静岡ラーメン放浪記

ヘリウムの秘密

　「マジックボイス」などの名前で販売されているヘリウムガスがあります。
ボンベに入ったこのガスを吸い込むと、声が甲高い音に変わるという商品です。
パーティーグッズとして人気があるようですが、面白いものですね。

　今日はこのヘリウムについて考えてみました。
まずは、どうして声がドナルドダッグのような高い声に変わるかという解説です。

　私たちが音を感じるのは鼓膜からです。
音波を耳で感じて、意識するわけですが、それは空気の振動です。
音の波は縦波（粗密波）でして、空気の成分である窒素や酸素などの分子が振動することによって、伝わっていきます。
音の伝わる速さ、音速は温度によって変わりますが、室温では３４０メートル毎秒ほどです。

　さて、ヘリウムガスがどんな変化を与えるのかということですが、その原因はヘリウムの分子量にあります。
ヘリウムというのは非常に軽い気体です。
しかも単原子分子ですから、分子量は４です。
これは空気の平均分子量約２９に比べると、約７分の１になります。

　実際のガスでは、２０％ほどの酸素を混合してあるので平均分子量は１０程度でしょう。
それでも通常の空気に比べると、質量は３分の１になります。

　音波は、この気体の分子が振動することによって伝わりますが、軽い気体ほど早く伝わります。
これはたぶん運動エネルギーに関係するんでしょう。
運動エネルギーは　1/2　ｍｖ2（二乗）　なので、媒体の質量が３分の１になれば、速度は√3倍になります。
すると、波長が変わらないので、振動数は速度に比例して同じく√3倍になるわけです。

　そのために普通の状態に比べて高い音になるわけです。
ちなみに振動数が二倍になると1オクターブ高くなりますから、それには少し及ばないことになります。
もちろん純粋なヘリウムだけならかなり高い音になりますが、それでは酸素が取り込めないので息が苦しくなってしまいます。

　原理的には一番軽い元素である水素でも同様の効果がおきますが、水素を酸素と混ぜると極めて危険ですから、実用は出来ません。
不活性のガスであるヘリウムが、まさに適役です。

　ところで逆に分子量の大きな気体ですと、「低い声」に変えてしまうこともできますが、そんな商品のことは知りませんから、実用化はされてないんでしょう。
まあ、低い声だと面白くないですからね。

というわけで、ヘリウムの雑学でした。