Instrumententechnische Tonerzeugung und verschiedene Einflüsse auf die Stimmtonhöhe

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    • Instrumententechnische Tonerzeugung und verschiedene Einflüsse auf die Stimmtonhöhe

      Dieser Faden entwickelte sich innerhalb des Threads zum Absoluthören und wurde auf Khampans Wunsch hierher verlagert. Braccio

      jetzt sind wir beim Thema Stimmung / Intonation gelandet...
      daher nur kurz:
      ja, mit fester Tonhöhe meinte ich solche Instrumente, die entweder vor dem Spielen gestimmt werden (Klavier, Harfe), oder gar nicht gestimmt werden brauchen/können (Xylophon u.ä. Schlaginstrumente).
      Alle anderen haben irgend welche Möglichkeiten des "fine tunings". Dies ist ein großer Vorteil, denn nur so kann man (in mehr als nur einer Tonart) reine Klänge erzeugen. Bei Streichinstrumenten und sonst nur noch bei der Posaune ist das besonders offensichtlich, weil sie (im Rahmen ihres Tonumfangs) zwischen allen Tönen beliebig gleiten können. Das macht das Spiel auf der Geige auch so schwer: wenn in hoher Lage die Halbtöne nur 1 cm und weniger auseinanderliegen, soll man möglichst auf 1/20 Halbton genau (=5 ct) den Punkt auf der Saite treffen - mir schier unbegreiflich.

      Die Temperaturabhängigkeit der Blasinstrumente (+ Pfeifenorgel) wird sehr schön bei Sengpielaudio erklärt. Als Richtwert kann man sich +3 ct pro Grad Erwärmung gut merken. Der einfache Grund ist, dass die Tonhöhe direkt von der Schallgeschwindigkeit abhängt.

      Saiteninstrumente reagieren übrigens genau entgegengesetzt. Stahl dehnt sich bei Temperaturerhöhung aus, dadurch wird der Ton der (fest eingespannten) Saite tiefer, wenn auch der Effekt bei weitem nicht so stark ist wie bei den Blasinstrumenten. Ein Klavier hat mithin keine Chance gegen sich erwärmende Blasinstrumente. Die Streicher haben das sehr wohl. Sie können im Verlauf eines Konzerts immer wieder nachstimmen. Vielleicht kann Rosamunde etwas dazu sagen, in welchem Umfang das gemacht wird. Ein paar Hz dürften es in jedem Fall werden, das kann man auch bei vielen Live-Mitschnitten nachprüfen (sofern sie wirklich live sind).


      Zu den 446 Hz bei Streichquartetten - nun in den 1980er Jahren war das auch bei vielen Orchestern quasi die Norm (und hat mir gehörig den Spaß verdorben).
      Wenn mir ein Quartett auffallend zu hoch erscheint und ich neugierig bin, messe ich mit meiner Orgel nach, die ich in 1-Hz-Schritten umstimmen kann, indem ich solange mitspiele, bis ich einigermaßen sicher in der gleichen Stimmung gelandet bin (den Ehrgeiz, mir die Stimmungen absolut merken zu wollen, habe ich nicht).
      Beispiele habe ich jetzt nicht parat. Solche CDs kaufe ich nicht.

      :wink: Khampan
    • Khampan schrieb:

      Saiteninstrumente reagieren übrigens genau entgegengesetzt. Stahl dehnt sich bei Temperaturerhöhung aus, dadurch wird der Ton der (fest eingespannten) Saite tiefer, wenn auch der Effekt bei weitem nicht so stark ist wie bei den Blasinstrumenten. Ein Klavier hat mithin keine Chance gegen sich erwärmende Blasinstrumente
      Bei Stahlsaiten ist der Effekt aber eher minimal, deshalb glaube ich Rosamunde gerne,

