안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
풍선 속 헬륨 가스를 마셨을 때 목소리가 가늘고 높게 변하는 이유는 헬륨 기체가 공기보다 소리의 전달 속도가 빠르기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
소리의 전달 속도는 물질의 분자량이 작을 수록 빠릅니다. 일반 공기이 분자량은 약 29g/mol으로 소리의 속도는 약 343m/s이지만, 헬륨은 분자량이 4g/mol로 소리 속도는 965m/s로 약 2.8배 빠릅니다.
헬륨을 마시더라도 목소리의 근본인 성대의 진동수는 전혀 변하지 않고 성대는 평소와 똑같은 속도로 떨립니다. 하지만 목구멍의 울림통의 크기는 그대로인데 소리 속도만 2.8배 빨라지다 보니, 높은 주파수 영역이 유독 크게 증폭됩니다. 따라서 원래의 목소리보다 얇고 가느다란 아기 목소리가 만들어지게 되는 것입니다.