Akustik und Instrumentenkunde

Akustik und Instrumentenkunde
Stichwortverzeichnis, Wegleitung und Fragensammlung zur
Prüfungsvorbereitung
verfasst von Ulrich Müller unter Beihilfe von Bernhard Billeter, Ermanno Briner und
Hans Eugen Frischknecht, französische Version Denise Bovet, Revision 2001/2003
Dieses Papier ist nicht als Ersatz, sondern als Ergänzung des mündlichen Unterrichts gedacht.
Inhalt
1. Stichwortverzeichnis
2. Wegleitung
3. Fragenkatalog
4. Kleines Literaturverzeichnis
Seite
Seite
Seite
Seite
1
3
18
20
1. Stichwortverzeichnis
Wegleitung
siehe Seite
Absorption von Schallwellen
Absorptionseigenschaften
Beugung von Schallwellen
Blasinstrumente
Blasinstrumente mit Klappen
Blasinstrumente mit Ventilen
Centsystem
Dämpfung von Schallwellen
Differenzton
Diffusität
Direktschall
Dopplereffekt
Echo
Fellklinger
Formanten
Frequenz (einer Schallwelle)
Geräusch
“Haas”- Effekt
Hallabstand (Hallradius)
HI-FI Anlage, Komponenten einer
Infraschall
Instrumentenkunde: Einteilung
Intervallverhältniszahlen
Intonation und Stimmungen
6
9
6
11
11
11
14
6
16
8
8
7
7
12
4
3
3
8
8
16, 17
16
10
14
14
Donald E. Hall 1)
siehe Seite
330
332
75
62, 258, 267, 276
272
276
409, 465
185
394
73
320
80
72
177
305
34
335, 337
Jürgen Meyer 2)
siehe Seite
147
147
143
45, 110
59, 116
45, 110
200
150
199
96
33
15
35
155
153
18
45
406, 415,421, vgl.
auch Spezialliteratur
2
Intonation von Singstimmen und
Melodieinstrumenten
Keyboard
Klang
Klangerzeugung, elektronische
Klangfarbe
Komma
Longitudinalwellen
Luftsäulen, schwingende
Membrane, schwingende
Membranophone
MIDI
Musikinstrumente, elektronische
Nachhall, Nachhallzeit
Ohr, das menschliche
Orgelpfeifen
Platten, schwingende
Raumakustik
Raumklang
Reflexion von Schallwellen
Residuum
Resonanz
Saiten, schwingende
Saiteninstrumente
Saiteninstrumente, geschlagene
Saiteninstrumente, gestrichene
Saiteninstrumente, gezupfte
Sampling
Schall, hörbarer
Schallausbreitung
Schalldruck
Schallereignisse
Schallgeschwindigkeit
Schallquellen
Schallwellen, Allgemein
Schallwellen, Empfang von
Schallwellen, stehende
Schumann’sche Gesetze
Schwebung
Selbstklinger
Sinusschwingung
Sinuston
Stäbe, schwingende
Stimme, menschliche
Stimmungen von Tasten- und
Bundinstrumenten
Synthesizer
Teiltöne
Ultraschall
Verdeckung (Maskierung)
Wellenlänge einer Schallwelle
1) 2)
14, 15
13
3
13
3
15, 16
4, 5
9
10
12
13
12
8
16
11
10
7
9
5, 6
16
7
9
10
10
10
10
13
6
4
4
3
4, 5
9
4
5
6
4
16
11
3
3
10
12
15
13
4
16
16
5
157
390, 393
156
400
27
27
21
238
59
156
325
105
238
319
323
72
385
222
192,213
213
56
60, 227
60
72
27
17
25
55
21
148, 161, 183
16
143
210
143, 186
35, 39, 41, 42,
73, 122
96, 137
73, 122
95
13
13
15
14
13
193
82
43
470
177
297
159
139
18
486
35
Donald E. Hall und Jürgen Meyer: siehe Literaturverzeichnis auf letzter Seite.
18
99
38
38
141
34
19,24
15, 144
3
2. Wegleitung
Fett gedruckt sind die im Stichwortverzeichnis aufgeführten Begriffe.
Schallereignisse
Die Sinusschwingung
Eine einfache harmonische Schwingung kann man darstellen als die vertikale Projektion auf den horizontalen
Durchmesser eines auf einem Kreis mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Punktes. Dabei ist
r = Radius des Kreises
Der Umfang des Kreises ist gleich 2πr (Pythagoras)
T = Schwingungsperiode, zeitlicher Abstand zwischen zwei Schwingungsmaxima, bzw. -minima.
Die Schwingungsperiode entspricht einem vollständigen Umlauf des Punktes auf dem Kreise und
ist daher gleich 2πr/ω. ( ω = Umlaufgeschwindigkeit des Punktes auf dem Kreis. Andere Physiker schreiben
statt ω den Buchstaben v, was zu Verwechslungen mit der Schallgeschwindigkeit führen kann, s. S. 5)
f = Frequenz = Anzahl vollständige Schwingungen pro Sekunde
f = 1/T
T = 2πr/ω
Die physikalische Einheit für die Frequenz ist Hertz, abgekürzt Hz.
Die Sinusschwingung ist die Grundform des musikalischen Tones.
Der Sinuston
Eine z. B. im Generator erzeugte Sinusschwingung mit einer bestimmten Frequenz.
Tiefer Ton = niedrige Frequenz, hoher Ton = hohe Frequenz. Eine Stimmgabel produziert nach einer
längeren Zeit nach dem Anschlag einen Sinuston. Die durch die Glasharmonika produzierten Klänge
kommen einem Sinuston nahe. Die Klangfarbe eines reinen Sinustones wird als farblos und langweilig,
oder auch als unangenehm empfunden.
Der Klang
Nach der Definition der Akustik ist ein Klang eine Überlagerung von einzelnen Schwingungen, deren
Frequenz zum Grundton in einem ganzzahligen Verhältnis stehen. (Harmonische Teiltöne)
Die Klangspektren der Musikinstrumente basieren hauptsächlich auf diesem Prinzip. (s. auch Formanten)
Geräusch
Eine Vielzahl von unregelmässigen und in keinem harmonischen Verhältnis zueinander stehenden
Schallwellen wird als Geräusch bezeichnet. Die meisten Instrumente besitzen ausser dem Teiltonspektrum
einen Geräuschanteil, der für das Klangbild einen wichtigen Anteil darstellt.
Klangfarbe
Umschreibung für einen auf objektiven Ursachen beruhenden subjektiven Eindruck, den ein Klang oder eine
Mischung von Klängen in uns hervorruft: hell, dunkel, leuchtend, matt, strahlend, farblos, etc.
4
Teilton
Schwingung, die zum Grundton in einem ganzzahligen harmonischen Verhältnis steht.
Beispiel: Wenn der 1. Teilton (Grundton) eine Frequenz von 220 Hz hat, dann hat der 2. Teilton eine solche
von 440 Hz, der 3. Teilton von 660 Hz. etc. Die Schwingungsverhältnisse betragen genau 1:2:3.
Die Formanten
Absolute Tonhöhenbereiche, in denen Teiltöne besonders ausgeprägt sind (unabhängig von der Frequenz
des Grundtones). Ihre Struktur wird bei den Blasinstrumenten vor allem durch die Anregungsfunktion
bestimmt, d.h. auf welche Weise ein Instrument zum Klingen gebracht wird.
Die Formanten sind wesentlich mitbestimmend für die Erkennbarkeit eines Instrumentes.
Die Vokale der menschlichen Stimme haben besonders deutliche Formanten.
Die Schumann’schen Gesetze
Benannt nach dem Physiker Erich Schumann, der bereits 1929 den Beweis erbrachte, dass
Musikinstrumente feste Formantbereiche besitzen und dass sich deren Strukturen abhängig von
Dynamik und Tonhöhe ändern.
Beispiel: Auch bei leisem Radioempfang ist erkennbar, ob ein Orchester laut oder leise spielt. Die
Dynamikempfindung ist also wesentlich abhängig von der sich ändernden Formantstruktur und nicht nur von
der Änderung des Schallpegels.
Schallausbreitung
Schallwellen
Fortpflanzung einer „Störung“ in Form von Druckschwankungen in der Luft oder in einem anderen Medium.
