Человеческий голос, его акустические свойства, механизмы его порождения изучают самые различные науки — физиология, фонетика, фониатрия, логопедия и др. Поскольку голосовой феномен — явление не только физиологическое, но и физическое, он становится предметом изучения такого раздела физики, как акустика, которая дает четкие характеристики каждого воспроизведенного звука. Согласно акустике, звуком считается распространение колебаний в упругой среде. Человек и говорит, и поет в воздушной среде, поэтому звук голоса — это колебание частиц воздуха, распространяющихся в виде волн сгущения и разрежения, как волны на воде, со скоростью 340 м/с при температуре +18°С [12, C 46]. Среди окружающих нас звуков различаются тоновые звуки и шумы. Первые порождаются периодическими колебаниями источника звука с определенной частотой. Периодичность колебаний создает в нашем слуховом органе ощущение высоты звука. Шумы появляются при беспорядочных колебаниях различной физической природы.

В голосовом аппарате человека возникают и тоновые, и шумовые звуки. Все гласные имеют тоновой характер, а глухие согласные — шумовой. Чем чаще совершаются периодические колебания, тем выше воспринимаемый нами звук. Таким образом, высота звука — это субъективное восприятие органом слуха частоты колебательных движений. Качество высоты звука зависит от частоты колебаний голосовых складок в 1 с. [12, C. 47]

Изменение высоты основного тона создает выразительность речи. Одной из составляющих интонации является мелодика — относительные изменения высоты основного тона звуков. Речь человека весьма богата сменами мелодического рисунка: повествовательным предложениям свойственно понижение тона в конце; вопросительная интонация достигается значительным повышением основного тона на слове, содержащем вопрос. Основной тон всегда повышается на ударном слоге. Отсутствие заметной, меняющейся мелодики речи делает ее маловыразительной и обычно свидетельствует о какой-либо патологии.

Для характеристики нормального голоса существует такое понятие, как тоновой диапазон — объем голоса — возможность продуцировать звуки в определенных пределах от самого низкого тона до самого высокого. Это свойство для каждого человека индивидуально. [12]

Сила голоса, его мощность, зависит от интенсивности амплитуды колебаний голосовых складок и измеряется в децибелах, чем больше амплитуда этих колебаний, тем голос сильнее. Однако в большей степени это зависит от подскладочного давления воздуха, выдыхаемого из легких в момент фонации. Сила голоса зависит не только от количества воздуха в легких, но и от умения расходовать выдыхаемый воздух, поддерживая постоянное подскладочное давление. Обычный разговорный голос составляет от 40 до 70 дБ. [12]

Особое значение в характеристике силы голоса приобретает динамический диапазон — максимальная разница между звуком самым тихим (piano) и самым громким (forte).

При нарушении координационных взаимоотношений между натяжением голосовых складок и воздушным давлением происходит потеря силы голоса и изменение его тембра.

Тембр звукаявляется существенной характеристикой голоса. В человеческой речи все звуки сложны. Тембр отражает их акустический состав, т. е. строение. Каждый звук голоса состоит из основного тона, определяющего его высоту, и многочисленных добавочных или обертонов более высокой, чем основной тон, частоты. Частота обертонов в два, три, четыре и так далее раз больше, чем частота основного тона. Возникновение обертонов связано с тем, что голосовые складки колеблются не только по своей длине, воспроизводя основной тон, но и отдельными своими частями. Именно эти частичные колебания и создают обертоны, которые в несколько раз выше основного тона. От того, в каких частотных областях возникают обертоны, зависят такие качества голоса, как его звонкость, полетность.

Тембр формируется благодаря резонансу, возникающему в полостях рта, глотки, гортани, трахеи, бронхов. Резонанс — это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний, происходящих при совпадении частоты колебаний внешнего воздействия с частотой собственных колебаний системы. При фонации резонанс усиливает отдельные обертоны звука, формирующегося в гортани, и вызывает совпадение колебаний воздуха в полостях грудной клетки и надставной трубки.

Взаимосвязанная система резонаторов не только усиливает обертоны, но и влияет на сам характер колебаний голосовых складок, активизируя их, что в свою очередь вызывает еще большее резонирование. Выделяют два основных резонатора — головной и грудной. Под головным (или верхним) понимают полости, расположенные в лицевой части головы выше нёбного свода, — носовую полость и ее придаточные пазухи. При использовании верхних резонаторов голос приобретает яркий полетный характер, а у говорящего или поющего возникает ощущение, что звук проходит через лицевые части черепа. [12, C 56].

При грудном резонировании происходит вибрация грудной клетки, здесь резонаторами служат трахея и крупные бронхи. При этом тембр голоса «мягкий». Хороший, полноценный голос одновременно озвучивает головной и грудной резонаторы и накапливает звуковую энергию. Колеблющиеся голосовые складки и система резонаторов увеличивают коэффициент полезного действия голосового аппарата.

Таким образом, рассмотренные акустические свойства присущи нормальному, здоровому голосу. У всех людей в результате голосоречевой практики формируется достаточно четкое представление о голосовой норме детей и взрослых в зависимости от пола и возраста. В логопедии «под нормой речи понимают общепринятые варианты употребления языка в процессе речевой деятельности». Это в полной мере относится и к определению нормы голоса. Здоровый голос должен быть достаточно громким, высота его основного тона соответствующей возрасту и полу человека, соотношение речевого и носового резонирования должно быть адекватным фонетическим закономерностям данного языка.

Под голосовым аппаратом следует понимать целый комплекс органов, принимающих участие в процессе голосообразования: гортань, глотка, носовая полость и ее придаточные пазухи, трахея, бронхи, легкие, диафрагма. Патологическое состояние любого из этих органов может отрицательно повлиять на качество голоса.

Особое место в голосообразующей системе занимает диафрагма — вдыхательная мышца. Сокращение ее мышечных пучков ведет к уплощению и снижению купола диафрагмы, увеличению объема грудной полости, расширению легких и заполнению их вдыхаемым воздухом. Органы брюшной полости при этом смещаются книзу. Хотя диафрагма типично вдыхательная мышца, она не остается пассивной и при выдохе.

Также выдох обеспечивается работой поперечно-полосатых межреберных мышц и мышц брюшного пресса. Струи выходящего воздуха, сопровождающей обычное дыхание, оказывается недостаточно для фонаторного выдоха, когда требуется тончайшая регулировка подскладочного давления и объема пропускаемого между голосовыми складками потока. В момент речи на помощь приходит диафрагма вместе с гладкими мышцами трахеи и бронхов. Благодаря слабым вдыхательным движениям, которые происходят во время фонаторного выдоха, диафрагма корригирует силу подскладочного давления и объем пропускаемого через голосовую щель воздуха, обеспечивая тем самым извлечение разных по высоте и силе наиболее красивых звуков. Это дает основание относить ее к системе органов голосового аппарата.