Töne

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Ein Ton (lat. tónos) ist physikalisch und akustisch betrachtet, der hörbare Effekt einer einzelnen Schallwelle. Ein in der Umwelt, mit der Stimme oder einem Musikinstrument erzeugter Ton ist allerdings kein im physikalischen Sinne reiner Ton, sondern vielmehr ein Klang (von Mittelhochdeutsch «klanc»), der sich aus Grundtönen, Teiltönen und Obertönen zusammensetzt.

Um Töne akustisch von A nach B zu übermitteln, benötigt es immer ein Übertragungsmedium wie Gas (z.B. Luft), Flüssigkeit (z.B. Wasser) oder einen Festkörper (z.B. Metall).

Töne in der Physik und der Natur

Ein Ton wird von Schallwellen erzeugt. In der Akustik ist nur ein einziges Audiosignal mit genau einer Frequenz ein reiner Ton. Man nennt diese isolierte Form des Tons auch Sinuston. Der Sinuston ist eine theoretische Annahme. Er müsste, um physikalisch korrekt zu sein, aus nur einer unendlichen Sinus- (Schall)welle bestehen, was nur mit einem künstlichen Tongenerator möglich ist.

In der Natur gibt es solche reinen Töne also nicht. Nicht einmal in der Musik wird ein einzelner Ton erzeugt, vielmehr sind es Tonreihen und damit Klänge. Das liegt ganz einfach daran, dass Instrumente zwangsläufig immer ein erweitertes Frequenz-Spektrum erzeugen: Der Klangkörper des Instrumentes schwingt mit und selbst eine einzige Saite schwingt nicht linear, sondern mit leichten Abweichungen. Genauso ist es bei einer Opernsängerin: auch sie kann keinen reinen Ton erzeugen, weil auch ihre Stimmbänder nicht streng linear schwingen und ihr Körper mitschwingt. Neben der Grundschwingung werden so Teiltöne und Obertöne produziert. Obertöne sind immer ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz. In vielen Musikrichtungen und Klangspektren gehören die Obertöne zur sogenannten Klangfärbung dazu.

Reine Töne können nur von technischen Computern erzeugt werden. Das menschliche Gehör empfindet Sinustöne im wahrsten Sinne des Wortes als „eintönig“ und langweilig: Hörbeispiele hierzu findet man im Internet. Musikalisch sind es Stimmgabeln oder weit voneinander entfernt platzierte und oben geschlossene Orgelpfeifen, die einen annähernd reinen Ton erzeugen. Ein Orchester stimmt man meistens nach der Oboe, da sie den reinsten Ton erklingen lässt.

Tonhöhe und Lautstärke

Die Tonhöhe wird durch die Weite beziehungsweise Enge der Sinuswellen erzeugt. Weit auseinanderliegende Kurven ergeben tiefe und eng beieinanderliegende entsprechend hohe Töne. Die Lautstärke des Tons hängt von der Höhe und Tiefe des Sinuswellen-Ausschlages ab. Hohe Wellen erzeugen laute Töne, niedrige sind leise.

Die Ton-Frequenz gibt man in der Masseinheit Hertz (Hz) an. 1 Hz entspricht einer Schwingung pro Sekunde. Für Menschen hörbar ist ein Ton, wenn er zwischen 16 Hz bis 20 kHz liegt. Dieses Spektrum bezeichnet man auch als «Hörschall». Bestimmte Tierarten können einen Ton auch hören, wenn er im Ultraschallbereich (20 kHz bis 1,6 GHz; z.B. Hunde und Fledermäuse) oder im Infraschallbereich (unter 16 Hz, z.B. Tauben) liegt.

Ton, Geräusche und Klänge, wo ist der Unterschied?

Der Unterschied zwischen Ton, Geräusch und Klang liegt in der Anzahl Frequenzen und Schwingungsgrössen.

Definition Ton (akustisch):
Audiosignal mit genau einer Frequenz.

Definition Klang:
Ein Klang ist die Überlagerung von zwei oder mehreren Tönen, respektive Frequenzen. Der Ton mit der geringsten Frequenz, wird als Grundton bezeichnet und bestimmt die Tonhöhe. Die anderen nennt man Obertöne, weche die Klangfarbe oder auch das «Timbre» genannt, bestimmen. Ein Klang ist folglich die Summe mehrerer reiner Töne, also mehrerer (harmonischer) Frequenzen. Es gibt indes auch Begrifflichkeiten für Disharmonie oder Dissonanz, was für «Missklang» steht.

Definition Geräusch:
Ein Mix aus vielen, unregelmässigen Schwingungen gleicher Grössenordnung, wird als ein Geräusch bezeichnet. Dem Geräusch kann im Gegensatz zum Ton oder Klang, keine eindeutige Tonhöhe zugeordnet werden. Viele verschiedene Töne ohne bestimmtes (harmonisches) Frequenzverhältnis sind also ein Geräusch.