Schallwellen sind Longitudinalwellen, im Gegensatz z. B. von Wellen auf einer Wasseroberfläche,
Transversalwellen.
Wird ein Masseteilchen aus seiner Ruhelage gebracht, überträgt sich diese Störung auf die benachbarten
Teilchen; es bilden sich vorübergehend Verdichtungen und Verdünnungen.
Im Vakuum sind keine Masseteilchen vorhanden, daher kann kein Schall übertragen werden.
Im Wasser ist eine Übertragung möglich: Fische können auch hören, jedoch gelten hier andere
Ausbreitungsregeln. (Siehe Schallgeschwindigkeit.)
Auch in festen Materialien breiten sich Schallwellen mit höherer oder niedrigerer Schallgeschwindigkeit
und Dämpfung (s. unten) aus.
Die Schallwellen in der Luft breiten sich kugelförmig aus (dies gilt exakt nur bei Punktquellen).
Schallwellen werden vom Ohr als (Sinus-)Ton, Klang oder Geräusch empfunden.
Schalldruck
Das Ohr kann Schalldruckunterschiede von ca. 1:1 Million entsprechend 120 db (Dezibel) verarbeiten.
Wir empfinden Schalldruck als Lautstärke. Ein grosses Sinfonieorchester kann eine Lautstärke von 90 –
100 db erreichen. Bei einer Dauerbelastung mit einem Schalldruck von über 90 db, wie sie in Discos oder
beim ständigen Gebrauch eines Walkman's vorkommen können, drohen irreversible Gehörschäden. Das
Gehör ist für verschiedene Frequenzbereiche nicht gleich empfindlich. Die Masseinheit, die diese
Unterschiede berücksichtigt, wird phon genannt.
Schallgeschwindigkeit
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schall ist stark abhängig vom Medium, in welchem sich der Schall
fortpflanzt.
In der Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit v bei 20° C 343,8 m/s, bei 0° 331,8 m/s.
(In Stahl: 5100 m/s, in Wasser bei 0°: 1485 m/s.)
5
Beispiel:
Ein Zuhörer in einer Entfernung von 34 m vom Konzertpodium hört den Schall bereits mit einer
Verzögerung von 1/10 Sekunde. Dies entspricht etwa der Dauer einer Sechzehntelnote bei MM Viertel =
152. Daraus ergeben sich nicht unerhebliche Probleme bei entfernter Aufstellung der Klangkörper, z.B. bei
mehrchörigen Werken.
Die Schallgeschwindigkeit in Luft ist zudem temperaturabhängig, was Konsequenzen für die Stimmung
von Orgeln im Winter und Sommer und für Blasinstrumente in kaltem und eingeblasenen Zustand hat.
Wellenlänge und Frequenz einer Schallwelle
Als Wellenlänge versteht man den räumlichen Abstand zwischen zwei benachbarten Druckmaxima
(Verdichtungen) oder zwei Druckminima (Verdünnungen) einer Welle. Sie lässt sich berechnen nach der
Formel: v = f . λ
Schallgeschwindigkeit v [m/s]
Wellenlänge λ [m] =
_______________________________________
oder
λ=v/f
Frequenz f [Hz]
Beispiele: Wellenlängen bei einer Schallgeschwindigkeit von 340 m/s:
100 Hz (etwas höher als Ton G): entsprechen einer Wellenlänge von 3,4 m
1000 Hz (etwas höher als Ton h2): 34 cm
10'000 Hz (ca. dis6): 34 mm
16,3 Hz (C2 , tiefster Ton der Orgel, wenn sie ein 32´-Register besitzt): 20,8 m
440 Hz (a1, der Stimmton): 77,3 cm
Die Länge einer offenen labialen Orgelpfeife vom Labium an beträgt (unter Vernachlässigung der
Mündungskorrektur) eine halbe Wellenlänge. Die Pfeife a’ hat eine Höhe von ca. 38,5 cm. Bei 20° C
Raumtemperatur erzeugt sie einen Ton von 440 Hz. Wenn es kälter im Raum ist, ist die
Schallgeschwindigkeit kleiner. Gemäss obiger Formel leuchtet ein, dass dann auch die Frequenz niedriger
ist, und zwar macht eine Differenz von 1° C bei dieser Tonhöhe schon einen Unterschied von 0,8 Hz aus. Das
heisst, die Orgel, die bei 20° C auf a1 = 440 Hz gestimmt wurde, steht in einer ungeheizten Kirche von 13° C
auf einer Tonhöhe von a1 = 434,5 Hz!
Empfang von Schallwellen
Das Ohr oder ein Mikrophon empfängt die Druckschwankungen des umgebenden Mediums, meistens Luft,
in welchem sie sich kugelförmig ausbreiten (kugelförmig: dies gilt exakt nur bei Punktquellen).
Zweidimensionales Bild: Kreisförmige Ausbreitung von Wellen einer Wasseroberfläche, in die ein Stein
geworfen wird. Unterschied zwischen Wasserwellen und Schallwellen abgesehen von der dritten Dimension:
Wasserwellen an der Oberfläche transversal, Schallwellen longitudinal.
Reflexion von Schallwellen
Schallwellen werden ähnlich reflektiert wie Lichtwellen: Bei ebenen Flächen sind Ein- und Ausfallwinkel
gleich gross. Bei gewölbten Flächen ist zu beachten: Konvex gewölbte Flächen sind unbedenklich, da der
Schall bei der Reflexion weit gestreut wird.
Bei konkaven Flächen (kreisrunder oder ovaler Grundriss eines Raums, Kuppeln, Tonnengewölbe) kann je
nach Abstand der Schallquelle von der Reflexionsfläche eine unerwünschte fokussierende oder eine
erwünschte schallzerstreuende Wirkung eintreten. Brennpunkte, die ausserhalb des Bereichs der Zuhörer
liegen (z. B. bei hohen Kirchen mit Kuppeln oder Tonnengewölben), sind unbedenklich.
Ist der Abstand der Schallquelle kleiner als der halbe Krümmungsradius der reflekierenden Fläche, laufen
die reflektierten Schallstrahlen auseinander, was im allgemeinen wünschenswert ist.
6
Ist der Abstand der Schallquelle gleich dem halben Krümmungsradius, entsteht ein paralleles
Strahlenbündel. Die Schallwellen werden gleichmässig reflektiert.
Ist die Schallquelle weiter als um den halben Krümmungsradius von der reflektierenden Fläche entfernt,
bildet sich jenseits des Krümmungsmittelpunktes ein Brennpunkt aus, was besonders unangenehm ist, wenn
sich dieser im Bereich des Publikums bildet.
Als empfehlenswert gilt daher, dass Musiker in einer Konzertmuschel in einer Entfernung von etwas
weniger als dem halben Krümmungsradius vor der Rückwand sitzen sollten.
Beugung von Schallwellen (Die Wirkung von Hindernissen)
Bei den bisherigen Betrachtungen der Schallreflexion wurde die Voraussetzung gemacht, dass die vom
Schall getroffenen Flächen hinreichend gross sind, d.h. mindestens mehrere Wellenlängen betragen. Da die
Wellenlänge hörbarer Schallwellen äusserst verschieden gross sind (s. o.: zwischen 20 m und 17 mm),
reagieren hohe und tiefe Frequenzbereiche verschieden auf Hindernisse gleicher Abmessung.
Eine besonderer Effekt bei der Ausbreitung von Wellen ist die Beugung. Trifft eine Welle auf eine Öffnung
in einem Hindernis, so breitet sie sich dahinter fächerförmig weiter aus. Voraussetzung ist aber, dass die
Wellenlänge gleich oder grösser als die Öffnung ist. Dies gilt auch für Schallwellen.
Ebenso trifft zu, dass Hindernisse in einem Konzertsaal wie z. B. Säulen, sich auf tiefe Frequenzen kaum
hindernd auswirken, auf hohe aber schon. Schallreflektoren hinter oder über dem Konzertpodium müssen
daher genügend grosse Abmessungen haben, damit die gewünschte Wirkung eintritt. Aus demselben Grund
müssen streuend gewünschte Flächen (z. B. Kassettendecken) erheblich dimensionierte Strukturen
aufweisen.
