¿Por qué el gas helio pone la voz más aguda?

Es más o menos la pregunta que dentro del apartado Comentarios, me hacía un lector en una de las entradas relacionadas con los globos de gas helio, He (g).

Doy por hecho que todos ustedes están al tanto de la simpática y curiosa experiencia, pues suele ser habitual tanto en algunos programas de televisión como en películas de cine.

Un gas noble, el helio, que entre otras aplicaciones tiene la de utilizarse para inflar globos que flotan en el aire. Algo factible no solo por su densidad, es menor que la de la combinación de gases presentes en nuestra atmósfera, sino también por su carácter inerte es decir no reactivo.

Pues bien, además, se usa para llevar a cabo un “experimento-espectáculo”. Una especie de mezcla entre humor y ciencia.

Una “gracieta” en la que una persona lo inhala y a continuación se pone a hablar, lo que irremediablemente provoca, y de inmediato, la hilaridad entre los que le escuchan. La provoca porque la voz sale más aguda de lo normal, lo que se dice “voz de pito”, cuando no resulta chirriante o incluso metálica como la de un robot.

Bien, hasta aquí lo divertido del espectáculo humorístico. Vayamos ahora tras lo curioso del experimento científico.

¿Por qué cambia el tono de la voz? ¿Por qué el helio lo hace más agudo y no grave? ¿Puede tener efectos secundarios el hecho de inhalar este gas? ¿Se pueden emplear otros gases?

A la hora de contestar, vayamos por parte en esto de los efectos que producen en nuestra garganta, los gases en general y el helio en particular. Empiezo por los biofísicos.

Efectos sobre las cuerdas vocales: voz aguda

Y de entrada una aclaración. Por ser el primer contacto explicativo, y a nivel bachiller, lo haremos solo de manera cualitativa. Algo como esto.

Dado que las responsables de la emisión de sonidos, un fenómeno mecánico ondulatorio, así lo estudiamos en el instituto, son las cuerdas vocales al vibrar, es evidente que el gas helio cuando entra en contacto con ellas, debe afectar de alguna manera a su vibración, causa original de nuestra voz.

Hoy sabemos que la razón de esta afección es de naturaleza física y está basada en la misma propiedad intensiva que hace subir en la atmósfera a los globos que se llenan con él, más en concreto en su bajo valor de densidad volúmica.

Es gracias a él que adquirimos esa característica y aguda voz, como la del Pato Donald, cuando lo introducimos en nuestro organismo al inhalarlo y que produce tan divertido efecto.

Y el razonamiento cualitativo científico es simple en principio.

Dado que la densidad del helio que ahora envuelve a las cuerdas vocales es menor que la del aire (d_He < d_AIRE), también lo será la resistencia que ofrezca a su vibración en él, por lo que estos pliegues vocales se podrán tensar más.

Una mayor tensión (T) que hará que la velocidad (v) de las ondas sónicas producidas sea también mayor y, por tanto, que aumente su frecuencia (f), tal como se puede deducir de la relación matemática del movimiento ondulatorio (MO).

Y como sabemos que la magnitud física frecuencia, si las ondas son sonoras, representa a la propiedad conocida como tono del sonido, al ser mayor la frecuencia, tendremos un sonido con un tono más alto o sea más agudo.

Luego haciendo el mismo esfuerzo por parte de los músculos de la laringe a la hora de hablar, las cuerdas vocales se tensan más al estar rodeadas de helio y vibran con mayor frecuencia, por lo que el sonido que producen será más agudo.

Et voilà.

Y dejamos aquí el planteamiento cualitativo, hasta un próximo tratamiento cuantitativo de la relación entre el gas helio y la “voz de pitufo”. Pero seguimos y lo hacemos con la siguiente pregunta: ¿Puede tener efectos secundarios el hecho de inhalar este gas?