Klang und harmonische Obertöne

Klang und harmonische Obertöne

Hast du dich schon einmal gefragt, warum eine Gitarre anders klingt als ein Klavier, auch wenn beide das gleiche Lied spielen? Oder warum die Stimme eines Menschen so unverwechselbar ist? All das ist auf das Zusammenspiel von Klang und harmonischen Obertönen zurückzuführen. In diesem Text werden wir uns genau damit beschäftigen und herausfinden, was für eine Rolle diese Phänomene in der Musik und in unserem Alltag spielen.

Was ist ein Klang?

Ein Klang ist eine Überlagerung mehrerer Töne. Das können verschiedene gleich laute Töne sein oder ein bestimmter Grundton und mehrere dazugehörige Obertöne. Der Grundton ist die tiefste und stärkste Frequenz, die den Hauptton eines solchen Klangs ausmacht. Die Obertöne sind höhere Frequenzen, die gleichzeitig mit dem Grundton mitschwingen. Diese Obertöne sind harmonische Vielfache des Grundtons. Das bedeutet, dass ihre Frequenzen ganzzahlige Vielfache der Frequenz des Grundtons sind.

Die Sinuskurve und ihre Frequenz

Um den Zusammenhang zwischen Klang und Obertönen zu verstehen, müssen wir uns zunächst mit der Sinuskurve und ihrer Frequenz beschäftigen. Eine Sinuskurve ist eine mathematische Darstellung einer Schwingung. In der Musik beschreibt sie, wie sich der Luftdruck über die Zeit verändert, wenn ein Ton erzeugt wird – diese Schwingung nennt man Schall bzw. Schallwellen.

Ein Ton mit einer Frequenz von $\pu{440 Hz}$, auch bekannt als der Kammerton a’, entspricht also $440$ Schwingungen pro Sekunde.
In der folgenden Abbildung ist dargestellt, wie die Frequenz mit der Tonhöhe zusammenhängt:

Ein hoher Ton hat eine große (hohe) Frequenz und ein tiefer Ton hat eine kleine (niedrige) Frequenz.

Das Obertonspektrum

Das Obertonspektrum eines Klangs umfasst alle Frequenzen (und damit alle Töne), die in diesem Klang enthalten sind. Jeder Oberton trägt zur Gesamtheit des Klangs bei und verleiht ihm seine spezifische Klangfarbe. Die Klangfarbe unterscheidet beispielsweise ein Klavier von einer Gitarre, auch wenn beide die gleiche Note spielen, die zum Kammerton a’ $\left(\pu{440 Hz} \right)$ gehört. Das liegt daran, dass bei verschiedenen Instrumenten die Obertöne unterschiedlich stark mitschwingen – manche stärker bei dem einen und weniger stark bei dem anderen.

Die Bedeutung von Obertönen für die Harmonie

In der Musik spielen Obertöne eine zentrale Rolle für die Harmonie. Wenn mehrere Töne gleichzeitig erklingen, überlagern sich die Obertöne und beeinflussen, wie angenehm oder dissonant (auch: disharmonisch) ein Akkord klingt. Harmonische Obertöne sind daher essenziell für die Bildung von Akkorden und die musikalische Stimmung.

Um die Obertöne als ganzzahlige Vielfache des Grundtons verstehen zu können, müssen wir uns zuerst ansehen, in welchem Verhältnis die verschiedenen Intervalle jeweils zur Grundfrequenz stehen:

Sehen wir uns nun an, welche Intervalle den Obertönen entsprechen, die ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz von c’ sind:

Du siehst, die Obertöne treten in einer bestimmten Kombination von Intervallen auf – das ist die Obertonreihe. Die Töne dieser Intervalle schwingen immer mit, wenn ein bestimmter Grundton gespielt wird.

Die Reihe geht noch weiter, aber mit den letzten drei Tönen, die wir hier dargestellt haben, lässt sich bereits der C-Dur-Dreiklang bilden. Das erklärt auch, warum Durdreiklänge für uns so harmonisch klingen – sie ergeben sich ganz natürlich aus den stärksten Obertönen.
Wie stark ein Oberton erklingt, hängt von dem tonerzeugenden Instrument ab – deswegen klingen verschiedene Instrumente unterschiedlich. Grundsätzlich klingen jedoch die ersten Obertöne mit den niedrigeren Frequenzen deutlich stärker als die höheren, die weiter hinten in der Reihe folgen.
Der Grundton klingt dabei meist so stark, dass wir hauptsächlich diesen als einzelnen Ton wahrnehmen, obwohl es sich eigentlich immer um einen Klang – einen Zusammenklang mehrerer Töne – handelt.

Klangfarben der Musikinstrumente

Die Klangfarbe eines Musikinstruments wird durch die spezifische Zusammensetzung und Intensität seiner Obertöne bestimmt. Verschiedene Instrumente erzeugen unterschiedlich ausgeprägte Obertonspektren, weshalb sie so einzigartig klingen. Sehen wir uns ein paar Beispiele an:

• Das Klavier erzeugt klare und gut definierte Obertöne, die dem Klang eine volle und reiche Qualität verleihen.
• Die Gitarre hat oft stärkere mittlere Obertöne, was zu einem warmen und resonanten Klang führt.
• Die Violine produziert viele starke hohe Obertöne, die den Klang hell und brillant machen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Klang und harmonische Obertöne