Helium je po vodíku druhým nejrozšířenějším chemickým prvkem ve vesmíru. Avšak mezi těmi, kteří se rádi baví, tento inertní plyn jistě drží dlaň. A není divu: jeden šluk helia – a je čas, abyste dali hlas Kačerovi Donaldovi.
Helium patří do skupiny inertních plynů, což znamená, že má určitý stupeň narkotického účinku. Nevěděl? To je v pořádku! V tomto ukazateli je helium horší než všechny ostatní vzácné plyny, takže člověk, který se ho rozhodne inhalovat, nezažije závislost. Ale s tímto plynem je velmi možné si užít trochu zábavy.
Všichni se diví, proč helium mění hlas. Je to jednoduché: když plyn vstoupí dovnitř, ovlivní to hlasivky a způsobí jejich stažení. Výsledkem je tenký „myší“ hlas. Přesněji řečeno, je to všechno o povaze a vlastnostech hlasu.
Helium je rozhodně nejzábavnější inertní plyn na světě.
Lidský hlas jsou zvukové vlny vytvořené vibrací hlasivek. Hustota helia převyšuje hustotu vzduchu, který obvykle dýcháme. Zabarvení hlasu přímo závisí na této hustotě a frekvence vibrací vazů určuje výšku vydávaného zvuku. Nyní je jasné, proč helium mění váš hlas?
Balónek, hlas... co mají společného?
Historie nezachovala jméno prvního člověka, který vdechl helium a promluvil legračním hlasem. Jeho věrní následovníci ale nenechají tradici zaniknout a dál baví všechny kolem. Vše, co potřebujete, je balón, hlas a trocha fantazie.
Héliový balónek oživí i tu nejnudnější párty.
Zábava je docela bezpečná, pokud není zneužita. Helium je inertní plyn bez chuti a zápachu. Člověka, který vdechl helium, lze tedy poznat pouze podle hlasu. Ale nikdo nebude přemýšlet o tom, proč helium mění svůj hlas v okamžiku „rozpoznání“ - tato myšlenka je příliš veselá!
Zvuk je šíření vln v pružném prostředí (plyn, kapalina, pevná látka) a vzniká vibracemi něčeho (pravítko upnuté ve svěráku, membrána reproduktoru, vzduch v potrubí, struna atd.). Čím vyšší je frekvence vibrací (čím větší počet vibrací za sekundu), tím vyšší (tenčí) zvuk. Naopak, čím nižší frekvence vibrací, tím nižší (hrubší) zvuk. Neslyšíme příliš vysoký zvuk (ultrazvuk s frekvencí nad 20 kHz). Lidské ucho také nedokáže vnímat zvuky, které jsou příliš nízké (infrazvuk, s frekvencí pod 16 Hz).
Pokud vdechnete helium (před tím je lepší se zhluboka vydechnout), pak vazy nebudou v normálním prostředí vzduchu, ale v prostředí helia. Helium je velmi lehký plyn, který má za normálních podmínek hustotu 7x menší než vzduch. V méně hustém prostředí vibrují vazy (například struny) vyšší frekvencí. Představte si, jak tleskáte rukama ve vodě a ve vzduchu – stejně jako je pro vazy snazší vibrovat v heliu než ve vzduchu, který je sedmkrát hustší.
Dá se předpokládat, že pokud vdechnete nějaký plyn (samozřejmě neškodný), jehož hustota je větší než hustota vzduchu, váš hlas se naopak sníží.
Takový neškodný a bezbarvý plyn existuje a často se používá při fyzikálních demonstracích. Jedná se o fluorid sírový (nebo fluorid sírový (VI), SF 6). Jeho hustota za normálních podmínek je 5x vyšší než hustota vzduchu. Vazy v něm vibrují s menší frekvencí a hlas se proto stává hrubším.
Jako další informaci uveďme, že fluorid sírový má kromě vysoké hustoty i vysoké průrazné napětí (89 kV/cm), tedy velmi dobrý izolant (toto je znázorněno na videu). Tato vlastnost se využívá ve vysokonapěťové elektrotechnice a jeden z názvů tohoto plynu – SF6 – je zkratka pro „elektrický plyn“, která byla dána v SSSR, kde byla tato vlastnost objevena ve 30. letech.
