Как влияет гелий на голос. Вопрос учёному: Почему гелий искажает голос? Пётр Алексеевич Образцов

Гелий – это благородный газ, который обладает целым рядом специфических свойств. И в частности, он позволяет изменять голос человека, делая его писклявым, словно у героев мультфильмов. Однако почему это происходит, и какими еще свойствами обладает этот газ? Безопасно ли его вдыхать, и могут ли быть побочные эффекты? Насколько изучено это вещество, где его применяют?

Гелий используется во множестве направлений, проще всего найти его у продавцов воздушных шаров, которые активно пользуются им. Это хорошо изученное вещество, о котором можно рассказать довольно многое.

Особенности гелия

Гелий представляет собой инертный газ и обладает всеми особенностями, характерными для этой группы. У него нет типичного запаха или вкуса, он бесцветен, облачко гелия ничем не будет отличаться внешне от окружающего воздуха. Элемент имеет особенность, фиксируемую только у него – при температуре в -268.9 градусов Цельсия он сжижается, однако добиться его превращения в твердое состояние при обычных земных условиях не удастся. Для этого нужно не только понизить температуры до 1 К, но и увеличить атмосферное давление до 25 атмосфер. Но это никак не относится к способности газа изменять голос человека.

Другая особенность этого вещества окажется более интересной в рамках рассматриваемого вопроса. Гелий – это исключительно легкий газ, легче него только водород. Он весьма распространен в природе, составляя примерно 23 процента от всех веществ в известной человеку Вселенной. Вещество рождается в звездах при ядерном синтезе. Этот газ в 7 раз менее плотен, чем воздух земной атмосферы, являясь вторым по легкости среди всех существующих. Опережает его только водород.

Интересный факт: именно низкая плотность делает гелий интересным для продавцов воздушных шаров. Наполняя им воздушные шары, люди обеспечивают им возможность устремляться вверх, в небо . Поднимать в небо благодаря газу можно не только шары, но и целые дирижабли. Менее плотное вещество стремится наверх, таковы законы физики.

Как газу удается изменить голос?

Чтобы разобраться в вопросе изменения голоса под воздействием гелия, необходимо учесть факт его низкой плотности и рассмотреть еще один нюанс – как человеку удается издавать звуки, речь. Звук любого типа, включая голос человека – это колебание. Что касается человеческой речи – эти звуки производятся при движении голосовых связок, которые находятся в гортани. Тембр голоса формируется частотой колебаний, чем этот показатель выше, тем выше и голос.

Интересно:

Почему возникает морская болезнь? Причины, как избавиться, фото и видео

В обычной воздушной среде голос человека остается привычным, звуки производятся и передаются стандартным образом. Но если показатели среды меняются, то измениться может и голос – существенным или несущественным образом. Некоторые люди отмечают, что голоса могут звучать несколько иначе даже в сильный туман, при изменении влажности среды. И это не субъективное мнение. При вдыхании инертного газа происходит сжатие голосовых связок, частота их колебаний существенно увеличивается. При увеличении частоты колебаний меняется и голос, он становится более высоким, смешным.

Существует вещество, которое дает обратный эффект. Если вдохнуть фторид серы, голос будет звучать пониженно, женский голос будет восприниматься как мужской бас. Это один из тяжелых газов, его плотность в 5 раз выше, чем у воздуха.

Безопасен ли гелий?

В общих чертах вдыхание гелия можно считать относительно безопасной забавой, если дышать не только им, но и обычным воздухом, не предаваться развлечению с особым усердием. Ведь в противном случае можно получить кислородное голодание. Первыми признаками такового являются тошнота, головокружение, головная боль, проблемы с дыханием. Кроме того, не стоит делать этого регулярно, потому как возникает риск повреждения голосовых связок. Их необходимо беречь, повреждения в этой области могут носить необратимый характер, испортив голос, или же лишив возможности разговаривать. Голосовой аппарат человека отличается высокой чувствительностью.

Шарики, наполненные гелием, привлекают к себе внимание не только тем, что они очень легкие и все время пытаются улететь вверх, но и тем, что стоит лишь взять и вдохнуть немного гелия – ваш голос изменится до неузнаваемости. Что же в этот момент происходит? Почему при вдыхании гелия меняется голос? Мы объясним вам это.

Звуковая волна, образующаяся колебанием голосовых связок – это и есть наш с вами голос. Тембр голоса и частота колебания связок зависит от окружающей нас среды и плотности из которой она состоит. Плотность гелия почти в семь раз меньше, чем плотность воздуха. При вдыхании гелия наши связки сжимаются, возрастает частота их колебания и голос начинает звучать в повышенной тональности. Издаваемые звуки кому то напоминают писк мыши, кому то голос Дональда Дака. Но, в любом случае, получается весело.

Вдыхать гелий из шарика с одной стороны довольно безопасно, так как вместе с гелием внутрь проникает и часть кислорода. Газ гелий безвкусен и не имеет запаха. Но в любом случае обращаться с ним надо осторожно, иногда могут проявиться некоторые побочные явления, такие как головокружение, прерывистое дыхание или тошнота. Хотите повеселить друзей – ограничитесь одним-двумя шариками с гелием, дабы не вредить себе. В малых порциях этот газ безопасен, другое дело, если вы окажитесь в камере заполненной гелием, в этом случае смерть неизбежна.

Если вы нашли ошибку, выделите фрагмент текста с ней и нажмите Shift + E или , для того что бы информировать нас!

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!