[News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

L'étude des phénomènes naturels...

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Adrien
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[News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par Adrien » 28/10/2014 - 12:00:31


Illustration : Benoît Gougeon
Dans une fête, il est fréquent qu'en présence de ballons gonflés à l'hélium quelques convives s'amusent à inhaler ce gaz noble pour faire rigoler les autres avec leurs voix aiguës qui ressemblent à celle de Donald Duck.

Quel est le phénomène qui explique cette modification vocale ?

«Contrairement à la croyance populaire, l'hélium ne modifie pas la fréquence de vibration de nos cordes vocales», lance Patrick Dufour, professeur au Département de physique de l'Université de Montréal.

En fait, les cordes vocales produisent un ensemble de vibrations et, selon la forme des fosses nasales et de la cavité orale  gorge, larynx, bouche, position de la langue et de la mâchoire , certaines fréquences de vibration sont davantage amplifiées que d'autres. Bref, les cordes vocales vibrent, mais ces vibrations ne changent pas au contact de l'hélium. «Ce qui change, c'est la vitesse du son qui, elle, dépend de l'environnement dans lequel il est émis», précise M. Dufour.

Dans l'air que nous respirons et qui occupe notre canal vocal, le son voyage à une vitesse d'environ 340 mètres par seconde (selon la température de l'air). Or, l'hélium est six fois plus léger que l'air ambiant. Et le son s'y propage à une vitesse de quelques 1000 mètres par seconde !

Ainsi, un son produit après que l'émetteur a respiré de l'hélium voyage presque trois fois plus vite qu'à l'air libre. Cette augmentation de la vitesse de propagation fait en sorte que les fréquences plus élevées sont amplifiées. Et une fréquence plus élevée prend la forme d'un son plus aigu.

«Une fois sorti de l'orifice buccal, le son va se diffuser dans l'air jusqu'à atteindre l'oreille, mais le changement de milieu (hélium/air) ne modifie pas la fréquence du son, qui demeure constante une fois que le son est émis», ajoute le professeur de physique.

Une voix grave avec l'hexafluorure de soufre

L'effet inverse survient lorsqu'on inhale de l'hexafluorure de soufre, un gaz lourd dans lequel le son se propage à une vitesse d'environ 100 mètres par seconde. Le son mettant plus de temps à voyager dans cet environnement, ce sont les fréquences les plus basses qui sont amplifiées. C'est ce qui nous donne une voix grave qui rappelle celle du personnage de Dark Vador dans La guerre des étoiles.

Il importe de spécifier que l'hélium et l'hexafluorure de soufre sont des gaz inertes qui ne sont pas toxiques pour l'organisme. Néanmoins, il est recommandé d'en faire une utilisation très parcimonieuse : à forte dose, l'hélium peut provoquer l'asphyxie, puisqu'il ne contient pas d'oxygène; et, parce qu'il est lourd, l'hexafluorure de soufre a tendance à rester plus facilement dans les poumons et peut entraîner la suffocation.

Source: Martin LaSalle - Université de Montréal

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Yougo
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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par Yougo » 28/10/2014 - 13:37:48

Qu'on m'éclaire... en quoi cela est-il une news ? :??:

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franckpiton
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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par franckpiton » 28/10/2014 - 17:43:11

Moi, je suis comptent de le savoir. Je vais une fois de plus me la jouer en soiré.
lorsque quelqu'un s'exprime, et que l'on ne comprend pas ce qu'il dit, c'est qu'il est bête. Et moi je ne peux pas être bête. Je suis douanier...

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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par cisou9 » 28/10/2014 - 17:46:24

____________ :_salut:
@ Yougo
Qu'on m'éclaire... en quoi cela est-il une news ?
Cette nouvelle (article) donne une explication à un phénomène physique liant la vitesse du son à la fréquence. ___ :jap:
Un homme est heureux tant qu'il décide de l'être et nul ne peux l'en empêcher.
Alexandre Soljenitsyne.

