украине (в Киеве) был установлен национальный рекорд - певица Светлана Подьякова взяла до 5 октавы! А в 2008 году Адам Лопез взял ноту до-диез пятой октавы, для которой даже нет клавиши на рояле (самая правая клавиша рояля - до 5-й октавы) - это больше 4000 Гц!

И это без всякого гелия и гексафторида серы!

Есть такой фокус, который можно многократно увидеть на роликах в ютубе. Эти ролики можно отыскать, если сделать поиск по словам «гелий» и «голос». Мы видим, что после того, как человек вдыхает газ гелий его голос изменяется, становится до смешного пискливым. Если же человек вдыхает другой газ, гексафторид серы, который тяжелей воздуха, его голос приобретает басовые тона, что тоже необычно и потому смешно.

В чем причина этого явления?

Но прежде ответим на вопрос, благодаря чему мы вообще можем говорить. Как вообще возникает голос?

Происходит это когда воздух проходит из легких через трахею в гортань. В гортани, приблизительно посередине ее, имеется сужение, где размещаются голосовые связки, которые собственно и генерируют звук. Голосовые связки представляют собой две горизонтальные складки, между которыми имеется отверстие, которое называется голосовой щелью. Если голосовые связки при прохождении через них воздуха из легких вибрируют, возникает звук. Голосовые связки могут производить самые разнообразные движения. Они могут смыкаться, соединяться, изменять свою длину и толщину, производя тем самым разнообразнейшие звуки.

Но сами связки очень слабые. Поэтому производимый ими звук весьма тихий. Для усиления этого звука необходим резонатор. Роль резонатора в речевом тракте человека выполняет глотка. Глотка объемна. Она открывается в сторону ротового отверстия. Форма глотки неправильная, но эта форма так хитро «рассчитана» природой, что усиливает слабые колебания воздуха, которые генерируют голосовые связки, и направляет их изо рта в сторону слушателя. Глотка находится непосредственно рядом с костями черепа. Вследствие этого, наш голос до нашего уха идет не столько по воздуху сколько по нашей черепной кости. С этим связан странный эффект: мы слышим собственный голос не так, как его слышат окружающие нас люди.

Итак, речевой тракт человека очень похож на любой звуковоспроизводящий аппарат: в нем имеется генератор звуковых колебаний (голосовые связки) и усилитель-резонатор (глотка). Нос и рот, а также находящиеся во рту язык, губы и небо задействованы при артикуляции. Благодаря им человек изменяет звуки, генерируемые голосовыми связками и усиливаемые глоткой, и произносит слова. Если провести аналогию с радиопередатчиком, происходит модуляция основного сигнала информационным.

Что же происходит, когда человек вдыхает газ гелий и начинает разговаривать? Благодаря тому, что гелий легче воздуха голосовые связки в среде этого газа будут колебаться чуть-чуть быстрее. Но не из-за этого изменения тон голоса поднимается так существенно.

А вот для нашей глотки, которая, как уже было сказано, работает резонатором, изменение природы звукопередающей среды существенно. Ведь резонансные частоты глотки зависят от ее формы и объема. При замене воздуха гелием, скорость звука в резонаторе увеличивается почти втрое, с 331 м/с до 965 м/с. А вот конфигурация резонатора не изменилась. Поэтому входить в резонанс (а значит, усиливать) резонатор теперь будет другие, более высокие частоты. Все звуки, выходящие изо рта человека, «хлебнувшего» гелия, сместятся в сторону более высоких частот. Голос станет более писклявым.

Если же вместо легкого гелия вдохнуть газ более тяжелый, чем воздух, в котором скорость звука меньше, резонировать с глоткой, а значит, усиляться будут звуковые колебания, имеющие меньшую частоту. Голос сместится в сторону низких частот и станет неестественно грубым.

Вот так вот и объясняются все эти чудеса.

