Muhtemelen her birimiz bir helyum balonundan biraz gaz soluduğunuzda sesin daha ince olacağını ve kulağa komik geleceğini biliyoruz. Ancak, gaz solunduğunda sesin neden helyumdan değiştiğini herkes cevaplayamayacak mı?! Ve hepsi helyumun çok daha düşük bir yoğunluğa sahip olması nedeniyle. Ses telleri hava akımında elastik olarak titreşir. Ve helyumun yoğunluğu havadan yedi kat daha düşük olduğu için, bağları çok daha az yüklediği anlamına gelir, bu yüzden daha yüksek bir frekansta titreşirler ve ses gıcırtılı ve eğlenceli hale gelir.
Şimdi helyumun sesi nasıl ve neden değiştirdiğine daha yakından bakalım. İnsan sesinin mekaniği inanılmaz bir biyolojik fenomendir. Her şey havanın akciğerlere gırtlak yoluyla girmesi ve daha sonra akciğerleri tekrar gırtlak yoluyla karbondioksit şeklinde terk etmesi ile başlar. Bu birkaç şekilde manipüle edilebilir. Örneğin, havayı bırakabilirsiniz ve başkaları tarafından duyulan tek şey nefes alma sesidir. Bir şey söylemek gerekirse, gırtlak kasları ve ses telleri konuya dahildir.
Akciğerlerinizdeki hava, diyaframınızı rahatlamaya zorlar. Daha sonra nefes borunuzdan geçer ve her iki tarafında V şeklinde iki kat deri (ses telleri) bulunan küçük bir açıklığa gider. kordonlar. Bu kordonlar titreştiğinde hava darbeleri bırakırlar. Bu kaslardaki gerginlik, frekansta farklılıklar yaratır. Voltaj ne kadar yüksek olursa, frekans o kadar yüksek olur ve dolayısıyla ses de o kadar yüksek olur. Bu frekans hertz cinsinden ölçülür (yani, saniyede kaç kez tekrar eder). Örneğin, neredeyse tüm insan konuşma sesleri tipik olarak 200 hertz ile 8000 hertz arasında değişir.
Ses penceresinden çıktıktan sonra hava, ağzınızın gayri resmi olarak ses yolunuz olarak adlandırılabilecek bir bölgesine hareket eder. Dilinizi, çenenizi ve dudaklarınızı hareket ettirirken, ses bağlantılarınız tarafından oluşturulan rezonans frekanslarını değiştirerek birçok farklı konuşma sesi üretebilirsiniz.
Farklı frekanslarda ve rezonanslarda akan havanın oluşturduğu ses sesimizi oluşturur. Adımı etkileyen bir diğer faktör de ses tellerinin kalınlığıdır. Derinin kıvrımları ne kadar kalınsa, ses o kadar derindir ve bunun tersi de - kıvrımlar o kadar ince ve ses o kadar incedir.
Şimdi ciğerlerinizden çıkan havadan bahsedelim. Sabit bir gaz hacmindeki moleküllerin sayısı, akciğerlerdeki hava hacmi gibi, gazın türüne göre değişmez (basıncın yeterince düşük olduğu varsayılırsa). Sıcaklık ve basınç aynı olduğu sürece, helyum veya hava olması fark etmez, molekül sayısı aynıdır. Bu moleküllerin kütlesi daha sonra atom ağırlığı ile ölçülür. Atom ağırlığı boyutsuz bir fiziksel miktardır (bu nedenle belirli bir boyutu olması gerekmeyen bir gaz için çok iyi çalışır). Bu, bir elementin atomlarının ortalama kütlesinin, bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'sine oranıdır. Bütün bunlar temel olarak, sayı ne kadar yüksek olursa, gazın o kadar ağır olduğu anlamına gelir.
Helyumun atom ağırlığı 4.002602'dir. Yaklaşık %80'i nitrojen olan hava, ortama bağlı olarak farklı özelliklere sahiptir. Bu nedenle, gerçek atom ağırlığı tam olarak belirlenemez. Bununla birlikte, tipik olarak helyumdan yaklaşık yedi kat daha ağırdır.
Peki, gaz solunduğunda ses neden helyumdan değişiyor?! Cevap, ses dalgalarının belirli bir gazdan nasıl geçtiğinde yatmaktadır. Gaz ne kadar yoğun veya ağır olursa, ses dalgası o kadar yavaş olur. Helyum havadan çok daha hafiftir. O zaman ses dalgasının helyumdan geçme hızı çok daha yüksek olacaktır. Yani helyumu soluduğunuzda ve onu algılanan ses kaynağı olarak kullandığınızda, sesinizin hızını veya frekansını artırmanız yeterlidir. Ses telleriniz hava kullandığınızda olduğu gibi aynı oranda titreştiği için perdeyi değiştirmezsiniz. Ayrıca ses yolunuzun konfigürasyonunu değiştirmezsiniz. Bu nedenle, akorların temel frekansı aynı kalırken, helyumdan havadan çok daha hızlı geçen dalga nedeniyle başkaları tarafından duyulan sesin frekansı artar.
