Helium mengubah suaranya. Mengapa helium mengubah suara? Pyotr Alekseevich Obraztsov

Bunyi adalah perambatan gelombang dalam medium elastis (gas, cair, padat) dan lahir dari getaran sesuatu (penggaris yang dijepit pada alat, membran pengeras suara, udara dalam pipa, tali, dsb). Semakin tinggi frekuensi getaran (semakin besar jumlah getaran per detik), semakin tinggi (lebih tipis) bunyinya. Sebaliknya, semakin rendah frekuensi getarannya, maka bunyinya semakin rendah (kasar). Kita tidak dapat mendengar suara yang terlalu tinggi (USG, dengan frekuensi di atas 20 kHz). Telinga manusia juga tidak dapat mempersepsikan bunyi yang terlalu rendah (infrasonik, dengan frekuensi di bawah 16 Hz).

Jika Anda menghirup helium (lebih baik menghembuskan napas dalam-dalam sebelum melakukan ini), maka ligamen tidak akan berada di lingkungan udara normal, tetapi di lingkungan helium. Helium merupakan gas yang sangat ringan, yang dalam kondisi normal memiliki massa jenis 7 kali lebih kecil dibandingkan udara. Dalam lingkungan yang kurang padat, ligamen (seperti string, misalnya) bergetar pada frekuensi yang lebih tinggi. Bayangkan bertepuk tangan di air dan di udara - seperti ligamen yang lebih mudah bergetar di helium daripada di udara, yang kepadatannya tujuh kali lebih besar.

Dapat diasumsikan bahwa jika Anda menghirup suatu gas (tentu saja tidak berbahaya), yang massa jenisnya lebih besar daripada udara, maka sebaliknya, suara Anda akan menjadi lebih rendah.

Gas yang tidak berbahaya dan tidak berwarna tersebut ada dan sering digunakan dalam demonstrasi fisik. Ini adalah sulfur heksafluorida (atau sulfur fluorida (VI), SF 6). Kepadatannya dalam kondisi normal adalah 5 kali kepadatan udara. Ligamen di dalamnya bergetar dengan frekuensi yang lebih kecil sehingga suaranya menjadi lebih kasar.

Mari kita perhatikan sebagai informasi tambahan bahwa selain kepadatannya yang tinggi, sulfur heksafluorida memiliki tegangan tembus yang tinggi (89 kV/cm), yaitu merupakan isolator yang sangat baik (hal ini ditunjukkan dalam video). Properti ini digunakan dalam teknik kelistrikan tegangan tinggi, dan salah satu nama gas ini - SF6 - adalah singkatan dari "gas listrik", yang diberikan di Uni Soviet, di mana properti ini ditemukan pada tahun 30-an.

Menarik juga untuk mengetahui frekuensi apa yang mampu dihasilkan oleh suara manusia. Suara terbaik adalah suara nyanyian yang terlatih dan terlatih. Bunyi terendah pada bass (80 Hz-350 Hz), tertinggi pada sopran (sampai 1400 Hz). Beberapa penyanyi mampu memainkan nada F oktaf ketiga (aria Ratu Malam dalam opera Mozart "The Magic Flute") - 1396,9 Hz dan bahkan nada G oktaf ketiga (aria "Io non chiedo, eterni Dei" untuk sopran dan orkestra, Mozart KV316) - 1568 Hz.

Ada juga rekor luar biasa untuk mencapai nada terendah atau tertinggi. Jadi, nada terendah, yang hampir tidak terdengar oleh telinga, direkam oleh Tim Storms dari AS - 8 Hz. Penyanyi Mariah Carey menyanyikan nada hingga oktaf ke-4 (2093 Hz). Pada tahun 2014, rekor nasional dibuat di Ukraina (Kyiv) - penyanyi Svetlana Podyakova mencapai oktaf ke-5! Dan pada tahun 2008, Adam Lopez memainkan nada C-sharp pada oktaf kelima, yang bahkan tidak ada tuts pada pianonya (tuts paling kanan piano hingga oktaf ke-5) - ini lebih dari 4000 Hz!

Dan ini tanpa helium dan sulfur heksafluorida!

