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Beispiel: Eine Gitarrensaite

Lassen Sie uns zur Verdeutlichung die Saite einer Gitarre betrachten.

Sobald ein Finger eine Gitarrensaite zupft, beginnt die ganze Saite mit einer bestimmten Geschwindigkeit hin und her zu schwingen. Diese Geschwindigkeit wird als Frequenz der Vibration bezeichnet. Da eine einzelne Hin-/Herbewegung Schwingung genannt wird, verwenden wir ein Frequenzmaß namens Schwingungen pro Sekunde. Diese Maßeinheit heißt auch Hertz (abgekürzt Hz). Da Objekte oft sehr schnell schwingen – die Frequenz also sehr hoch ist –, wird sie oft in tausend Schwingungen pro Sekunde oder Kilohertz (abgekürzt kHz) angegeben.

Den Weg, den eine schwingende Saite zurücklegt, nennt man Auslenkung. Sie ist proportional zur Stärke, mit der die Saite gezupft wird. Eine größere Auslenkung führt zu einem lauteren Klang.

Die Auslenkung ändert sich, während die Saite ausschwingt, wie Sie hier sehen:

Das mit „A“ bezeichnete Segment zeigt, wie die Saite beim Anschlag ausgelenkt wird. Bei „B“ schwingt sie zurück in ihre Ausgangslage, bei „C“ hat sie sich über den Nullpunkt hinaus in die andere Richtung bewegt und bei „D“ schwingt sie wieder zum Ausgangspunkt zurück. Diese Schwingung wiederholt sich, bis die Reibung der Luftmoleküle die Schwingung der Saite gedämpft hat. Während die Saite hin- und herschwingt, werden auch die angrenzenden Luftmoleküle in Schwingung versetzt. Die Schwingungen der Luftmoleküle breiten sich durch die Luft in Form von Schallwellen aus. Sobald die Schwingungen in Ihrem Ohr auf das Trommelfell treffen, wird dieses seinerseits in Schwingung versetzt, und Sie hören den Klang. Entsprechend versetzt die schwingende Luft die Membran eines Mikrofons in Bewegung, woraufhin dieses ein elektrisches Signal erzeugt.

Damit Menschen einen Klang hören können, muss die Schwingungsfrequenz mindestens 20 Hz betragen. Die höchste Frequenz, die Menschen hören können, liegt bei Neugeborenen bei etwa 20 kHz und nimmt im Laufe des Lebens ab, so dass die höchste hörbare Frequenz dann eher bei 15 oder 17 kHz liegt. Tiere oder Mikrofone erfassen gegebenenfalls einen anderen Frequenzumfang.

Wenn die einfache Hin-/Herbewegung der Saite das einzige Phänomen bei der Erzeugung eines Klangs wäre, würden alle Saiteninstrumente vermutlich ziemlich ähnlich klingen. Natürlich ist das nicht so – so einfach sind die physikalischen Gesetzmäßigkeiten nicht. Die Saite schwingt beispielsweise nicht nur in ihrer ganzen Länge, sondern auch in der halben Länge, bei einem Drittel, einem Viertel, einem Fünftel und so weiter. Diese zusätzlichen Schwingungen (Obertöne) erfolgen schneller als die Originalschwingung (Grundton), sind aber normalerweise schwächer. Unser Ohr nimmt jedoch die verschiedenen Schwingungsfrequenzen nicht einzeln wahr. Wenn dies der Fall wäre, würden wir das Schwingen einer einzigen Saite als mehrstimmigen Akkord hören. Die Schwingungen bilden vielmehr einen komplexen Klang, den wir als einzelnen Ton wahrnehmen.

Diese zusammengesetzte Wellenform ist immer noch nicht alles, was für den unterschiedlichen Klang von Instrumenten verantwortlich ist. Saiteninstrumente beispielsweise besitzen normalerweise einen Resonanzkörper. Im Falle einer Gitarre handelt es sich um einen Hohlkörper aus Holz (den Korpus), auf dem die Saiten befestigt sind. Dieser hat einen entscheidenden Einfluss auf den Klang einer Gitarre, da er einige der von der Saite erzeugten Schwingungen verstärkt und andere abschwächt. Das, was wir als Klang einer Gitarre kennen, ist also ein Zusammenwirken der verschiedenen, von den Saiten erzeugten Schwingungen unter dem Einfluss des Resonanzkörpers.

 

Siehe:

Grundlagen zu digitalen Audiodaten