안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.
목소리는 폐에서 나오는 공기가 목 아랫부분에 있는 성대 중앙을 통과한 다음 발성 통로를 지나 밖으로 나오면서 만들어집니다. 성대의 긴장으로 인해 공기압력이 변화되고 성대와 그 사이의 공기가 진동해서 소리가 다양하게 만들어지게 됩니다.
목소리를 변화 시킬 수 있는 요인은 입안에 있는 공기의 종류입니다. 사람이 말을 하게 되면 폐에서 나온 공기가 발성통로를 지나면서 발생되는 소리는 입안에서 공명을 하게 됩니다. 이 때 입안에서 울리는 소리의 속도는 입안에 있는 공기의 밀도에 따라 변하게 되고, 이에 따라 소리가 다른 진동수를 갖게 돼 목소리가 변하는 것입니다.
보통 공기의 경우 약 29g/㎤의 밀도를 가지고 있으며, 이 때 이 공기를 통과하는 소리의 속도는 0℃에서 약 3백31m/초입니다. 동일한 온도에서 헬륨의 밀도는 4g/㎤으로 밀도가 공기보다 낮기 때문에 헬륨을 통과하는 소리의 속도는 음속의 3배 정도인 8백91m/초가 됩니다. 그러므로 입안에 헬륨이 있는 상태에서 말을 하게 되는 경우 이 소리의 주파수는 보통 공기의 경우보다 2.7배 정도 높게 돼 이 때의 목소리는 평상시보다 2.7 옥타브 높게 됩니다.