Banyak orang mencoba menghirup helium dari balon dan berbicara dengan suara yang tidak biasa dan lucu, atau melihat teman melakukannya. Pada saat yang sama, suara manusia menjadi lebih tinggi, lebih tipis dan menyerupai suara anak-anak. Mengapa helium mempunyai efek yang besar pada suara, dan adakah zat yang memiliki efek sebaliknya?

Balon helium dijual di toko perlengkapan liburan mana pun. Balon ini lebih ringan dari balon yang ditiup dengan udara biasa, dan jika dilepaskan, balon tersebut akan terbang tinggi ke angkasa. Tetapi jika Anda melepaskan ikatannya dan menghirup helium ke dalam paru-paru Anda, Anda akan mendapatkan suara yang sangat lucu saat Anda mengeluarkan napas.

Bunyi yang diucapkan seseorang timbul akibat getaran pita suara. Ligamen kita bergetar secara elastis di udara, yang kepadatannya pada suhu 20 derajat adalah sekitar 1,2 kg/m3. Helium adalah gas inert, tidak berwarna dan tidak berbau, yang kepadatannya beberapa kali lebih rendah dibandingkan udara. Pada suhu yang sama, massa jenis helium hanya 0,18 kg/m3. Gas, yang kepadatannya lebih kecil dibandingkan udara, tidak memberikan resistensi yang cukup, pita suara bergetar pada frekuensi yang lebih tinggi dan suara menjadi lebih tinggi.

Namun efek ajaib seperti itu ternyata tidak diamati pada semua orang. Bagi sebagian wanita yang memiliki suara bernada tinggi secara alami, menghirup helium tidak banyak berpengaruh.

Pertanyaan yang wajar muncul: bukankah bersenang-senang dengan cara ini berbahaya? Tentu saja menghirup helium bukanlah hal yang wajar bagi manusia. Gas itu sendiri bersifat inert secara kimia, yaitu dalam kondisi normal tidak bereaksi kimia dengan zat di sekitarnya dan tidak membentuk senyawa stabil. Inilah dasar gagasan bahwa menghirup helium adalah kesenangan yang tidak berbahaya. Namun aman untuk menghirup gas ini hanya dalam jumlah kecil. Menghirup helium dalam waktu lama alih-alih udara biasa akan menyebabkan tubuh mulai kekurangan oksigen, yang mungkin tidak akan berakhir menyenangkan seperti awalnya.

Namun setelah menghirup gas lain - sulfur fluorida - Anda dapat mengamati efek sebaliknya. Gas ini sangat padat, 5 kali lebih padat dari udara biasa. Saat dihirup, pita suara bergetar lebih rendah, dan suaranya menjadi rendah dan kasar, bahkan pada gadis muda yang secara alami memiliki suara tinggi.

Tampaknya topik ini tidak ada hubungannya dengan vokal. Lebih cenderung kimia... Atau fisika... Atau akustik, sebagai bagian dari fisika... Namun pengaruhnya HELIUM(dan bukan hanya dia, seperti yang akan Anda pelajari dari artikel) terus SUARA menunjukkan validitas pandangan tentang bagaimana suara manusia muncul dan hukum apa yang dipatuhinya.

Jadi, ketika gas inert ringan - helium, misalnya, dihirup dari balon, suara seseorang berubah total. Apakah kamu belum tahu tentang ini? Ya, ya, hal-hal menakjubkan ada di dekatnya...

Kedengarannya sangat lucu! Efeknya sangat menarik sehingga bahkan orang-orang terkenal seperti pembawa acara “MythBusters” di Discovery Channel pun tidak melewatkannya. Tetapi!

Videonya dalam bahasa Inggris, tapi tidak menakutkan, ada terjemahan yang sepenuhnya cocok:

“Saya berjanji itu akan keren, tapi Anda harus berjanji itu TIDAK PERNAH Anda tidak akan mengulanginya di rumah! OKE? OKE! Dan sekarang... Semua orang tahu bahwa suara saya akan terdengar lebih tinggi jika saya menghirup helium! Ini karena 6 kali lebih ringan dari udara, yang berarti pita suara saya akan bergetar lebih cepat dan ini membuat suara saya terdengar jauh lebih tinggi!
Dan sekarang... Saya akan menghirup sulfur heksafluorida, yang 6 kali lebih berat dari udara, dan suara saya akan terdengar seperti ini...
Suaraku terdengar jauh lebih rendah...
Dan saya masih bersenang-senang!
INILAH ILMU PENGETAHUAN !!!»

