Von der Entstehung der Töne

Guter Klang kommt aus dem Bauch

von Elisa Schröer, 02. Februar 2018, Naturwissenschaft

Was haben ein Flughafen, eine Waldlichtung und die Gießener Innenstadt gemeinsam? Überall sind Geräusche, die wir wahrnehmen. Ganz egal ob es sich dabei um den tosenden Lärm der Triebwerke handelt, das friedliche Gezwitscher der Vögel oder quirlige Gespräche der Passanten – jederzeit verarbeitet unser Ohr auditive Informationen.

Musik begleitet den Menschen seit jeher: Vor rund zwei Millionen Jahren bildete der Homo ergaster mit dem aufrechten Gang die anatomischen Voraussetzungen für Gesang aus. Die ältesten, gefundenen Musikinstrumente – Flöten aus Mammutelfenbein – sind etwa 40.000 Jahre alt. Jahrtausende später schuf Mozart zahlreiche Werke, die noch heute unsere Musikkultur beeinflussen. Doch was genau ist das eigentlich, das unser Ohr da hört?

Aus physikalischer Sicht ist der Schall eine Welle, die sich mit einer bestimmten Frequenz durch den Raum bewegt. Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen pro Zeiteinheit diese Welle macht. Angegeben wird diese mit der Einheit Hertz (Hz, 1/s). Das sieht dann etwa so aus:

Druckänderungen, die beispielsweise eine Stimmgabel, Gitarrensaiten, oder auch die menschlichen Stimmbänder hervorrufen, lösen Schallwellen aus. Die Schwingung der Geräuschquelle ändert mit ihrer Bewegung den Druck der Luftteilchen in ihrer Umgebung. Die Druckänderungen übertragen die Luftteilchen an umliegende Teilchen. So bewegt sich die Schallwelle durch den Raum und gelangt an unser Ohr. Schall ist also eine kontinuierliche Verschiebung von Teilchen.

Schall im Raum

Aber warum hören sich Instrumente und menschliche Stimmen unterschiedlich an? Nicht nur durch Schwingungen ausgelöste Druckänderungen beeinflussen die Charakteristik der Töne, sondern auch der Raum, in dem sich die Schallwelle ausbreitet. Die in dem Raum eingeschlossene Luft bewegt sich mit der Schwingungsquelle. Je größer der Raum, desto tiefer sind die Eigenfrequenzen des Klangkörpers. Aus diesem Grund ist ein Kontrabass auch so viel größer als eine Violine. Die Größe der Gitarre legt Gitarrenbauer Martin Seeliger, Gründer von Lakewood, noch vor der Auswahl des Holzes fest: „Mittlerweile bestellen sich pro Jahr einige 100 Kunden ihre individuelle Gitarre im Customshop. Das erste, was wir uns anschauen ist die Statur des Kunden. Und dann besprechen wir zusammen, welche Musik er oder sie spielen möchte. Jemandem, der Fingerstyle spielt, also auf eine sehr zarte Art die Gitarre mit den Fingerkuppen zum Klingen bringt, empfehlen wir einen kleineren Korpus.“

Das menschliche Ohr nimmt Schallwellen mit einer Frequenz zwischen 16 und 20.000 Hertz wahr. Alles darunter wird als Infraschall bezeichnet und alles darüber als Ultraschall. Physiker unterscheiden vier Arten von Schall, die für den Menschen wahrnehmbar sind: Geräusch, Knall, Ton und Klang. Das Geräusch ist die komplizierteste Form von Schall. Es weist keine Regelmäßigkeiten in der Frequenz auf. In den aufgezeichneten Kurven sehen wir also keine Wiederholungen oder Muster. Der Knall hingegen hat eine sehr charakteristische Struktur: Er hat eine große Amplitude, die schnell abklingt.

