Газ, который меняет голос. Голос человека, как и любые звуки, по сути своей – распространяющиеся волны, или, по-другому, колебания воздуха. У звуковой волны есть три главных характеристики: скорость, частота и длина волны. Основную «настройку» частоты берут на себя голосовые связки (V-образные складки). V-образные складки сжимаются и образуют щель, через которую проходит воздух и провоцирует колебание, создающее звук. Звук усиливается в ротовой и носовой полостях, которые выступают как естественный резонатор, однако усиливаются не все частоты, а только с определённой длиной волны. Волны какой длины усиливает носоглотка конкретного человека, зависит от её формы и размера. Носоглотки у всех людей разные, поэтому и тембр голоса у каждого свой. Те голоса, которые мы слышим в обычной жизни, представляют собой колебания воздуха, состоящего из примерно 78 % азота, 21 % кислорода, 0,04 % углекислого газа и небольшого количества других газов. Если заменить эти газы на другие, то и звучание голоса в них поменяется, и наиболее яркий пример этого – эксперимент с газом гелием.

Гелий – инертный газ, это значит, что он не вступает в химические реакции. Гелий не горюч, не взрывоопасен и не токсичен, не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Попадание гелия в дыхательные пути само по себе безопасно, однако стоит помнить про осторожность: если многократно вдыхать гелий, например, из надувного шарика, то может наступить кислородная недостаточность, вплоть до потери сознания, ведь дышать гелием, как мы дышим воздухом, невозможно.

Гелий – второй элемент таблицы Менделеева, значит, и второй по размеру и массе ядра. Это очень лёгкий элемент. Плотность гелия в 7 раз меньше плотности воздуха, что и позволяет ему поднимать надувные шарики в небо. Чем меньше плотность газа, тем быстрее будут распространяться в нём звуковые волны. Скорость распространения звука в гелии примерно в 3 раза выше, чем в воздухе.

Когда человек выдыхает гелий вместо воздуха, в его голосовом аппарате не меняется ничего: лёгкие, гортань, носоглотка – газ идёт тем же путём, меняется только скорость звуковых волн, но длина волны, которую усиливает носоглотка, остаётся прежней. Чтобы понять, как вдыхание гелия отразится на нашем голосе, обратимся к формуле расчёта скорости звука

$\mathbb{v} = \lambda \nu ,$где $\mathbb{v}$ – скорость звука, $\lambda$ – длина волны, $\nu$ – частота звука.

Из формулы видно, что если скорость звуковой волны выросла, а её длина осталась прежней, то, чтобы равенство сохранилось, должна измениться частота. Частота звука увеличивается вслед за скоростью, повышая тон голоса.

Когда звук покидает носоглотку, средой его распространения становится воздух, а следовательно, скорость волны уменьшится. В воздушной среде, в отличие от резонатора-носоглотки, компенсировать снижение скорости будет уже не частота, а длина волны. Частота при этом остаётся прежней, поэтому голос будет казаться нам высоким и смешным.

Интересный факт: если вместо гелия вдохнуть газ, который тяжелее воздуха, голос, наоборот, станет ниже. Например, инертный газ криптон, который тяжелее воздуха почти в 3 раза, позволит добиться эффекта низкого, «демонического» голоса.