Nếu từng tham gia tiệc sinh nhật hay lễ hội, có lẽ bạn đã ít nhất một lần chứng kiến hoặc chính mình thử “trò ảo thuật” quen thuộc: hít một hơi khí heli từ quả bóng bay rồi bật cười vì giọng nói bỗng cao vút như nhân vật hoạt hình.
Đây là một trong những trò vui phổ biến nhất mọi thời, khiến cả trẻ em lẫn người lớn đều không thể nhịn cười. Nhưng ẩn sau hiện tượng tưởng chừng đơn giản đó lại là một câu chuyện khoa học thú vị về cách âm thanh vận hành và lý do khí heli khiến giọng người thay đổi đến mức khó tin.
Giọng nói của bạn thay đổi khi hít khí heli là do heli nhẹ hơn không khí, khiến âm thanh di chuyển nhanh hơn trong đường thanh quản. Tốc độ âm thanh tăng lên làm thay đổi tần số cộng hưởng của vòm họng và miệng, khiến giọng nói nghe cao và the thé hơn. Dây thanh quản không bị ảnh hưởng, vì vậy đây chỉ là hiệu ứng tạm thời.
Để hiểu hiện tượng này, trước tiên cần nắm được cách con người tạo ra giọng nói. Khi chúng ta nói, luồng không khí từ phổi được đẩy lên qua thanh quản – nơi chứa hai dây thanh (hay còn gọi là nếp gấp thanh quản).
Dưới tác động của dòng khí, hai dây thanh này rung lên, tạo ra dao động cơ học. Dao động đó làm các phân tử không khí xung quanh cũng rung theo, hình thành nên sóng âm. Tần số rung của dây thanh quyết định cao độ (pitch) của giọng nói, trong khi đặc tính cộng hưởng của đường thanh (gồm miệng, lưỡi, khoang mũi, họng) tạo nên “âm sắc” – yếu tố giúp mỗi người có giọng riêng biệt, không ai giống ai.
Âm thanh mà người khác nghe thấy thực chất không chỉ phụ thuộc vào cách bạn phát âm mà còn vào môi trường truyền âm xung quanh. Không khí mà chúng ta hít thở hàng ngày gồm khoảng 78% nitơ, 21% oxy và một lượng nhỏ các khí khác như argon, carbon dioxide… Nitơ là thành phần chiếm ưu thế, và nó nặng gấp bảy lần heli.
Điều này có ý nghĩa quan trọng: tốc độ truyền âm phụ thuộc vào mật độ và khối lượng phân tử của môi trường. Trong không khí bình thường ở 20°C, âm thanh di chuyển với tốc độ khoảng 344 mét/giây. Còn trong heli, tốc độ này tăng vọt lên đến gần 927 mét/giây, gần gấp ba lần!
Khi bạn hít khí heli, đường hô hấp của bạn tạm thời không còn chứa không khí bình thường nữa mà được lấp đầy bởi khí heli cực nhẹ. Điều đó khiến âm thanh truyền đi nhanh hơn trong khoang miệng và họng, làm thay đổi toàn bộ cộng hưởng của giọng nói.
Kết quả là âm thanh phát ra phản ứng mạnh với tần số cao hơn trong khi giảm độ nhạy với tần số thấp, khiến giọng nói nghe “mỏng”, “chói” và cao vút như chipmunk hay chú vịt Donald.
Sóng âm truyền đi nhanh hơn trong heli, khiến các tần số cao được khuếch đại mạnh mẽ hơn, trong khi các tần số thấp có thể bị triệt tiêu. Điều này tạo ra hiệu ứng giọng the thé đặc trưng mà chúng ta thường nghe.
Điều thú vị là, trái với suy nghĩ phổ biến, khí heli không hề làm tăng cao độ giọng nói. Cao độ được quyết định bởi tần số rung của dây thanh và điều này không thay đổi khi bạn hít heli. Thứ thay đổi là âm sắc, tức “màu giọng”, do sự cộng hưởng trong đường thanh bị biến dạng. Khi sóng âm di chuyển nhanh hơn trong heli, cấu trúc cộng hưởng bị lệch, khiến những âm thanh có tần số cao được khuếch đại hơn hẳn, tạo cảm giác giọng “cao vút” và “ngộ nghĩnh”.
Nếu thay vì hít heli, bạn hít một loại khí nặng hơn như sulfur hexafluoride (SF 6 ), hiệu ứng sẽ hoàn toàn ngược lại: giọng bạn sẽ trầm và dày hơn bình thường, vì tốc độ truyền âm trong môi trường này chậm hơn nhiều. Điều đó cho thấy sự kỳ diệu của âm học: chỉ cần thay đổi môi trường truyền âm, giọng nói con người đã có thể “biến hình” hoàn toàn.
Tuy nhiên, dù vui vẻ đến đâu, việc hít khí heli không nên bị xem là trò đùa vô hại. Bởi heli là một loại khí trơ, không chứa oxy. Khi hít quá nhiều, bạn đang tạm thời ngăn phổi nhận không khí thật, dẫn đến thiếu oxy trong máu.
Hậu quả có thể là chóng mặt, ngất xỉu, thậm chí ngạt thở nếu lạm dụng. Nhiều người nghĩ rằng chỉ cần vài hơi từ bóng bay là vô hại, nhưng thực tế, nếu hít liên tục trong không gian kín, bạn có thể rơi vào tình trạng thiếu oxy nghiêm trọng chỉ trong vài phút.
Đặc biệt, tuyệt đối không bao giờ hít trực tiếp khí heli từ bình nén áp suất cao. Lý do là áp lực cực mạnh từ bình có thể khiến khí tràn vào phổi với tốc độ quá lớn, gây tổn thương mô phổi, vỡ mạch máu hoặc dẫn đến các biến chứng nguy hiểm như co giật, đột quỵ, thậm chí tử vong. Trên thế giới từng ghi nhận nhiều trường hợp tai nạn do người dùng chủ quan hít trực tiếp từ bình khí heli tại các buổi tiệc hoặc sự kiện.
Vì vậy, dù hiệu ứng “giọng nói hoạt hình” của heli khiến mọi người bật cười, hãy nhớ rằng đó chỉ nên là một trò vui chớp nhoáng, và tuyệt đối không lạm dụng. Khoa học có thể mang đến niềm vui, nhưng chỉ khi ta hiểu rõ giới hạn an toàn của nó.
Tóm lại, khí heli không “làm méo” giọng bạn bằng phép màu nào cả, mà chỉ thay đổi cách âm thanh truyền đi trong cơ thể. Đằng sau những tiếng cười vang trong bữa tiệc là một minh chứng thú vị cho thấy vật lý học luôn hiện hữu quanh ta, kể cả trong những điều tưởng chừng đơn giản như… một quả bóng bay.
