【夏休み質問】ヘリウムが満ちた部屋では音はどうなる?

個別指導の学習空間 千葉北総エリア 習志野藤崎・佐倉臼井教室の竹村です。

もう9月ですね!9月といえば…科学相談室ですね!!!(?)
…夏に上げ損なっただけなんてそんなことはないよ

こんな質問をいただきました!
Q:「ヘリウムを吸うと声が変な感じになる。では、ヘリウムで満たされた部屋では、音はどう聞こえる?」

そんなこと考えたことあります?これだからこの仕事は楽しいですよ!

A:一言で答えるなら、概ね変化なしでしょう。

色々な変化が起こり、起こる現象を全て想定しきるのが難しい質問ではあります。
こういう時は、似たような事例を考えてみましょう。
我々は通常、「空気」に囲まれて生活していますが、それがすべて別の流体に置き換わる体験をしたことがないかと。
え?ない??いやいや。
一つ心当たりがあります。多分、生徒さんでも、大半の人はあるんじゃないかと思います。
「水中」です。
流石に肺や耳の中までは置き換わりませんが、状況的にかなり近そうです。
水中で音ってどう聞こえますっけ?
え?聞いたことない??今度試してみて下さい。
距離感に大きな変化がありますが、音の高い低いは直接にはズレないです。
少なくとも、「たたいた時の音の変化」は、「ヘリウム吸引時の声色の変化」と比べるとかなり少ないはずです。

ここから高校レベルの知識も交えつつ。
距離感が変わるのは、媒質の音速が変わるためでしょう。水中の方が音速が早いです。
伝わる音の振動数は変化しません。物体の固有振動数(音源)にも、直接には影響しません。
このため、音を伝える媒質がヘリウムの場合も、既に鳴った音の高低は変化しないでしょう。
つまり、「どう聞こえる?」に関してだけ答えれば、「変化なし」です。

ただし、気柱の共鳴は大きく条件が変化します。空洞が鳴る場合ですね。
つまり、空洞が絡む場合、音自体が変化します。ヘリウム吸引時に声が変わるのは、声がこの空洞を鳴らすタイプの音の出し方だから、と解釈できます。
肺には空気を入れている水中では、そのため声の変化はほぼありません(そもそも声を出すのが非常に難しいですが…)。
しかし、ヘリウム充填下では、声は変化しっぱなしになりますね。
わかりやすいとこ、楽器は明暗が分かれます。管楽器など、共鳴が絡む場合は全て音が変化するはずです。打楽器・弦楽器は、直接には変化ないはずです。ただし、バイオリン、木琴など、打・弦でも、本体の空洞部による共鳴を利用している楽器は多く、本当にまったく変化しないという楽器は少なそうです。具体的に、ピアノはそんなに音変わらないけど、リコーダーは大幅に音が変わるなんて現象も予想されます。
オーケストラやったらすごいことになりそうですね。。
吹奏楽など、菅を使った楽器のみで編成して通常通り演奏すれば、変調した感じになる…?

生活音だと、机を叩く音や歩く音、時計の音は変わらなくても、換気扇の音や風の音、複雑なのだと、トイレの流した時の音も部分的に変わりそうです。とはいえ、この辺は現象自体が複雑でちょっと予想しきれませんね…だれか、機会があったら試してみて下さい!

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