Die akustischen Eigenschaften von Musikinstumenten: Frequenzen beim Mischen und bei der Mikrofonierung

Jedes Instrument ist anders … © Andy C.

Zugegeben, aus dem Veranstaltungsbusiness kommend, musste ich mich erstmal in dieses Thema hineinfuchsen: „Welche spezifischen Frequenzen haben ei­gent­lich die verschiedenen Instrumente?“ Nun, dieser Beitrag enthält dazu in erster Linie eine umfassende Tabelle mit Daten zu den häufigsten Musikinstrumenten, ihren Tonumfang, ihrer Lautstärke und ihrem Dynamikumfang. Außerdem will ich die (subjektive) Wahrnehmung von Frequenzen beschreiben. Doch zu Beginn geht es erstmal um …

… Die menschliche Stimme

Auch die menschliche Stimme wollen wir hier kurz betrachten: Der Grundton[1]  bei Männern geht bei etwa 125 Hz los. Das liegt daran, dass Männer ca. 25% längere Stimmlippen als Frauen haben. Denn der Grundton der weiblichen Stimme startet erst so bei etwa 250 Hertz. Bei Kindern liegt der Grundbereich noch höher: Ab etwa 400 Hertz starten die kindlichen Frequenzen. Trainierte Sängerinnen und Sänger schaffen jedoch ein Vielfaches dieser Frequenzen. Das gesamte Stimmvolumen der Geschlechter ist aber gleich. Er umfasst zwischen 1,3 bis 2,5 Oktaven, setzt bei Männern allerdings eine Oktave tiefer ein als bei Frauen.

Der Frequenzbereich der menschlichen Stimme mit Obertönen[2]  in den oberen Stimmlagen geht dabei hoch bis zu 11 – 12 kHz. Durch Training z.B. im Gesangsunterricht kann die erreichbare Fre­quenz­hö­he dann durchaus auch mal bis zu 14 – 15 kHz erreichen – doch das hat dann nicht mehr allzuviel mit Gesang zu tun. Denn die Töne in dieser Tonlage erlauben kaum noch Artikulation und Vo­kal­dif­fe­ren­zie­rung. Und zu derart hohen Tönen gehört Talent – mit entsprechenden Stimmbändern.

By the way: Dem Tenorsaxophon wird nachgesagt, dass das Instrument dem menschlichen Tenor nahekommende Grund- bzw. Obertöne und so auch einen entsprechenden Frequenzgang besäße. Die Diplom Oboistin Flavia Käfer  meint, das dies (auch) die Oboe sei und liefert uns dazu einige Klangbeispiele …

Stimmregister und Stimmlagen

Die Bruststimme ist ein voller, rauerer Klang, die Stimmlippen schwingen ganz. Bei der Kopfstimme entsteht ein heller, weicherer Klang, dabei schwingen bei den Stimmlippen nur die Ränder; das wird als Stimmregister bezeichnet. Stimmlagen sind beispielweise Frauenstimmen (Sopran bis Mezzosopran und Alt) Männerstimmen bewegen sich im Tenor (hoch), Bariton (mittel) und Bass (sehr tief). Für diejenigen, die sich mit dem Thema etwas näher befassen wollen gibt´s hier ein PowerPoint.pdf , herausgegeben von der Hochschule für Medien  in Stuttgart.

Wichtig für´s Studio und beim Livemix

Plosivlaute, also Konsonanten, bei denen der Atemluftstrom im Mundraum vollständig blockiert und abrupt wieder freigegeben wird (wie B, G, P, etc.) sind geräuschhaft und ohne feste tonale Zuordnung über ein recht breites Spektrum verteilt. Das ist wichtig zu wissen und hilft, die Tonalität von Studio- oder Livemixen leichter per Gehör zu erkennen und zu bestimmen. Das bezeichnet man als Formantcharakteristik[3], also die Klangfärbung´der Klangprobe.

So geht´s: Die Charakterisierung von Vokalen erfolgt über Formanten (Resonanzschwerpunkte). Während der Grundton (ca. 125 Hz bei Männern) die Tonhöhe bestimmt, definieren die Formanten F1  und F2  den Vokalcharakter. Hier eine Staffelung der Vokale basierend auf ihren dominanten Frequenzbereichen (Formanten):

1. U: Tiefster Vokal. F1 liegt bei ca. 200–300 Hz, F2 sehr tief, ca. 600–800 Hz
2. O: F1 ca. 400–500 Hz, F2 ca. 800–1000 Hz
3. A: Zentraler Bereich. F1 ca. 700–900 Hz, F2 ca. 1100–1300 Hz
4. Ü: Ähnliches F1 wie U, aber deutlich höherer F2 bei ca. 1600–1800 Hz
5. Ö: Ähnliches F1 wie O, F2 bei ca. 1400–1600 Hz
6. Ä: F1 ca. 600–700 Hz, F2 ca. 1800–2000 Hz
7. E: F1 ca. 400–500 Hz, F2 ca. 2200–2500 Hz
8. I: Höchster Vokalcharakter. F1 sehr tief (ca. 200–300 Hz), aber F2 extrem hoch bei ca. 2500 bis 3500 Hz

Beispiel: Klingt eine Aufnahme oder der Sound der PA oder einer einzelnen Signalquelle (z.B. Gesang) sehr grell und lässt sich eine „ÄÄÄ“-Chakteristik zuordnen, dann sollte man den Bereich um die 2000 Hz ins Visier nehmen und schauen, ob hier eine mehr oder weniger starke Absenkung das Gesamtergebnis verbessert …

