De ce ți se schimbă vocea când respiri heliu? Întrebare pentru om de știință: De ce heliul distorsionează vocea? Candidat la științe chimice, editorialist științific pentru Jurnalul rus și revista Science and Life

Sunetul este propagarea undelor într-un mediu elastic (gaz, lichid, corp solid) și se naște din vibrațiile a ceva (o riglă prinsă într-o menghină, o membrană a difuzorului, aer într-o țeavă, o sfoară etc.). Cu cât frecvența de oscilație este mai mare (cu cât este mai mare numărul de oscilații pe secundă), cu atât sunetul este mai mare (mai subțire). Dimpotrivă, cu cât frecvența de oscilație este mai mică, cu atât sunetul este mai scăzut (mai aspru). Sunet prea înalt (ultrasunete, cu o frecvență peste 20 kHz) nu auzim. Sunetul prea scăzut (infrasunetele, cu o frecvență sub 16 Hz) nu este, de asemenea, perceput de urechea umană.

Dacă inhalați heliu (înainte de asta, este mai bine să respirați adânc), atunci ligamentele nu vor fi în mediul aerian obișnuit, ci în cel cu heliu. Heliul este un gaz foarte ușor conditii normale densitatea este de 7 ori mai mică decât cea a aerului. Într-un mediu mai puțin dens, fasciculele (cum ar fi șirurile, de exemplu) vibrează la o frecvență mai mare. Imaginați-vă că bateți din palme în apă și în aer - exact așa, este mai ușor ca cordoanele să oscileze în heliu decât în ​​aer, care este de șapte ori mai dens.

Se poate presupune că, dacă inhalați ceva gaz (inofensiv, desigur), a cărui densitate este mai mare decât cea a aerului, atunci vocea, dimpotrivă, va deveni mai mică.

Un astfel de gaz sigur și incolor există și este adesea folosit în demonstrații de fizică. Aceasta este hexafluorura de sulf (sau fluorura de sulf (VI), SF 6). Densitatea sa în condiții normale este de 5 ori mai mare decât densitatea aerului. Ligamentele din acesta fluctuează cu o frecvență mai mică și, prin urmare, vocea devine mai aspră.

Remarcăm ca informații suplimentare că, pe lângă densitatea mare, hexafluorura de sulf are o tensiune mare de rupere (89 kV / cm), adică este un izolator foarte bun (acest lucru este prezentat în videoclip). Această proprietate este folosită în inginerie electrică de înaltă tensiune, iar unul dintre denumirile acestui gaz - SF6 - este o abreviere pentru „gaz electric”, care a fost dată în URSS, unde această proprietate a fost descoperită în anii 30.

De asemenea, este interesant de știut ce frecvențe poate produce vocea umană în general. Cele mai bune voci sunt voci cântătoare antrenate, coregrafiate. Basul are cele mai joase sunete (80 Hz-350 Hz), cele mai înalte sunete au soprana (până la 1400 Hz). Unii cântăreți sunt capabili să ia nota F din octava a treia (aria Reginei nopții din opera lui Mozart „Flautul fermecat”) - 1396,9 Hz și chiar nota G din octava a treia (aria „Io non chiedo, eterni Dei" pentru soprană și orchestră, Mozart KV316) - 1568 Hz.

Există, de asemenea, înregistrări incredibile de lovire a celor mai joase sau cele mai înalte note. Astfel, cea mai joasă notă, aproape inaudibilă la ureche, a fost înregistrată de Tim Storms din SUA – 8 Hz. Cântăreața Mariah Carey a cântat o notă până la octava a 4-a (2093 Hz). În 2014, un record național a fost stabilit în Ucraina (la Kiev) - cântăreața Svetlana Podyakova a luat până la 5 octave! Și în 2008, Adam Lopez a luat o notă în C-sharp din octava a cincea, pentru care nu există nici măcar o tastă la pian (tasta cea mai din dreapta a pianului este până la octava a cincea) - aceasta este mai mult de 4000 Hz !

Și asta fără hexafluorură de heliu și sulf!

S-ar părea că acest subiect nu are nicio legătură cu vocea. Mai degrabă, la chimie... Sau fizică... Sau acustică, ca parte a fizicii... Și totuși influența HELIU(și nu numai el singur, după cum veți afla din articol) mai departe VOCE arată validitatea viziunii asupra modului în care vocea umană ia naștere și ce legi respectă.

Deci, atunci când inhalați un gaz inert ușor - heliu, de exemplu, din baloane, vocea unei persoane se schimbă complet. Încă nu știi despre asta? Da, da, uimitor - în apropiere...

