헬륨가스를 마시면 왜 목소리가 변하나요?
헬륨가스를 소량 마시게 되면 목소리가 이상하게 변하는데 그 이유가 무엇인지 궁금합니다.
헬륨을 마시면 우리 목소리가 바뀌는 것은 헬륨 풍선이 공기에 뜨는 것과 마찬가지로 헬륨의 ‘가벼운’ 특성 때문이다.소리의 진동수는 공기의 밀도에 반비례하며 공기 속 밀도가 높으면 천천히, 밀도가 낮으면 더 빠르게 움직이는 것이다. 소리의 진동수가 소리의 높낮이를 결정하기 때문에 사람마다 서로 다른 목소리를 가지게 되는 것이다.목소리는 폐에 있던 공기가 나오다가 성대를 지나면서 압력을 받아 변화하고 진동하는 과정에서 생긴다. . 이때 인위적으로 헬륨을 입 속에 머금으면 공기의 밀도와 소리의 진동수가 바뀌기 때문에 이상한 목소리가 나게 된다.
목소리를 변화시킬 수 있는 또 하나의 요인은 입안에 있는 공기의 종류입니다. 사람이 말을 하게 되면 폐에서 나온 공기가 발성 통로를 지나면서 진동하여 입 안에서 공명이 일어나 목소리가 나오게 됩니다. 이 때 입안에서 울리는 소리의 속도는 입안에 있는 공기의 밀도에 따라 변하게 되고, 이에 따라 소리가 다른 진동수를 가지게 되어 목소리가 변하게 됩니다.
평상시에는 체온과 비슷한 공기가 입안에서 진동하기 때문에 목소리의 변화가 없지만 공기가 아닌 다른 기체가 성대를 통과한다면 그 기체의 밀도에 따라 목소리가 달라집니다.
동일한 온도에서 헬륨2)의 밀도는 공기보다 작기 때문에 헬륨을 통과하는 소리의 속도는 공기를 통과하는 소리의 속도보다 빨라집니다. 진동수가 증가하기 때문입니다. 그러므로 헬륨 가스를 마신 다음 말을 하게 되면 목소리의 진동수가 증가하여 평상시보다 높은 소리가 나오는 것입니다. 관악기 내부를 헬륨 가스로 채우고 연주를 해 보아도 목소리의 경우와 마찬가지로 평상시보다 높은 음으로 들리게 되죠.
이제 ‘도널드 덕 효과’가 왜 일어나는지 아셨을 것입니다. 헬륨처럼 밀도가 낮은 기체는 목소리가 높아지고, 반대로 밀도가 높은 기체를 마시면 어떻게 될까요? 밀도가 높은 기체 중 인체에 무해한 크립톤이란 가스를 마시면 목소리가 낮아진다고 합니다. 그러나 크립톤은 워낙 희귀한 기체여서 일반인이 마셔보기란 쉽지 않을 것입니다.
[네이버 지식백과] 헬륨 가스를 마시면 왜 목소리가 변하나요? (과학선생님도 궁금한 101가지 과학질문사전, 2011. 7. 30., 의정부과학교사모임)
헬륨이 공기를 이루는 다른 원소에 비해 가벼운 기체라는 점이 주된 원인입니다.
공기는 질소가 78%, 산소가 21%, 나머지는 다른 기체들로 구성 되어 있습니다.
우리가 풍선 속의 헬륨 가스를 들이마시면 평소에 가장 많이 마 시던 질소 대신 헬륨을 들이마시게 됩니다.
이렇게 가벼운 헬륨가스가 어떻게 목소리를 변하게 하는가는 다 음과 같습니다.
흔히 헬륨 ‘도날드 덕’(DonAld Duck) 효과라 불리는 이 현상 의 원인을 알기 위해선 우선 목소리의 발생과정에 대해 알 필요 가 있습니다.
목소리는 폐(肺)에서 나오는 공기가 목 아랫부분에 있는 성대 중앙을 통과한 다음 발성 통로를 지나 밖으로 나오면서 만들어 집니다.