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Vanos
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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par Vanos » 28/10/2014 - 18:56:57

J'ai vu une vidéo d'un type qui avait fait respirer ce mélange à son chien (un labrador) puis il l'a fait aboyer, la tête du clebs, à mourir de rire.
Connais toi toi-même (devise de Socrate)

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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par eloze » 29/10/2014 - 11:25:35

En quoi l'hélium est un gaz noble?
Salutation.

kace
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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par kace » 29/10/2014 - 14:38:56

Honnêtement, j'ai un gros doute sur l'explication ...
Ma compréhension "physique" du phénomène : dans l'hélium, le son va 3x plus vite : en arrivant dans l'air, les ondes ralentissent d'un facteur 3, et se "compressent" donc d'un facteur 3 : cela donne une vibration 3x plus rapide, et donc tous les sons plus aigus.
Je ne suis pas sûr à 100% que cette explication soit la bonne, mais elle me semble plus crédible et claire que "Cette augmentation de la vitesse de propagation fait en sorte que les fréquences plus élevées sont amplifiées" ; -)
A suivre (et il faudra que j'y réfléchisse plus en détails, car pour être honnête, d'autres explications qui me semble crédible m'amènent à penser que la fréquence ne devrait pas bouger, or pourtant, elle change ...)

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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par Bap2703 » 30/10/2014 - 8:49:23

Sauf que ton explication ne va pas.

Ce qui fait la hauteur d'un son c'est sa fréquence (cadence de répétition dans le temps)
Ta compression a bien lieu mais dans l'espace, pas dans le temps : l'onde à la fréquence X reste à la fréquence X. Par contre sa longueur d'onde (le distance qu'occupe une répétition) réduit. Mais comme la longueur d'onde n'a pas de lien avec la perception du son, ce changement de milieu n'a aucun impact sur le son perçu.
Analogie : un rayon laser rouge passe de l'air à l'eau, il est réfracté, sa longueur d'onde est comprimée. Par contre sa fréquence reste la même, on le voit toujours rouge.


Pour le changement de ton l'article est pas ultra clair mais il faut voir les choses ainsi :
1) les cordes vocales émettent toujours le même son
2) entre les cordes vocales et l'air libre il y a la gorge : un filtre passe bas dont la fréquence de coupure dépend du temps que passent les ondes dans la gorge : gaz plus léger => onde plus rapide => passe moins de temps dans la gorge => à le temps de sortir avant de se faire absorber.


Et sinon l'helium est noble parce qu'il a autant d'électrons que de places disponibles sur la première couche électronique. Voir règle du duet et de l'octet. De là découlent plein de propriétés qui font que c'est un élément un peu particulier, principalement : il est très peu réactif.

kace
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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par kace » 30/10/2014 - 11:38:35

Merci Bap, intéressant en effet !
J'achète ta compression dans l'espace, pas dans le temps : dans mon disclaimer "il faudra que j'y réfléchisse plus en détails, car pour être honnête, d'autres explications qui me semble crédibles m'amènent à penser que la fréquence ne devrait pas bouger" : je pensais justement à ton explication de compression spatiale mais pas temporelle ... Mais comme expérimentalement, la fréquence bouge, je me suis dit que cette explication ne tenait pas la route et que l'autre semblait valide.
Après mon post, en y re-réflechissant, je me suis convaincu que ça ne peut être vrai. La preuve limpide me semble être celle -là : émettons dans l'hélium un signal à 1000 Hz pendant 1 seconde, soit 1000 sinusoides. Après passage de l'hélium à l'air, le signal va toujours durer 1s et toujours comporter 1000 sinusoides, donc il sera toujours à 1000 Hz. CQFD, mon explication ne tenait pas.

Mais si je peux me permettre, ton explication me semble fausse également (mais là encore, je n'en suis pas sûr, à discuter) ... Quelle proportion du signal est absorbé par les qques centimètres dans la gorge : quasi nulle je pense, l'air et l'hélium n'absorbent pas le son, il s'y diffuse quasiment sans absorbtion. En effet, la puissance reçue d'une source diminue en 1/r², et pas en exponentielle : on arrive à entendre des échos à plusieurs km, donc l'absorbtion reste faible sur plusieurs km, donc elle doit être infinitésimale sur qques centimètres à mon sens.

