Дыхание заключается в поглощении кислорода и в выдыхании углекислого газа. Чем интенсивнее идет дыхание, тем больше поглощается кислорода и выделяется углекислого газа. Существуют способы, при помощи которых можно определять количество этих газов, принимающих участие в дыхании. Исследования подобного рода показали, что интенсивность дыхания весьма различна у разных людей в зависимости от возраста, пола, состояния организма и состояния здоровья.

Если количество вдыхаемого воздуха и выдыхаемой углекислоты определять в процентах по отношению к весу всего тела, то оказывается, что у детей на единицу веса тела обмен газов идет быстрее, нежели у взрослых: по сравнению с взрослыми они поглощают кислорода в 1,3–2,7 раза больше. У мальчиков во время половой зрелости обмен газов становится больше приблизительно на 25–50 %, нежели у девочек. Во время покоя газообмен падает, а при мышечной работе сильно повышается.

У очень полных людей количество вдыхаемого кислорода по отношению к весу всего тела процентов на 20–25 меньше, чем у людей с нормальным весом. Объясняется это тем, что жир представляет инертную массу, которая не нуждается в кислороде. Мясная пища усиливает газообмен; наоборот, растительная — ослабляет его. Во время болезни, при повышении температуры тела, газообмен усиливается, да и самое повышение температуры указывает на усиление процесса сгорания тканей.

Наш голосовой аппарат помещается в начале дыхательного горла, в так называемой гортани; в самом механизме получения звука принимают участие легкие, почему физиологию голоса приходится рассматривать вместе с физиологией дыхания. Голосовой аппарат наш устроен по тому же принципу, что и всем известный музыкальный инструмент — гармоника. И там и здесь звук получается вследствие дрожания краев упругих пластинок; дрожание вызывается током воздуха. У гармоники этот ток получается вследствие выдавливания воздуха из раздвижной коробки, а в голосовом аппарате — вследствие выдавливания воздуха из легких. Разница заключается в том, что в гармонике для получения каждого звука определенной высоты существует особая упругая пластинка, а у человека все доступные для него ноты получаются от колебания одних и тех же пластинок. Высота тона изменяется вследствие разной степени их натяжения и некоторых других изменений в их положении. Еще ближе сходство между нашим голосовым аппаратом и язычковым свистком (см. рис. 14).

Гортань представляет короткую трубку, составленную из трех хрящей, из которых один парный. Один из непарных хрящей, называемый щитовидным, у мужчин, особенно у худощавых, через кожу выдается на шее в виде бугра; его называют Адамовым яблоком. Внутри трубки гортани, у верхнего ее конца, находятся две упругие перепонки, которые и издают звук; их называют голосовыми связками. Положение этих перепонок будет понятно, если представить, что отверстие гортанной трубки перегорожено поперек перепонкой, которая спереди назад разрезана на два полукруга. Разрез представляет «голосовую щель», через которую при вдыхании и выдыхании проходит воздух. Если эти перепонки натянуты, то края их при выдыхании начинают дрожать, как металлические пластинки в гармонике. Это дрожание и производит звук голоса. Натяжение голосовых перепонок достигается сокращением особых мышц. Другие мышцы могут раздвигать края голосовых перепонок, так что голосовая щель может делаться шире. Края могут и сходиться друг с другом, так что щель совсем закрывается.