      Rosamunde schrieb:

      dass sich meine Bratsche nie wirklich verstimmte
      Bei den Nylonsaiten einer Gitarre dagegen gibt es einen Effekt, den mir auch noch kein physikalisch versierter Mensch glaubhaft erklären konnte: sie klingen bei höherer Temperatur höher, und zwar abhängig von der Dicke die G-Saite am stärksten, danach die H- und ein bißchen auch die hohe E-Saite, während die umwickelten "Bass"-Saiten ziemlich stur ihren Ton halten. Der berüchtigte "Lagerfeuer"-.Sound von Gitarren hat damit zu tun, daß die mittleren Saiten je nach Windrichtung, -stärke und Entfernung vom Feuer ständig hoch- und runtergehen. Leider lernen wohl die wenigsten Lagerfeuerklampfenhelden, auf solche Nebensächlichkeiten zu achten. Aber bei Open-Air-Mucken z.B.im Frühling kann das auch ohne Feuer schon nervig werden, wenn bei eigentlich gemütlicher Wärme ein kühler Wind unregelmäßig an der Stimmung einzelner Saiten zerrt...
      Die englischen Stimmen ermuntern die Sinnen
      daß Alles für Freuden erwacht
    • Felix Meritis schrieb:

      Bei höheren Temperaturen breitet sich Schall schneller aus. Das könnte den Effekt verursachen. Die Nylonsaiten haben damit wahrscheinlich nichts zu tun.

      Warum soll sich das auf die Tonhöhe auswirken? Diese ergibt sich m.W. aus der Frequenz der Schwingungen. Das entsprechende Signal kommt dann an deinem Ohr an. Wie schnell es übertragen wird, dürfte auf die Tonhöhe keinen Einfluss haben.

      Eine Erklärung habe ich auch nicht. Nylon hat einen ca. 10 mal höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl. Damit erklärt sich die höhere Empfindlichkeit von Nylon gegenüber Temperaturschwankungen. Allerdings müssten die Töne dann niedriger werden. Möglicherweise ändern sich bei Nylon noch weitere Stoffwerte mit der Temperatur, z.B. der Elastizitätsmodul.


      Thomas Deck
    • Ecclitico schrieb:

      Felix Meritis schrieb:

      Bei höheren Temperaturen breitet sich Schall schneller aus. Das könnte den Effekt verursachen. Die Nylonsaiten haben damit wahrscheinlich nichts zu tun.
      Warum soll sich das auf die Tonhöhe auswirken? Diese ergibt sich m.W. aus der Frequenz der Schwingungen. Das entsprechende Signal kommt dann an deinem Ohr an. Wie schnell es übertragen wird, dürfte auf die Tonhöhe keinen Einfluss haben.

      Eine Erklärung habe ich auch nicht. Nylon hat einen ca. 10 mal höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl. Damit erklärt sich die höhere Empfindlichkeit von Nylon gegenüber Temperaturschwankungen. Allerdings müssten die Töne dann niedriger werden. Möglicherweise ändern sich bei Nylon noch weitere Stoffwerte mit der Temperatur, z.B. der Elastizitätsmodul.


      Thomas Deck
      Die Frequenz bleibt gleich aber die Wellenlänge ist mit der Schallgeschwindigkeit direkt proportional, d.h. bei höherer Schallgeschwindigkeit vergrößert sich die Wellenlänge und Töne im tieferen Spektrum werden nicht mehr gehört. Atmet man z.B. Helium ein, bekommt man eine Fistelstimme, weil die tiefen Stimmanteile herausfallen.
      Oder ist es so, dass doch die Frequenz höher wird? Muss ich nachlesen..
      Im Zweifelsfall immer Haydn.
    • Sorry, aber die Tonhöhenveränderung, die eine temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit (angeblich) mit sich bringt, ist ja wohl NICHT abhängig vom Material des Klangerzeugers, sondern vom Medium, in dem sich Schallwellen ausbreiten. Außerdem wäre sie minimal, sonst wäre ja Musikgenuß in uns völlig unbekanntem Maße von konstanten Temperaturen abhängig. Normale umwickelte Saiten verändern ihre Stimmung NICHT (in hörbarem Maß) abhängig von der Temperatur, Nylonsaiten dagegen sehr stark, und zwar entgegen der durch einfache Ausdehnung erklärbaren Richtung, und abhängig von der Stärke des Materials: das ist die Beobachtung.
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    • Felix Meritis schrieb:

