¿Por qué inhalar helio nos cambia la voz?

Esta pregunta me la hicieron hace poco tiempo, en ese momento en que en las celebraciones se acaban las conversaciones normales y, ya que hay un médico en la sala, alguien con inspiración filosófica decide dar un giro intelectual a la noche. Y ya que me esmeré buscando una respuesta, creo que a los lectores les podrá interesar también.

Para comprender este fenómeno recurriremos a unas nociones sencillas sobre qué es el sonido. Las ondas sonoras se forman por la vibración de algo (pongamos las cuerdas vocales) en un medio (como el aire, por ejemplo). Cuando las cuerdas vocales se mueven, desplazan las moléculas de gas de su alrededor contra otras moléculas de gas y se genera un movimiento vibratorio que nuestro cerebro traduce en lo que conocemos como sonido. 

Todos los gases tienen el mismo número de partículas por unidad de volumen, para una misma temperatura y  presión, independientemente del gas del que estemos hablando. Pero no todas las moléculas de gas tienen la misma masa, por lo que la densidad del gas cambia. El nitrógeno (principal componente del aire que respiramos) tiene una masa unas siete veces superior a la del helio, por que la densidad del helio es mucho menor y las ondas sonoras pueden viajar más rápido. A 20ºC, el sonido viaja a 927 m/s a través del helio y a 344 m/s a través del aire. 

                                                                     

Cuando la onda viaja más rápido (ν), también aumenta la longitud de onda (λ), sin necesidad de variar la frecuencia (f), por lo que en realidad la voz no se vuelve más aguda (cosa que sucedería a mayor frecuencia), sino que cambia el timbre. El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos fuentes sonoras distintas. Me gusta remarcar este punto porque las cuerdas vocales vibran a la misma frecuencia, es decir, emiten el mismo número de vibraciones por segundo, tanto si respiramos aire como si respiramos helio, ya que este último rasgo viene determinado por la longitud y grosor de las cuerdas vocales, que varía bastante ente hombres y mujeres.

¿Es malo para la salud?

No pasa nada por dar una o dos inhalaciones de helio de un globo para hacer la broma de la voz. Si bien hay casos de lesiones cerebrales por helio, estas son debidas a inhalaciones prolongadas, pues el cerebro necesita oxígeno para sobrevivir, o embolias de gas por inhalar helio a través de un tanque presurizado (por favor, inhalad del globo, no de la botella de donde lo habéis hinchado...).

De hecho, algunas pruebas de capacidad pulmonar se realizan mediante la inhalación de una mezcla de helio y oxígeno.