Je také zajímavé vědět, jaké frekvence je lidský hlas schopen produkovat. Nejlepší hlasy jsou trénované, trénované pěvecké hlasy. Nejnižší zvuky jsou v basech (80 Hz-350 Hz), nejvyšší jsou v sopránu (až 1400 Hz). Někteří zpěváci jsou schopni trefit tón F třetí oktávy ( Árie královny noci v Mozartově opeře "Kouzelná flétna") - 1396,9 Hz a dokonce i tón G třetí oktávy (árie " Io non chiedo, eterni Dei" pro soprán a orchestr, Mozart KV316) - 1568 Hz.
Existují také neuvěřitelné rekordy pro dosažení nejnižších nebo nejvyšších tónů. Nejnižší, uchem prakticky neslyšitelný tón byl tedy zaznamenán v podání Tima Stormse z USA - 8 Hz. Zpěvák Mariah Carey zazpíval tón až do 4. oktávy (2093 Hz). V roce 2014 byl vytvořen národní rekord na Ukrajině (Kyjev) - zpěvák Světlana Podjaková vzal to až na 5 oktáv! A v roce 2008 zahrál Adam Lopez notu C-sharp páté oktávy, pro kterou na klavíru není ani klávesa (pravá klávesa klavíru je až do 5. oktávy) - to je více než 4000 Hz!
A to bez helia a fluoridu sírového!
Hustota helia je téměř 7krát menší než hustota běžného vzduchu. Když je tento inertní plyn vdechován hlasivkami, jejich vibrační frekvence se zvyšuje a hlas zní ve vyšší výšce. Produkované zvuky pro některé připomínají hlas kreslené postavičky, pro jiné pištění myši nebo řeč miminka. Ale v každém případě se stane .
Ale po vdechnutí fluoridu sírového, těžkého plynu, který je 5krát vyšší, začnou i dívky mluvit nízkým basovým hlasem.
Je inhalace helia bezpečná?
Obecně je považován za docela bezpečný, protože kyslík vstupuje do lidského těla spolu s plynem. Navíc je těžké rozpoznat člověka, který se nadechl, snad kromě okamžiku, kdy začne něco říkat.
A samotný plyn nelze určit - nemá ani vůni ani chuť. Hélium však může mít některé vedlejší účinky.
Někteří lidé mohou pociťovat známky nedostatku kyslíku, jako jsou závratě, bolesti hlavy, dýchání, nevolnost. Hlasivky při vdechování helia vibrují na vyšší frekvenci, což vyvolává požadovaný efekt, ale může dojít k jejich poškození, což je proces, který je považován za nevratný.
Hluboké a časté vdechování tohoto inertního plynu může vyvolat tvorbu bublinek helia v krvi. Jakmile se dostanou do mozku, mohou způsobit mrtvici a dokonce být smrtelné.
Jako nebezpečné se může ukázat i obvyklé přesycení plic heliem, kdy se obsah kyslíku v lidském těle výrazně sníží.
Zde je další zajímavost: pokud je člověk dočasně umístěn do komory, která je naplněna pouze heliem, po chvíli se udusí. To je způsobeno skutečností, že takový plyn obsahuje pouze páry kyslíku.
K tomu můžeme dodat, že hýčkání je nebezpečné zejména pro ženy, a to nejen pro nastávající maminku, ale i pro její miminko. Proto je nejlepší jednoduše obdivovat světelné koule, aniž byste se snažili vdechovat plyn v nich obsažený.
Pokud se rozhodnete na sobě vyzkoušet účinek rajského plynu, nevdechujte najednou velké množství helia. Je lepší se párkrát nadechnout, a až účinek plynu odezní, zkusit to znovu, jen to nepřehánět, protože zdraví a život jsou nejdůležitější.
Zdálo by se, že toto téma nemá nic společného s vokály. Spíš chemii... Nebo fyziku... Nebo akustiku, jako součást fyziky... A přesto ten vliv HÉLIUM(a nejen on, jak se dozvíte z článku) na HLAS ukazuje platnost pohledu na to, jak lidský hlas vzniká a jakým zákonům se podřizuje.
Takže při vdechování lehkého inertního plynu - helia, například z balónků, se hlas člověka zcela změní. Že o tom ještě nevíte? Ano, ano, poblíž jsou úžasné věci...
Zní to opravdu vtipně! Efekt je tak zajímavý, že ho neprošli ani tak slavní lidé, jako jsou hostitelé pořadu „Bořiči mýtů“ na Discovery Channel. Ale!
