ヘリウムガスの声変わり・・・結局の所

質問

どうもこんにちは。

さて、タイトルの通り、「ヘリウムガスで声が高く聞こえる」という現象についての質問です。
このことに疑問を持ち、過去ログや、ネットでいろんなページを見たりしたのですが、何だか余計混乱して来ました・・・（＾＾；；

私は波動の分野については高校物理程度の知識しかないもので、あまり難しいことにはついていけないのですが、単純にv=fλを考えただけでは、どうにもこうにも納得できないという気がします。
他にも、声帯の振動数そのものが大きくなっているという説や、基本振動数意外の部分が増幅されている（この辺、完璧に理解できたわけではありませんが…）という説など、いろいろ挙げられているようです。

なので、この際質問の仕方を変えてみます。

質問：
この現象の理屈は科学的に明らかにされているのですか？

ご自身が完全に納得されたという解答があれば、示していただければ光栄です。
よろしくお願い致します。

回答No.8

shkwta

No.7の補足への回答です。

（１）声帯は、基本振動と倍振動を同時に発生しています。たとえば、基本振動数 110 Hz で発声しているとすると、
110, 220, 330, 440, 550, 660, 770, 880, 990, 1100, 1210, 1320, 1430, 1540, …　Hz
の振動が同時に発生しているのです。

（２）ここで、口やのどをうまく動かして、共鳴振動数を700 Hz と 1300 Hz に調節したとします。すると、上に並んだ振動数のうち、共鳴振動数に近い660 Hz ～ 770 Hz の付近と、1320 Hz の付近が強められて口から出てくることになります。

（３）この声を他の人が聞くと、(たとえ基本振動の110 Hzが減衰して聞こえなかったとしても）倍振動の間隔を脳が判断して、《音程としては》110 Hz （音階のラの音）に聞こえます。しかし、700 Hz 付近、1300 Hz 付近が強調されているため、聞き手の脳がこれをフォルマントと判断し、《母音としては》「あ」に聞こえます。

（４）今度は、声を高くして　131 Hz で発声したとします。このとき声帯は、
131, 262, 393, 524, 655, 786, 917, 1048, 1179, 1310, 1441, 1572, 1703, 1834, 1965, 2096, 2227, 2358, … Hz
の振動を発生しています。口とのどの形が（２）と同じなら、このうち655～786 Hz 付近、1310 Hz 付近が強調されて口から出ます。

（５）この声を他の人が聞くと、《音程としては》131 Hz（音階のドの音）と判断し、《母音としては》「あ」だと判断します。

（６）ここで、口の形を変えて、共鳴振動数を500 Hz と 1700 Hz に変更しますと、今度は524 Hz 付近、1703 Hz 付近が強調されて口から出ます。これを他の人が聞くと、《音程としては》131 Hz (ド）のままですが、フォルマントが変わり、《母音としては》「え」だと判断します。

（７）ここで、ヘリウムを吸って発音します。基本振動数と口の形はそのままを保つように努力します。ヘリウムの影響で共鳴振動数が1.3倍になったとします。すると、（４）の列のうち655 Hz付近、2227 Hz 付近が強調されて口から出ます。

（８）この声は、《音程としては》131 Hz (ド）のままですが、フォルマントが変わり、《母音としては》一応「え」と聞こえる範囲ではあるけれど、本人の普段の声とは異なった「変な発音」として聞こえます。これがヘリウム声です。

（９）こんどは、（６）の声（正常な「え」）を録音して、テープを1.3倍早回しして再生します。すると、聞こえる音は全部1.3倍の振動数になり、
170, 340, 510, 680, 850, 1020, 1190, 1360, 1530, 1700, 1870, 2040, 2210, 2380, 2550, … Hz
となります。元は524 Hzと 1703 Hz が強調されていたので、1.3倍早回しでは 680 Hz, 2210 Hzが強調されます。これは、（８）とほぼ同じフォルマントですから、《母音としては》ヘリウム声と同じような「変な発音」に聞こえるでしょう。一方、《音程としては》元より高くなり170 Hz（ミとファの間ぐらい）に聞こえます。

◇◇◇

共鳴振動数が強調される理由は、声帯からのどの空気にエネルギーを伝える効率の違いといえます。浴槽に手を入れて波をつくると、ある振動数のときだけ水が大きく揺れます。これは、水の共振振動数と手の振動数が一致したときに、手から水に効率よくエネルギーが伝達されるからです。

声帯の場合も、共鳴振動数に一致（または近い）振動は効率よくエネルギーが空気に伝達されますが、共鳴振動数から遠い振動はうまくエネルギーが伝わらず、熱として散逸することになります。

◇◇◇

楽器については、木管楽器の場合は音程を決めるのは管の共鳴振動数です。発音体(リード)そのものは管の空気と一体となって振動し、音程を決める働きがありません。一方、ハーモニカ、アコーディオン、リードオルガンの発音体は、それ自身が一定の振動数を持っています。弦楽器の場合もこれと同様です。人の声帯も、それ自身が音程を決めることができるので、後者の一種と考えられます。
（参考）
http://bassoonist.m78.com/orch/instruments/free_reeds.html

補足

しつこくて失礼なのは承知でお聞きします！（＞＜）
人の声については、完璧に理解できたと思うのですが、楽器についてがどうも理解しきれないのです。。
まず、私が”こう思う”というのを説明させて頂きます。

＊＊＊＊＊

参考として示して頂いたページに、「弱いリード」「強いリード」と説明されているように、楽器が音程を作る構造として

１．気柱内の空気の振動によって音程が決まるもの（その振動のきっかけを与えるのが弱いリード）
２．リード自体の振動によって音程が決まるもの（強いリード）

があり、人の声は、声帯が直接、振動数を決めているので２である。
また、１の場合、気柱の共鳴による発音がほとんどなので、純音に近い音が鳴る（調べたところによる）。
２はリードの振動数の音程であるが、基音意外の振動数により（フォルマントにより）、楽器特有の音色ができる。
以上を踏まえて、ヘリウムの空間を考えてみる。

・１の場合
ヘリウムによって共鳴振動数が高い方へ修正されるので、実際に音程（耳に聞こえる周波数）が高くなる。
音色はやはり純音に近い。

・２の場合
人の声の場合に同じく、音程（耳に聞こえる周波数）は変わらず、音色が変化する。

＊＊＊＊＊

こんな風に考えました。
ただ、自分でもちょっと疑問なのが、２の場合、私の考えが正しいなら、CDコンポなどから発せられる人の声も、生の人の声と同じく、ヘリウム声になるということになります。
実際に実験を見聞きしたことがないので、わかりませんが、これはないような気がするのですが…。

この考えはあってますか？
もしくはどこが間違っているのでしょうか？
もう厚顔無恥です！教えて下さい！！