Oberton

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Ein Oberton ist ein Teilton, der im jeweiligen Ton nicht die tiefste vertretene Frequenz hat. Die Folge dieser Töne im Falle eines harmonisch schwingenden Körpers (Saite beim Chordophon, Luftsäule im Aerophon) heißt Obertonreihe. (Die Bezeichnung Naturtonreihe bei Blasinstrumenten bezieht sich dagegen auf den Fall, dass ein höherer als der erste Teilton die tiefste Frequenz des Gesamttons ist.) Die Gesamtheit von Grundton und Obertönen ergibt das Frequenzspektrum eines Tons.

[Bearbeiten] Obertöne und Klangfarbe

[Bearbeiten] Obertöne der menschlichen Stimme

In der menschlichen Stimme schwingt, genau wie in den meisten klangerzeugenden physikalischen Systemen, ein komplexes Obertonspektrum mit. In der besonderen Gesangstechnik des Obertongesangs kann man diese hohen Frequenzen zum Dominieren bringen.

Der unterschiedliche Klang von Vokalen kommt durch deren spezifischen Obertonaufbau zu Stande. Durch die individuelle Größe und Form von Mund und Rachen werden manche Frequenzen durch Resonanz verstärkt, andere gedämpft. Die Frequenzbereiche, die jeweils verstärkt werden, nennt man auch Formanten.

[Bearbeiten] Obertöne unterschiedlicher Instrumente

Wellen in offenen und gedackten Röhren. Die Wellenknoten sind blau.

Der spezifische Klang eines Instrumentes ergibt sich aus den folgenden Parametern:

Welche Teiltöne sind überhaupt vorhanden? – (1., 2., 3., 5., 9., usw.)
Wie laut sind diese Teiltöne im Verhältnis zueinander? – Der erste muss nicht der lauteste sein.
Wie ändert sich die Lautstärke der einzelnen Teiltöne, während der Ton erklingt (Feinmodulation)?
Welche Nebengeräusche kommen hinzu (Anschlaggeräusche, Blasgeräusche etc.)?

Die Frequenzen der Obertöne hängen vom jeweiligen Klangerzeuger ab, es sind seine Eigenfrequenzen. Es gibt Instrumente mit harmonischen und solche mit nichtharmonischen Obertonreihen.

Bei Instrumenten mit harmonischen Obertonreihen sind die Frequenzen der Obertöne ganzzahlige Vielfache der Frequenz des Grundtons. Hierzu gehören die Chordophonen (Saiteninstrumente) und die Aerophone mit schwingender Luftsäule. In diesem Fall nennt man die Obertöne auch Harmonische. Das ist natürlich auch nur eine idealisierte Annahme. Gerade die sehr geringen Abweichungen von den idealen Harmonischen machen den Klang eines einzelnen Instrumentes unverwechselbar und lebendig.

Bei Instrumenten mit nichtharmonischen Obertonreihen stehen die Frequenzen der Teiltöne in komplizierten nicht ganzzahligen Verhältnissen zueinander. Die Obertöne der Membranophone mit runder Membran haben die Eigenfrequenzen einer Besselschen Differentialgleichung. Bei Idiophonen können sich je nach der Form des Klangkörpers ganz unterschiedliche Obertonreihen ergeben - bei den Stabspielen etwa sind es die Eigenfrequenzen der Biegeschwingung eines Balkens.

Höhere Obertöne sind bei natürlichen Tönen in der Regel leiser (pegelschwächer) als tiefere, da für ihre schnellere Schwingung mehr Energie verloren geht.

Im Allgemeinen klingen Töne umso „schärfer“, je mehr Obertöne sie haben. Reine Töne ohne Obertöne können in der Natur (akustisch) nicht, sondern nur elektronisch als Sinusschwingungen erzeugt werden. Sie klingen extrem dumpf. Ein Beispiel ist der 1000-Hertz-Ton des Fernsehtestbilds, wobei der Lautsprecher jedoch schon wieder sein eigenes, allerdings geringes, Obertonspektrum hinzufügt.

Künstlich aus Sinustönen hergestellte Obertonspektren nennt man synthetische Klänge (siehe Klangsynthese, Synthesizer).

Folgende Instrumente haben einen besonders charakteristischen Teiltonaufbau:

Streichinstrumente besitzen ein sehr reichhaltiges Teiltonspektrum. Es sind fast alle Teiltöne enthalten.
Klarinetten betonen die Lautstärke der ungeraden Teiltöne.
Beim Fagott ist der Grundton sehr viel schwächer als die ersten Harmonischen.
Glocken betonen oftmals die Terzen sehr stark und beinhalten auch nicht-harmonische Obertöne.
Stimmgabeln erzeugen fast nur den Grundton, daher ist deren Klang dem einer reinen Sinuskurve sehr ähnlich.