Der Ton ist die einfachste Form des Schalls. Bei ihm wiederholt sich eine periodische Sinusschwingung mit gleichbleibender Frequenz. Der daraus resultierende Ton hört sich mit einer Frequenz von 440 Hz so an:

Mit steigender Frequenz nimmt die Tonhöhe zu. Das hört sich dann so an:

Klang setzt sich aus einem Grundton und verschiedenen Obertönen zusammen. Da diese in ganzzahligen Verhältnissen zueinander stehen, hören sie sich nicht schief an. Unser menschliches Ohr nimmt sie als Ton wahr. Erzeugt werden Klänge unter anderem von Musikinstrumenten. Bei der Gitarre beispielsweise schwingt nicht nur die angespielte Saite, sondern auch der Resonanzkörper darunter. „Die Gitarrensaite gibt die Energie, die sich auf den Korpus überträgt“, sagt Markus Hoppe, Vertriebsleiter bei Lakewood. „Je nach Korpusmaterial klingt die Gitarre dann anders. Ein weiches Holz – zum Beispiel Fichte – springt schneller an, weil es weniger Masse hat. Harte Holzsorten, wie beispielsweise Koa oder Mahagoni, brauchen etwas länger, weil sie schwerer und träger sind. Der Ton, der entsteht, klingt dafür auch länger. Musiker bezeichnen das gerne als Tail.“

Der Ton, den wir hören, hat also einen ganz charakteristischen Klang, der abhängig von den Materialien und der Form des Instrumentes ist. Deshalb hört sich eine Ukulele anders an als eine Westerngitarre.

Die Form der Gitarre ist quasi ein Mürbeteig mit Butterfüllung. Der schmeckt an sich schon ganz gut. Mit der Wahl der Holzart entscheiden wir dann, ob wir lieber ein Erdbeer- oder ein Himbeertopping haben wollen.

Markus Hoppe von Lakewood erklärt, wie Gitarrenholz deren charakteristischen Klang beeinflusst.

Von der Entstehung der Gitarre

Seit 1986 steht der Name Lakewood für deutsche Akustikgitarren aus Mittelhessen. Martin Seeliger und sein Team legen viel Wert auf die sparsame Nutzung von Energieressourcen, nachhaltige Holzwirtschaft und qualitativ hochwertige Gitarren. Seit ein paar Jahren können Kunden ihr Instrument aus heimischen Hölzern anfertigen lassen. Das klassische Griffbrett aus Ebenholz fertigen die Gitarrenbauer mit Pflaumenholz und den Korpus bauen sie aus Eiche anstelle von beispielsweise Palisander. „Eiche war für mich bisher mit einem Gelsenkirchener Wohnzimmerschrank verbunden, oder auch einem französischen Rotweinfass. Wir haben nicht erwarten einen so guten Klang mit diesem Holz zu erzielen – wurden aber eines Besseren belehrt“, so Martin Seeliger. Wir haben ihn und seinen Kollegen Markus Hoppe getroffen und möchten sie euch vorstellen:

Wie hört sich ein Ton an, wenn sich die Schallquelle bewegt? Oder: Was ist der Dopplereffekt?

Fährt ein Krankenwagen an uns vorbei, ändert sich der Sirenenton, den wir wahrnehmen – obwohl der Klang der Sirene gleichbleibt. Bewegt sich das Einsatzfahrzeug auf uns zu, klingt die Sirene höher, als wenn sie sich von uns fortbewegt. Die Bewegung der Schallquelle beeinflusst den Ton: Der Krankenwagen drückt die Luftteilchen stärker in die Richtung, in die er fährt. Dadurch steigen Frequenz und Tonhöhe. Anders herum ist der Ton tiefer, wenn der Wagen sich von uns entfernt. Die Moleküle der Luft werden in größeren Abständen angeregt, weil die Schallquelle weiter weg ist. Das funktioniert ähnlich wie die Wellenbildung mit einem Paddel im Wasser: Drückt man ein Paddel in eine Richtung, so bilden sich dahin Wellenberge. Hinter dem Paddel entsteht ein Sog, den nachfließendes Wasser füllt. Bewegt sich die Tonquelle schneller als der Schall, hören wir den Überschallknall.


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