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La voix est utilisée comme un instrument de musique (elle est à ce titre considérée comme le plus ancien) lorsqu'elle interprète sa partie d'une œuvre musicale. La production du son vocal, ou phonation, est obtenue par l'envoi d'air à travers deux cordes vocales en vibration, situées dans le larynx, puis par amplification et résonance grâce aux différents « organes résonateurs », comme la cage thoracique, le pharynx, la cavité buccale ou les fosses nasales.
La voix humaine est capable de produire une très grande variété de fréquences. C'est en modifiant la tension, et surtout, l'épaisseur des cordes vocales, qu'il est possible de changer leur fréquence de vibration, ce qui a pour effet de faire varier la hauteur des sons émis par la voix. Toutes ces modifications sont contrôlées par le système nerveux central.
La voix humaine est aussi caractérisée par un son extrêmement riche qui se visualise sur un sonagramme sous la forme de traits plus ou moins lumineux représentant les nombreuses fréquences harmoniques d'amplitude variable. Ils sont disposés sous forme de strates à égales distances car ces fréquences sont toujours multiples de la fréquence fondamentale de la note chantée. Mais il existe en plus une multitude de fréquences intermédiaires de faible intensité visibles sur un spectrogramme. Les résonateurs jouent un rôle dans le timbre de la voix spécifique pour chaque individu en amplifiant ou en filtrant certaines fréquences. On remarque aussi l'apparition d'une forte intensité au niveau des formants qui permettent d'identifier chaque voyelle. De même, on observe une ondulation sur toutes les fréquences quand la voix chantée est forte de manière à produire un vibrato. Dans ce cas, le « formant du chanteur » au-dessus des formants vocaliques impressionne souvent l'auditoire à cause de la puissance sonore ainsi développée.