      Hat erst eh gestimmt: bei Wärme ist ein Gas weniger dicht, Schallgeschwindigkeit und somit Frequenz sind höher.
      seit wann sind Töne in dichterem Material (z.B.Wasser) tiefer? i-was stimmt an Deiner Theorie nicht.

      edit: jedenfalls nicht in dem Maß, wie Nylonsaiten sich verstimmen. Sonst wären Unterwasserkonzerte, wie sie in manchen Thermen veranstaltet werden, ne echte Qual.
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    • okay, vielleicht sind sie (in Wasser) wirklich etwas tiefer, aber die Nylonsaitenanomalie ist viel stärker, also 10 Grad Temperaturunterschied machen bei der G-Saite fast nen Halbton aus.

      edit: hab mal nen neuen thread aufgemacht, ist ja hier eher OT
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    • Felix Meritis schrieb:

      Hat erst eh gestimmt: bei Wärme ist ein Gas weniger dicht, Schallgeschwindigkeit und somit Frequenz sind höher. Vielleicht spielt bei Metallsaiten die Ausdehnung, und somit Vertiefung des Tons, eine ausgleichende Rolle.
      Wieso "somit Frequenz"???

      Die Frequenz ergibt sich aus den Schwingungen der Saite. Die Luft ist nur der Übertrager. Der Überbringer der Botschaft. Der Bote kann schneller oder langsamer sein, an der Botschaft ändert das nichts.

      Beim Doppler-Effekt ändert sich die Tonhöhe. Aber nicht aufgrund geänderter Frequenz der Luftschwingung, sondern aufgrund der Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Empfänger. Dadurch erhöht oder erniedrigt sich beim Empfänger die wahrgenommene Frequenz.

      Du kannst auch einen Test machen:
      Sender erzeugt den Ton "a". Du stehst 1 m daneben und hörst "a". Dann vergrößerst du den Abstand auf 100 m. Das Signal braucht hundert mal so lang, bis es bei dir ankommt. Und was hörst du: "a". Das gilt zumindest bei Windstille. Und bei -10 °C genauso wie bei +30 °C.

      Bei der Nylon-Saite tippe ich inzwischen wirklich auf die Änderung der Elastizität. Sie wird bei höher Temperatur elastischer und schwingt dann offensichtlich mit höherer Frequenz. Warum genau, kann ich aber nicht sagen. Auch deswegen nicht, weil es ja dennoch den gegenläufigen Effekt der geringeren Spannung (aufgrund von Wärmedehnung) gibt. Mit Hausmitteln lässt sich sowas leider nicht simulieren. Man bräuchte 2 Gummis mit gleicher Spannung, aber unterschiedlicher Elastizität...



      Thomas
    • Felix Meritis schrieb:

      Ich habe nur Gegenteiliges gefunden. Ist ja auch logisch. Wie sollte denn sonst die Heliumstimme entstehen?
      Stöhn. Bei der Heliumstimme hat sich auf dem Weg vom Sender zum Empfänger das Medium und somit die Schallgeschwindigkeit geändert. Einen ähnlichen Effekt hätte es, wenn das Orchester bei 30 °C spielen würde, und auf dem Weg zum Hörer gäbe es einen Temperatursturz auf -10 °C. Oder eben beim Doppler-Effekt, wenn die wahrgenommene Frequenz beim Empfänger anders ist als beim Sender.

      Würden wir komplett in einer Heliumatmosphäre leben, hätten unsere Stimmen genau die gleiche Tonhöhe wie hier, in Luftumgebung. Vorausgesertzt natürlich, die Stimmbänder würden mit der gleichen Frequenz schwingen.