성대의 긴장으로 인해 공기압력이 변화되고 성대와 그 사이의 공기가 진동해서 소리가 다양하게 만들어지게 됩니다. 이때 소 리 진동수가 목소리의 높낮이를 결정하는 것으로 이러한 과정 을 통해 사람마다 각기 다른 목소리를 갖게 되는 것입니다.
평 균 성인의 목소리는 남자의 경우 1백30Hz, 여자의 경우 2백5Hz 의 진동수를 가지고 있습니다.
목소리를변화시킬수 있는 또 하나의 요인은 입안에 있는 공기 의 종류입니다.
사람이 말을 하게 되면 폐에서 나온 공기가 발 성통로를 지나면서 발생되는 소리는 입안에서 공명을 하게 됩니 다.
이 때 입안에서 울리는 소리의 속도는 입안에 있는 공기의 밀도에 따라 변하게 되고, 이에 따라 소리가 다른 진동수를 갖 게 돼 목소리가 변하는 것입니다.
보통공기의 경우 약 29g/㎤의 밀도를 가지고 있으며, 이때 이 공기를 통과하는 소리의 속도는 0℃에서 약 3백31m/초입니다.
동일한 온도에서헬륨의밀도 는 4g/㎤으로 밀도가 공기보다 낮 기 때문에 헬륨을통과하는 소리의 속도는 음속의 3배 정도인 8 백91m/초가 됩니다.
그러므로 입안에 헬륨이 있는 상태에서 말 을 하게 되는 경우 이 소리의 주파수는 보통 공기의 경우보다 2.7배 정도 높게 돼 이 때의 목소리는 평상시보다 2.7 옥타브 높게 됩니다. 마치 도날드 덕의 목소리처럼 말이죠.
- 목소리의 원리
우리 목구멍을 살펴보면 공기와 음식물 통로 역할을 하는 기관과 식도가 있습니다. 목소리는 폐에서 나오는 공기가 목 아랫부분에 있는 성대 중앙을 통과한 다음 발성 통로를 지나 밖으로 나오면서 만들어집니다. 성대의 긴장으로 인해 공기 압력이 변하고 성대와 그 사이의 공기가 진동해서 소리가 다양하게 만들어지게 됩니다. 이때 발생한 소리의 진동수는 목소리의 높낮이를, 소리의 진폭은 목소리의 크기를, 소리의 파형은 사람마다 다른 목소리를 결정해 주게 되는 것입니다.
또 다른 목소리목소리를 변화시킬 수 있는 또 하나의 요인은 입안에 있는 공기의 종류입니다. 사람이 말을 하게 되면 폐에서 나온 공기가 발성 통로를 지나면서 진동하여 입 안에서 공명이 일어나 목소리가 나오게 됩니다. 이 때 입안에서 울리는 소리의 속도는 입안에 있는 공기의 밀도에 따라 변하게 되고, 이에 따라 소리가 다른 진동수를 가지게 되어 목소리가 변하게 됩니다.
평상시에는 체온과 비슷한 공기가 입안에서 진동하기 때문에 목소리의 변화가 없지만 공기가 아닌 다른 기체가 성대를 통과한다면 그 기체의 밀도에 따라 목소리가 달라집니다.
동일한 온도에서 헬륨의 밀도는 공기보다 작기 때문에 헬륨을 통과하는 소리의 속도는 공기를 통과하는 소리의 속도보다 빨라집니다. 진동수가 증가하기 때문입니다. 그러므로 헬륨 가스를 마신 다음 말을 하게 되면 목소리의 진동수가 증가하여 평상시보다 높은 소리가 나오는 것입니다. 관악기 내부를 헬륨 가스로 채우고 연주를 해 보아도 목소리의 경우와 마찬가지로 평상시보다 높은 음으로 들리게 되죠.
이제 ‘도널드 덕 효과’가 왜 일어나는지 아셨을 것입니다. 헬륨처럼 밀도가 낮은 기체는 목소리가 높아지고, 반대로 밀도가 높은 기체를 마시면 어떻게 될까요? 밀도가 높은 기체 중 인체에 무해한 크립톤이란 가스를 마시면 목소리가 낮아진다고 합니다. 그러나 크립톤은 워낙 희귀한 기체여서 일반인이 마셔보기란 쉽지 않을 것입니다.
-출처 : 네이버 지식백과