Absorption von Schallwellen
Trifft eine Schallwelle auf eine Fläche, so wird nicht die gesamte Energie reflektiert. Ein vom Material und
Gestalt der reflektierenden Fläche abhängiger Teil der Schallenergie wird in Wärme umgewandelt. Es
entsteht also ein Energieverlust. Die Absorption wird im Prozentsatz der Energie angegeben, die absorbiert
wird. Der Absorptionskoeffizient α wird definiert als das Verhältnis der absorbierten Energie zur
einfallenden Energie. Er ist material- und frequenzabhängig. Auch das Publikum absorbiert Schallenergie
und ist daher bei der Berechnung der Nachhallzeit eines Konzertsaales zu berücksichtigen.
Je nachdem spricht man von Höhenabsorbern (z. B. Stoff, Publikum im Saal), Mittenabsorbern (z. B. sehr
dünne Platten mit Schlitzen vor einem Hohlraum geringer Tiefe) und Tiefenabsorbern (z. B. schwere Platten
vor tiefem Hohlraum, Resonatortöpfe); s. auch Raumakustik
Dämpfung von Schallwellen
Bei der Ausbreitung von Schallwellen in einem Medium wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt;
in Luft ist die Dämpfung gering und kann praktisch vernachlässigt werden, ausser für sehr grosse Räume
und bei erheblichen Entfernungen im Freien.
Stehende Schallwellen
In Blasinstrumenten und Orgelpfeifen bilden sich stehende Wellen. Bild dafür: gespanntes Seil, plötzliche
Auslenkungen pflanzen sich zu den Enden fort und werden dort zurückgeworfen. (s. auch Schallquellen:
offene und gedackte Pfeifen.)
Bei parallelen Wänden können sich im Raum stehende Wellen bilden, die sich störend auswirken: wenn die
Reflexionen von Tönen bestimmter Frequenzen beim Ohr der Zuhörenden in Phase auftreten, verstärken
sie sich; in Gegenphase löschen sie sich gegenseitig aus. Das bewirkt eine von der Tonhöhe abhängige
ungleichmässige und damit unerwünschte Intensitätsverteilung im Raum.
7
Resonanz
Starke erzwungene Schwingung eines Körpers mit einer Frequenz, die nahe an der Eigenfrequenz des
Körpers liegt. Die Amplitude ist dann am grössten, wenn die anregende Frequenz mit der
Eigenfrequenz des Körpers übereinstimmt (dies gilt exakt nur bei ungedämpften Systemen). Der Körper
kann auch ein mit einem Medium gefüllter Hohlraum sein.
Beispiel 1: Drücken Sie bei einem Flügel oder Klavier das rechte Pedal und singen Sie oder pfeifen Sie
einen oder mehrere Töne hinein. Die Saiten der entsprechenden Tonhöhe(n) geraten in Resonanz.
Beispiel 2: Der Steg einer Violine überträgt die Schwingungen einer gestrichenen Saite auf den Holzkörper
des Instruments und regt diesen zu Schwingungen an, die dank der grossen Oberfläche an die umgebende
Luft übertragen werden können. (eine Saite ohne Resonanzkörper hört man kaum, da sie nur wenige
Luftmoleküle in Bewegung versetzen kann). Bei solchen Resonanzkörpern ist es von Vorteil, wenn sie eine
Vielzahl möglichst gut verteilter Eigenfrequenzen haben (gedämpftes System).
Ein ausgesprochenes Frequenzmaximum des Resonanzkörpers kann einen „Wolf“ zur Folge haben
(Violoncello!).
Beispiel 3: Resonatoren (z. B. in die Mauer eingelassene Tontöpfe verschiedener Abmessungen, Holzlatten
vor Hohlräumen) können auch als Schallabsorber gebraucht werden: Die Eigenfrequenz eines Hohlraums
wird zum Schwingen angeregt und nimmt dem Raum diese Energie weg.
Das Echo
Schallreflexion, die auf Grund einer grösseren Entfernung zwischen Schallquelle und reflektierender
Fläche spät eintrifft. (mehr als 100 ms später)
Dopplereffekt
Wird verursacht durch eine Relativbewegung zwischen Schallquelle und Empfänger. Zum Beispiel klingt
das Martinshorn einer Ambulanz höher, wenn diese sich nähert und tiefer, wenn sie sich entfernt. D. h. beim
Empfängerohr treffen die Druckmaxima im ersten Fall schneller, im zweiten Fall langsamer
aufeinanderfolgend ein. Spielt innerhalb der Musik keine Rolle.
Raumakustik
Geometrische Raumakustik
Die geometrische Raumakustik untersucht in erster Linie die ersten Reflexionen des von einem Ort (z. B.
Konzertpodium) ausgesendeten Schalls an den Wänden, der Decke und dem Boden eines Raums, in zweiter
Linie versucht sie die Beugung von Schallwellen an in Bezug auf jeweilige Wellenlängen kleinen
Begrenzungsflächen in den Griff zu bekommen. Da die Beugung rechnerisch schwer zu erfassen ist und die
Reflexionen schon nach Sekundenbruchteilen immer komplizierter werden (zwischen zwei 34 Meter
voneinander entfernten parallelen Wänden läuft der Schall innerhalb einer Sekunde bereits zehnmal hin und
her), sind aus der geometrischen Raumakustik wenig gesicherte Voraussagen über einen zu bauenden Raum
zu erwarten. Die meisten Erkenntnisse der geometrischen Raumakustik sind empirischer Art: Konzertsäle in
einfacher, horizontal und vertikal rechteckiger Form („Schuhschachtel“, Breite:Höhe:Länge ≅ 1:1:2) mit
genügender Höhe (mindestens gleich der halben Saalbreite) und nicht zu tiefen Galerien wie z. B. der grosse
Musikvereinssaal in Wien oder die Tonhalle Zürich (dort ist die Tiefe der Seitengalerien bereits an der
Grenze des Zuträglichen) haben sich bewährt.
Zum Teil wird in der geometrischen Raumakustik empirisch mit Modellen im Massstab 1:10 und 10 mal
höheren Frequenzen im Ultraschallbereich gearbeitet. Solche Modellversuche sind jedoch sehr aufwendig
und die Ereignisse nicht immer eindeutig zu interpretieren.
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Diffusität
Möglichst gleichmässige Verteilung der Schallenergie auf alle Zuhörerplätze (Homogenität der
Schallenergie und ungefähr gleichmässiges Eintreffen auf das Ohr aus allen Richtungen, genannt Isotropie).
Günstig in Bezug auf die Diffusität (subjektiv als „Hörsamkeit bezeichnet: der Eindruck, an allen
Zuhörerplätzen unmittelbar am Klanggeschehen teil zu haben) wirken sich Ornamente der
Raumbegrenzungsflächen aus: Vorsprünge und Einbuchtungen verschiedener Grössenordnungen im
Zentimeter- bis Meterbereich, die den Schall reflektieren und abhängig von der Wellenlänge beugen. Zum
Beispiel Simse, Pilaster, Kassettendecken. Günstig wirkt sich aus, Wände nicht ganz parallel zu bauen
(Vermeidung stehender Wellen, Abweichung von mindestens 2 Grad genügt). Günstig sind ferner konvexe
Flächen; bei konkaven Flächen kommt es auf die Verhältnisse an (s. Reflexion von Schallwellen).
Besondere Bedeutung kommt der ersten Schallreflexion zu, die beim Ohr eintrifft: Liegt sie innerhalb von
30 - 50 Millisekunden, was einem Umweg der Schallwellen von 10 - 17 Meter entspricht, so wirkt sie im
Sinne einer Verstärkung des Direktschalls, ohne die Deutlichkeit zu beeinträchtigen (wichtig vor allem bei
Pizziccato, Klavier, Schlagzeug). Man nennt dies den sog. „Haas”-Effekt. Um ihn auszunützen, soll die
Rückwand eines Konzertpodiums nicht weiter als 5 - 8 Meter vom Spieler entfernt sein (s. auch
Hallabstand).
Statistische Raumakustik
Die statistische Raumakustik befasst sich mit dem Nachhall von Räumen und den diesen bestimmenden
Absorptionseigenschaften verschiedener Materialien.
Direktschall
Im Freien auf einer Ebene oder im schalltoten Raum nimmt die Schallenergie mit dem Quadrat des
Abstandes zwischen Schallquelle und Empfänger ab (dies gilt exakt nur bei Punktquellen: Bild der
expandierenden Kugelschale).