Helyum, bir takım spesifik özelliklere sahip bir soy gazdır. Ve özellikle, bir kişinin sesini değiştirmenize, onu çizgi film karakterleri gibi gıcırtılı hale getirmenize olanak tanır. Ama bu neden oluyor ve bu gazın başka hangi özellikleri var? Solunması güvenli midir ve herhangi bir yan etkisi var mı? Bu madde ne kadar incelenir, nerede kullanılır?
Helyum birçok şekilde kullanılır, onu bulmanın en kolay yolu onu yoğun olarak kullanan balon satıcılarındandır. Bu, hakkında çok şey söylenebilecek iyi çalışılmış bir maddedir.
Helyum özellikleri
Helyum inert bir gazdır ve bu grubun tüm özelliklerine sahiptir. Tipik bir kokusu veya tadı yoktur, renksizdir, bir helyum bulutunun görünümü çevreleyen havadan farklı olmayacaktır. Elementin sadece kendisi için sabitlenmiş bir özelliği vardır - -268.9 santigrat derece sıcaklıkta sıvılaşır, ancak sıradan dünya koşullarında katı bir duruma dönüşmesini sağlamak mümkün olmayacaktır. Bunu yapmak için sadece sıcaklığı 1 K'ye düşürmek değil, aynı zamanda atmosfer basıncını 25 atmosfere çıkarmak da gereklidir. Ancak bunun, gazın bir kişinin sesini değiştirme yeteneği ile ilgisi yoktur.
Bu maddenin bir başka özelliği de incelenen soru çerçevesinde daha ilgi çekici olacaktır. Helyum son derece hafif bir gazdır, sadece hidrojen daha hafiftir. Doğada çok yaygındır ve evrendeki insan tarafından bilinen tüm maddelerin yaklaşık yüzde 23'ünü oluşturur. Madde, nükleer füzyon sırasında yıldızlarda doğar. Bu gaz, dünya atmosferinin havasından 7 kat daha az yoğundur ve mevcut tüm gazlar arasında ikinci en hafif olanıdır. Önünde sadece hidrojen var.
İlginç gerçek: balon satıcıları için helyumu ilginç kılan düşük yoğunluktur. Balonları onunla doldurarak, insanlar onlara gökyüzüne koşma fırsatı verir. Gaz sayesinde sadece balonları değil, tüm hava gemilerini de gökyüzüne kaldırmak mümkündür. Daha az yoğun madde yukarıya doğru yönelir, bunlar fizik yasalarıdır.
Gaz sesi değiştirmeyi nasıl başarıyor?
Helyumun etkisi altındaki ses değişiklikleri konusunu anlamak için, düşük yoğunluğunun gerçeğini hesaba katmak ve bir nüansı daha düşünmek gerekir - bir kişinin nasıl ses çıkarmayı, konuşmayı başardığı. İnsan sesi de dahil olmak üzere her türlü ses bir titreşimdir. İnsan konuşmasına gelince, bu sesler gırtlakta bulunan ses tellerinin hareketi ile üretilir. Sesin tınısı, salınımların frekansından oluşur, bu gösterge ne kadar yüksek olursa, ses o kadar yüksek olur.
İlginç:
Deniz tutması neden oluşur? Nasıl kurtulacağınızın nedenleri, fotoğraflar ve videolar
Normal bir hava ortamında, bir kişinin sesi tanıdık kalır, sesler standart bir şekilde üretilir ve iletilir. Ancak ortamın göstergeleri değişirse, ses de değişebilir - önemli veya önemsiz bir şekilde. Bazı insanlar, ortamın nemi değiştiğinde yoğun sisli havalarda bile seslerin biraz farklı çıkabileceğini not eder. Ve bu öznel bir görüş değil. Bir soy gaz solunduğunda, ses telleri sıkıştırılır, titreşimlerinin frekansı önemli ölçüde artar. Titreşim frekansındaki artışla ses de değişir, daha yüksek, komik hale gelir.
Zıt etki veren bir madde var. Kükürt florür solunursa, ses alçalacak, kadın sesi erkek bas olarak algılanacaktır. Ağır gazlardan biridir, yoğunluğu havadan 5 kat fazladır.
