Instrumententechnische Tonerzeugung und verschiedene Einflüsse auf die Stimmtonhöhe

  • Die Schallwelle kann aber nur im Zusammenspiel mit dem umgebenden Medium zustande kommen (im Vakuum gibt es ja keinen Schall), da die Energie ja abgegeben werden muss. Ist das Medium anders beschaffen als Luft (z.B. Helium), dann ändert sich die Schallgeschwindigkeit und damit automatisch die Frequenz, da die Wellenlänge unveränderlich ist

    Exakt. Und beim Übergang wieder in Luft (den Effekt nennt man Brechung= Übergang von einem Medium in ein anderes wie Helium zu Luft), wird die Wellenlänge kleiner, aber fürs Hören gilt nun mal die Frequenz.

    Und es beantwortet auch obige Beobachtung.

    Bei den Bläsern ist die Tonhöhe abhängig von der Temperatur. Dadurch schaukelt sich die Stimmung im Lauf eines Konzerts oder einer Oper gern um einige Hertz hoch.

    Wird es wärmer, wird die Schallgeschwindigkeit der Luft höher. Ein Blasinstrument erzeugt aber immer (Ausdehnung von Metall ist vernachlässigbar) Signale derselben Wellenlängen. Nach C=l*f wird also f größer und die Bläserstimmung wird höher.

    Bei Saiten ist der Effekt viel geringer. Der Ausdehungskoeffizient von Stahl liegt bei 10^-6 pro Grad. Bei Temperaturschwankungen von 10 Grad sind das man gerade 1/100.000 oder 0,001%
    Bei Darmsaiten ist der Koeffizient im 10^-5 Bereich.
    Sprich die Ausdehnung der Saiten oder des Instrumentes an sich spielt bei Temperaturerhöhung keine Rolle.

    Dagegen Luft: Bei 20° sind es 343 m/s, bei 30° schon 350 m/s also ca. 2% mehr.

    Beispiele
    a) Die dicke E-Saite einer Guitarre ist eingespannt ca. 80 cm lang und soll ca. 82,41 Hz gerundet zum besseren rechnen auf 80 Hz als tiefsten Ton haben. Das bedeutet, da ne halbe Welle 80cm lang ist: L = 1,6m.
    Damit breitet sich die Welle auf der Saite mit 80*1,6m/s= 144 m/s aus.
    In der Luft dann mit 340 m/s (20°), damit wird die Wellenlänge somit auf mehr als 4m verlängert. Die Frequenz bleibt ja gleich.

    b) Eine Posaune wird mit 82 Hz als tiefsten Ton angegeben, also ähnlich der E-Saite.
    Betrachten wir Luft von 20°. Dann ist die Wellenlänge, die die Geometrie der Posaune hergibt (Offen = viertel der Wellenlänge) ca. 4,2m.

    Nun erwärmt sich die Luft und die Schallgeschwindigkeit erhöht sich um 2%, Dann kommt die Posaune so auf 83,6Hz, bei der Stahlsaite sind es 1/1000%, also kaum messbar.

    Legt man bei beiden 440 Hz als Grundton an, dann passiert bei Erhöhung der Temperatur bei der Saite aus Stahl wiederum nix, aber die Posaune tönt auf einmal mit 452 Hz. Da dürfte man schon hören können.

    So, dass sollte genügen.
    Gruß aus Kiel

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Allerdings spielt die Baumform des Blasinstruments (konisch (Oboe), zylindrisch (Klarinette)) eine weitere Rolle. Eine Klarinette ist etwa gleich lang wie eine Oboe, geht aber fast eine Oktave tiefer.