Nachhall in einem Raum
Summe des Direktschalls und aller Reflexionen und Beugungen.
Die Nachhallzeit ist definiert als Zeitdauer, innerhalb derer die Intensität nach dem Abschalten der
Schallquelle auf -60 db (Dezibel) absinkt.
Die Nachhallzeit eines Raumes ist frequenzabhängig: sie ist bei tiefen, mittleren und hohen Frequenzen
verschieden lang.
Hallabstand
Als Hallabstand, früher auch Hallradius genannt, bezeichnet man den Abstand zwischen Schallquelle und
Empfänger, bei dem die Pegel des Direktschalls und des summierten reflektierten Schalls gerade gleich
sind. Das heisst: ausserhalb des Hallabstandes hört man den Direktschall weniger laut als den reflektierten
Schall.
Bei einer Kugelschallquelle ist der Hallabstand in allen Richtungen gleich gross. Bei ausgesprochener
Richtcharakteristik eines Instruments kann der Hallabstand in der Hauptrichtung viel grösser sein als
daneben.
Der Hallabstand ist abhängig vom Raumvolumen und der Nachhallzeit, nicht jedoch von der Intensität der
Schallquelle. Der Hallabstand ist unter praktischen Konzertsaalverhältnissen erstaunlich klein: z.B. bei
25'000 m3 Volumen und einer Nachhallzeit von durchschnittlich 2 Sekunden und Kugelstrahler ca. 7 Meter.
Beim dreifachen Hallabstand ist der Direktschall bereits 10 db leiser als die übrigen Schallanteile: es wird
die Grenze des Gehörs für eine sichere Ortung des zuerst eintreffenden Schalls erreicht. Die innerhalb der
durch den “Haas”-Effekt gegebenen Zeit folgende erste Reflexion durch Seitenwand bei genügender
Saalhöhe verstärkt zwar den Schall, beeinflusst aber die schon erfolgte Ortung nicht mehr.
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Absorptionseigenschaften
Beton und Steinmauern absorbieren wenig Schall, weiche Materialien wie weicher Verputz,
„Akustikplatten“ mit Lochabdeckung, Teppiche, Vorhänge, Bücherwände, Styropor, Pavatex hingegen viel.
Die meisten Materialien, sowie das Publikum absorbieren viel hohen Schall, deshalb unterscheidet sich die
statistische Raumakustik des leeren Saales wesentlich vom vollen. Probleme ergeben sich zum Beispiel bei
schlecht besetzten Kirchen. Ein Mittel, die Akustik des leeren Raumes dem des besetzten anzunähern, besteht
darin, die Sitze und Rückenlehnen mit Polstern zu versehen.
Ein grosses Problem der Raumakustik besteht darin, auch die tiefen Frequenzen gebührend absorbieren zu
können. Schwingungsfähig aufgehängte Gipsdecken und Holzböden über Hohlräumen wirken
glücklicherweise als Tiefenabsorber. Sie tragen bei zur oftmals hervorragenden Akustik von Barockkirchen.
Bei Holzverkleidungen kommt es stark darauf an, ob die Holzfüllungen des Täfers schwingungsfähig
gelagert sind (auf Latten mit Hohlraum dahinter oder direkt auf der Wand), ob der Hohlraum flach oder tief
ist, ob Schlitze oder Löcher bestehen oder nicht (s. oben unter Schallabsorption). Je nachdem schlucken
Holzwände mehr oder weniger Schall verschiedener Frequenzbereiche. Ein Teil des absorbierten Schalls
wird vom Holz in veränderter Weise an den Raum zurückgegeben, was subjektiv als angenehm „warm“
empfunden wird (zwei Funktionen der Resonanz: Absorption und Schallabstrahlung).
Raumklang
Verschiedene Musik erfordert verschiedene Raumakustik, Orchestermusik einen grösseren Raum als
Kammermusik. Nicht alle Kirchenmusik erfordert hallige Räume: Zum Beispiel waren zahlreiche Kirchen in
Thüringen und Sachsen zur Lebenszeit von Johann Sebastian Bach mit sehr viel Holzeinbauten versehen,
hatten also relativ kurze Nachhallzeiten mit viel Tiefenabsorption. Das mag die bewegten Partien der
Bach’schen Kirchenkantaten und Orgelmusik erklären, welche in einer Kathedralakustik untergehen.
In Wirklichkeit sind die raumakustischen Verhältnisse noch viel komplexer, doch genügt für Musikerinnen
und Musiker das Grundwissen.
Schallquellen
Schwingende Saiten
Transversale Schwingungen eines quasi linearen Körpers, der an beiden Enden eingespannt ist.
Es bilden sich ausser der Grundschwingung (n = 1) auch Oberschwingungen (n > 1)
Eine Verdoppelung der Saitenlänge bedeutet eine Halbierung der Grundschwingung, vorausgesetzt, dass
andere Parameter, wie z. B. Spannung und Querschnitt unverändert bleiben.
Der Saitenton ist umso tiefer, je länger die Saite, je kleiner die Spannung und je grösser die Saitenmasse
ist. (Vergleiche die E1-Saite des Kontrabasses mit der e2-Saite der Violine!)
Saiteninstrumente werden angeschlagen, gezupft oder gestrichen. (s. Instrumentenkunde)
Schwingende Luftsäulen
Longitudinale Schwingungen einer Luftsäule in einem Rohr. Rohrlänge: L
a) einseitig geschlossenes Rohr: Die Wellenlänge der Grundschwingung ist viermal so lang wie das Rohr.
(λ = 4 L )
b) beidseitig offenes Rohr: Die Wellenlänge der Grundschwingung ist zweimal so lang wie das Rohr
(λ = 2 L )
c) beidseitig geschlossenes Rohr: Die Wellenlänge der Grundschwingung ist zweimal so lang wie das Rohr
(λ = 2 L )
Blasinstrumente, Orgelpfeifen (s. Instrumentenkunde)
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Schwingende Stäbe
Transversale Schwingungen, vielfach unharmonische Teiltöne.
Stimmgabel, Röhrenglocken, Celesta, Xylophon usw. (s. Instrumentenkunde)
Schwingende Platten und Scheiben
Unharmonische Teiltöne. Ausbildung von besonders hervortretenden Teiltönen möglich (Schlagton).
Gong, Becken, Glocke usw.
Schwingende Membrane
Trommel, Pauke usw. (s. Instrumentenkunde)
Instrumentenkunde
Da gute, allgemeinverständliche Literatur über Instrumente vorhanden ist, genügen hier Stichworte
(siehe detaillierte Ausführungen bei den elektronischen Instrumenten).
Tonumfang der Instrumente:
Untere Begrenzung
Die obere Begrenzung ist nur bei Tasteninstrumenten genau anzugeben
Instrumente des Hauptfaches detailliert!
Transponierende Instrumente: Verlangt wird das Entziffern von Tonhöhen sowie Notation eines kurzen 3bis 4-stimmigen Satzes für verschiedene transponierende Instrumente.
Ein- und Ausschwingvorgänge
Quasi-stationärer Klang, unharmonische Komponenten, Geräuschanteile
Beschreibung der Tonerzeugung in grossen Zügen
Saiteninstrumente (Chordophone)
Stimmung der Saiten der Instrumente des Streichorchesters und der Gitarre.
Gestrichene Saiteninstrumente:
Violine, Viola, Violoncello, Kontrabass, Gambe, Fiedel, Trumscheit usw.
