Tonhöhe und wie Menschen hohe und tiefe Töne hören

Was ist ein Ton und wie nimmt der Mensch ihn wahr?

Schwingung der Gitarrensaite und Entstehung der Schallwelle

Töne sind Schwingungen, die sich als unsichtbare Wellen durch die Luft bewegen. Sie entstehen, wenn etwas vibriert, zum Beispiel eine Gitarrensaite. Unsere Ohren nehmen diese Schwingungen wahr und schicken die Informationen an das Gehirn. Das Gehirn verarbeitet sie und wir erkennen einen Ton. Wenn wir über Tonhöhe sprechen, meinen wir nicht nur die physikalischen Eigenschaften des Tons, sondern auch, wie unser Gehirn ihn empfindet. Mehr über was ein Ton ist und wie wir ihn hören, erfahren Sie hier.

Schwingungsfrequenz von Luft

Wenn man eine Gitarrensaite anschlägt, beginnt sie zu schwingen. Dadurch bewegen sich auch die Luftmoleküle neben der Saite vor und zurück. So entsteht eine Schallwelle. Die Schwingungsfrequenz ist die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Sie sagt uns, wie oft eine Schallwelle in einer Sekunde schwingt.

Zur Frequenz gehört auch die sogenannte Wellenlänge. Das ist die Strecke, die eine Schallwelle während einer Schwingung zurücklegt. Je höher die Frequenz, desto kürzer ist die Wellenlänge. Das heißt: Schnelle Schwingungen ergeben kurze Wellen, langsame Schwingungen - lange Wellen.

Die Schwingungsfrequenz ist die Anzahl der Schwingungen einer Schallwelle pro Sekunde.

Was ist Tonhöhe? Hohe und tiefe Töne

Die Schwingungsfrequenz eines Tons nehmen wir als Tonhöhe wahr. Das bedeutet: Unser Gehirn entscheidet, ob ein Ton hoch oder tief klingt. In Wirklichkeit schwingt einfach nur die Luft unterschiedlich schnell. Erst unser Gehirn macht daraus einen hohen oder tiefen Ton.

Tonhöhe ist das, was unser Gehirn aus der Schwingungsfrequenz macht: Schnelle Schwingungen (hohe Frequenz) hören wir als hohe Töne, langsame Schwingungen (niedrige Frequenz) als tiefe Töne.

Im Buch „This Is Your Brain on Music“ steht: Die Tonhöhe ist ein psychologisches Phänomen – sie existiert nur in unserem Kopf, nicht in der Außenwelt.

Welche Töne nennen wir hoch oder tief? Ein hoher Ton hat eine hohe Frequenz (kurze Wellen) und klingt hell und scharf. Ein tiefer Ton hat eine niedrige Frequenz (lange Wellen) und klingt dunkel und schwer.

BEISPIELE. Eine Männerstimme klingt tiefer als eine Frauenstimme. Donner ist ein tiefer Ton, eine Geige klingt hoch.

Warum ist die Männerstimme tiefer als die Frauenstimme? Männer haben längere und dickere Stimmbänder sowie einen größeren Kehlkopf. Deshalb schwingen ihre Stimmbänder langsamer als bei Frauen. Langsame Schwingungen erzeugen tiefe Töne.

Wie misst man die Frequenz und Tonhöhe?

Eine Stimmgabel macht einen reinen Ton mit einer Frequenz

Die Frequenz eines Tons wird in Hertz (Hz) gemessen. Hertz gibt an, wie viele Schwingungen pro Sekunde stattfinden. Zum Beispiel bedeutet 20 Hz, dass die Schallwelle 20 Mal pro Sekunde schwingt.

Da die Tonhöhe das Ergebnis der Verarbeitung im Gehirn ist, können wir sie nicht direkt messen. Wir messen stattdessen die Frequenz. Je höher die Frequenz, desto höher klingt der Ton für uns. Je niedriger die Frequenz, desto tiefer klingt er.

Infraschall und Ultraschall

Blaue Wale geben Infraschall für die Kommunikation aus, der sich über Tausende Kilometer ausbreitet, diese Geräusche kann der Mensch nicht hören

Unsere Ohren können nur Töne in einem bestimmten Frequenzbereich hören. Dieser Bereich kann bei jedem Menschen etwas anders sein – je nach Alter oder Gesundheit. Im Durchschnitt hören wir Töne zwischen 20 Hz und 20 000 Hertz (20 000 Hertz = 20 Kilohertz).