Orang yang selalu ingin tahu dan ingin tahu tentu ingin mengetahuinya MENGAPA apakah ini terjadi? Dan ada banyak sekali jawaban untuk pertanyaan ini... Salah satunya telah diberikan - pita suara saya akan bergetar lebih cepat... Tapi benarkah demikian?

Ada juga “alasan” lain - perbedaan tekanan udara dan helium, “kompresi” pita suara, dan bahkan fakta bahwa LEMBAM(!) gas entah bagaimana mempengaruhi STRUKTUR pita suara! Ini membingungkan!

Orang tidak tahu fisika... Tidak sama sekali...

Namun alasan sebenarnya cukup sederhana dan telah lama dipelajari oleh sains. Ya, secara adil harus diakui bahwa ligamen yang beroperasi di media bukan udara, tetapi helium (dan, tentu saja, sulfur heksafluorida) bergetar sedikit lebih cepat (lebih lambat). Tapi hanya SEDIKIT! Dan tingkat perubahan kecepatan osilasi ini sama sekali tidak mempengaruhi suara SANGAT MENGERIKAN! Faktor utamanya berbeda.

Pikirkan sendiri, jika pita suara itu sendiri mengalami benturan, maka suaranya bisa lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi timbre-nya tidak akan berubah! Suara itu akan tetap ada MANUSIA, meskipun lebih rendah atau lebih tinggi. Tapi sesuatu yang sama sekali berbeda diamati - KEBIADABAN Pilih! Itu adalah perubahannya VOLUME ke arah "pinokio", "kartun" menyebabkan tawa yang tak terkendali! Efek yang sama terjadi ketika suaranya “direndahkan” – “setan”, “mengerikan”, tetapi bagaimanapun juga – tidak ada kemiripan dengan suara manusia.

Tetapi WARNANADA suara manusia - sekumpulan forman, seperti yang dijelaskan dalam artikel “Apa itu forman?”. Para formant sendiri tidak mungkin ada tanpa partisipasi RESONATOR SISTEM tubuh manusia. Dan tidak hanya! Lebih tinggi MANUSIA suara adalah gelombang suara kompleks yang terdiri dari forman yang sama, tetapi tidak hanya forman itu sendiri yang dimodifikasi, tetapi juga lokasi masing-masingnya dalam spektrum suara. Oleh karena itu, kita mendengar, meskipun tinggi (atau rendah), tetapi yang terpenting, suara manusia. Mengubah LINGKUNGAN, penggantian udara dengan gas lain tidak menyebabkan perubahan konfigurasi rongga resonator; akibatnya forman tidak bergeser relatif satu sama lain, tetapi hanya mengubah frekuensinya. Sidang mencatat ini sebagai suara “buatan”.

Hal ini merupakan penegasan baik keberadaan sistem resonator itu sendiri maupun pengaruh mendasarnya terhadap fenomena suara itu sendiri. Nah, untuk memperjelas prosesnya dari sudut pandang fisika... Jika berkenan:

“Saluran suara manusia terdiri dari pita suara dan resonator berisi udara (atau helium): paru-paru, saluran pernapasan, rongga tengkorak. Kabelnya menghasilkan suara yang lemah; tanpa resonator kita mungkin tidak mendengarnya. Frekuensi resonansi saluran vokal bergantung pada volume dan bentuknya. Helium memiliki kepadatan lebih rendah dibandingkan udara, sehingga kecepatan suara di dalamnya lebih tinggi (965 m/s berbanding 331). Frekuensi, panjang gelombang dan kecepatan suara dalam gas dihubungkan oleh hubungan tertentu. Hal ini menghasilkan fakta bahwa, meskipun konfigurasi resonator tidak berubah, frekuensi yang lebih tinggi menjadi beresonansi, dan keseluruhan spektrum suara bergeser ke wilayah frekuensi yang lebih tinggi. Dalam istilah musik, helium tidak mengubah nada suara, melainkan timbre-nya. Lebih tepatnya, ketinggiannya berubah, tetapi sangat sedikit - ini terutama bergantung pada ketegangan pita suara, dan saat menghembuskan helium, perubahannya sedikit berbeda dibandingkan saat menghembuskan udara.”

