De l’hélium pour parler comme Mickey

Cette expérience dangereuse ne doit se faire qu’en présence d’un adulte, mais elle en vaut la peine car l’effet comique est garanti : Vous voulez faire parler quelqu’un avec une voix nasillarde, comme celle de Mickey ? Faites-lui donc respirer de l’hélium !


Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 Capture21

Matériel
  • un ballon de baudruche
  • de l’hélium.
Montage et réalisation

Gonfler un ballon de baudruche avec de l’hélium gazeux.

Inspirer profondément l’hélium du ballon et parler en expirant : la voix est plus aiguë, elle ressemble à celle de Mickey dans les dessins animés.

Attention: il ne faut utiliser que de l’hélium pur

L’hélium utilisé dans les foires pour gonfler les ballons n’est pas toujours pur. L’hélium inspiré de la façon indiquée est sans danger pour la santé en raison de son inertie chimique. Le dioxygène n’étant plus absorbé par le sang lorsqu’on respire de l’hélium, il faut veiller à alimenter suffisamment le sang en dioxygène. Si ce n’est pas le cas, il y a des risques d’évanouissement et de dommages sérieux à certains organes, notamment au cerveau.
Il ne faut donc pas recommencer tout de suite l’expérience : entre deux expériences, il faut attendre le temps nécessaire pour que la respiration renouvelle le dioxygène sanguin.

Explications

La parole humaine est un phénomène très complexe et la hauteur du son émis dépend de plusieurs facteurs comme les dimensions du larynx, la tension des cordes vocales et la vitesse de propagation du son dans l’air.

Expliquons sommairement le résultat de l’expérience précédente : seule la vitesse de propagation du son change, les autres paramètres restent inchangés.

Cette vitesse est de  340 m.s-1 dans l’air à 20°C et de 1020 m.s-1 dans l’hélium à 20°C. Le gaz qui sert à la production de la voix est le gaz expiré, c’est-à-dire pratiquement de l’hélium dans le cas de notre expérience, car on peut négliger le dioxyde de carbone dont la teneur est faible. Puisque les autres paramètres sont constants, la longueur d’onde du son émis est la même. Puisque la célérité c du son n’est pas la même dans l’hélium et dans l’air, la fréquence

du son émis n’est pas la même. Avec une célérité du son dans l’hélium à peu près trois fois plus grande que dans l’air, on s’attend à voir la fréquence multipliée par trois. En réalité, les fréquences propres de la cavité bucco-pharyngée, appelées « formants », ne sont pas autant modifiées. Moser reproduit les spectres de fréquences d’un sujet masculin prononçant la voyelle « a » dans l’air puis dans l’hélium. Le premier formant voit sa fréquence multipliée par 1,7 et le deuxième formant par 1,5. Pour expliquer ce phénomène, la référence citée rappelle que l’air des poumons n’est pas entièrement remplacé par de l’hélium, si bien que le mélange gazeux expiré est un mélange d’hélium et d’air et non pas de l’hélium pur.

Ensuite, il n’y a pas de modification de la fréquence lors du passage du son de l’hélium à l’air ambiant : c’est la longueur d’onde qui change. En fin de compte, on perçoit dans l’air un son plus élevé s’il a été émis dans l’hélium.

Bien évidemment, la parole ne produit pas des vibrations d’une seule fréquence mais beaucoup de vibrations de fréquences, de phases et d’amplitudes différentes qui lui confèrent non seulement une hauteur mais aussi un timbre particulier. Les sons émis dans un gaz où la célérité du son n’est pas la même que dans l’air voient non seulement leurs fréquences modifiées mais aussi leurs phases et leurs amplitudes relatives. La voix émise dans l’hélium a donc à la fois une hauteur et un timbre différents. Dans notre expérience, la voix du « cobaye » rappelle celle de Mickey.

 

Remarques

En plongée profonde, on remplace l’air par un mélange d’hélium et de dioxygène car le diazote de l’air provoquerait des empoisonnements sévères aux pressions élevées qui règnent à de grandes profondeurs. La célérité du son dans le mélange d’hélium et de dioxygène est plus grande que dans l’air. Les communications entre plongeurs ou entre un plongeur et sa base se font par radio. Pendant de longues années, les voix entendues dans ces communications radio étaient déformées par « l’effet Mickey », ce qui les rendait particulièrement désagréables et peu distinctes. On a depuis introduit un dispositif (digital pitch-shifting) qui ramène les voix aiguës à une hauteur normale avant la transmission et améliore ainsi la qualité et la clarté des communications radio.

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2 réflexions au sujet de « De l’hélium pour parler comme Mickey »

  1. S. Gougeon

    Bonjour,

    J’étais persuadé que le timbre de la voix était essentiellement déterminé par la fréquence d’oscillation des cordes vocales. Puisque la fréquence du son est un invariant et ne dépend pas du milieu de propagation, je ne comprenais donc pas l’effet illustré ici. L’explication donnée indiquerait, qu’en fait, les cordes émettent un « bruit blanc », et que c’est la géométrie globale du larynx, de la bouche et du nez qui filtre — par résonance — l’émission des cordes pour donner le timbre final rayonné. Magnifique !
    En parlant normalement avec de l’air, peut-on supposer que les sons émis par les cordes sont les plus puissants aux fréquences de résonance de la cavité laryngo-bucale ? Autrement dit, que la source sonore initiale (les cordes) et la cavité résonante sont adaptés entre eux ? Si tel est le cas, la voix doit non seulement être décalée vers les hautes fréquences, mais également être plus faible. A confirmer.

    Merci pour ce moment de réflexion et d’amusement.
    Cordialement

    Répondre
  2. S. Gougeon

    Une autre explication potentielle serait possible, sans rendre déterminant le filtrage laryngo-buco-nasal : est-on certain que, biologiquement, les cordes vocales travaillent de la même manière dans l’air et dans l’hélium ? Par exemple, que, musculairement, et bien que temporaire, la raréfaction de l’oxygène ne les stresse pas (en les tendant un peu plus) ?

    Répondre

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