안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
방송에서 일명 도널드 덕이라고 하는 목소리를 얇고 높은 고음으로 변하게 만드는 기체의 정체는 바로 헬륨입니다. 성대가 빠르게 움직여서 목소리가 변하는 것으로 생각하기 쉽지만, 사실은 성대가 아닌 입안과 목구멍 속 소리의 전달 속도가 달라지기 때문에 나타나는 현상입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
소리는 공기라는 매질을 진동시키며 전달되는 파동인데, 매질의 분자량이 가벼울수록 소리가 훨씬 빠르게 이동합니다. 일반 공기는 질소와 산소가 주성분이라 헬륨 기체는 분자량이 공기보다 7배 이상 가볍고, 소리의 속도는 공기보다 3배 가까이 빠릅니다.
사람의 목구멍에서 입술까지 이어지는 공기 기둥의 길이는 정해져 있으므로 소리의 파장은 변하지 않고 고정되어 있는데, 이 상태에서 가벼운 헬륨을 마시면 목구멍 내부에서 소리의 전달 속도가 3배로 증가합니다. 파장이 일정한 상태에서 속도가 커지면, 결과적으로 진동수가 함께 증가하게 됩니다. 결과적으로 목구멍 안에서 울리는 공명 주파수가 높은 음역대로 대폭 이동하면서 주파수가 높은 얇고 가느다란 고음이 나오게 것입니다.