Sună foarte amuzant! Efectul este atât de interesant încât nici oameni celebri precum gazdele programului MythBusters de pe canalul Discovery TV nu au trecut pe acolo. Dar!

rola pe Limba engleză, dar nu este înfricoșător, există o traducere destul de potrivită:

„Promit că va fi tare, dar trebuie să promiți asta NU nu repeta asta acasa! Bine? Bine! Și acum... Toată lumea știe că vocea mea va suna mai tare dacă inhalez heliu! Acest lucru se datorează faptului că este de 6 ori mai ușor decât aerul, ceea ce înseamnă că corzile mele vocale vor vibra mai repede și îmi face vocea să sune mult mai sus!
Și acum... voi respira hexafluorură de sulf, care este de 6 ori mai grea decât aerul, iar vocea va suna cam așa...
Vocea mea suna mult mai jos...
În general, încă mă distrez!
ASTA ESTE ŞTIINŢA !!!»

O persoană curios și curioasă și-ar dori desigur să știe DE CE se intampla asta? Și nu există răspunsuri la această întrebare... Unul dintre ele a fost deja dat - corzile mele vocale vor fluctua mai repede... Dar, este chiar așa?

Există și alte „motive” - diferența de presiune a aerului și heliului, „compresia” corzilor vocale și chiar faptul că INERT(!) gazul se afectează cumva STRUCTURA corzi vocale! Mintea de necrezut!

Oamenii nu știu fizică... Absolut...

Și adevăratul motiv este destul de simplu și a fost mult timp studiat de știință. Da, pentru dreptate, trebuie să admitem că fasciculele care funcționează într-un mediu nu de aer, ci de heliu (și, bineînțeles, hexafluorura de sulf) oscilează puțin mai repede (mai lent). Doar daca MIC! Iar acest grad de schimbare a vitezei vibrațiilor nu poate afecta în niciun fel vocea. ATAT DE MONSTERIOS! Factorul principal este diferit.

Gândiți-vă singur, pentru că dacă corzile vocale în sine ar experimenta vreun impact, atunci vocea ar putea fi mai mare sau mai joasă, dar timbrul ei nu s-ar schimba! Vocea ar mai fi UMAN, deși mai mare sau mai jos. Dar se observă ceva cu totul diferit - INUMANITATE vot! Este schimbarea TEMBRAîn direcția lui „pinocchio”, „dese animată” provoacă râsete incontrolabile! Același efect apare atunci când vocea este „coborâtă” – „demonică”, „monstruoasă”, dar, în orice caz, nu există nicio asemănare cu o voce umană.

Dar TIMBRU vocea umană - un set de formanți, așa cum este descris în articolul „Ce sunt formanții?” . Formanții înșiși sunt imposibili fără participare REZONATORII SISTEME corpul uman. Și nu numai! Superior UMAN o voce este o undă sonoră complexă formată din aceiași formanți, dar nu doar formanții înșiși sunt modificați, ci și aranjarea lor individuală în spectrul vocii. Prin urmare, auzim, deși înaltă (sau scăzută), dar, cel mai important, o voce umană. Schimbați la fel MEDII, înlocuirea aerului cu un alt gaz nu duce la o modificare a configurației cavităților rezonatorului, ca urmare, formanții nu se deplasează unul față de celălalt, ci pur și simplu își schimbă frecvența. Zvonurile fixează acest lucru drept „artificialitatea” vocii.

Aceasta este confirmarea atât a existenței sistemului de rezonanță în sine, cât și a influenței sale fundamentale asupra însuși fenomenului vocii. Ei bine, rafinamentul procesului din punct de vedere al fizicii... Scuzați-mă:

„Tractul vocal uman este format din corzi vocale și un rezonator plin cu aer (sau heliu): plămâni, tract respirator, cavități craniene. Ligamentele generează un sunet slab, fără rezonator s-ar putea să nu-l auzim. Frecvențele de rezonanță ale tractului vocal depind de volumul și forma acestuia. Heliul are o densitate mai mică decât aerul, astfel încât viteza sunetului în el este mai mare (965 m/s față de 331). Frecvența, lungimea de undă și viteza sunetului în gaze sunt legate de anumite relații. Acest lucru are ca rezultat faptul că, deși configurația rezonatorului nu se schimbă, frecvențele mai mari devin rezonante, iar spectrul general al vocii se schimbă la frecvențe mai înalte. Din punct de vedere muzical, heliul nu schimbă înălțimea vocii, ci timbrul acesteia. Mai exact, înălțimea se schimbă, dar foarte puțin - depinde în principal de tensiunea corzilor vocale, iar atunci când este expirat heliu, este ușor diferită de când este expirat aerul.