    Danke für den Tipp.
    Die Klarinette wirkt wie ein einseitig verschlossenes Rohr --> die größte Wellenlänge = 4-mal Klarinettenlänge. (siehe Beiträge von mir oben)
    Die Oboe ist per Konstruktion ein beidseitiges offenes Rohr, was bedeutet, dass die größte Wellenlänge 2-mal Baulänge ist.
    Daher die Oktave.
    Es ist einfach nur Physik.
    Gruß aus Kiel

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Die Oboe ist per Konstruktion ein beidseitiges offenes Rohr

    Das verstehe ich nicht. Sie hat ja ein noch kleineres Mundstück als die Klarinette. Okay, bei der Klarinette wird die Luftzufuhr immer ganz kurz unterbrochen, wenn das Blatt das Mundstück ganz schließt. Aber das dürfte doch bei der Oboe ähnlich sein, oder nicht? Wo liegt da der Unterschied?

    maticus

    Social media is the toilet of the internet. --- Lady Gaga

    Ich lieb‘ den Schlaf, doch mehr noch: Stein zu sein.
    Wenn ringsum nur Schande herrscht und nur Zerstören,
    so heißt mein Glück: nicht sehen und nicht hören.
    Drum leise, Freund, lass mich im Schlaf allein.
                       --- Michelangelo Buonarroti (dt. Nachdicht. J. Morgener)

  • Wo liegt da der Unterschied?

    Zitat von Wiki

    Das eine Rohrende wäre zwar eigentlich durch das Doppelrohrblatt geschlossen, aber die Konizität der Bohrung lässt es wie ein offenes Ende wirken – und hierin besteht auch der wesentliche Unterschied zur Klarinette, deren Bohrung zylindrisch ist. Im tiefen Register befindet sich daher bei der Oboe die Hälfte der Wellenlänge im Rohr, mit einem Druckknoten in der Mitte

    Gruß aus Kiel

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Okay. (Auch wenn ich es nicht verstehe. Ich dachte, die Konizität geht irgendwie anders ein. Aber na gut.)

    maticus

    Social media is the toilet of the internet. --- Lady Gaga

    Ich lieb‘ den Schlaf, doch mehr noch: Stein zu sein.
    Wenn ringsum nur Schande herrscht und nur Zerstören,
    so heißt mein Glück: nicht sehen und nicht hören.
    Drum leise, Freund, lass mich im Schlaf allein.
                       --- Michelangelo Buonarroti (dt. Nachdicht. J. Morgener)

  • So, dass sollte genügen.


    so kann ich voll zustimmen. Kann sein, daß es tatsächlich alles Mißverständnisse in Hinblick darauf waren, von wessen Wellenlänge, welcher "Unveränderlichkeit", welcher "Änderung der Frequenz", welcher Schallgeschwindigkeit jeweils die Rede war.

    Ungeklärt bleiben für mich weiterhin die Verhältnisse bei der menschl. Stimme - welche Rolle spielen die Stimmlippen, welche die Luftröhre?

    Welche Faktoren bestimmen die Frequenz, mit der die Stimmlippen schwingen? Welche die Frequenz, mit der die Luft in der Luftröhre schwingt.

    ---
    Es wäre lächerlich anzunehmen, daß das, was alle, die die Sache kennen, daran sehen, von dem Künstler allein nicht gesehen worden wäre.
    (J. Chr. Lobe, Fliegende Blätter für Musik, 1855, Bd. 1, S. 24).


    Wenn du größer wirst, verkehre mehr mit Partituren als mit Virtuosen.
    (Schumann, Musikalische Haus- und Lebensregeln).

  • Welche Faktoren bestimmen die Frequenz, mit der die Stimmlippen schwingen? Welche die Frequenz, mit der die Luft in der Luftröhre schwingt.

    Das wäre mit Anatomie zu erklären.
    Gehe bitte davon aus, dass Dein Stimmapparat eine Art Oszillator ist, der aufgrund seiner Bauart befähigt ist, bestimmte Wellenlängen (NICHT FREQUENZEN) zu erzeugen, aus denen sich über die Schallgeschwindigkeit des umgebenden Medium die Frequenzen ergeben.
    Für Luft ist es das bekannte Verhalten, bei anderen Gasen im Sprechzentrum (Helium etc.) bleibt es bei den bestimmten Wellenlängen, nur aufgrund der besagten Gleichung C=f*L entstehen andere Frequenzen.
    Gruß aus Kiel

    PS. Wenn Du es kompliziert haben willst: "Fourieranalyse". Aber heuristische Betrachtungen sollten eigentlich genügen.
    PPS. Es war/ist ein Riesenspaß, mich mal wieder in die Grundlagen der Akkustik zu begeben. Danke für die Fragestellungen.