Tonsysteme in der Musik

Alle musikalischen Kompositionen basieren auf Tonleitern und bestimmten Beziehungen zwischen Tönen und Tongruppen: Eine Tonleiter ist in der Musik eine Reihe von aufeinander aufbauenden Tönen. Begrenzt wird sie von Rahmentönen. In der westlichen und kommerziellen Musik haben die Systeme den Umfang einer Oktave. Am gängigsten sind heute die Dur- und Moll- Tonleitern. Nach diesem Tonsystem mit dem Grundton a (bis g) sind international alle Musikinstrumente gestimmt und bezeichnet. Eine Dur-Tonleiter besteht immer aus sieben Noten, Halbtonschritten (zwei direkt benachbarten Noten) und Ganztonschritten (Noten, die zwei Halbtöne auseinander liegen). Nach sieben Noten (mit acht Tonstufen) startet die Leiter dann eine Oktave höher wieder von vorne. Es gibt international jedoch noch viel mehr Tonsysteme, die ganz anders aufgebaut sind:

• Zwölf Lü aus China (eine Oktave in 12 Halbtönen)
• Japanische Pentatonik (ebenfalls 12 Halbtöne)
• Ragas aus Indien (eine aufsteigende und eine absteigende Tonleiter aus fünf bis sieben Tönen)
• Slendro oder Pélog aus Indonesien (5- bzw. 7-stufige Skala)
• Zigeunertonleitern (um einen Halbton erhöht)
• Kirchentonleitern
• das Aulos-Modi aus dem antiken Griechenland (Planetensphärenklänge)
• die Bluestonleiter (mit der zusätzlichen „Blue-Note“)
• usw.

Allen Tonsystemen ist gemeinsam, dass die Töne in irgendeinem logischen, metrischen Verhältnis zueinanderstehen. Nur so ergeben sich Klangreihen und Melodien, die harmonisch sind und vom Gehör als «Musik» wahrgenommen werden. Das Gefühl für das Tonspektrum scheint dem Menschen im Instinkt zu liegen. Viele alte Kulturen und indigene Völker haben Klangsysteme entwickelt, die sich in Details unterscheiden, aber alle ungefähr an der Oktave orientieren. Das älteste noch spielbare Instrument der Welt ist eine 9.000 Jahre alte Flöte aus Kranichknochen. Sie hat sieben Löcher für ganze Töne und ein weiteres zum Spielen von Halbtönen.

Der Ur-Ton oder der göttliche Ton

Wir alle kennen den Beginn der Schöpfungsgeschichte der Bibel: «Im Anfang war das Wort, und das Wort war bei Gott, und Gott war das Wort». Nun lässt die hebräische Urschrift wohl auch andere Übersetzungen zu, da sich die Bedeutung des Begriffes Wort und Ton/Klang nicht klar abgrenzen lässt. Demnach könnte man diese berühmte Zeile auch so übersetzen: «Im Anfang war der Ton, und der Ton war bei Gott, und Gott war der Ton». Auf diesen kleinen Unterschied kamen neuzeitliche Forscher, seitdem in der Physik von Dingen, wie dem Urknall geredet wird. Ein Knall ist auch ein Schallereignis. Zudem haben sich einige kluge Köpfe Gedanken gemacht, wie man östliche Weisheit mit den christlichen Mythen in Einklang bringen könnte. Die Veden waren ein altindisches Volk, von einem hohen Wissensstand. Sie lebten vor etwa 3.000 Jahren und beschrieben unter anderem ein All und eine Schöpfung, die auf Klängen (Schwingungen) basiert.

In der hinduistischen und buddhistischen Religion gilt bis heute der heilige Laut OM, als der Inbegriff des Ur-Tones oder Gott selbst. Der Ur-Ton OM entspricht 136,1 Hz. Obwohl die Menschheit schon seit dem vergangenen Jahrhundert mit gigantischen Radioteleskopen ins All lauscht, hat dort noch niemand den Gotteston oder das OM gefunden. Das bedeutet allerdings nicht, dass das All ganz still ist. Viele Ereignisse wie Magnetstürme, Supernovas, kosmisches Hintergrundrauschen usw. erzeugen Klänge. Allerdings kann der interstellare Raum vermutlich Schall gar nicht oder nur schwer leiten, weswegen wir hier nichts oder nur sehr wenig davon hören. In einem Vakuum zum Beispiel ist es komplett still, da es keinen Schall gibt, denn es fehlt das Trägermedium, welches die Schallwellen transportieren könnte.