„... gâtul este, din punct de vedere al acusticii, un rezonator cu cavitate acordat la o anumită lungime de undă (nu frecvență!). Și dacă o persoană respiră aer, atunci se obține un sunet (voce) de o anumită frecvență ... Dar dacă acum luăm heliu în loc de aer, atunci PENTRU ACEEAȘI LUNGIME DE UNDE datorită vitezei mai mari a sunetului, va rezulta o frecvență diferită - una mai mare. Iar la trecerea de la un mediu la altul (de la un faringe plin de heliu la aer normal), frecvența sunetului nu se mai schimbă.

Așadar, dragă cititor, linkurile nu se schimbă în niciun fel! Totul este în MEDIU INCONJURATOR! Iar principalul „constructor” al vocii noastre este rezonanța.

Utilizarea materialelor de pe site este permisă sub rezerva trimiterii obligatorii la sursă

Probabil fiecare dintre noi știe că, dacă inhalați puțin gaz dintr-un balon cu heliu, atunci vocea va deveni mai subțire și va suna amuzant. Dar nu toată lumea va putea răspunde de ce vocea se schimbă din heliu atunci când gazul este inhalat?! Și totul pentru că heliul are o densitate mult mai mică. Corzile vocale vibrează elastic în fluxul de aer. Și întrucât densitatea heliului este de șapte ori mai mică decât aerul, înseamnă că încarcă mult mai puțin ligamentele, motiv pentru care acestea vibrează cu o frecvență mai mare, iar vocea devine scârțâitoare și amuzantă.
Acum să aruncăm o privire mai atentă la cum și de ce heliul schimbă vocea. Mecanica vocii umane este un fenomen biologic uimitor. Totul începe cu faptul că aerul intră în plămâni prin laringe și apoi iese din plămâni sub formă de dioxid de carbon din nou prin laringe. Acest lucru poate fi manipulat în mai multe moduri. De exemplu, poți elibera aerul și tot ce se aude de către alții este sunetul respirației. Dacă trebuie să spuneți ceva, mușchii laringelui și ai corzilor vocale sunt incluși în chestiune.

Aerul din plămâni vă împinge diafragma să se relaxeze. Apoi se deplasează prin trahee și într-o deschidere mică care are două pliuri de piele (coardele vocale) de fiecare parte, sub forma unui V. Pe măsură ce mușchii care controlează vocea se încordează și se relaxează, ei creează vibrația corzile. Când aceste cabluri vibrează, eliberează pulsuri de aer. Tensiunea acestor mușchi creează diferențe de frecvență. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât frecvența este mai mare și, prin urmare, vocea este mai mare. Această frecvență se măsoară în herți (bine, adică de câte ori pe secundă se repetă). De exemplu, aproape toți oameni Sunete de vorbire de obicei variază de la 200 hertzi la 8000 hertzi.

După ce iese din fereastra vocală, aerul se deplasează într-o zonă a gurii tale care poate fi numită informal tractul tău vocal. Pe măsură ce îți manipulezi limba, maxilarul și buzele, poți modifica frecvențele de rezonanță create de conexiunile tale vocale, producând multe sunete de vorbire diferite.
Sunetul creat de aerul care curge la diferite frecvențe și rezonanțe ne creează vocea. Un alt factor care afectează pasul este grosimea corzilor vocale. Cu cât pliurile pielii sunt mai groase, cu atât vocea este mai profundă și invers - cu atât pliurile sunt mai subțiri și cu atât vocea este mai subțire.

Așa că acum să vorbim despre aerul care iese din plămânii tăi. Numărul de molecule dintr-un volum fix de gaz, ca și volumul de aer din plămâni, nu se modifică în funcție de tipul de gaz (presupunând că presiunea este suficient de scăzută). Atâta timp cât temperatura și presiunea sunt aceleași, nu contează dacă este heliu sau aer, numărul de molecule este același. Masa acestor molecule este apoi măsurată prin greutatea atomică. Greutatea atomică este o mărime fizică adimensională (de aceea funcționează atât de bine pentru un gaz care nu are neapărat o dimensiune dată). Acesta este raportul dintre masa medie a atomilor unui element în comparație cu 1/12 din masa unui atom de carbon-12. Toate acestea, practic, înseamnă că, cu cât numărul este mai mare, cu atât gazul este mai greu.
Heliul are o greutate atomică de 4,002602. Aerul, care este aproximativ 80% azot, are caracteristici diferite în funcție de mediu inconjurator. Din această cauză, greutatea sa atomică reală nu poate fi determinată cu exactitate. Cu toate acestea, este de obicei de șapte ori mai greu decât heliul.

