Klang, auf englisch: Sound

Allgemeines über Klänge

Ein Klang ist zunächst einmal ein akustisches Signal, also eine akustische Botschaft. Diese Botschaft hat eine (physikalische) Sprache, einen Boten, und muß vom menschlichen Gehör übersetzt und verstanden werden. Als Bote dient hierbei der Schall, der sich im Medium Luft ausbreitet, und die "Sprachregelungen" werden in der Akustik behandelt. Die Akustik ist die Lehre vom Schall und ein Teilgebiet der Physik. Die Botschaft des akustischen Signals empfängt unser Ohr (stark verfälscht), und unser Gehirn entschlüsselt diese als Geräusch, Sprache und Musik.

Schall, als Physik der Klangübertragung

Physikalisch gesehen ist ein Klang eine mehr oder weniger regelmäßige Luftdruckschwankung. Von einem gewissen Zeitpunkt an und während einer bestimmten Dauer startet sie von einer Quelle (einem Instrument oder Lautsprecher) ...und breitet sich in der Luft als Wellenzug aus. Dieser wird ... vom Hörer als Luftdruckschwankung mit dem Ohr wahrgenommen . Dieser Wellenzug nennt sich Schallwelle, denn unter Schall verstehen wir alles, was mit dem menschlichen Hörorgan wahrgenommen werden kann. Schall wird immer durch eine mechanische Schwingung hervorgerufen, d.h. es wird immer etwas bewegt.
Synthesizer produzieren in der Regel nur elektrische Schwingungen (Audio-Signale), diese werden aber später (in einem Kopfhörer- oder Leistungsverstärker) verstärkt und durch einen Lautsprecher in eine entsprechende mechanische Schwingung umgewandelt. Ein Gerät, das Schwingungen erzeugt, die in Schallwellen umgesetzt werden, nennt sich Schall- oder Klangquelle (englisch: Sound Source ).
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Klangfarbe, Obertöne und Harmonische

Ein einzelner Klang besteht aus einem Grundton und diversen Obertönen, auch Teiltöne oder Partialtöne genannt. Ein einzelner Ton hat die Schwingungsform Sinus und alles, was man umgangssprachlich als Ton bezeichnet, ist eigentlich ein Zusammenspiel mehrer Sinus-Töne, nämlich dem Grundton und den Obertönen, und damit ein Klang. Zum Glück kommen Sinustöne fast nur in Büchern über Musik oder Psychologie, in Akustiklabors und manchmal auch bei schlechten Synthesizern vor , in der Natur jedenfalls nicht einzeln.

   Bei Klängen, denen wir eine musikalische Tonhöhe zuordnen, schwingen die Obertöne mit ganzzahligen Vielfachen des Grundtones, d.h. sie haben die doppelte, dreifache, vierfache usw. Frequenz des Grundtones. Diese "ganzzahlige" Reihe nennt sich die natürliche Obertonreihe (Obertonserie), und ein Teilton dieser Reihe heißt in der Musik eine Harmonische.

   Die Tonhöhe (englisch: pitch),die unser Ohr einem Klang zuordnet, entspricht dabei der Frequenz des Grundtones. Dabei muß dieser gar nicht unbedingt wirklich ertönen, denn aus den Frequenz-Verhältnissen der Obertöne kann unser Gehör einen fehlenden Grundton errechnen! Das menschliche Gehör braucht ungefähr eine viertel Sekunde, um die Tonhöhe eines Klanges zu ermitteln. Alle Klänge, die kürzer dauern, oder deren Obertongemisch nicht "ganzzahlig" ist, werden als Geräusch wahrgenommen.
   Die einzelnen Ton-Schwingungen addieren sich dabei zu komplexeren Schwingungs- (oder umgangssprachlich auch falsch: Wellen-)formen. Das Lautstärkeverhältnis der einzelnen Obertöne bestimmt dabei die Klangfarbe, oder anders ausgedrückt, der Charakter des Klanges ergibt sich aus seinem Obetongehalt. Klänge wirken hell oder gar schrill, wenn die hohen Frequenzkomponenten oder Partialtöne stärker vertreten sind als die niedrigen. Dominieren umgekehrt die tiefen Partialtöne, so wirkt die Klangfarbe eher dumpf und dunkel.