“...faring, dari sudut pandang akustik, adalah resonator volumetrik yang disetel ke panjang gelombang tertentu (bukan frekuensi!). Dan jika seseorang menghirup udara, maka diperoleh bunyi (suara) dengan frekuensi tertentu... Tetapi jika sekarang kita mengambil helium sebagai pengganti udara, maka UNTUK PANJANG GELOMBANG YANG SAMA karena kecepatan suara yang lebih tinggi, akan diperoleh frekuensi yang berbeda – lebih tinggi. Dan ketika berpindah dari satu lingkungan ke lingkungan lain (dari tenggorokan berisi helium ke udara normal), frekuensi suara tidak lagi berubah.”

Jadi, pembaca yang budiman, ligamennya tidak berubah sama sekali! Semua tentang LINGKUNGAN! Dan “pembangun” utama suara kita adalah resonansi.

Penggunaan materi situs diperbolehkan dengan referensi wajib ke sumbernya

Kepadatan helium hampir 7 kali lebih kecil dari kepadatan udara biasa. Ketika gas inert ini dihirup oleh pita suara, frekuensi getarannya meningkat dan suara terdengar lebih tinggi. Suara yang dihasilkan bagi sebagian orang menyerupai suara tokoh kartun, dan bagi sebagian lainnya, bunyi mencicit tikus atau ucapan bayi. Tapi, bagaimanapun juga, itu menjadi.

Namun setelah menghirup sulfur fluorida, gas berat yang 5 kali lebih besar, bahkan anak perempuan pun mulai berbicara dengan suara bass yang rendah.

Apakah menghirup helium aman?

Secara umum dianggap cukup aman, karena oksigen masuk ke dalam tubuh manusia bersama dengan gas. Selain itu, sulit mengenali seseorang yang menghirup helium, kecuali mungkin saat dia mulai mengatakan sesuatu.

Dan gas itu sendiri tidak dapat ditentukan - tidak berbau maupun berasa. Namun, mungkin ada beberapa efek samping dari helium.

Beberapa orang mungkin mengalami tanda-tanda kekurangan oksigen, seperti pusing, sakit kepala, kesulitan bernapas, mual. Pita suara bergetar pada frekuensi yang lebih tinggi saat menghirup helium, yang menghasilkan efek yang diinginkan, namun akibatnya dapat rusak, suatu proses yang dianggap tidak dapat diubah.

Menghirup gas inert ini dalam-dalam dan sering dapat memicu pembentukan gelembung helium dalam darah. Begitu mencapai otak, dapat menyebabkan stroke dan bahkan berakibat fatal.

Kejenuhan paru-paru yang biasa dengan helium juga bisa menjadi tidak aman ketika kandungan oksigen dalam tubuh manusia berkurang secara signifikan.

Inilah fakta menarik lainnya: jika seseorang ditempatkan sementara di ruangan yang hanya berisi helium, lama-kelamaan dia akan mati lemas. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa gas tersebut hanya mengandung sepersepuluh persen oksigen.

Selain itu, dapat kami tambahkan bahwa memanjakan diri dengan helium sangat berbahaya bagi ibu hamil, tidak hanya bagi ibu hamil, tetapi juga bagi bayinya. Oleh karena itu, yang terbaik adalah mengagumi bola cahaya tersebut tanpa mencoba menghirup gas yang terkandung di dalamnya.

Jika Anda memutuskan untuk mencoba efek gas tertawa pada diri Anda sendiri, jangan menghirup helium dalam jumlah besar sekaligus. Sebaiknya tarik nafas sedikit-sedikit, dan bila efek gasnya sudah hilang coba lagi, pokoknya jangan berlebihan, karena kesehatan dan nyawa adalah yang terpenting.