Helyum güvenli mi?
Genel olarak, yalnızca helyumu değil, aynı zamanda sıradan havayı da solursanız ve özel bir coşkuyla eğlenceye dalmazsanız, helyumu solumak nispeten güvenli bir eğlence olarak kabul edilebilir. Gerçekten de, aksi takdirde oksijen açlığı yaşayabilirsiniz. Bunun ilk belirtileri mide bulantısı, baş dönmesi, baş ağrısı ve solunum problemleridir. Ayrıca bunu düzenli olarak yapmamalısınız çünkü ses tellerine zarar verme riski vardır. Korunmaları gerekir, bu alandaki hasar geri döndürülemez, sese zarar verebilir veya konuşmayı imkansız hale getirebilir. İnsan ses aygıtı son derece hassastır.
YouTube videolarında defalarca görülebilen bir hile var. Bu videolar, "helyum" ve "ses" kelimelerini ararsanız bulabilirsiniz. Bir kişinin helyum gazını soluduktan sonra sesinin değiştiğini, gülünç bir şekilde gıcırdadığını görüyoruz. Bir kişi havadan daha ağır olan başka bir gazı, sülfür heksaflorürü teneffüs ederse, sesi bas tonları alır, bu da alışılmadık ve bu nedenle komiktir.
Bu fenomenin nedeni nedir?
Ama önce soruyu cevaplayalım, konuşabildiğimiz kadarı sayesinde. Bir ses nasıl oluşur?
Bu, hava akciğerlerden trakea yoluyla gırtlak içine geçtiğinde olur. Gırtlakta, yaklaşık olarak ortasında, aslında sesi üreten ses tellerinin bulunduğu yerde bir daralma vardır. Ses telleri, aralarında glottis adı verilen bir açıklık bulunan iki yatay kıvrımdır. Hava akciğerlerden geçerken ses telleri titreşirse ses üretilir. Ses telleri çok çeşitli hareketler üretebilir. Kapanabilir, bağlanabilir, uzunluklarını ve kalınlıklarını değiştirebilirler, böylece çeşitli sesler üretebilirler.
Ancak bağlantıların kendileri çok zayıf. Bu nedenle, ürettikleri ses çok sessizdir. Bu sesi yükseltmek için bir rezonatöre ihtiyaç vardır. Rezonatörün insan ses yolundaki rolü farinks tarafından gerçekleştirilir. Boğaz hacimlidir. Ağız açıklığına doğru açılır. Farinksin şekli yanlıştır, ancak bu şekil doğası gereği o kadar kurnazca “hesaplanmıştır” ki, ses tellerinin oluşturduğu zayıf hava titreşimlerini yükseltir ve bunları ağızdan dinleyiciye yönlendirir. Farinks, kafatasının kemiklerinin hemen yanında bulunur. Sonuç olarak, sesimiz kulağımıza havadan çok kafatası kemiğimiz aracılığıyla ulaşır. Bununla ilgili garip bir etki var: Kendi sesimizi çevremizdeki insanların duyduğundan farklı duyuyoruz.
Bu nedenle, insan ses yolu, herhangi bir ses üreten cihaza çok benzer: bir ses titreşimleri üretecine (ses telleri) ve bir rezonatör yükselticiye (yutak) sahiptir. Ağızdaki dil, dudaklar ve damak kadar burun ve ağız da eklemlenmede yer alır. Onlar sayesinde, bir kişi ses telleri tarafından üretilen ve farinks tarafından güçlendirilen sesleri değiştirir ve kelimeleri telaffuz eder. Bir radyo vericisi ile bir benzetme yaparsak, ana sinyal bilgi sinyali tarafından modüle edilir.
Bir kişi helyum gazını soluduğunda ve konuşmaya başladığında ne olur? Helyumun havadan daha hafif olması nedeniyle bu gazın bulunduğu ortamdaki ses telleri biraz daha hızlı dalgalanacaktır. Ancak sesin tonunun bu kadar dramatik bir şekilde yükselmesi bu değişiklik yüzünden değildir.
Ancak, daha önce de belirtildiği gibi, bir rezonatör olarak çalışan boğazımız için, ses iletim ortamının doğasında bir değişiklik önemlidir. Sonuçta, farinksin rezonans frekansları şekline ve hacmine bağlıdır. Hava helyum ile değiştirildiğinde, rezonatördeki ses hızı 331 m/s'den 965 m/s'ye neredeyse üç katına çıkar. Ancak rezonatörün konfigürasyonu değişmedi. Bu nedenle, rezonatör şimdi diğer yüksek frekansları rezonansa girecek (ve dolayısıyla yükseltecektir). Helyum "yudumlayan" bir kişinin ağzından çıkan tüm sesler daha yüksek frekanslara doğru kayar. Ses daha gıcırtılı hale gelecektir.