Video je v angličtině, ale to nevadí, existuje zcela vyhovující překlad:
"Slibuji, že to bude skvělé, ale musíš to slíbit." NIKDY Tohle už doma opakovat nebudete! OK? OK! A teď... Každý ví, že můj hlas bude znít výše, když vdechnu helium! Je to proto, že je 6krát lehčí než vzduch, což znamená, že moje hlasivky budou vibrovat rychleji a můj hlas bude znít mnohem výše!
A teď... vdechnu fluorid sírový, který je 6x těžší než vzduch, a můj hlas bude znít nějak takhle...
Můj hlas zněl mnohem níže...
A pořád mě to baví!
TO JE VĚDA !!!»
Zvídavý a zvědavý člověk by to přirozeně rád věděl PROČ děje se to? A na tuto otázku je tolik odpovědí... Jedna z nich již byla dána - moje hlasivky budou vibrovat rychleji... Ale je to skutečně tak?
Existují také další „důvody“ - rozdíl v tlaku vzduchu a helia, „komprese“ hlasivek a dokonce i skutečnost, že INERTNÍ(!) plyn nějak ovlivňuje STRUKTURA hlasivky! Je to k zamyšlení!
Lidé neznají fyziku... vůbec ne...
Ale pravý důvod je docela prostý a věda ho již dlouho zkoumala. Ano, spravedlivě je třeba přiznat, že vazy pracující v prostředí nikoli vzduchu, ale hélia (a samozřejmě fluoridu sírového) vibrují o něco rychleji (pomaleji). Ale pouze TROCHU! A tento stupeň změny rychlosti kmitů nemůže nijak ovlivnit hlas TAK monstrózní! Hlavní faktor je jiný.
Přemýšlejte sami, pokud by samotné hlasivky zaznamenaly nějaký dopad, pak by hlas mohl být vyšší nebo nižší, ale jeho zabarvení by se nezměnilo! Hlas by tam stále byl ČLOVĚK, byť nižší nebo vyšší. Ale je pozorováno něco úplně jiného - NELIDSKOST hlasování! Je to změna HLASITOST ve směru jeho „pinocchio“ vyvolává „karikaturnost“ nekontrolovatelný smích! Stejný efekt nastává, když je hlas „snížený“ – „démonický“, „monstrózní“, ale v žádném případě – není zde žádná podobnost s lidským hlasem.
Ale TÉMBR lidský hlas - soubor formantů, jak je popsáno v článku "Co jsou formanty?" . Samotné formanty jsou bez účasti nemožné REZONÁTOR SYSTÉMY Lidské tělo. A nejen to! Vyšší ČLOVĚK hlas je komplexní zvuková vlna sestávající ze stejných formantů, ale modifikují se nejen formanty samotné, ale i jejich jednotlivé umístění ve spektru hlasu. Proto slyšíme sice vysoký (nebo nízký), ale hlavně lidský hlas. Změna ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ, nahrazení vzduchu jiným plynem nevede ke změně konfigurace dutin rezonátoru v důsledku toho se formanty vzájemně neposouvají, ale jednoduše mění svou frekvenci. Ucho to zaznamená jako „umělý“ hlas.
To je potvrzením jak existence samotného rezonátorového systému, tak jeho zásadního vlivu na samotný fenomén hlasu. No, abych upřesnil postup z hlediska fyziky... Pokud prosím:
„Hlasový trakt člověka se skládá z hlasivek a rezonátoru naplněného vzduchem (nebo heliem): plíce, dýchací cesty, lebeční dutiny. Šňůry generují slabý zvuk, bez rezonátoru bychom jej možná neslyšeli. Rezonanční frekvence vokálního traktu závisí na jeho objemu a tvaru. Helium má nižší hustotu než vzduch, takže rychlost zvuku v něm je vyšší (965 m/s oproti 331). Frekvence, vlnová délka a rychlost zvuku v plynech spolu souvisí určitými vztahy. To má za následek skutečnost, že ačkoli se konfigurace rezonátoru nemění, vyšší frekvence se stávají rezonančními a celkové spektrum hlasu se posouvá do oblasti vyšších frekvencí. Z hudebního hlediska helium nemění výšku hlasu, ale jeho zabarvení. Přesněji řečeno, výška se mění, ale velmi málo – záleží především na napětí hlasivek a při výdechu helia je to trochu jiné než při výdechu vzduchu.“
„... hltan je z hlediska akustiky volumetrický rezonátor naladěný na určitou vlnovou délku (ne frekvenci!). A pokud člověk dýchá vzduch, získá zvuk (hlas) o určité frekvenci... Ale pokud teď místo vzduchu vezmeme helium, pak ZA STEJNOU VLNOVOU DÉLKU díky vyšší rychlosti zvuku bude získána jiná frekvence - vyšší. A při přechodu z jednoho prostředí do druhého (z hrdla naplněného heliem do normálního vzduchu) se frekvence zvuku již nemění.“
Existuje trik, který lze mnohokrát vidět na videích na YouTube. Tato videa lze najít vyhledáním slov „helium“ a „hlas“. Vidíme, že poté, co člověk vdechne plyn hélium, jeho hlas se změní a začne být směšně pískavý. Pokud člověk vdechne další plyn, fluorid sírový, který je těžší než vzduch, jeho hlas nabere basový tón, což je také nezvyklé, a tedy vtipné.