Наверное каждый из нас знает, что если вдохнуть немного газа из гелиевого шарика, то голос станет тоньше и будет звучать смешно. Но не каждый сможет ответить почему от гелия меняется голос при вдыхании газа?! А всё потому что у гелия значительно ниже плотность. Голосовые связки упруго вибрируют в потоке воздуха. А так как плотность гелия в семь раз ниже воздуха, то значит он намного меньше нагружает связки, из-за чего они колеблются с большей частотой и голос становится писклявым и смешным.
Теперь давайте подробнее рассмотрим как и почему от гелия меняется голос. Механика голоса человека является удивительным биологическим явлением. Все начинается с того, что воздух через гортань попадает в легкие и затем в виде углекислого газа покидает лёгкие опять же через гортань. Этим можно манипулировать несколькими способами. Например, вы можете выпустить воздух, и все, что слышно другими, — это звук дыхания. Если же нужно что-то сказать — в дело включаются мышцы гортани и голосовые связки.

Воздух в ваших легких подталкивает расслабление вашей диафрагмы. Затем он проходит через вашу трахею и попадает в небольшое отверстие, имеющее две складки кожи (голосовые связки) по обе стороны от нее, в форме буквы V. Поскольку мышцы, которые управляют Вашим голосом, напрягаются и расслабляются, они создают вибрацию шнуров. Когда эти шнуры вибрируют, они высвобождают импульсы воздуха. Напряжение в этих мышцах создает различия в частоте. Чем выше напряжение, тем выше частота и, следовательно, выше голос. Эта частота измеряется в герцах (ну то есть сколько раз в секунду это повторяется). Например, почти все человеческие речевые звуки обычно варьируются от 200 герц до 8000 герц.

Выйдя из голосового окна, воздух перемещается в область вашего рта, которую можно неофициально назвать вашим голосовым трактом. Когда вы манипулируете своим языком, челюстью и губами, вы можете изменять резонансные частоты, созданные вашими голосовыми связями, воспроизводя много разных звуков речи.
Звук,создаваемый воздухом текущим на разных частотах и ​​резонансах, создает наш голос. Еще одним фактором, влияющим на шаг, является толщина голосовых связок. Чем толще складки кожи, тем глубже голос и наоборот — тоньше складки и тоньше голос.

Итак, теперь давайте поговорим о воздухе, который выходит из ваших легких. Количество молекул в фиксированном объеме газа, как и объем воздуха в легких, не изменяется с типом газа (при условии, что давление достаточно низкое). Пока температура и давление одинаковы, не имеет значения, является ли это гелием или воздухом, количество молекул одинаковое. Масса этих молекул затем измеряется атомным весом. Атомный вес — безразмерная физическая величина (поэтому он работает так хорошо для газа, который не обязательно имеет заданный размер). Это отношение средней массы атомов элемента по сравнению с 1/12 массы атома углерода-12. Все это в основном означает, что чем выше число, тем тяжелее газ.
Гелий имеет атомный вес 4.002602. Воздух, который составляет приблизительно 80% азота, имеет разные характеристики в зависимости от окружающей среды. Из-за этого его фактический атомный вес невозможно точно определить. Однако, как правило, это примерно в семь раз тяжелее гелия.

Итак, почему от гелия меняется голос при вдыхании газа?! Ответ заключается в том, как звуковые волны проходят через данный газ. Чем плотнее или тяжелее газ, тем медленнее будет звуковая волна. Гелий намного легче воздуха. Тогда скорость звуковой волны через гелий будет намного выше. Поэтому, вдыхая гелий и используя его в качестве источника воспринимаемого звука, вы просто увеличиваете скорость или частоту голоса. Вы не меняете высоту тона, так как ваши голосовые связки вибрируют с той же скоростью, что и при использовании воздуха. Вы также не меняете конфигурацию своего голосового тракта. Поэтому, в то время как базовая частота аккордов остается неизменной, частота звука, слышимого другими, увеличивается из-за волны, проходящей через гелий намного быстрее, чем через воздух.