Einfluss von Bünden
Gezupfte Saiteninstrumente:
Gitarre, Laute, Mandoline, Harfe (Funktion der Pedale), Cembalo, Spinett, Virginal
Geschlagene Saiteninstrumente:
Klavier (Funktion der Pedale), Hammerklavier, Clavichord, Hackbrett, Cymbal
Spreizung der Teiltöne, insbesondere beim Klavier (verursacht durch die Steifigkeit der zwischen Stegen
eingespannten Saiten), Konsequenz für das Stimmen
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Blasinstrumente (Aerophone)
Überblasen der Instrumente
Instrumente mit oder ohne Klappen oder Ventile
Flöten: Querflöte, Blockflöte, Panflöte
Blasinstrumente mit einfachem Rohrblatt:
Klarinette, Saxophon, Chalumeau
Blasinstrumente mit doppeltem Rohrblatt:
Oboe, Oboe d’amore, Englischhorn, Heckelphon, Schalmei
Fagott, Kontrafagott, Pommer, Dulzian
Blasinstrumente mit doppeltem Rohrblatt in Windkapsel:
Krummhorn
Blechblasinstrumente mit trichterförmigem Mundstück:
Horn
Blechblasinstrumente mit Kessel-Mundstück:
enge Mensur: Trompete, Posaune
weite Mensur: Tuba, Wagner-Tuben, Euphonium, Flügelhorn
Zeitpunkt der Einführung von Ventilen
Weitere Blasinstrumente mit Kessel-Mundstück und Grifflöchern:
Zink, Serpent
Orgelpfeifen:
Lippenpfeifen (Labiale), offen oder gedackt, zylindrisch, konisch, trichterförmig, halbgedackt.
Zungenpfeifen (Linguale), trichterförmig langbechrig, zylindrisch halblangbechrig oder kurzbechrig;
aufschlagende und durchschlagende Zungen (letzteres z. B. beim Harmonium und Akkordeon, selten im
Orgelbau).
Beschreibung der Tonerzeugung der verschiedenen Gruppen von Orgelpfeifen in grossen Zügen
Weitere Instrumente mit durchschlagenden Zungen:
Akkordeon, Harmonium
Selbstklinger (Idiophone)
Holz-Selbstklinger mit bestimmter Tonhöhe:
Xylophon, Marimbaphon
Holz-Selbstklinger ohne bestimmte Tonhöhe:
Claves, Wood-block, Tempelblocks, Maracas, Guïro, Kastagnetten
Metall-Selbstklinger mit bestimmter Tonhöhe:
Vibraphon, Glockenspiel, Röhrenglocken, Celesta
Metall-Selbstklinger ohne bestimmte Tonhöhe:
Triangel, Becken, Tam-Tam; auch mit bestimmter Tonhöhe: Gong, kleine antike Zimbeln
12
Fellklinger (Membranophone)
mit bestimmter Tonhöhe:
Pauke
ohne bestimmte Tonhöhe:
Kleine Trommel, Tom-Tom, grosse Trommel, Bongo, Conga, Djembe, Tamburin (mit Schellen)
Menschliche Stimme
Atmung, Stimmbänder, Resonanzräume (s. auch Formanten)
Elektronische Musikinstrumente
Ondes Martenot
Erfinder: Maurice Martenot, 1928
Aus zwei hochfrequenten Schwingkreisen wird durch Überlagerung eine Tonfrequenz erzeugt.
Beeinflussung der Tonhöhe durch Änderung einer Kapazität über einen Seilzug. Nur 1- stimmig spielbar.
Nach 1947 konnten über eine spezielle Taste die Dynamik und auch Ein- und Ausschwingvorgänge
beeinflusst werden.
Vibrato und grosse Glissandi möglich. Verschiedene Klangfarben durch umschaltbaren Einsatz
unterschiedlicher Lautsprecher.
“Himmlische” und “höllische” Klänge. Anwendung der Ondes Martenot u.a. in "Jeanne d'Arc au Bûcher"
von Arthur Honegger, in "Turangalîla” von Olivier Messiaen und in verschiedenen Werken von Darius
Milhaud, Edgar Varèse und André Jolivet.
Trautonium
Erfinder: Friedrich Trautwein, 1930
Tonerzeugung durch Kippschwingungen von Glimmlampen. Sägezahnförmiger, d.h. obertonreicher Klang,
Anreicherung durch "Formanten" aus zwei variablen Schwingkreisen mit veränderbaren Filtern.
Vielfältige, variable Klänge.
Kompositionen u.a. von Paul Hindemith und Harald Genzmer
Erweiterung zum Mixturtrautonium durch Oskar Sala (1949). Beispiel: Parsifal-Glocken in Bayreuth
Hammond Orgel
Erfinder: Charles Laurens Hammond, 1934
Stählerne Zahnscheiben rotieren vor einem magnetischen Tonabnehmer und induzieren eine
Wechselspannung. Die Frequenz ergibt sich als Produkt aus Zähnezahl und Umdrehungsgeschwindigkeit.
Der Obertongehalt der Wechselspannung ist abhängig von der Form der Zähne. Obertöne, und damit die
Klangfarbe durch “Zugriegel” einzeln in wählbarer Lautstärke einstellbar.
Mit 91 Zahnscheiben lässt sich ein Tonumfang von über 7 1/2 Oktaven erreichen.
Tremolo und Vibratoeffekte.
Grosse Anzahl von Klangfarben verfügbar.
Imitation von traditionellen Instrumenten ist zu einem bestimmten Grad möglich.
13
Synthesizer
Erfinder: Robert Abraham Moog, 1964. Der Moog-Synthesizer hat heute kaum mehr praktische Bedeutung.
"Voltage Controlled Electronic Music Modules"
Spannungsgesteuerter Synthesizer,
Ziel von Moog: möglichst perfekte Imitation von Instrumentenklängen und Herstellung neuer Klangfarben.
Heute zwei Arten der Klangerzeugung: Elektronische Klangerzeugung und Sampling.
Elektronische Klangerzeugung: Klänge werden von der Basis her aufgebaut. Einstellbar sind Wellenform
(Kombination von Obertönen), Filter (Helligkeit des Klanges) und der Verlauf eines Einzeltones
(Hüllkurve).
Grundsätzlich sind einstellbar:
Attack: Zeitspanne zwischen dem Drücken einer Taste und dem vollen Volumen. (Einschwingvorgang)
Decay: Zeitspanne zwischen dem vollen Volumen und dem Erlöschen eines Tones bei gedrückter Taste.
(Ausschwingvorgang)
Sustain: Stationäres Volumen eines Tones
Release: Zeitspanne zwischen dem Loslassen einer Taste und dem Erlöschen eines Tones.
Ferner Vibrati und Glissandi, sowie je nach Modell noch weitere Einstellungen möglich.
Sampling: Akustisch oder elektronisch erzeugte Klänge werden aufgenommen und digital gespeichert. Sie
können im Synthesizer manipuliert werden. Beim Drücken einer Taste verwandelt sich der gespeicherte
digitale Code in ein analoges Signal und über einen Verstärker im Kopfhörer oder im Lautsprecher in Schall.
Auf diesem Prinzip beruhen elektronische Klaviere und oft auch elektronische Orgeln (mit Verwendung
gespeicherter Klänge aus wirklichen Pfeifenorgeln).
Keyboard
Tastatur mit eigener (meist einfacher) elektronischer Klangerzeugung, vor allem aber zur Steuerung von
Synthesizern durch MIDI.
MIDI
MIDI = “Musical Instrument Digital Interface” (1983)
System zur Verbindung von Keyboards mit Synthesizern und Computern. MIDI arbeitet auf bis zu 16
Kanälen und kann folgende Befehle übertragen:
Note ein - Note aus
Dynamik, generell
Vibrato
Welche Note
Dynamik, beeinflusst durch die Schnelligkeit des Anschlags
Glissando u. ä.
Noten-Schreibprogramme können durch MIDI und mit Hilfe eines entsprechend ausgerüsteteten Computers
über Lautsprecher die geschriebene Musik akustisch umsetzen. Umgekehrt können dem Schreibprogramm
Tonfolgen durch ein mit MIDI ausgerüstetes Tasteninstrument eingegeben werden.
14
Intonation und Stimmungen
Auf diesen Spezialgebieten besteht für Studierende genügend geeignete Literatur, so dass hier ein Stichwortkatalog
genügt. Bei Studierenden mit Hauptfach Cembalo und Orgel werden detailliertere Kenntnisse über Stimmungen
erwartet.
Grundlagen
Die Obertonreihe bzw. Teiltonreihe. Achtung: Grundton = 1.Teilton, 1.Oberton (Oktave) = 2.Teilton,
2.Oberton (Duodezime) = 3.Teilton. Zum Rechnen eignen sich die Zahlen der Teiltöne.
Verhältniszahlen der Saitenlängen bzw. (reziprok) der Frequenzen bei den Intervallen.