[Bearbeiten] Hörbarkeit von Obertönen

Auch im instrumentalen Bereich kann man Obertöne deutlich hörbar machen. Typische Instrumente hierfür sind z. B. das Didgeridoo oder Klangschalen. Auf dem Klavier kann man Obertöne hörbar machen, indem man die Tasten eines Akkords aus der Obertonreihe sanft niederdrückt, ohne dass die Hämmer die Saite berühren, und dann den Grundton im Bassbereich kurz und stark anschlägt. Die Obertöne erzeugen nun eine Resonanz auf den ungedämpften Saiten der niedergedrückt gehaltenen Tasten, die man deutlich hören kann. Dies wird auch von Komponisten in ihren Werken verwendet (z. B. Béla Bartók: Mikrokosmos, Band IV). Bei Saiteninstrumenten können Töne in der Tonhöhe von Obertönen durch Flageolett-Spielweise (siehe Flageolettton) erzeugt werden. Dabei wird die Saite mit der Greifhand nur leicht berührt anstatt sie auf das Griffbrett zu drücken.

In der Regel werden Obertöne nicht einzeln wahrgenommen, sondern sie ergeben den Klang eines Tons. Es gibt aber auch Menschen, die unter bestimmten Bedingungen Obertöne auch ohne jegliche Hilfe deutlich wahrnehmen können. Dies gilt besonders bei sehr stabilen Tönen wie sie zum Beispiel lang anhaltenden Tönen von Orgelpfeifen.

Die Gesangstechnik des Obertonsingens macht die Obertöne deutlich wahrnehmbar. Beispiele sind der Obertongesang mongolischer und tuvinischer Völker. Auch in der westlichen Musik gibt es seit Ende der sechziger Jahre wieder eine Belebung der Obertonkultur.

[Bearbeiten] Untertonreihen

Theoretisch wird die Obertonreihe durch die zu ihr symmetrischen Untertonreihe, die durch Frequenzteilung entsteht, nach unten hin ergänzt. In der Natur gibt es eine solche Untertonreihe nicht (von Glocken- und Gong-Klängen abgesehen). Praktisch wurde sie beim Trautonium, beim Subharchord und beim Untertongesang umgesetzt.

[Bearbeiten] Residualton

Das menschliche Hörzentrum ist in der Lage, zu einem (auch nur teilweise) erklingenden Obertonspektrum die Grundfrequenz wahrzunehmen, auch wenn diese nicht erklingt. Diesen „hinzugefügten“ Grundton bezeichnet man auch als Residualton.

Diese Technik wird eingesetzt, um auf Lautsprechersystemen Bässe zu simulieren, die diese rein technisch überhaupt nicht wiedergeben könnten. So erkennt man im Kofferradio die gespielte Tonhöhe eines Kontrabasses, obwohl die Frequenz von den kleinen Lautsprechern nicht wiedergegeben werden kann. Auch beim Telefonieren entsteht dieser Effekt: Der Grundton der menschlichen Stimme wird über das Telefon nicht übertragen, der Frequenzbereich des Telefons ist zu schmal, die Stimmübertragung beginnt erst oberhalb. Aber das Gehirn nimmt den Grundton wahr.

Dieses Phänomen wird auch traditionell im Orgelbau ausgenutzt: Bei gleichzeitigem Einsatz des 8-Fuß und des 5¹/₃-Fuß, der eine Quinte darüber liegt, hört man den 16-Fuß, also eine Oktave unter dem 8-Fuß.

Hintergrund ist, dass das Gehör nicht nur das Obertonspektrum, sondern auch die Periode des akustischen Zeitsignals auswertet. Bei einem harmonischen Obertonspektrum bleibt aber die Periode des Zeitsignals erhalten, selbst wenn der Grundton entfernt wird.

[Bearbeiten] Orgel

Besonders wichtig ist die Obertonreihe auch bei der Orgel. Durch verschiedene Orgelregister, die jeweils einzelne Obertöne erzeugen (Aliquoten), lassen sich Klangfarben praktisch synthetisch erzeugen. Bei den traditionellen Pfeifenorgeln ist nur ein „AN“ oder „AUS“ der Register möglich.

Hingegen können bei einer Hammond-Orgel mit den 9 Zugriegeln der Registerlagen (16', 5¹/₃', 8', 4', 2²/₃', 2', 1³/₅', 1¹/₃', 1') in jeweils 9-stufiger Intensität der sinusförmigen Teiltöne durch Additive Synthese mehrere millionen verschiedenster Klänge erzeugt werden. Setzt man die 16'-Lage dabei als Grundton des Klanges, so entspricht das dann dem jeweils 2., 3., 4., 8., 12., 16., 20., 24. und 32. Teilton (Der 1. Teilton entspräche dabei einem 32'-Register).

[Bearbeiten] Siehe auch

[Bearbeiten] Literatur

John R. Pierce, Klang. Musik mit den Ohren der Physik, Spektrum, ISBN 3-8274-0544-0

[Bearbeiten] Weblinks

Von „http://de.wikipedia.org../../../o/b/e/Oberton.html“

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