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Das wäre mit Anatomie zu erklären.
    Gehe bitte davon aus, dass Dein Stimmapparat eine Art Oszillator ist, der aufgrund seiner Bauart befähigt ist, bestimmte Wellenlängen zu erzeugen, aus denen sich die Frequenzen ergeben.

    ich meine jetzt nicht sämtliche physiologischen Einzelfaktoren, sondern das wesentliche funktionelle Zusammenspiel von Stimmlippen und Luftröhre. Sind die Schwingungen der Stimmlippen im wesentlichen durch deren jeweilige Beschaffenheit (wie Länge, Anspannung und was sonst), also durch die den Stimmlippen eigene Frequenz (was wäre da die Schallgeschwindigkeit und die "Wellenlänge?") bestimmt, und die Schwingungen in der Röhre im wesentlichen passiv von den Stimmlippen angeregt? Oder (dafür spräche das Helium-Experiment) gibt es eine Rückkoppelung von Luftrohr und Stimmlippen?

    ich denke, das sind Fragen noch diesseits der physiologischen Einzelfaktoren.

    Vielleicht berührt es aber die Frage, wie die Anregung der Stimmlippen zu "Schwingungen" (es kommt dabei ja wohl auf eine periodischen Schließung-Öffnung an), also wie die Anregung der Stimmlippen vonstatten geht.

    Für Luft ist es das bekannte Verhalten, bei anderen Gasen im Sprechzentrum (Helium etc.) bleibt es bei den bestimmten Wellenlängen, nur aufgrund der besagten Gleichung C=f*L entstehen andere Frequenzen.

    wessen und wodurch bestimmte Wellenlängen?

    ---
    Es wäre lächerlich anzunehmen, daß das, was alle, die die Sache kennen, daran sehen, von dem Künstler allein nicht gesehen worden wäre.
    (J. Chr. Lobe, Fliegende Blätter für Musik, 1855, Bd. 1, S. 24).


    Wenn du größer wirst, verkehre mehr mit Partituren als mit Virtuosen.
    (Schumann, Musikalische Haus- und Lebensregeln).

  • Hallo Freunde,

    Bei der Mickymaussstimme seid ihr leider noch auf der falschen Fährte. Ebenso alle Suchmaschinentreffer, die ich auf die Schnelle angeklickt habe. Dazu vorerst eine kleine Gehör-/Denkaufgabe:

    Bei Thomas Gottschalk singt Lionel Richie mit Heliumstimme "Hello":
    http://helium-kauf.de/das-hat-es-mit…timme-auf-sich/

    Zum Vergleich das Original:
    https://www.youtube.com/watch?v=EguL9IWo6yU

    Wem fällt auf, warum die bisher genannten Erklärung nicht stimmen können?

    Khampan

  • Mal trivial gesprpchen:
    Du sagst in normaler Luft den Satz "Ich bin der Zabki" und läßt ein Wellenlängenspektrum Deiner Stimme aufzeichnen. Parallel dazu gibt es ein Frequenzspektrum.
    Dann wiederholst Du den Satz in anderen Medien. (Heißere Luft, Helium, Stickstoff, CO2) und Du wirst sehen können:
    Das Wellenlängenspektrum bleibt im Wesentlichen gleich, dass Frequenzspektrum wird sich ändern? Warum? Weil die Schallgeschwindigkeit sich mit dem Medium geändert hat aber Dein "Organ" zur Schallerzeugung nicht.
    Mehr kann ich als Physiker dazu nicht sagen.
    Gruß aus Kiel

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Weil die Schallgeschwindigkeit sich mit dem Medium geändert hat aber Dein "Organ" zur Schallerzeugung nicht.

    das würde bedeuten, daß der eigentlich für die Frequenz des erzeugten Tones die Luftröhre bzw. das in ihr enthaltene Medium (Luft oder Helium) verantwortlich ist. Dagegen spricht für mich die Tatsache, daß unsere Möglichkeiten der Tonhöhenänderung sehr groß sind, und diesen doch anscheinend keine entsprechen gravierende Veränderungen der Luftröhre vor sich gehen (Längenänderung). Enorm variabel sind dagegen die Stimmlippen (ok, das sind jetzt unüberprüfte Laienvorstellungen, aber ich frag ja nur).