Mais du coup, pourquoi le son est bizarre quand on a respiré de l'hélium ?
Je viens de penser à une explication qui me semble plausible / probable (mais est-ce la bonne ?) :
Les sons sont produits par les cordes vocales ET par la résonance dans la gorge, par un jeu complexe d'échos internes que l'on apprend à maîtriser en apprenant à parler. De même, le son d'une trompette dépend de la forme de la trompette : c'est comme dans une cavité rectangulaire, seules certaines fréquences sont possibles.
Donc on peut imaginer qu'entre son émission par les cordes vocales et la sortie de la bouche, les ondes sonores sont modulées / modifiées par la forme de la gorge, différemment selon la fréquence (dans l'espace) des ondes. Avec de l'hélium, la forme de la gorge apparaît comme différente car la fréquence des sons dans l'espace est modifiée : l'onde serait donc modifiée différemment par la gorge quand celle-ci est remplie d'hélium.
Ce qui reste peu clair pour moi, c'est comment la forme de la gorge modifie les ondes ? Il faudrait modéliser la propagation d'un son dans un cône pour le comprendre ... (et donc valider ou pas cette tentative d'explication)

Qu'en penses-tu bap ?
Merci,
Bap2703 a écrit :Sauf que ton explication ne va pas.

Ce qui fait la hauteur d'un son c'est sa fréquence (cadence de répétition dans le temps)
Ta compression a bien lieu mais dans l'espace, pas dans le temps : l'onde à la fréquence X reste à la fréquence X. Par contre sa longueur d'onde (le distance qu'occupe une répétition) réduit. Mais comme la longueur d'onde n'a pas de lien avec la perception du son, ce changement de milieu n'a aucun impact sur le son perçu.
Analogie : un rayon laser rouge passe de l'air à l'eau, il est réfracté, sa longueur d'onde est comprimée. Par contre sa fréquence reste la même, on le voit toujours rouge.


Pour le changement de ton l'article est pas ultra clair mais il faut voir les choses ainsi :
1) les cordes vocales émettent toujours le même son
2) entre les cordes vocales et l'air libre il y a la gorge : un filtre passe bas dont la fréquence de coupure dépend du temps que passent les ondes dans la gorge : gaz plus léger => onde plus rapide => passe moins de temps dans la gorge => à le temps de sortir avant de se faire absorber.


Et sinon l'helium est noble parce qu'il a autant d'électrons que de places disponibles sur la première couche électronique. Voir règle du duet et de l'octet. De là découlent plein de propriétés qui font que c'est un élément un peu particulier, principalement : il est très peu réactif.

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Re: [News] Pourquoi a-t-on la voix aiguë lorsqu'on inhale de l'hélium ?

Message par bongo1981 » 30/10/2014 - 16:56:07

J'ai pensé à une explication, est-ce la bonne ?

Un son est amplifié si sa demi-longueur d'onde correspond à un sous-multiple entier de la taille caractéristique de l'enceinte au sein de laquelle le son est émis, disons lambda.

Dans l'air le son a une vitesse de c, donc les fréquences (et ses multiples entiers) sont amplifiés :
f1 = c / lambda

Dans le cas de l'hélium, où le son est 3 fois plus rapide : 3*c, ce sont toujours les mêmes longueurs d'onde lambda qui sont amplifiées.
f2 = 3*c / lambda = 3*f1

Etant donné que c'est géométrique, c'est toujours la même longueur d'onde qui est amplifiée, sauf qu'une longueur d'onde portée par une onde beaucoup plus rapide correspond à un son de fréquence beaucoup plus élevée.

PS : l'autre nom de gaz noble, c'est gaz inerte, ça correspond à la colonne tout à droite de la classification périodique des éléments.

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