Jaký je důvod tohoto jevu?
Nejprve si ale odpovězme na otázku, proč vůbec můžeme mluvit. Jak vůbec vzniká hlas?
K tomu dochází, když vzduch prochází z plic přes průdušnici do hrtanu. V hrtanu přibližně uprostřed je zúžení, kde se nacházejí hlasivky, které vlastně generují zvuk. Hlasivky jsou dva horizontální záhyby s otvorem mezi nimi nazývaným glottis. Pokud hlasivky vibrují, když jimi prochází vzduch z plic, vzniká zvuk. Hlasivky mohou produkovat širokou škálu pohybů. Mohou se zavírat, spojovat, měnit svou délku a tloušťku, čímž vytvářejí širokou škálu zvuků.
Ale samotné vazy jsou velmi slabé. Zvuk, který produkují, je proto velmi tichý. Pro zesílení tohoto zvuku je potřeba rezonátor. Hltan hraje roli rezonátoru v lidském hlasovém traktu. Hltan je objemný. Otevírá se směrem k otvoru úst. Tvar hltanu je nepravidelný, ale tento tvar je od přírody tak chytře „vypočítaný“, že zesiluje slabé vibrace vzduchu, které generují hlasivky a nasměrují je z úst k posluchači. Hltan se nachází přímo vedle kostí lebky. V důsledku toho se náš hlas dostává k našemu uchu ani ne tak vzduchem, jako lebeční kostí. S tím je spojen zvláštní efekt: vlastní hlas slyšíme jinak, než jej slyší lidé kolem nás.
Lidský vokální trakt je tedy velmi podobný jakémukoli zařízení pro reprodukci zvuku: obsahuje generátor zvukových vibrací (hlasivky) a zesilovač rezonátoru (hltan). Na artikulaci se podílí nos a ústa, stejně jako jazyk, rty a patro umístěné v ústech. Díky nim člověk mění zvuky generované hlasivkami a zesílené hltanem a vyslovuje slova. Pokud nakreslíme analogii s rádiovým vysílačem, hlavní signál je modulován informačním signálem.
Co se stane, když člověk vdechne plynné helium a začne mluvit? Vzhledem k tomu, že helium je lehčí než vzduch, budou hlasivky v prostředí tohoto plynu vibrovat o něco rychleji. Ale není to kvůli této změně, že tón hlasu tak výrazně stoupá.
Ale pro náš hltan, který, jak již bylo řečeno, funguje jako rezonátor, je změna charakteru média přenosu zvuku významná. Koneckonců, rezonanční frekvence hltanu závisí na jeho tvaru a objemu. Při nahrazení vzduchu heliem se rychlost zvuku v rezonátoru téměř ztrojnásobí, z 331 m/s na 965 m/s. Ale konfigurace rezonátoru se nezměnila. Rezonátor tedy nyní vstoupí do rezonance (a tedy zesílí) na jiných, vyšších frekvencích. Všechny zvuky vycházející z úst člověka, který „upil“ helium, se posunou směrem k vyšším frekvencím. Hlas bude pisklavější.
Pokud místo lehkého helia vdechnete plyn těžší než vzduch, ve kterém je rychlost zvuku nižší, rezonuje s hltanem, což znamená, že se zvukové vibrace s nižší frekvencí zesílí. Hlas se posune směrem k nízkým frekvencím a stane se nepřirozeně hrubým.
Takto jsou vysvětleny všechny tyto zázraky.
