Perché aspirando elio si parla in modo strano?

La maggior parte dei bambini sarebbe d’accordo: respirando l’elio da un palloncino, la tua voce diventa esilarante. Contrariamente alla credenza popolare, il passaggio dall’aria all’elio non aumenta effettivamente il tono della voce (almeno non molto), invece ne influenza fortemente il timbro: piuttosto che cinguettare come Titti, si parla come Paperino.

Ma perché quindi l’elio ci fa questo?

Intanto, consideriamo la situazione normale. Generiamo i suoni facendo vibrare rapidamente due piccoli lembi di membrana mucosa, chiamati corde vocali. Le loro oscillazioni interrompono il flusso dell’aria dai polmoni, e creano onde sonore. Ovviamente il suono prodotto non consiste di una sola frequenza, tutt’altro, ve ne sono numerose.

Tutte queste frequenze viaggiano attraverso il tratto vocale, che, a seconda della sua forma, entra in risonanza con alcune armoniche generate dalle corde vocali, cioè vibra “insieme” a loro. In tal modo, il tratto vocale amplifica quelle frequenze armoniche risonanti, rendendole più forti. Così le armoniche create dalle tue particolari corde vocali abbinate alla forma del tuo particolare tratto vocale producono una collezione unica di frequenze di risonanza che, messe insieme, danno alla tua voce la sua caratteristica qualità o timbro.

E quindi l’elio? Il suono viaggia a 344 m/s in aria, mentre nell’elio, gas molto più leggero dell’aria, la velocità è di 927 m/s, quasi il triplo. In fisica, la velocità di un’onda è uguale alla sua frequenza moltiplicata per la sua lunghezza d’onda. Quindi, se un’onda sonora viaggia più velocemente, la sua frequenza e/o la sua lunghezza d’onda devono aumentare.

Le lunghezze d’onda che risuonano con il tratto vocale dipendono solo dalla sua forma – cioè, le armoniche risonanti sono quelle i cui picchi consecutivi si adattano perfettamente al tratto vocale – quindi le loro lunghezze d’onda rimangono le stesse indipendentemente dal fatto che il tratto sia riempito con aria o con elio.

Ciò significa che le frequenze delle armoniche risonanti devono invece aumentare in una cavità piena di elio. Ciò significa che alcune componenti di tonalità alta (acute) della tua voce vengono amplificate rispetto alle componenti di tonalità bassa (gravi), cambiando drasticamente il timbro generale della tua voce. C’è meno potenza alle basse frequenze, quindi il suono è stridulo e “paperinesco”.