Deci, de ce se schimbă vocea din heliu atunci când gazul este inhalat?! Răspunsul constă în modul în care undele sonore circulă printr-un anumit gaz. Cu cât gazul este mai dens sau mai greu, cu atât unda sonoră va fi mai lentă. Heliul este mult mai ușor decât aerul. Atunci viteza undei sonore prin heliu va fi mult mai mare. Deci, atunci când inhalați heliu și îl utilizați ca sursă de sunet perceput, pur și simplu creșteți viteza sau frecvența vocii. Nu schimbi înălțimea, deoarece corzile tale vocale vibrează la aceeași rată ca atunci când folosești aer. De asemenea, nu schimbați configurația tractului vocal. Deci, în timp ce frecvența fundamentală a acordurilor rămâne aceeași, frecvența sunetului auzit de alții crește datorită undei care se deplasează prin heliu mult mai repede decât prin aer.

Există un truc care poate fi văzut de multe ori pe videoclipurile de pe YouTube. Aceste videoclipuri pot fi găsite dacă căutați cuvintele „heliu” și „voce”. Vedem că, după ce o persoană inhalează gaz heliu, vocea lui se schimbă, devine ridicol de scârțâit. Dacă o persoană inhalează un alt gaz, hexafluorura de sulf, care este mai greu decât aerul, vocea sa capătă tonuri de bas, ceea ce este, de asemenea, neobișnuit și, prin urmare, amuzant.

Care este motivul acestui fenomen?

Dar mai întâi, să răspundem la întrebare, datorită a ceea ce putem vorbi. Cum apare o voce?

Acest lucru se întâmplă atunci când aerul trece din plămâni prin trahee în laringe. În laringe, aproximativ în mijlocul acestuia, are loc o îngustare unde sunt situate corzile vocale, care generează de fapt sunetul. Corzile vocale sunt două pliuri orizontale, între care se află o deschidere numită glotă. Dacă corzile vocale vibrează pe măsură ce aerul trece prin ele din plămâni, se produce sunet. Corzile vocale pot produce o mare varietate de mișcări. Ele se pot închide, se pot conecta, își pot modifica lungimea și grosimea, producând astfel o varietate de sunete.

Dar legăturile în sine sunt foarte slabe. Prin urmare, sunetul produs de ei este foarte silentios. Este nevoie de un rezonator pentru a amplifica acest sunet. Rolul rezonatorului în tractul vocal uman este îndeplinit de faringe. Gâtul este voluminos. Se deschide spre deschiderea gurii. Forma faringelui este greșită, dar această formă este atât de viclean „calculată” de natură încât amplifică vibrațiile slabe ale aerului pe care le generează corzile vocale și le direcționează din gură către ascultător. Faringele este situat direct lângă oasele craniului. Drept urmare, vocea noastră ajunge la ureche nu atât prin aer, cât prin osul cranian. Un efect ciudat este legat de asta: ne auzim propria voce altfel decât o aud oamenii din jurul nostru.

Deci, tractul vocal uman este foarte asemănător cu orice aparat de reproducere a sunetului: are un generator de vibrații sonore (coardele vocale) și un amplificator-rezonator (faringe). Nasul și gura, precum și limba, buzele și palatul din gură sunt implicate în articulație. Datorită lor, o persoană modifică sunetele generate de corzile vocale și amplificate de faringe și pronunță cuvinte. Dacă facem o analogie cu un transmițător radio, semnalul principal este modulat de semnalul de informare.

Ce se întâmplă când o persoană inhalează gaz heliu și începe să vorbească? Datorită faptului că heliul este mai ușor decât aerul, corzile vocale din mediul acestui gaz vor fluctua puțin mai repede. Dar nu din cauza acestei schimbări tonul vocii crește atât de dramatic.

Dar pentru gâtul nostru, care, așa cum am menționat deja, funcționează ca rezonator, o schimbare în natura mediului de transmisie a sunetului este semnificativă. La urma urmei, frecvențele de rezonanță ale faringelui depind de forma și volumul acestuia. Când aerul este înlocuit cu heliu, viteza sunetului în rezonator aproape se triplează, de la 331 m/s la 965 m/s. Dar configurația rezonatorului nu s-a schimbat. Prin urmare, rezonatorul va intra acum în rezonanță (și, prin urmare, va amplifica) alte frecvențe mai înalte. Toate sunetele care ies din gura unei persoane care a „sorbit” heliu se vor deplasa către frecvențe mai înalte. Vocea va deveni mai scârțâitoare.

Dacă, în loc de heliu ușor, inhalăm un gaz mai greu decât aerul, în care viteza sunetului este mai mică, rezonează cu faringele, ceea ce înseamnă că vibrațiile sonore cu o frecvență mai mică vor fi amplificate. Vocea se va schimba spre frecvențe joase și va deveni nefiresc de aspră.

Așa se explică toate aceste minuni.