Tabelle der akustischen Eigenschaften

Nun zur Tabelle: Sie liefert euch einen Überblick über den Tonumfang und Frequenzen, den Schall­druck­pe­gel sowie den Dynamikbereich eures Instruments. Diese Daten können euch dabei helfen, die Min­dest­an­for­de­run­gen für Mikrofonierung bzw. beim Abmischen zu bestimmen …

Die Wahrnehmung der Frequenzen

Richtig: Das Empfinden, die Gefühle, die ausgelöst werden können, sind sehr subjektiv. Daher wirken die Begrifflichkeiten in der folgenden Liste auch sehr subjektiv. Die Beschreibungen in der Liste unten können daher nur eine Annäherung sein und kommen deshalb kaum aus einer allgemeinen Wahr­neh­mungs­be­schrei­bung hinaus. Musik zu produzieren ist immer Empfindungssache. Doch wer Musik kreiert, kann mithilfe dieser Einstufungen sicherlich operieren …

Der Bassbereich

• Sub Bass = 16 Hz bis 50 Hz: Diese Frequenzen werden eher körperlich wahrgenommen. Sie lassen die Musik kraft- und druckvoll sowie bombastisch klingen.
• Die Frequenzen brauchen viel Energie. Zu viele dieser Frequenzen lässt die Musik schnell dumpf klingen.
• Bass = 50 Hz bis 250 Hz: Hier befinden sich die Grundtöne der meisten Instrumente und der menschlichen Stimme. Sie lassen die Musik dünn oder fett klingen.
• Solche Frequenzen sind reserviert für die tiefen, die Bariton Instrumente. Zuviel davon kann schnell den Rest überdecken und lässt die Musik zu fett werden.

Die Mitten

• Tiefe Mitten = 250 Hz bis 2 kHz: In diesem Bereich befinden sich die ersten Obertöne vieler Instrumente. Sie lassen die Musik warm klingen.
• 500 Hz bis 1 kHz tönen eher holzig bzw. nasal. Ab 1 kHz tönt es eher blechern Ein Zuviel dieser Frequenzen macht die Musik schwammig.
• Hohe Mitten = 2 kHz bis 4 kHz: Hier befinden sich die Konsonanten-Laute der menschlichen Stimme (b, m, n, l, k, …)
• Zuviel davon lässt das Ohr schnell ermüden.

Die hohen Frequenzen

• Präsenz = 4 kHz bis 6 kHz: Gibt der Musik Klarheit und Definierbarkeit. Die Musik erscheint näher.
• Zuviel solcher Frequenzen macht die Musik schnell aufdringlich.
• Brillanz = 6 kHz bis 20 kHz: Macht die Musik offen und klar.
• Bei einem Zuviel dieser hohen Frequenzen fängt es schnell an zu zischeln, fiepen und rauschen.

Zur Übersicht gibt´s die Liste auch als Pdf: Wahrnehmung-von-Frequenzen.pdf.

Kleines Glossar

[1] Grundton allgemein = Als Grundton bezeichnet man den fundamentalen Ton einer Tonleiter, eines Intervalls, eines Akkords, eines akustischen Klangs oder der Stimmung eines Musikinstruments. Im Generalbass und teils auch in der Harmonielehre gilt als Grundton eines Akkords der tiefste Ton seiner Grundstellung, in welcher er aus aufeinandergeschichteten Terzen besteht.

• Bei Blechblasinstrumenten ist der tiefste Naturton, den das Instrument erzeugen kann (ohne Benutzung von Ventilen oder Zügen). Er bestimmt die Grundstimmung des Instruments. Bei transponierenden Instrumenten (im wesentlichen bei Blasinstrumenten: erklingen in einem anderen Ton als dem gespielten) wird dieser Ton als c notiert.
• Bei den Holzblasinstrumenten, zum Beispiel bei fast allen Blockflöten, ist der bezeichnende Grundton der tiefste spielbare Ton.
• Bei Saiteninstrumenten mit Griffbrett wird oft der Ton einer leeren, also ungegriffenen Saite als deren Grundton bezeichnet.
• FunFact: Beim Gregorianischen Choral war der Grundton mit dem Schlusston einer Melodie identisch und wurde deshalb auch als „Finalis“ bezeichnet.

[2] Obertöne = Sie sind die neben dem Grundton mitklingenden Bestandteile eines instrumental oder vokal erzeugten Tones. Obertöne sind im akustischen Sinne aber keine einzelne Töne, sondern ein Klang, also ein Schallereignis. Dieses Tongemisch setzt sich vorrangig aus mehreren sinusförmigen Teiltönen von unterschiedlicher Amplitude zusammen. Der tiefste Teilton wird  → Grundton genannt und bestimmt in der Regel die wahrgenommene Tonhöhe. Die höheren Teiltöne, also die Obertöne, erzeugen die Klangfarbe.

[3] Formant = ein akustisches Phänomen, bei dem bestimmte Frequenzbereiche im Klangspektrum aufgrund von Resonanzen verstärkt werden. Formanten prägen den Klangcharakter (das Timbre) maßgeblich und sind entscheidend für die Wahrnehmung von Vokalen und Klangfarben, insbesondere in der Stimme aber auch bei Musikinstrumenten.

[4] = Notensystem: Die Buchstaben sind Noten: Das G²  zum Beispiel ist das „zweigestrichene“ G  oder G“  was in MIDI-Sprache G5  bedeutet (siehe Grafik)

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