Hafif helyum yerine, ses hızının daha düşük olduğu havadan daha ağır bir gazı solursak, farenks ile rezonansa girer, bu da daha düşük frekanslı ses titreşimlerinin güçlendirileceği anlamına gelir. Ses düşük frekanslara doğru kayar ve doğal olmayan bir şekilde pürüzlü hale gelir.
Bütün bu mucizeler böyle açıklanır.
Ses, elastik bir ortamda (gaz, sıvı, katı cisim) dalgaların yayılmasıdır ve bir şeyin (mengeneye sıkıştırılmış bir cetvel, bir hoparlör zarı, bir borudaki hava, bir ip, vb.) Titreşimlerinden doğar. Salınım frekansı ne kadar yüksekse (saniyedeki salınım sayısı ne kadar fazlaysa), ses o kadar yüksek (ince) olur. Aksine, salınım frekansı ne kadar düşükse, ses o kadar düşük (kaba) olur. Çok yüksek ses (20 kHz'in üzerinde bir frekansa sahip ultrason) duymuyoruz. Çok düşük ses (16 Hz'nin altında bir frekansa sahip kızılötesi) da insan kulağı tarafından algılanmaz.
Helyumu teneffüs ederseniz (bundan önce derin bir nefes almak daha iyidir), o zaman bağlar normal hava ortamında değil, helyum ortamında olacaktır. Helyum, normal koşullar altında havadan 7 kat daha az yoğunluğa sahip olan çok hafif bir gazdır. Daha az yoğun bir ortamda, demetler (örneğin teller gibi) daha yüksek bir frekansta titreşir. Ellerinizi suda ve havada çırptığınızı hayal edin - aynen böyle, kordonların helyumda salınması yedi kat daha yoğun olan havaya göre daha kolaydır.
Yoğunluğu havanınkinden daha büyük olan bir gazı (tabii ki zararsız) soluduğunuzda, sesin tam tersine daha düşük olacağı varsayılabilir.
Böyle güvenli ve renksiz bir gaz mevcuttur ve genellikle fizik gösterilerinde kullanılır. Bu, kükürt heksaflorürdür (veya kükürt (VI) florür, SF 6). Normal şartlar altında yoğunluğu, havanın yoğunluğundan 5 kat daha fazladır. İçindeki bağlar daha az sıklıkta dalgalanır ve bu nedenle ses daha pürüzlü hale gelir.
Ek bilgi olarak, yüksek yoğunluğa ek olarak, kükürt heksaflorürün yüksek bir arıza voltajına (89 kV / cm) sahip olduğunu, yani çok iyi bir yalıtkan olduğunu not ediyoruz (bu videoda gösterilmiştir). Bu özellik, yüksek voltajlı elektrik mühendisliğinde kullanılır ve bu gazın adlarından biri - SF6 - bu özelliğin 30'larda keşfedildiği SSCB'de verilen "elektrik gazı" nın kısaltmasıdır.
İnsan sesinin genel olarak hangi frekansları üretebileceğini bilmek de ilginçtir. En iyi sesler eğitimli, koreografisi yapılmış şarkı söyleyen seslerdir. Bas en düşük seslere (80 Hz-350 Hz), en yüksek sesler sopranoya (1400 Hz'e kadar) sahiptir. Bazı şarkıcılar üçüncü oktavın F notasını (Mozart'ın "Sihirli Flüt" operasında Gece Kraliçesi aryası) - 1396.9 Hz ve hatta üçüncü oktavın G notasını (aria "Io non chiedo, eterni) alabilirler. Dei" soprano ve orkestra için, Mozart KV316) - 1568 Hz.
En düşük veya en yüksek notaları vurmanın inanılmaz kayıtları da var. Böylece, neredeyse kulak tarafından duyulmayan en düşük not, ABD'den Tim Storms tarafından kaydedildi - 8 Hz. Şarkıcı Mariah Carey, 4. oktava (2093 Hz) kadar bir nota seslendirdi. 2014 yılında Ukrayna'da (Kiev'de) ulusal bir rekor kırıldı - şarkıcı Svetlana Podyakova 5 oktav aldı! Ve 2008'de Adam Lopez, piyanoda bir tuş bile olmayan beşinci oktavın C-keskinliğinde bir not aldı (piyanonun en sağ tuşu 5. oktava kadar) - bu 4000 Hz'den fazla !
Ve bu, helyum ve kükürt heksaflorür içermez!