В барокамере, наполненной смесью гелия и кислорода, скорость звука намного больше скорости звука в воздухе. Как изменится звучание голосов людей, разговаривающих в барокамере? Изменится ли там тон камертона?
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Голос. Тембр и «окраску» голоса задают резонансы полостей рта, глотки и носа — так называемые форманты. Их длины волн определяются геометрией полостей и не меняются:
\[ \lambda \approx \text{const}, \qquad \nu = \frac{c}{\lambda} \;\;\text{растёт вместе с}\;\; c. \]Все форманты уезжают вверх, и голос становится высоким, «утиным» — знакомый эффект вдыхания гелия. У гелия скорость звука почти в три раза больше, чем у воздуха, так что сдвиг очень заметный.
Камертон. Его частота — это собственная частота колебаний упругой стали, \(\nu \sim \sqrt{E/\rho}/L\) (задача 3.9.13). Газ, в котором он находится, входит в дело только через ничтожную добавку присоединённой массы и через затухание. Поэтому
\[ \nu_{\text{камертона}} = \text{то же самое}, \]и звук, который он излучает, имеет ту же частоту (частота при переходе из одной среды в другую не меняется — меняется длина волны).
Заодно. Голосовые связки, кстати, тоже почти не меняют частоту — они «твёрдотельный» источник. Меняются именно форманты, то есть тембр и воспринимаемая высота окраски. Поэтому речь в гелии звучит смешно, но ритм и «нотный» рисунок сохраняются.