In der Musikausbildung und Stimmtherapie gibt den persönlichen Ur-Ton. Produziert ein Mensch diesen Ton durch das «Tönen» stimmt er sich selbst. Neben der Basis der eigenen Singstimme soll diese Ur-Frequenz dabei helfen, in die Mitte und zu psychischer Balance zu finden. Dieser menschliche Ur-Ton oder Ur-Klang ist so individuell wie ein Fingerabdruck.

Erzeugen Planeten Töne?

Laut den griechischen Gelehrten Aristoteles und Platon gibt es die sogenannten Planetentöne. Das altgriechische Tonsystem «Aulos-Modi» soll an diesen Planetenfrequenzen ausgerichtet gewesen sein. Einen wissenschaftlichen Nachweis für diese «Sphärenklänge» gibt es bis heute aber nicht. Aristoteles, Platon und andere Gelehrte ihrer Zeit sollen die Töne rechnerisch ermittelt haben: Allerdings lägen die Laute, die Planeten durch ihre Sonnen-Umlaufbahndauer und Selbstumdrehungsdauer erzeugen, weit unter 1 Hz. Hörbar gemacht wurden sie durch lineare Vervielfachungen in den Hörbereich zwischen 16 Hz und 20 kHz hinein.

Analoge und digitale Tonübertragung

Wie wir im oberen Bereich gelesen haben, benötigen wir immer ein Trägermedium, welches Töne überträgt. Töne können folglich analog oder digital über zum Beispiel über Kupferleitungen (Internet), Funk (Satelliten) oder direkt über die Luft (Konzert) übertragen werden.

Töne abspielen und hörbar machen

Um Töne hörbar zu machen, benötigen wir zwingend eine Schallquelle als Tongenerator und Sender. Zu den Schallquellen zählen die Stimme, Musikinstrumente, Lautsprecher, Fahrzeuge, Werkzeuge, Maschinen und allgemein schwingende Körper. Bei einer Violine z.B. handelt es sich um schwingende Saiten, bei einer Oboe um eine schwingende Luftsäule. Auch bei der Sprache werden Luftströme in Schwingung versetzt.

Wir unterscheiden folgende Schallquellen:

• Elektrische Schallquellen
• Biologische Schallquellen
• Thermische Schallquellen
• Mechanische Schallquellen

Bei den mechanischen Schallquellen handelt es sich um folgende «Schwingung angeregte Systeme»:

• Saiten
• Luftsäulen
• Stäbe
• Platten
• Zungen
• Membranen

Um Töne hörbar zu machen, benötigen wir jedoch auch unser Gehör, respektive unser Hirnareal, welches zuständig ist für die Tonverarbeitung. Es braucht jedoch auch einen Ton, welcher genügen laut ist. Bedeutet, die Amplitude des Tons muss genügend hoch und/oder die Umgebung leise sein. Denn der Mensch hört nicht nur in einem bestimmten Frequenzband, sondern die Schallwellen, welche er mit seinen Ohrmuschel Trichtern einfängt, müssen auch genügend laut sein, um diese einzufangen und an Gehirn weiterzuleiten, so dass dieses die einzelnen Töne interpretieren kann.

Die moderne Technik kann jedoch auch hier nachhelfen. Moderne Kopfhörer von Apple©, Bose© usw., aber auch Hörgeräte haben heute Störgeräuschunterdrückungen (Noise-Canceler) welche die Nebengeräusche reduzieren und somit das Audiosignal verbessern. Auch haben moderne Hörsysteme sogenannte Frequenzverschiebungs- oder Frequenzüberlagerungs- Programme, welche bei einer Schwerhörigkeit, Töne welcher vom menschlichen Ohr nicht mehr wahrgenommen werden können, wieder hörbar machen.

Umgekehrt nutzt die Digitalisierung jedoch den Aspekt, dass der Mensch nur Töne respektive Frequenzen zwischen 16 Hz und 20’000 Hz hört. Das Format «MP3» filtert Töne aus, welche vom menschlichen Gehör nicht wahrgenommen werden können. So also alle Töne unterhalb 16 Hertz (Infraschall) und oberhalb 20kHz (Ultraschall). Aber was nutzt diese Tatsache? Ganz einfach: So gewinnen wir Speicherplatz oder können schneller «downloaden», sprich Töne übertragen. Heute nutzt dies jedes Handy oder Online-Radio usw. So zum Beispiel ein Smartphone (iphone©, Android© usw.), wenn wir Musik auf dem Handy speichern oder über Audio-Streaming Dienste wie z.B Spotify© unsere Lieblingssongs streamen. Schallplatten Nostalgiker schwören auf das Vinyl, denn sie behaupten, analoge Langspielplatten mit ihren Obertönen, tönen viel Klangintensiver und nicht so «fade» wie die modernen Medien. Am Ende zählt lediglich, dass jeder sein Lieblingsmedium findet, um seine Lieblings Töne zu hören, denn wie man umgangssprachlich sagt: «Der Ton macht die Musik.»