Beispiel: Oktave, Verhältnis der Saitenlängen auf dem Monochord vom unteren zum oberen Ton 2:1
Verhältnis der Frequenzen vom unteren zum oberen Ton 1:2
Logarithmisches Verhältnis zwischen Verhältniszahlen und Distanz der Töne:
Summe der Intervalldistanzen = Produkt aus Verhältniszahlen.
Beispiel: Quinte + Quarte = Oktav, 2/3 x 3/4 = ½.
Differenz der Intervalldistanzen = Quotient aus Verhältniszahlen.
Beispiel: grosse Terz - grosser Ganzton = kleiner Ganzton, 4/5 : 8/9 = 9/10
Reine Intervalle sind untereinander nicht kommensurabel:
12 reine Quinten sind um ein pythagoreisches Komma grösser als 7 Oktaven
4 reine Quinten abzüglich 2 Oktaven (dieses Intervall wird "pythagoreische Terz"genannt, s. unten bei der
pythagoreischen Stimmung) sind um ein syntonisches Komma grösser als eine reine grosse Terz
3 reine grosse Terzen sind um eine kleine Diësis kleiner als eine Oktave
4 reine kleine Terzen sind um eine grosse Diësis grösser als eine Oktave.
Das Centsystem
Um jeden Abstand von Tönen genau auszudrücken, wurde1848 von Alexander John Ellis (Phonetiker und
“Vater der musikalischen Völkerkunde” ) das Centsystem eingeführt (in den frankophonen Ländern wird ein
anderes, auf Logarithmen basierendes Mass verwendet: “Savart”. (Nach Felix Savart, 1791-1841).
Beim Centsystem wird die Oktave in 1200 Cent unterteilt.
In der gleichstufigen Stimmung (unkorrekt als sog. "gleichschwebende" Stimmung oder noch unkorrekter
als „temperierte“ Stimmung bezeichnet) entfallen also auf jeden Halbton 100 Cent.
Einige Centwerte: Reine Quinte 702 Cent, reine Grossterz 386 Cent, pythagoreische Terz 408 Cent,
syntonisches Komma 22 Cent (genauer 21 1/2 Cent), pythagoreisches Komma 24 Cent (genauer 23 1/2
Cent), kleine Diësis 41 Cent.
Intonation von Singstimmen und Melodieinstrumenten
Vgl. das im Literaturverzeichnis angegebene Buch von Doris Geller
Beim Spieler von Tasteninstrumenten werden nur Grundkenntnisse dieses Gebiets erwartet.
Unterschiede zwischen richtiger und reiner Intonation.
Beispiel bei einstimmig verwendeter Durtonleiter: Wenn von c aus g, d und f über reine Quinten erreicht
wird, das a hingegen von f aus mit reiner grosser Terz, so entsteht zwischen d und a ein Intervall, das
empfindlich falsch klingt, ist es doch immerhin um ein syntonisches Komma (22 Cent) zu klein. Bei
einstimmiger Anwendung könnte a auch als reine Quinte von d aus und e von a aus bzw. h von e aus
entstehen. Dann würden wir von pythagoreischer Stimmung sprechen. Dann wären die Töne c und e bzw. f
und a bzw. g und h kaum gleichzeitig (mehrstimmig) anwendbar, da sie als pythagoreische Terzen simultan
bereits sehr hart klingen (man erinnere sich, dass die Terz im Mittelalter noch als Dissonanz galt).
15
Bei Ensembles: Das Bestreben geht dahin, Durdreiklänge mit reinen (schwebungsfreien) Terzen und Quinten
zu intonieren. Schon kleine Abweichungen von schwebungsfreier Intonation werden als unschön
empfunden. Molldreiklänge: Man würde erwarten, dass das Gehör ebenso nach Molldreiklängen mit reinen
Intervallen strebt. Dem ist aber wegen der anderen Verhältnisse bei den Kombinationstönen nicht so: Die
kleine Terz darf einige Cent tiefer als rein intoniert werden und nur die Quinte rein. Die Toleranz des Gehörs
ist bei Molldreiklängen bereits etwas grösser. Je dissonanter Akkorde werden, umso grösser ist die
Bereitschaft des Gehörs zu Toleranz, zum „Zurechthören“. Ausgeprägt ist dies bei tritonushaltigen Akkorden
der Fall. Beispielsweise beim Dominantseptakkord wird die Terz als Leittonspannung relativ hoch intoniert
(sie kann, muss aber nicht die Grösse einer pythagoreischen Terz erreichen), die Septime als „Gleitton“
relativ niedrig (nicht jedoch als Naturseptime 4/7). Die Intonationsunterschiede zwischen der in Alter Musik
relativ niedrig zu intonierenenden Naturterz (4:5) der Dominante (s. Erörterungen in der Violinschule von
Leopold Mozart 1756 und der „Anweisung“ von Quantz 1753) und der hohen Intonation der Leittöne im 19.
Jahrhundert sind nicht nur Unterschiede der Vorlieben bestimmter historischer Epochen, sondern begründet
im Vorherrschen von reinen Dominantdreiklängen bzw. von Spannungsklängen auf der Dominante.
Im weiteren sind bei Intonationsfragen zu berücksichtigen: andere Verhältnisse bei Vibrato als bei
vibratolosem Ton, andere Verhältnisse bei Tutti als bei Solo, je nach Lage und Instrument verschiedene
Empfindlichkeit, andere Verhältnisse beim Zusammenspiel mit Tasteninstrumenten.
Stimmungen von Tasten- und von Bundinstrumenten
Im Mittelalter pythagoreische Stimmung: 11 reine Quinten, 1 Quinte ein pythagoreisches Komma zu klein.
Ab 2. Hälfte 15. Jahrhundert bis um 1700, in bestimmten Gegenden weit ins 18. Jahrhundert, ja in Italien und
Spanien bis ins 19. Jahrhundert hinein auf Tasteninstrumenten absolutes Vorherrschen der mitteltönigen
Stimmung: 8 reine grosse Terzen auf Kosten der Reinheit der Quinten (11 Quinten um 1/4 syntonisches
Komma zu klein, das 12. Intervall gis-es als „Wolf ”bezeichnet). In der Praxis gab es mancherlei
Abweichungen von mathematisch exakter Mitteltönigkeit (Viertelkomma-Mitteltönigkeit).
Zur Ausweitung der in mitteltöniger Stimmung möglichen Tonarten wurden gelegentlich „gebrochene
Obertasten“ gis/as, es/dis und weitere eingesetzt, ja die Versuche reichen bis zu 31 Tasten pro Oktave bei
Vicentino um 1600.
Auf Bundinstrumenten (Gamben, Lauten usw.) herrschte normalerweise auch in diesen Epochen
gleichstufige Stimmung (nach der 1/18-Regel), so dass das Zusammenspiel von Tasten- und
Bundinstrumenten Probleme bereitete. Bünde waren aber nicht wie bei heutigen Gitarren fest ins Griffbrett
eingelassen, sondern bestanden aus verschiebbaren Saiten, und so können wir in der Praxis auch mit
Abweichungen von der Gleichstufigkeit rechnen.
Die gleichstufige Stimmung wurde bereits von italienischen Musiktheoretikern des 16. Jahrhunderts
beschrieben und fälschlicherweise auf Aristoxenos zurückgeführt. Der holländische Mathematiker Simon
Stevin berechnete sie gegen 1600; sie geht also nicht erst auf Andreas Werckmeister zurück!
.
Für Spieler von Tasteninstrumenten wird auch die Kenntnis einiger Kompromiss-Stimmungen zwischen
mitteltöniger und gleichstufiger Stimmung im 18. Jahrhundert erwartet: Stimmungen, die es erlaubten, in
allen Tonarten zu spielen, wobei Tonarten mit keinen oder wenig Vorzeichen reiner klingen als die anderen:
z. B. Werckmeister III, Kirnberger II oder III, Neidhart (verschiedene), Vallotti u. a.
16
Das menschliche Ohr
Die einzelnen Teile des äusseren, mittleren und inneren Ohres
Empfindlichkeit des Gehörs:
ŠHörgrenzen (Frequenzen, Lautstärke)
ŠKurven gleicher Lautstärke: db, phon, db(A)
ŠDie Fähigkeit des Ohres, aus einem komplexen Klang die einzelnen
Instrumente heraushören zu können.