У женщин и детей голос высокий, у мужчин — низкий. Разница зависит от величины гортани и длины дрожащего края голосовых перепонок. Известно, что высота звука зависит от числа колебаний звучащего тела в секунду. Чем чаще дрожит тело, тем звук выше; число же колебаний, например в струнах рояля, зависит от длины струны. Длинные струны дают звук низкий, короткие — высокий. У детей гортань маленькая, и трубка ее тонкая, поэтому голосовые перепонки, перегораживающие эту трубку, короткие. Оттого звук голоса детей высокий, или, как говорят, тонкий. С возрастом у женщин гортань растет очень мало, и голос их всю жизнь остается высоким; у мужчин же с наступлением половой зрелости гортань увеличивается в размерах почти в два раза; голосовые связки удлиняются почти вдвое, и голос становится низким. У детей и женщин длина голосовой щели, т. е. длина свободного края голосовых перепонок, равняется 1–1,2 см, а у мужчин — 1,7–1,9 см. У мальчиков, кастрированных в детстве, гортань не растет, и голос всю жизнь у них остается высоким. В прежнее время с целью сохранить хороший детский голос мальчиков нередко кастрировали, т. е. удаляли половые железы. Известны знаменитые певцы-кастраты, певшие голосом сопрано. Недоразвитие гортани у кастрированных мужчин указывает на то, что большая гортань и низкий голос мужчин есть не что иное, как вторичный половой признак, подобно бороде и усам. Самый низкий человеческий голос, бас, характеризуется сорока колебаниями в секунду; самый высокий, женский сопрано, получается при 1700 колебаниях.

Высота звука, издаваемая струной, зависит и от степени натяжения этой струны. Сильно натянутая струна дрожит быстрее и издает более высокий звук, нежели слабо натянутая. Изменяя степень натяжения голосовых перепонок, один и тот же человек может издавать звуки разной высоты. Натяжение перепонок достигается сокращением мышц гортани. Искусство петь заключается в умении управлять мышцами, натягивающими голосовые связки, а умение это достигается гимнастикой этих мышц или упражнением.

Свойство человеческого голоса зависит не только от колебаний голосовых связок, но и от многих других причин. На двух музыкальных инструментах, устроенных совершенно различно, например, на скрипке и на рояле, можно получить звуки одинаковой высоты, но трудно себе представить нормальное человеческое ухо, которое не находило бы никакой разницы между двумя этими звуками. У каждого инструмента звук имеет свой собственный оттенок (тембр), который зависит от того, что к основному звуку присоединяется еще целый спектр более слабых звуков, издаваемых стенками музыкального инструмента. Кроме стенок, колеблется воздух внутри инструмента. Эти колебания также оказывают влияние на оттенок звуков. Прибавочные звуки получили названия обертонов, потому что они выше основных. Флейта издает звук почти без обертонов, у скрипки обертонов много. Еще больше их у рояля. Также обертоны имеются и в голосе человека.

Гортань человека вместе с ближайшими к ней полостями, например полостью груди, рта и носа, представляет собой музыкальный инструмент, который издает не только основные звуки, но и целый ряд обертонов, получающихся вследствие колебания стенок некоторых полостей и воздуха в них. Так как устройство этих полостей различно у разных людей, то и оттенки голоса (тембр) разных людей тоже различны. Каждый на самом себе может убедиться в том, что полости, окружающие гортань, влияют на оттенок голоса. Если зажать нос и начать говорить, голос становится гнусавым. По звуку голоса нетрудно догадаться, что у человека насморк. У чахоточных больных с поражением легких голос бывает глухой. Даже при легком катаре дыхательного горла, без повреждения голосовых связок, голос получает особый оттенок.

Качество голоса здорового человека зависит от свойств голосовых связок и от формы полостей, влияющих на голос. Главную роль играют полости рта и груди, в меньшей степени — полости носа. Различают голос грудной и горловой, или фальцетный. При грудном голосе в движение приходит грудная клетка, а так как она имеет большие размеры, то такой голос богат обертонами. При фальцете стенки грудной клетки остаются в покое, обертонов получается меньше, и голос становится глухим. Фальцет отличается и большей высотой, потому что при таком голосе приходит в колебание не вся поверхность горловых перепонок, а только внутренний их край. Грудной голос может изменить высоту обыкновенно в пределах двух тонов. Среди недостатков человеческого голоса часто встречается большая или меньшая гнусавость, которая получается от некоторых неправильностей в устройстве полостей носа. Хрипота получается вследствие катарального состояния гортани, когда голосовые связки покрыты слизью. Если они еще припухают, голос становится грубым или неровным.