    ---
    Es wäre lächerlich anzunehmen, daß das, was alle, die die Sache kennen, daran sehen, von dem Künstler allein nicht gesehen worden wäre.
    (J. Chr. Lobe, Fliegende Blätter für Musik, 1855, Bd. 1, S. 24).


    Wenn du größer wirst, verkehre mehr mit Partituren als mit Virtuosen.
    (Schumann, Musikalische Haus- und Lebensregeln).

  • Du sagst in normaler Luft den Satz "Ich bin der Zabki" und läßt ein Wellenlängenspektrum Deiner Stimme aufzeichnen. Parallel dazu gibt es ein Frequenzspektrum.

    meines Wissens gibt es keine Wellenlängenmessung, sondern nur Frequenzmessung. Die gemessenen Frequenzen könnten in Wellenlängen umgerechnet werden, (indem man die Schallgeschwindigkeit des Mediums bei der aktuellen Temperatur einrechnet), aber Wellenlängen sind außer für den Instrumentenbau, für Saalakustik und wenige andere Bereiche kaum interessant. Wellenlängen direkt zu messen wäre auch viel zu aufwendig. Ich kenne kein Verfahren dazu. Frequenzmessung, spektrale Zerlegung sind dagegen gängiges Handwerk.

  • Wem fällt auf, warum die bisher genannten Erklärung nicht stimmen können?

    mein Verdacht wäre:

    die Tonhöhe ändert sich gar nicht, nur die "Färbung". Daraus würde ich schließen, entweder daß das Helium in dem Stimmapparat irgendwelche physiologischen Veränderungen bewirkt, die eine Veränderung des Obertonspektrums (bzw. der Formanten) zur Folge hat, oder daß es etwas mit Resonanz zu tun hat.

    ---
    Es wäre lächerlich anzunehmen, daß das, was alle, die die Sache kennen, daran sehen, von dem Künstler allein nicht gesehen worden wäre.
    (J. Chr. Lobe, Fliegende Blätter für Musik, 1855, Bd. 1, S. 24).


    Wenn du größer wirst, verkehre mehr mit Partituren als mit Virtuosen.
    (Schumann, Musikalische Haus- und Lebensregeln).

  • PPS. Es war/ist ein Riesenspaß, mich mal wieder in die Grundlagen der Akkustik zu begeben. Danke für die Fragestellungen.

    Grins...

    Beantworte mal bitte folgende einfache Frage:

    20 °C, Luft. Stimmgabel wird angeschlagen, erzeugt einen Ton von 440 Hz.

    Welchen Ton erzeugt dieselbe Stimmgabel bei:

    -50 °C
    +50 °C

    Das Ganze bitte ohne Geschwurbel. Einfach die beiden Tonhöhen in Hz angeben.


    Danke.

  • 20 °C, Luft. Stimmgabel wird angeschlagen, erzeugt einen Ton von 440 Hz.

    Welchen Ton erzeugt dieselbe Stimmgabel bei:

    -50 °C
    +50 °C

    Ja, sehr gern. Die Werte sind etwas gerundet.
    -50°: C = 300 m/s --> f= 440/343*300= 384Hz
    +50°: C = 360m/s --> f= 461Hz
    Aber darauf hättest Du auch selbst kommen können. Oben gab es ja genügend Beiträge, denen Du das hättest entnehmen können.
    Nicht umsonst wird ne Stimmgabel bei 20° geeicht, weil sie bei anderen Temperaturen nicht mehr in der Stimmung ist.
    Gruß aus Kiel

    PS. Die Materialausdehnung/Schrumpfung des Metall spielt keine Rolle, es regiert die Schallgeschwindigkeit in Luft.

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • a, sehr gern. Die Werte sind etwas gerundet.
    -50°: C = 300 m/s --> f= 440/343*300= 384Hz
    +50°: C = 360m/s --> 461Hz
    Aber darauf hättest Du auch selbst kommen können. Oben gab es ja genügend Beiträge, aus denen Du das hättest entnehmen können.
    Nicht umsonst wird ne Stimmgabel bei 20° geeicht, weil sie bei anderen Temperaturen nicht mehr in der Stimmung ist.

