Musikakustik: Wenn Wissenschaft auf Kunst trifft

Akustik ist die Wissenschaft vom Klang. Sie befasst sich mit der Ausbreitung des Schalls, der Übertragung, dem Nachhall, den Echophänomenen... Die Akustik findet Anwendung in den Bereichen Bauwesen, Verkehr, Medizin und Elektronik, aber auch in der Musik! Die Wissenschaft von den Musikinstrumenten wird alsmusikalische Akustik.

Ein paar Details zur musikalischen Akustik

Dieses Thema, bei dem sich Wellenphysik und Musik treffen, hat seine Wurzeln in der Antike, insbesondere bei Pythagoras, der bereits einen Zusammenhang zwischen der Länge eines Seils und der von diesem Seil erzeugten Tonhöhe herstellte. (Siehedie Wissenschaft hinter einem Klang). Heute haben sich die wissenschaftlichen Kenntnisse und Werkzeuge so entwickelt, dass wir in der Lage sind, physikalische Phänomene zu simulieren und zu modellieren (Luftströmung, Schwingungsformen,akustische Eingangsimpedanz ...) innerhalb von Instrumenten.

Die Forschung im Bereich der musikalischen Akustik ermöglicht es uns, Musikinstrumente zu verstehen und zu verbessern, indem wir ihre Schwingungseigenschaften, ihre Abstrahlung sowie die Beziehung zwischen Musiker und Instrument untersuchen. Die Instrumente werden mit Hilfe von akustischer Simulationssoftware modelliert (ReadSyos Jobs : Simulationsingenieur) und basiert auf Experimenten mit echten Instrumenten.

Untersuchte Parameter in der musikalischen Akustik

Um ein Klangsignal zu charakterisieren, verwendet die Akustik vier Hauptgrößen: dieDauer der Probe, seineTonhöhe, seineIntensität (Amplitude) und seineKlangfarbe. Die Kenntnis dieser Parameter ermöglicht es, ein Instrument besser zu verstehen und es zu synthetisieren, indem ein eigenes Signal neu zusammengesetzt wird.

Dauer, Tonhöhe und Amplitude sind quantifizierbare Größen, sie haben Einheiten. Sie sind jeweils gekennzeichnet durch:

• der zweite (s)
• das Hertz (Hz)
• das Dezibel (dB)

Die Klangfarbe ist jedoch nicht quantifizierbar und hat keine Einheit. Die Klangfarbe wird durch die harmonische Zusammensetzung des Klangs und seinen Ansatz (den Beginn des Klangsignals) definiert. In der Akustik wird die Klangfarbe mit statistischen Begriffen ausgedrückt (Spektraldichte der Leistung). Für einen Musiker ist es mit Worten wiehell,klar,dunkel,warm.... dass die Klangfarbe am besten definiert ist (und das ist der Punkt, an demPsychoakustik als Wissenschaft der auditiven Wahrnehmung kommt rein!)

Beispiel: Experiment mit dem Saxophon

Hier haben wir in unser Saxophon geblasen und ein A (440 Hz) gespielt, was einem Fis auf dem Altsaxophon entspricht. Hört mal rein!

In den folgenden Abbildungen sehen wir die Tonhöhe und die Dauer (im Spektrogramm) sowie die Amplitude und die Dauer (im Zeitsignal). Aber wo ist die Klangfarbe? Wie gesagt: Sie ist nicht quantifizierbar und kann daher auch nicht grafisch dargestellt werden.

Das Zeitsignal ist oben in blau dargestellt. Das ist genau das, was das Mikrofon aufnimmt, wenn ein Saxophon gespielt wird. Wir können drei Teile unterscheiden:

• der beginnende Übergang (1)
• das stationäre Regime (2)
• das Ende des Transienten (3)

Dies sind die wichtigsten Schritte für jedes Blasinstrument. Die Einschwingvorgänge und die harmonische Zusammensetzung sind jedoch für jedes Instrument spezifisch, der Trompetenanschlag ist oft viel trockener als der des Saxophons. Dies ist einer der Unterschiede im Ton ...

Das Spektrogramm ist ein Diagramm, das uns die Tonhöhe (die Frequenz) in Abhängigkeit von der Zeit (der Dauer des Signals) anzeigt. Auf diesem Spektrogramm ist deutlich zu erkennen, dass die Note etwa eine Sekunde lang gehalten wird. Das Spektrogramm zeigt uns auch, welche Noten gespielt werden. Wir sehen deutlich den Grundton (440 Hz) und die Obertöne. Wir sind beruhigt, wir haben den Grundton gut gespielt, eine 440!

Hier sehen wir auch, dass das Saxophon harmonisch ist: Jede gespielte Frequenz ist ein Vielfaches des Grundtons!

Die beobachteten Obertöne sind spezifisch für das Saxophon, sie bestimmen sein Timbre. Das Mundstück Ihres Saxophons ist das Herzstück, wenn es darum geht, Ihrem Klang Obertöne hinzuzufügen (oder auch nicht): Schauen Sie sich diesen Artikel anwelchen Einfluss die Kammer des Mundstücks auf den Ton hat!

Kleine Zusammenfassung:

• Das Vokabular der musikalischen Akustik besteht hauptsächlich aus der Dauer, der Tonhöhe, der Amplitude und dem Timbre.

• Dauer, Tonhöhe und Amplitude sind quantifizierbar.

• Der Ton wird statistisch ausgedrückt, aber vor allem durch Ihre Worte.

• Das Spektrogramm ermöglicht es Ihnen, Ihren Klang zu analysieren und seine harmonische Zusammensetzung zu erkennen.

Sind Sie neugierig, die Klangfarbe Ihres Saxophons in Worte zu fassen? Kommen Sie und testen Sie die Vielfalt der Syos Mundstücke!