Töne mit weniger als 20 Hz oder mehr als 20 000 Hz können wir nicht hören. Ein Ton unter 20 Hz heißt „Infraschall“, ein Ton über 20 000 Hz heißt „Ultraschall“.

Infraschall sind Töne unter 20 Hz. Ultraschall sind Töne über 20 000 Hz. Menschen können Infraschall und Ultraschall nicht hören.

BEISPIELE. Verschiedene Tiere nutzen Infraschall oder Ultraschall. Der Blauwal im Ozean macht Infraschalltöne zwischen 1 und 20 Hz. Laut einer Studie im Journal der Akustischen Gesellschaft von Amerika können diese Töne über 1 500 Kilometer weit reisen.
Fledermäuse nutzen Ultraschall zur Orientierung, Jagd und Kommunikation. Ihre Ultraschalltöne können über 100 000 Hertz liegen.

Frequenzspektrum und Klangfarbe (Timbre)

Töne bestehen meistens aus vielen verschiedenen Schwingungen gleichzeitig – mit unterschiedlichen Frequenzen und Lautstärken. Wenn man zum Beispiel eine Gitarrensaite zupft, schwingt sie auf mehreren Frequenzen gleichzeitig. Die niedrigste dieser Frequenzen nennt man Grundton. Andere Töne mit höheren Frequenzen nennt man Obertöne. Obertöne stehen oft in einem bestimmten Verhältnis zum Grundton. Zusammen ergeben sie einen vollen Klang.

Das Frequenzspektrum kann man sich als Linien verschiedener Größen und Farben vorstellen

Jedes Instrument hat seinen eigenen einzigartigen Klang oder eine Reihe von Obertönen, er hängt von der Form, dem Material und der Art und Weise ab, wie der Ton erzeugt wird

Die Form, Größe und das Material eines Musikinstruments bestimmen, welche Frequenzen im Klang enthalten sind. Auch bei der menschlichen Stimme beeinflussen Stimmbänder, Mund- und Nasenhöhle den Klang. Außerdem spielt es eine Rolle, wie der Ton erzeugt wird und wie er sich im Laufe der Zeit verändert. Das Frequenzspektrum ist die Gesamtheit aller Frequenzen eines Tons – Grundton plus Obertöne. Das Spektrum macht jeden Klang einzigartig und beeinflusst, wie wir ihn hören. Wie unser Ohr und Gehirn das Spektrum wahrnehmen, nennt man Klangfarbe oder Timbre. Die Klangfarbe hilft uns dabei, verschiedene Instrumente oder Stimmen zu unterscheiden – selbst wenn sie denselben Ton spielen oder singen. Klangfarbe ist also das besondere Gefühl oder der Charakter eines Tons, der durch das Frequenzspektrum entsteht. Deshalb können wir verschiedene Menschen an ihrer Stimme erkennen oder wissen, welches Instrument gerade spielt.

Das Frequenzspektrum ist die Gesamtheit aller Frequenzen eines Tons – Grundton plus Obertöne.

Klangfarbe (Timbre) ist das besondere Gefühl oder der Charakter eines Tons, der durch das Frequenzspektrum entsteht.

Mehr über andere Eigenschaften von Tönen wie Lautstärke finden Sie in der Tabelle der Toneigenschaften.

Fazit

Schwingungsfrequenz und Tonhöhe sind wichtig, um zu verstehen, wie wir unsere Welt hören – zum Beispiel Musik. Von langsamen Infraschalltönen bis zu schnellen Ultraschalltönen: Alles sind Luftschwingungen, die unser Ohr unterschiedlich wahrnimmt. Menschen können nur einen kleinen Bereich hören – etwa von 20 bis 20 000 Hertz. Viele Tiere oder Geräte nutzen aber auch Infraschall oder Ultraschall für Kommunikation oder Orientierung.

Doch ein Ton ist mehr als nur seine Höhe oder Frequenz. Sein Charakter wird durch das Frequenzspektrum bestimmt. Die Klangfarbe hilft uns, Stimmen zu unterscheiden oder Musikinstrumente zu erkennen – sogar Gefühle in der Sprache zu hören. Wie wir Töne wahrnehmen, ist ein Zusammenspiel von Physik, Biologie und unserem Geist. Wer das versteht, merkt, wie vielfältig und spannend unsere Welt der Klänge ist.

Tonhöhe: Männerstimmen sind meistens tiefer, Frauenstimmen sind meistens höher