Warum berührt Helium Ihre Stimme?

Die meisten Kinder würden zustimmen: saugen eine Lunge von Helium aus einem Luftballon macht Ihre Stimme komisch klingen. Aber entgegen der landläufigen Meinung, nicht der Wechsel von Luft zu Helium-Gas tatsächlich erhöhen die Tonhöhe Ihrer Stimme (zumindest nicht sehr viel). Stattdessen wirkt sie sich auf eine viel geheimnisvollere Eigenschaft von dem Ton, genannt "Timbre." Anstatt die hohen Töne wie Tweety Vogel zwitschern, starten Sie quacking Wörter wie Donald Duck.

Aber warum wirkt Helium aus Ihrer Stimme mit, dass schilfige Ton?

Zunächst ist hier, was in Ihre Kehle vorgeht, wenn Sie sprechen: nach Akustik-Experte John Smith, ein Biophysiker an der University of New South.Wales (UNSW) in Sydney, Australien, generieren Sie Klang durch Vibrieren schnell zwei kleine Klappen der Schleimhaut, Stimmlippen, in Ihre Voice Box genannt. Die hin-und-her-Bewegungen dieser Falten unterbrechen den Fluss der Luft aus Ihren Lungen "Puffs" Sound zu erstellen.

Wenn Ihre Stimmlippen zurück und her 100 Mal pro Sekunde wackeln, produzieren sie Züge mit einer Frequenz von 100 Schlägen pro Sekunde (Hz). Zusätzliche Bewegungen der Stimmlippen, wie Kollisionen mit einander, erzeugen zusätzliche Frequenzen, die ein Vielfaches dieser Grundfrequenz sind: "Harmonics" 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz und So weiter.

Alle diese Frequenzen durch den Vokaltrakt zusammen reisen – die röhrenartigen Hohlraum im Vorfeld von der Voice-Box durch den Rachen und Mund nach außen. Abhängig von ihrer Form schwingt dieses Traktat mit bestimmten Harmonik erzeugt durch Ihre Stimmlippen, was bedeutet, dass es rechtzeitig mit ihnen vibriert. Auf diese Weise verstärkt den Vokaltrakt diese harmonischen Resonanzfrequenzen, so dass sie lauter.

So produzieren die Oberschwingungen durch Ihre besondere Stimmlippen gepaart mit der Form Ihrer besonderen Vokaltrakt erstellt eine einzigartige Sammlung von Resonanzfrequenzen, die zusammengenommen, gib deine Stimme seinen unverwechselbaren sound-Qualität oder Timbre. [Die Physik der Schreihälse: warum einige Stimmen tragen]

Hier kommt Helium. Klang bewegt 1.128 Fuß pro Sekunde (344 Meter pro Sekunde) durch regelmäßige Luft, aber es reist 3.041 Fuß pro Sekunde (927 Meter pro Sekunde) durch Helium-Gas. Und zwar deshalb, weil Stickstoff und Sauerstoff-Moleküle, aus denen sich der Großteil der Luft sind viel schwerer als Helium-Atome, so dass sie fast so schnell hin und her schwingen nicht. (Diese oszillierenden ist was die Schallwelle durch das Gas drückt.)

In der Physik entspricht die Geschwindigkeit einer Welle seine Frequenz multipliziert mit der Wellenlänge. Also, wenn eine Schallwelle schneller durch einen Vokal-Trakt voll von Helium reist, als wäre es durch eine Vokaltrakt voller Luft, muss seine Frequenz oder Wellenlänge einen Schub bekommen in einem Helium gefüllten Hohlraum zu.

Die Wellenlängen, die Resonanz mit den Vokaltrakt hängt nur von seiner Form – d. h. die resonanten harmonischen sind die, deren aufeinander folgenden Gipfel genau in den Vokaltrakt passen – damit ihre Wellenlängen bleiben gleich, unabhängig davon, ob der Trakt mit Helium-Gas oder Luft gefüllt ist. (Anders ausgedrückt, oszillieren die Gasmoleküle innerhalb der Fläche hin und her der gleiche Abstand unabhängig davon, welche Moleküle sind.)

Das bedeutet, dass die Frequenzen der resonanten harmonischen stattdessen in einem Helium gefüllten Hohlraum erhöhen müssen. Laut Smith und Kollegen in "Physik in der Rede," ein Referenzartikel auf der Website der UNSW Resonanzfrequenzen mehrmals höher sind ein Vokal-Trakt gefüllt mit Helium im Vergleich zu einem mit Luft gefüllt.

Und das bedeutet, dass bestimmte hoch-werfen-Komponenten Ihrer Stimme im Vergleich zu den Low-Pitch-Komponenten drastisch verstärkt werden verändert das gesamte Timbre Ihrer Stimme. "Es gibt weniger Energie bei niedrigen Frequenzen so ist der Klang dünn und quietschende," schreiben die Physiker UNSW.

Man könnte sich Fragen, warum Enten immer so klingen sie es tun, trotz regelmäßigen Atemluft. Nach Meinung der Experten "ein artikulieren aber sonst übliche Ente hätte eine kürzere Vokaltrakt als bei uns, auch während der Atemluft, Donald [Duck] hätte Resonanzen bei etwas höheren Frequenzen als bei uns."

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