Schwingungen

Mit Energieaufwand kann man eine Klaviersaite durch Anschlag des Hämmerchens aus ihrer Ruhelage bringen: sie schwingt. Man kann es sehen und vor allem hören. Diesen Maximalwert des Ausschlags der Saite nennt man Amplitude. Ihr Wert wird größer, je stärker der Saitendraht angeschlagen wurde; und je größer die Amplitude, desto lauter der Ton (Bild 3/1). Die angeschlagene Saite drängt nun zunächst die umgebende Luft vor sich her, verdichtet sie oben und danach in umgekehrter Richtung beim Schwingen nach unten. Die Lautstärke des
Tons wird durch die Weite der Schwingung bestimmt.Die Tonhöhe ergibt sich indessen aus der Anzahl der Schwingungen je Sekunde. Hohe Schwingungszahlen (Frequenzen) entsprechen hohen Tönen. Sie werden im Klavier auf den kurzen Saiten erzeugt. Die dickeren, langen Saiten haben kleine Schwingungszahlen und ergeben niedrige Frequenzen. Da der Ton als rein formaler Verlauf einer Sinusschwingung in der Musik (außer bei elektronischer) so gut wie nicht vorkommt, nennt man das akustische Ergebnis einer angeschlagenen
Klaviersaite Klang. Es handelt sich um eine summierte Erscheinung: Zu jedem Grundton gesellt sich eine sogenannte Obertonreihe, die jeweils mitklingt Das menschliche Ohr integriert die Vielfalt dieser Tonreihe in einem einzigen Eindruck. Das Lautstärkenverhältnis der Ober-töne zueinander und auch zum Grundton kann sich in vielfälti-ger Weise verändern. - Die Schwingungszahlen der Obertöne sind ganzzahlige Vielfache des Grundtones. Diese harmonischen Obertöne werden auch Teil- oder Partialtöne genannt. Vom großen C mit angenommen 64 Hz als erstem Teilton ausgehend, läßt sich folgende (theoretisch unendliche) Obertonreihe auf-stellen (Bild 3/2). Diese Obertonreihe kann auch als Verhältnis der Saitenlängen einer in ihren Teilen schwingenden Saite (z.B. mittels Monochords) dargestellt werden. Ihre Schrittfolge ist für alle Grund-töne gleich. Verfolgt man die Partialtöne, so sieht man, daß die Intervalle kleiner werden, je höher die Partialtöne liegen.Die Frequenz jedes einzelnen Partialtones kann man errechnen. Sie ist das Produkt seiner Ordnungszahl multipliziert mit der Schwingungszahl des Grund-( 1. Partial-)tones. Zum Beispiel:gt ist der 6. Partialton. Die Ordnungszahl 6 ist zu multiplizieren mit der Frequenz des als Beispiel gewählten Grundtones C = 64; also hat g' die Schwingungszahl 6 . 64 = 384 Hz. Nun wurde durch dieses Klangbeispiel schon etwas vorweg-genommen: Die schwingende Saite allein ist nämlich für ein gut hörbares Ergebnis unbrauchbar. Ihre erzeugten Schwingungen müssen durch ein entsprechend mitschwingendes System kraftvoll an die umgebende Luft ausgestrahlt werden. Das Klavier verfügt mit dem hölzernen Resonanzboden über einen hervorragenden akustischen Abstrahler. Auch die besaiteten Streich- und Zupfinstrumente, wie Geige, Gitarre, Laute usw., sind deshalb mit einem hölzernen Korpus versehen, der für eine bessere Weitergabe der Schwingungen an die Luft sorgt. (Im luftleeren Raum empfängt das Ohr keinen Schall.) Die Resonanzkörper oder -böden sind unterschiedlich geformt, jedem aber ist die gleiche Aufgabe gestellt: Das Abstrahlen der Schwingungen an die Umgebung.Die Menge und Intensität mitschwingender Obertöne ist bei allen Instrumenten jeweils verschieden (sogar bei gesungenen oder gesprochenen Vokalen). Sie entscheiden über das Klangspektrum; während die Klangfarbe wesentlich von Konstruktion und Bauweise des entsprechenden Instruments abhängt. Diese beiden Faktoren sind maßgebend für eine »Auswahl« mitklingender Obertöne. Unser großes C bleibt bei einwandfreier Stimmung immer ein C, es klingt jedoch auf dem Klavier anders als auf dem Gelb und dort anders 'als auf Blas- oder gar elektronischen Instrumenten. Der Schallüberträger Luft vermittelt also Schwingungen unse-rem Ohr. Ein gesundes menschliches Ohr kann Frequenzen ab 16 Hz, wie sie die Orgel in der Tiefe abgibt, aufnehmen und verarbeiten. Das entspricht etwa dem Subkontra-C. ln der Höhe endet der Empfangsbereich etwa bei 16000 Hz. Dafür müßten wir schon mehr als c7 bemühen. Die für uns interessanten Töne eines 88tastigen Konzertklaviers beginnen aber erst beim A2 und enden bestenfalls beim c5. Erweiterungen der Klaviatur, wie sie bei einigen Fabrikaten vorkommen, erweisen sich oftmals als nur mäßig klangfördernd und zusätzliche Quelle für Fehler und technische Komplikationen im Instrument.