    Klasse, Doc!
    DAS hätte ich nie gedacht und wußte es auch nicht.
    Solch physikalisches Denken ist mir leider immer fremd gewesen, ich bin da überhaupt nicht begabt.

    Aber DAS, was Du in den letzten posts geschrieben und beschrieben hast, das ist für mich Augen öffnend.

    Viele lieben Dank, dass Du Dir die Mühe gemacht hast, dies alles zu erklären!
    Mannomann, da habe ich auf meine älteren Tage tatsächlich noch etwas grundlegend wichtiges gelernt.

    BTW: Bei hohen Temperaturen sackt meine Winsel immer erheblich ab, wird also tiefer.
    Aber ich denke, das hat nichts mit der von Dir beschriebenen Physik zu tun sondern mit Luftfeuchtigkeit, Wärme etc.
    Dabei senkt sich das Griffbrett und der Korpus des Instrumentes ab bzw. geht nach oben je nach Temperatur und/oder Trockenheit.

    Daher hat die Temperatur schon einen wichtigen Beitrag bei der Tonhöhe bei Streichinstrumenten.
    Nur dass es sich hier um das Verhalten von Holz bei Temperaturschwankungen handelt.
    Und das ist wieder ein anderes Thema im Thema.

    Ich hasse es auch immer, wenn im Sommer oder allgemein bei hoher Luftfeuchtigkeit(Kirchen zu jeder Jahreszeit) sich
    die Spannung meines Bogen ändert.
    Dieser immer schlaffer wird ,und ich oft bis zum Anschlag die Schraube nachziehen muß.
    Dadurch verändert sich die Position meines rechten Daumens und auch der restlichen Hand durchaus extrem.
    Was ich als sehr beeinträchtigend empfinde.

    Der Bogen reagiert dann nämlich durchaus anders, was ich natürlich ausgleichen kann.
    Aber es stört empfindlich. :wink:

  • meines Wissens gibt es keine Wellenlängenmessung, sondern nur Frequenzmessung.

    Machen wir es einfacher: Wir messen das Frequenzspektrum bei verschiedenen Gasen und normieren das Ergebnis anhand der Schallgeschwindigkeit auf z.B. C= 340 m/s.
    Dann prophezeie ich, dass im WESENTLICHEN alle Spektren gleich aussehen, was bedeutet, dass das Stimmbildungsorgan keinen so großen Einfluss hat. Es ist eben so wie es ist.
    Gruß aus Kiel

    "Mann, Mann, Mann, hier ist was los!"

    (Schäffer)

  • Ja, sehr gern. Die Werte sind etwas gerundet.
    -50°: C = 300 m/s --> f= 440/343*300= 384Hz
    +50°: C = 360m/s --> f= 461Hz
    Aber darauf hättest Du auch selbst kommen können. Oben gab es ja genügend Beiträge, denen Du das hättest entnehmen können.
    Nicht umsonst wird ne Stimmgabel bei 20° geeicht, weil sie bei anderen Temperaturen nicht mehr in der Stimmung ist.
    Gruß aus Kiel

    PS. Die Materialausdehnung/Schrumpfung des Metall spielt keine Rolle, es regiert die Schallgeschwindigkeit in Luft.

    Anderer Meinung: LMU
    https://www.physik.uni-muenchen.de/lehre/vorlesun…vorlesung13.pdf

    Zitat:
    "Stehende (transversale) Welle auf Saite oder Stimmgabel erzeugt longitudinale Schall-Welle in Luft, mit gleicher Frequenz f.
    Wellenlänge (und Phasengeschwindigkeiten c = f λ) in Stimmgabel und Luft sind verschieden."

    Mit anderen Worten:
    Frequenz der Stimmgabelschwingung und der Schallwelle ist gleich. Wellenlänge ist verschieden. Ist abhängig von der Schallgeschwindigkeit.

    Thema Ende. Irgendwann ist mal gut.


    Thomas

    PS: Um Missverständnisse auszuschließen: Der Ton der Stimmgabel ist immer gleich. Egal ob in der Sahara oder bei den Eskimos.

Jetzt mitmachen!

Du hast noch kein Benutzerkonto auf unserer Seite? Registriere dich kostenlos und nimm an unserer Community teil!