Teilthema: Klangfarbe

Einführende Informationen

Mit geeigneten Versuchsaufbauten kann man zeigen, dass eine Saite eines Musikinstrumentes nicht mit beliebigen Frequenzen schwingen kann, sondern dass nur bestimmte Frequenzen möglich sind, nämlich die sogenannte Grundfrequenz, die wir als Tonhöhe wahrnehmen, und Vielfache davon. Stimmt man eine Saite auf den Kammerton a (440 Hz), so sind also nur Schwingungen mit den Frequenzen 440 Hz, 880 Hz, 1320 Hz, 1760 Hz usw. möglich. In der Musik spricht man vom Grundton (im Beispiel: 440 Hz) und den Obertönen (auch: Partialtönen). Schlägt man die Saite an, überlagern sich die verschiedenen Einzelschwingungen zu einer resultierenden Schwingung. Unser Ohr bzw. Gehirn nimmt im Allgemeinen nicht die einzelnen Schwingungsanteile wahr, sondern verschmilzt sie zu einem Klangeindruck, der Klangfarbe, die es uns beispielsweise gestattet, einen Klavier- von einem Gitarrenklang unterscheiden zu können, obwohl beide ein 'a' spielen.

Mit CoolEdit kann man eine sogenannte Fourier-Analyse durchführen, das heißt: Das Programm kann die Einzelschwingungen, aus denen der Klang besteht, zurückgewinnen und sie graphisch in Form eines Klangspektrums darstellen. Im Folgenden sollen verschiedene Klangspektren aufgenommen und gedeutet werden. Außerdem sollen neue Klangfarben generiert werden. Dies ist die prinzipielle Funktionsweise eines Synthesizers.

Aufgaben

1. Zeichnen Sie den Klang einer Stimmgabel (Physiksammlung) mit CoolEdit auf. Führen Sie dann eine Frequenzanalyse durch, indem Sie das Fenster Analyze -> Frequency Analysis öffnen und sich das Klangspektrum darstellen lassen. Das Messbeispiel zeigt, wie man das Analysefenster benutzt. Es sollte "FFT-Size" auf dem größtmöglichen Wert stehen, und "Linear View" sollte abgeschaltet sein. Was wird auf der x-, was auf der y-Achse dargestellt? Wie sieht das Klangspektrum einer Stimmgabel aus?
2. Lassen Sie verschiedene Instrumente jeweils den selben Ton spielen (evt. auch einmal laut, einmal leise) und zeichnen Sie den Klang auf. (Sollte es nicht möglich sein, selbst Aufnahmen zu machen, können Sie die beigefügte Datei vierinstrumente.mp3 benutzen.) Wie sieht das Klangspektrum bei "harten" Klängen (z.B. Blechbläser) aus, wie bei "weichen" Klängen (z.B. Flöte) ? Was geschieht, wenn man reine Percussion-Instrumente (Drum, Rassel) untersucht? Versuchen Sie, zu lernen, wie man verschiedene Instrumente an ihrem Spektrum erkennen kann. Führen Sie evt. im Rahmen Ihres Vortrages ein "Instrumentenquiz" durch.
3. Spielt man auf einem Instrument einen Ton, so läuft zunächst ein Einschwingvorgang ab, der dann in den "eigentlichen" Klang übergeht. Dieser Einschwingvorgang ist charakteristisch für das jeweilige Instrument. Schneiden Sie mit CoolEdit den Einschwingvorgang ab und untersuchen Sie, ob man das Instrument dann immer noch erkennt.
4. Erzeugt man (in Umkehrung der Klanganalyse) aus der Überlagerung einzelner Schwingungen einen zusammengesetzten Klang, so spricht man von einer (Fourier-) Synthese. In Synthesizern wird dieses Verfahren benutzt, um natürliche Musikinstrumente nachzuahmen oder um ganz neue Klänge zu erzeugen. Mit dem Menüpunkt Generate -> Tones kann man CoolEdit zum Synthesizer machen und Klangspektren einfach mit Hilfe von Schiebereglern einstellen. Versuchen Sie, mit CoolEdit ein Musikinstrument nachzuahmen oder interessante Klänge zu erfinden.