Bonjour,
Dans votre exemple le verbe surprendre admet deux compléments d’objet direct coordonnés. Examinons-les séparément :
Il surprenait [les onomatopées des bébés dans leurs poussettes]. Ici « dans leurs poussettes » est un complément du nom bébés. Vous pouvez donc aussi bien utiliser le singulier que le pluriel : des bébés dans leurs poussettes ou dans leur poussette.  Il n’y a que le sens commun ou le contexte qui permet avec le singulier de savoir si les bébés partagent ou non une même poussette, avec le pluriel de savoir si un bébé  peut se trouver uniquement dans une seule poussette ou dans plusieurs à la fois.
Il surprenait [les douces voix de leurs mamans] . Ici, si vous employiez le singulier, « de leur maman » indiquerait sans conteste qu’il n’y a qu’une seule maman. Le pluriel est donc obligatoire. Le cas aurait été différent si vous aviez raccroché la deuxième idée au mot bébé et non au verbe surprendre : « Il surprenait les onomatopées des bébés dans leur(s) poussette()s, ravis d’entendre la(les) douce(s) voix de leur(s) maman(s). »

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Désolé, à la relecture et à la réflexion, je m’aperçois que je vous ai donné la bonne solution mais pas vraiment la bonne explication. À propos des bébés, vous pouvez parler indifféremment de leur maman ou de leurs mamans, quelle que soit la construction de la phrase. De même, à propos des mères vous pouvez parler aussi bien des douces voix  (l’ensemble) que de la douce voix (de chacune). Mais le groupe nominal doit présenter une cohérence de nombre et si vous choisissez de parler de chaque mère prise séparément (leur maman), comme une personne n’a qu’une voix, le singulier s’impose  (la douce voix de leur maman) sinon cela signifierait que chaque mère a plusieurs voix. Vous pouvez donc écrire au choix  : Il surprenait les onomatopées des bébés /dans leur poussette/ dans leurs poussettes… et /les douces voix de leurs mamans / la douce voix de leurs mamans / la douce voix de leur maman / .

Ceci dit, il est de bon usage, avec une coordination par et, d’associer des constructions équivalentes. Si vous parlez des onomatopées (au pluriel), vous choisirez de préférence de mettre en regard les douces voix aussi au pluriel. Du coup, vous êtes contraint de choisir leurs  mamans  et par analogie, il vaut mieux aussi parler de leurs poussettes. « Il surprenait les onomatopées des bébés dans leurs poussettes et les douces voix de leurs mamans. » est donc la proposition la mieux équilibrée même si vous avez d’autres choix.