ŠSchwebung, Differenzton
ŠResiduum, Verdeckung
ŠUltraschall, Infraschall
ŠDas Gehör im Alter
(S. u. a. den im Literaturverzeichnis angegebenen Aufsatz von Dorothea Baumann)
Die Komponenten einer Hi-Fi-Anlage
Rückblick
Hi-Fi ist eine Abkürzung des Begriffes High-Fidelity = hohe Wiedergabetreue und stammt aus den 50er
Jahren. (20.Jh.)
Die Ablösung der zerbrechlichen Schellackplatte mit 78 UpM (Umdrehungen pro Minute) durch die
Langspielplatte aus Kunststoff mit 33 1/3, bzw. 45 UpM bedeutete an sich schon eine gewaltige, und durch
die Einführung der Stereophonie noch weitere Qualitätssteigerung. Gleichzeitig fanden auch auf der
Studioseite ständige Verbesserungen statt: Die Bandgeschwindigkeit bei der Aufnahme wurde zwar von 76,2
cm/s auf 38,1 cm/s reduziert, aber der Frequenzgang wurde durch neue Magnetköpfe und Verstärker
erweitert und die Verzerrungen vermindert. Parallel dazu wurden die Magnetbänder ebenfalls ständig
verbessert (höhere Dichte der Magnetschicht) und die Verzerrungen und das störende Rauschen vermindert.
Eine Hi-Fi Wiedergabeanlage musste nach der damaligen Definition ein Frequenzband von 20 - 20’000 Hz
bei einem maximalen Klirrfaktor von 1% übertragen können.
Die ersten bespielten MC’s (MusiCassettes/Musikkassetten) mit einer Bandgeschwindigkeit von nur noch
4,76 cm/s waren zwar schon besser als die vorangehenden Aufnahmen auf Stahldrähten, klangen aber immer
noch erbärmlich.
Zudem musste ein Weg gefunden werden, um diese in grossen Serien kostengünstig herzustellen. Ein
Überspielen von 1:1 schied aus. Folgende Lösung wurde gefunden: Das Mutterband mit der zu
überspielenden Musik lief zu einer endlosen Schleife zusammengeklebt mit einer Geschwindigkeit, die 32
mal höher war, als die Normalgeschwin-digkeit der MC. Später wurde sogar mit 64-facher Geschwindigkeit
kopiert. Mit diesen “sophisticated” (= technisch hochentwickelten) Anlagen war es einfach, einen
Frequenzgang bis 20’000 Hz zu übertragen. Störend blieb jedoch das Rauschen des Endprodukts. Mit Hilfe
des Dolby-Systems, benannt nach dem Amerikaner R. Dolby, konnte aber auch dieses Problem behoben
werden. Prinzip: Bei der Aufnahme werden die hohen Frequenzen in Abhängigkeit vom jeweiligen Pegel
(=Lautstärke) angehoben und bei der Wiedergabe entsprechend abgesenkt, wodurch auch das Bandrauschen
reduziert wird. Die MC erreichte damit durchaus Hi-Fi Qualität.
Durch die Entwicklung der digitalen CD (Compact Disc) wurden viele technische Probleme mit einem
Schlag gelöst. Die Musik wird mit einer Frequenz von 44,1 kHz, das heisst 44100 mal pro Sekunde
abgetastet und der gemessene
Wert der Amplitude in einem binären Code festgehalten. Binär heisst, es gibt nur die Ziffern 0 und 1
(Dualsystem). Diese radikale Entweder-oder-Technik ist viel leichter zu beherrschen als die möglichst
getreue, direkte Verfolgung der Schwingungsform. (Analoge Technik)
17
Beispiele:
Dezimal Binär
Dezimal Binär
Zahl (Wert)
0
1
2
3
4
5
8
10
11
16
0
1
10
11
100
101
1000
1010
1011
10000
Der Vorteil der Anwendung des binären Systems in der Elektrotechnik liegt auf der Hand:
0 = es fliesst kein Strom, oder es ist keine Spannung vorhanden
1= es fliesst ein Strom, oder es ist eine Spannung vorhanden.
Die digitalen Daten sind auf der CD als unglaublich kleine Vertiefungen, sogenannte Pits gespeichert.
Grössenvergleich: Stellt man sich die CD 1000 mal grösser vor, so wäre ihr Durchmesser 120 m. Trotzdem
wären die Pits nur 0,11 mm tief und zwischen 0,83 und 3,5 mm lang !
Ein Laserstrahl tastet beim Abspielen diese Pits ab, die sich hintereinander auf einer Spur befinden. Aus der
verschiedenartigen Reflexion des Laserstrahls bildet das System wieder “0” oder “1” und diese Signale
werden im Digital-Analog-Wandler wieder in analoge Signale umgewandelt und können einem normalen
Verstärker zugeführt werden. Tatsächlich ist der ganze Vorgang natürlich sehr viel komplizierter.
Moderne Hi-Fi Anlage
Eine moderne Aufnahme- / Wiedergabeanlage hoher Qualität besteht aus folgenden Komponenten:
Aufnahme:
Mikrophon - Analog/Digital-Wandler - digitales Aufnahmesystem (z.B. DAT, Mini Disc)
Wiedergabe:
CD Player, Mini Disc Player, DAT Gerät, - Digital/Analog-Wandler Verstärker mit: Lautstärkeregler, Balanceregler, Lautheitsregler (Loudness) Tiefen- und Höhenregler - Endverstärker - Lautsprecher (sie und die Mikrophone sind das
schwächste Glied in der Kette).
Für den Radioempfang: FM Tuner
18
3. Fragenkatalog
Bemerkungen
Die folgenden Beispiele von Prüfungsfragen sollen nicht missverstanden werden: Sie bieten weder Gewähr, dass an
der Prüfung die Fragen im gleichen Wortlaut gestellt werden, noch dass allfällig in diesem Katalog nicht erfasste
Gebiete in der Prüfung nicht drankommen können, noch dass alle Teilgebiete abgefragt werden. Es wird darauf
aufmerksam gemacht, dass in den Gebieten, die in einem engen Zusammenhang mit dem Hauptfach stehen,
detailliertere Kenntnisse erwartet werden. Solche Gebiete sind auch Bestandteil der pädagogischen Prüfung
(Kolloquium). In Klammer nach der Frage: Seitenzahl der Wegleitung
1)
Wie werden in der Akustik folgende Begriffe definiert: Der Ton (Sinuston), der Klang, die Klangfarbe? (3)
2)
Worin unterscheiden sich Geräusche von Klängen? (3, 4)
3)
Welche Wellenlänge hat ein Ton mit der Frequenz von 100 Hz? (5)
4)
Wie gross ist die Schallgeschwindigkeit in der Luft bei ca. 20° C? (4)
5)
Welche Masseinheit verwendet man für den Schalldruck? (4)
6)
Nennen Sie Beispiele von a) Longitudinalwellen und b) von Transversalwellen. (4)
7)
Warum klingen lange labiale Orgelpfeifen tiefer als kurze? (5)
8)
Weshalb ist die Stimmtonhöhe derselben Orgel in der ungeheizten, kalten Kirche niedriger, als in
der geheizten? (5)
9)
Auf welche verschiedene Art und Weise können Schallwellen reflektiert werden, wenn sich die Schallquelle
(Musikinstrument, Orchester) vor einer konkaven Wand befindet? (5/6)
10)
Was versteht man unter dem “Haas”-Effekt, welche Konsequenz für die Aufstellung von Ensembles ergibt
sich daraus? (8)
11)
Wenn eine Marschkapelle sich vom Zuhörer entfernt, wird der Klang immer leiser und undeutlicher, bis man
schliesslich nur noch tiefe Instrumente, wie z. B. die grosse Trommel hört. Warum ist dies so? (6)
12)
Definieren Sie: Diffusität eines Raumes. Durch welche baulichen Massnahmen kann sie verbessert werden?
(8)
13)
Weshalb sollte ein Ensemble höchstens 5 - 8 m entfernt von der Stirnwand eines Saales plaziert werden? (8)
14)
Wie verändert sich der Gehörseindruck für Zuhörer, welche hinter einer Säule sitzen und warum? (6)
15)
Wie wirken sich verschiedene Materialien der Begrenzungsflächen eines Raumes auf die frequenzabhängige
Nachhallzeit aus: Sandstein, Beton, Styropor, “Akustikputz”, Vorhänge, Teppiche, Kissen, schwingungsfähig
aufgehängte Gips- oder Holzdecken? (9)
16)
Wie wirkt sich viel oder wenig Publikum auf den Klang aus? (9)
17)
Warum werden unter Umständen tiefe Töne von verschiedenen Plätzen aus verschieden laut empfunden ?