Dynamik des Klanges

Ein Klang verändert sich mit der Zeit, er ist nicht statisch, sondern dynamisch. Das bedeutet, die Anteile (Amplituden) der einzelnen Obertöne am Gesamtklang verändern sich auch ständig. Diese Veränderung ist in der sogenannten Einschwingphase (englisch: Attack) am stärksten und wird vom menschlichen Gehör am stärksten zur Erkennung eines Klanges ausgewertet.
Das Verhältnis der Obertöne verändert sich außerdem in Abhängigkeit der Tonhöhe, weil einzelne Komponenten des Instrumentengehäuses mitschwingen (resonieren).
Eine Dynamik des Klanges ist für uns auch deswegen von Bedeutung, weil generell alle Reize dem sogenannten Ermüdungseffekt unterliegen. Dieser bewirkt, daß alle gleichbleibenden, also statischen Reize nach kurzer Zeit nicht mehr wahrgenommen werden.

Wie hören wir den Klang?

Unser Ohr verfälscht den physikalischen Klang

Durch die besondere "Bauform" unseres Ohres werden physikalisch ähnliche Klänge völlig unterschiedlich wahrgenommen. So haben wir z.B. den Eindruck, daß bei gleicher physikalischer Lautstärke Töne, die 4000 mal in der Sekunde (4000Hz) schwingen, am lautesten sind, man sagt: die größte Lautheit besitzen. Das Ohr verfälscht also den physikalischen Klang. Eine spezielle Art der Bewertung des Klanges durch unser Gehör bietet auch Vorteile, denn wir können räumlich (dreidimensional) hören, obwohl wir nur zwei Ohren haben. Die räumliche Ortung funktioniert allerdings nur für Schwingungen über 300Hz.

Klangverarbeitung im Gehirn

Neben der bauartbedingten Verfälschung des physikalischen Klanges durch das Ohr, interpretiert unser Gehirn alle vom Ohr kommenden Signale. Das Gehirn bewertet und sortiert die akustischen Signale nach bekannten Merkmalen um.Es geht hier grundsätzlich um die Tatsache, daß wir nicht physikalische Klänge wahrnehmen, sondern Klassen von unterscheidbaren Klängen... . So gelingt es uns auch Klänge zu erkennen, denen bestimmte Informationen fehlen oder verlorengegangen sind. Ein schlechtes Transistorradio hat z.B. einen Lautsprecher, der die tiefen Töne gar nicht überträgt, und trotzdem könnten wir ein Cello oder einen Kontrabass heraushören. Wir hören also Klänge danach, wie unser Gehirn sie interpretiert, und nicht wie sie physikalisch aufgebaut sind.

Hörschwelle

Unser Gehör ist nicht in der Lage alle Schwingungen wahrzunehmen. Schwingungen mit kleinerer Frequenz als 16Hz liegen außerhalb des hörbaren Bereichs, sie liegen unterhalb der Hörschwelle. Die Grenze für hohe Frequenzen hängt vom Alter (und Gesundheitszustandes des Gehörs) ab und reicht bei jungen Menschen bis ca. 19000Hz. Menschen hohen Alters können sich über ein Hörvermögen bis 12000Hz glücklich schätzen.

"musikalische" Geräusche

Auch Geräusche besitzen einen charakteristischen Verlauf der (nicht "ganzzahligen") Teiltöne, und spielen bei der Erkennung von Klängen durch unser Gehör eine wichtige Rolle. Das Anblasgeräusch von Blasinstrumenten, das Geräusch der Klappen bei Klarinetten, oder das typische Geräusch beim Rutschen mit den Fingern über eine Gitarrensaite wird von unserem Gehör sofort identifiziert, selbst wenn danach gar kein "Ton" gespielt wird. Percussions-Instrumente erzeugen fast ausschließlich Geräusche, und werden nur durch den für sie charakteristischen Verlauf des Schwingungsgemisches erkannt.