      Thomas
    • Ich bin kein Physiker. Ich sehe es so (weil oben auch der Vergleich zu Holzblasinsturmenten (Fagotte) gemacht wurde):

      Die Länge des Blasinstruments (und damit die Länge der Luftsäule und die Wellenlänge) bleiben bei Temperaturerhöhung quasi konstant (ist vernachlässigbar). Da die Frequenz umgekehrt proportional zur Wellenlänge ist, steigt dann die Frequenz (Tonhöhe) an. Dazu könnte noch zusätzlich hinzukommen, dass (nicht so gut trainierte) Bläser Ermüdungserscheinungen oft mit höherer Lippenspannung entgegen wirken, was zu einer weiteren Erhöhung führt. (Das sollte bei Vollprofis aber eher unproblematisch sein.)

      Beim Streichinstrument dehnt sich das Material der Saite bei höherer Temperatur aus (weitaus mehr als im Vergleich das Blasinstrument), was die Wellenlänge erhöht, die Frequenz erniedrigt.

      Nachtrag: Und bei beiden kommt noch hinzu, die Frequenzerhöhung beim Hörer durch die höhere Lufttemperatur im Konzertsaal. (Richtig?)

      maticus
      Social media is the toilet of the internet. --- Lady Gaga
      Und wer Herr Reichelt ist, weiß ich auch erst seit Montag. --- Prof. Dr. Christian Drosten
    • maticus schrieb:

      Ich bin kein Physiker
      Macht nix. Ich bin einer.
      Es gilt immer noch
      C=f*L (C= Schallgeschwindigkeit, f= Frequenz, L = Wellenlänge) wie auch fürs Licht.
      Ergo kommt der Schallgeschwindigkeit in einem Medium ne besondere Rolle zu.
      Da im Helium C ca. 3-mal höher ist als in Luft und unsere Stimmbänder gleich schwingen, also gleiche Wellenlänge ausstrahlen, wird die Frequenz höher, damit die Gleichung weiterhin stimmt.
      So isses.
      Gruß aus Kiel
      Manchmal tue ich so, als wäre ich normal. Doch dann wird mir langweilig und ich bin wieder ich selbst.
    • Ja, C ist eine Funktion in Abhängigkeit von T, aber für Verhältnisse im Konzertsaal sicherlich vernachlässigkbar.
      C(Luft):Bei 0° beträgt sie 330 m/s bei 100° ca. 380 m/s
      Das heißt, wenn Du bei Zimmertemperatur ein Bass bist, dann bist Du bei ca. 500° ein Tenor. :thumbsup: , also heißblütig.
      Gruß aus Kiel
      Manchmal tue ich so, als wäre ich normal. Doch dann wird mir langweilig und ich bin wieder ich selbst.
    • Doc Stänker schrieb:

      maticus schrieb:

      Ich bin kein Physiker
      Macht nix. Ich bin einer.
      Es gilt immer noch
      C=f*L (C= Schallgeschwindigkeit, f= Frequenz, L = Wellenlänge) wie auch fürs Licht.
      Ergo kommt der Schallgeschwindigkeit in einem Medium ne besondere Rolle zu.
      Da im Helium C ca. 3-mal höher ist als in Luft und unsere Stimmbänder gleich schwingen, also gleiche Wellenlänge ausstrahlen, wird die Frequenz höher, damit die Gleichung weiterhin stimmt.
      So isses.
      Nö. Was die Stimmbänder "ausstrahlen" (wie du das nennst), ist eine Frequenz. Daraus ergibt sich über die Schallgeschwindigkeit eine Wellenlänge. Erst beim Wechsel des Mediums (hier: beim Verlassen des Munds) ändert sich die Frequenz, weil die Wellenlänge gleich bleibt. Würde der Empfänger in einer Helium-Wolke stehen, würde sich dort die Frequenz wieder verringern, und er würde die Stimme in der Originalhöhe wahrnehmen.

      Das Ganze hat aber nichts mit der Ausgangsfrage (Nylon-Saiten) zu tun, da im Konzert weder das Medium (Luft) noch dessen Temperatur sich auf dem Weg vom Sender zum Empfänger ändern.


      Thomas