Durch welche akustischen Massnahmen kann dies verhindert werden? (7)
18)
Unter welchen Umständen werden Schallwellen gebeugt? (6)
19)
Nennen Sie Beispiele von a) Höhenabsorbern, b) Mittenabsorbern und c) Tiefenabsorbern. (9)
20)
Schreiben Sie in Noten die Teiltonreihe bis zum 16. Teilton von einem bestimmten Grundton aus.
21)
Was sind Formanten? Welche Rolle spielen sie für Sänger? (4)
22)
Was ist die Eustachische Röhre? (16)
23)
Wie heissen die drei Gehörknöchelchen im Mittelohr und was ist ihre Funktion? (16)
24)
Bei welchen Schallpegeln drohen Gehörschäden? (4)
19
25)
Schreiben Sie einen gegebenen 3- bis 4-stimmigen Satz für verschiedene transponierende Instrumente.
26)
Beschreiben sie die Entwicklung des Violinbogens. (Für Nichtstreicher nur in groben Umrissen).
27)
Beschreiben Sie die wichtigsten Vorläufer Ihres Instrumentes. (Für Sänger: Entwicklung der
Gesangstechnik).
28)
Nennen Sie den tiefsten Ton und den ungefähren Tonumfang der Instrumente. (Instrument des Hauptfaches
detailliert !)
29)
Nennen Sie die Tonhöhe der leeren Saiten der Instrumente des heutigen Streichorchesters und der Gitarre.
30)
Nennen Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Gitarre, Laute und Mandoline.
31)
Worin unterscheiden sich Gambe und Violoncello?
32)
Warum überblasen Querflöten in die Oktave, Klarinetten in die Duodezime?
33)
Was wissen Sie über die Blasinstrumente mit doppeltem Rohrblatt? Welche Instrumente transponieren?
Welche historischen Instrumente gehören dazu?
34)
Wie unterscheiden sich Trompeten und Hörner des 18. und des 19. Jahrhunderts?
35)
Nennen Sie mindestens vier Holz-Selbstklinger ohne bestimmte Tonhöhe.
36)
Nennen Sie den Unterschied zwischen Pauke und grosser Trommel. In welchen Epochen der
Musikgeschichte gelangten beide Instrumente zum Einsatz?
37)
Welche elektronischen Instrumente existierten vor der Erfindung des Synthesizers? (12, 13)
38)
Was bedeutet “Sampling” beim Synthesizer? (13)
39)
Schreiben sie die Intervallverhältniszahlen folgender Intervalle auf: reine grosse Terz, reine kleine Sexte,
reine kleine Sexte, grosser Ganzton. (14)
40)
Was ist das syntonische Komma? (15)
41)
Beschreiben Sie das Prinzip der mitteltönigen Stimmung. (15)
42)
Beschreiben Sie in grossen Zügen die Funktionsweise des Ohrs.
43)
Wofür wird MIDI gebraucht? (14)
44)
Was bedeutet digitale Aufnahmespeicherung? (16/17)
45)
Was bedeutet Dolby, wie funktioniert es? (16/17)
46)
Was ist am Klang einer Glocke bemerkenswert?
47)
Welcher klangliche Effekt ist auf der Querflöte durch die Hinzufügung vieler Klappen um das Jahr 1800
entstanden?
48)
Nennen Sie ein Instrument mit Kesselmundstück und Grifflöchern.
49)
Wann wurde die Klarinette entwickelt und aus welchem Anlass?
50)
Wie funktioniert das Cembalo (in grossen Zügen)?
51)
Wie funktioniert das Clavichord (in grossen Zügen)?
52)
Nennen Sie mindestens vier Holz-Selbstklinger mit unbestimmter Tonhöhe.
53)
Beschreiben Sie in grossen Zügen die Funktionsweise der Stimmbänder beim Singen.
54)
Was ist eine Viola d’amore?
55)
Was ist eine Oboe d’amore?
20
4. Kleines Literaturverzeichnis
BAUMANN, Dorothea. Können wir unseren Ohren trauen? Hörerfahrung und Messresultate müssen sich ergänzen.
In: Schweizer Musikzeitung Nr. 1, 1998, S. 3-9.
Vgl. auch die entsprechenden Artikel in der neuen Enzyklopädie „Musik in Geschichte und Gegenwart“ MGG2,
Sachteil, Bd. 1, 1994 bis Bd. 9, 1998.
BILLETER, Bernhard. Anweisung zum Stimmen von Tasteninstrumenten in verschiedenen Temperaturen. Berlin,
Kassel: Merseburger 1979, 31989.
BRINER, Ermanno. Reclams Musikinstrumentenführer. Stuttgart: Reclam, 1988, 31998.
Umfang- und detailreich, trotzdem billig; sehr zu empfehlen, weil die akustischen Hintergründe didaktisch
geschickt dargestellt sind. Kleine Abbildungen.
BRÜDERLIN, René. Akustik für Musiker. Regensburg: bosse musik paperback, 31995.
Akustisches Grundwissen, gut für musikinteressierte Laien, etwas wenig für professionelle Musiker.
DICKREITER, Michael. Musikinstrumente. Kassel [etc.]: Bärenreiter, 51998.
Etwas von allem, aber etwas wenig für professionelle Musiker. Kleine Abbildungen. Als Ergänzung dazu über das
jeweils eigene Instrument.
GELLER, Doris. Praktische Intonationslehre für Instrumentalisten und Sänger. Kassel [etc.]: Bärenreiter, 1997. Mit
Übungsteil. Dazu eine CD mit 60 Hörbeispielen. Zu empfehlen!
HALL, Donald E. Musikalische Akustik. Ein Handbuch. Mainz: Schott, 1997. Übersetzung aus dem Englischen. Mit
Übungsaufgaben. Vgl. die Seitenangaben im Stichwortverzeichnis auf S. 1 und 2.
MEYER, Jürgen. Akustik und musikalische Aufführungspraxis. Frankfurt a.M.: Verlag Erwin Bochinsky, 31995.
Ausgezeichnet in seiner Praxisbezogenheit, viel über die Akustik der Instrumente, aber teuer (gehört in die Hand
der Theorielehrer). Vgl. die Seitenangaben im Stichwortverzeichnis auf S. 1 und 2.
NEUKOM, Martin. Beispielsammlung zur Akustik. Broschüre mit CD.
Erhältlich beim Autor: Rebmoosweg 91, 5200 Brugg.
PIERCE, John. Klang: Musik mit den Ohren der Physik. Heidelberg [etc.], 1989.
Übersetzung aus dem Englischen, mit dem angelsächsischen Sinn für Praxisbezogenheit.
REUTER, Christoph. Der Einschwingvorgang nicht-perkussiver Musikinstrumente. Frankfurt a.M.:
Peter Lang,, 1995. Alles über Formanten!
RUSCHKOWSKI, André. Elektronische Klänge und musikalische Entdeckungen. Stuttgart: Reclam, 1998.
WETTSTEIN, Peter. Grundlagen der Akustik für Musiker. 41994, Selbstverlag, Florhofgasse 6, 8001 Zürich. Sehr
konzentriert, geeignet als Ergänzung zum mündlichen Unterricht.
WINKLER, Gernot. Tonaufzeichnung digital. Aachen: Elektor Verlag, 1990.
Auch für technische Laien gut verständlich.
Unsere Musikinstrumente. Buchreihe. Ursprünglich im Hallwag Verlag, jetzt Schott:
Klaus Wolters: Das Klavier. Friedrich Jakob: Die Orgel. Eduard Melkus: Die Violine. Raymond Meylan: Die
Flöte. Gunther Joppig: Oboe & Fagott. Edward Tarr: Die Trompete. Bernhard Brüchle und Kurt Janetzky: Das
Horn. Peter Päffgen: Die Gitarre. Christoph Wagner: Das Akkordeon. Friedrich Jakob: Das Schlagzeug. Ernst
Häfliger: Die Singstimme.
Oktober 2005