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Theorie

Eigenton

Der Eigenton ist die Frequenz, mit der ein schwingungsfähiger Körper von selbst schwingt, wenn man ihn anstößt. Bei einer Saite hängt er von Länge, Spannung und Masse ab, bei einer Stimmgabel von der Form ihrer Zinken. Er legt fest, welchen Ton der Körper abgibt.

Bedeutung
tiefste Frequenz, mit der ein Körper frei schwingt
Auch
Grundfrequenz, Eigenfrequenz, Grundschwingung
Saite
doppelte Länge → halbe Frequenz
Beispiel
leere A-Saite der Gitarre: 110 Hz

Was einen Körper „seinen“ Ton geben lässt

Jeder Körper, den man anstößt und der danach frei nachschwingt, tut das in einem bestimmten Tempo. Eine gezupfte Saite, eine angeschlagene Stimmgabel, eine Glocke, eine Luftsäule in einer Flöte: Sie alle haben Frequenzen, die ihr Bau festlegt, und die tiefste davon ist der Eigenton. Er hängt nicht davon ab, wie stark man anstößt. Kräftiger gezupft klingt die Saite lauter, nicht höher.

Eine Saite, vier Längen (Abstände in Halbtönen)

a d e a 5 2 5

Die leere A-Saite (a, 110 Hz) und drei Griffe auf derselben Saite: im 5. Bund d (146,83 Hz), im 7. Bund e (164,81 Hz), im 12. Bund wieder a, eine Oktave höher mit 220 Hz. Die Notenhöhen zeigen den Klang, nicht das geschriebene Gitarrennotenbild, das eine Oktave höher steht.

Eine Saite als Rechenbeispiel

Für eine ideal schwingende Saite gilt, dass die Frequenz mit der Länge fällt, mit der Spannung steigt und mit der Masse je Länge sinkt, genauer: mit der Quadratwurzel der Spannung steigend, mit der Quadratwurzel der Masse je Länge fallend. Die Gesetze gehen auf Marin Mersenne zurück, der sie im 17. Jahrhundert beschrieb. Daraus folgen die Zeilen der Tabelle.

Änderung an der SaiteWirkung auf den Eigenton
Länge halbieren (12. Bund)Frequenz verdoppelt sich, eine Oktave höher
Länge auf zwei Drittel verkürzen (7. Bund, rund)Frequenz ×1,5, eine reine Quinte höher
Spannung vervierfachenFrequenz verdoppelt sich
Masse je Länge vervierfachen (dickere Saite)Frequenz halbiert sich

Die Gitarre ist dafür ein gutes Labor. Der Steg bleibt fest, nur die schwingende Länge verändert sich, wenn man einen Bund greift. Jeder Bund verkürzt die Saite so, dass die Frequenz um den Faktor der zwölften Wurzel aus zwei, etwa 1,0595, steigt. Nach zwölf Bünden ist die Länge halb und der Ton genau eine Oktave höher. Am 7. Bund sind es sieben Halbtöne, der Faktor 1,498, also fast genau eine reine Quinte (3:2).

Eigenton, Oberton, Resonanz

Eine Saite schwingt nicht nur mit ihrem Eigenton, sondern gleichzeitig in Teilen: in Hälften, Dritteln und weiter. Das sind die Obertöne, mehr dazu unter Obertonreihe. Der Eigenton ist der tiefste Teilton und bestimmt in der Regel die wahrgenommene Tonhöhe. Wird ein anderer Körper durch Schall von außen zum Mitschwingen gebracht, spricht man von Resonanz. Sie fällt am stärksten aus, wenn die Anregung mit dem Eigenton übereinstimmt.

Selbst ausprobieren: Stimme die A-Saite deiner Gitarre und greife denselben Ton im 5. Bund der tiefen E-Saite. Beide Saiten haben verschiedene schwingende Länge, Masse und Spannung, aber denselben Eigenton. Mit dem Stimmgerät stellst du beide auf denselben Ton ein; sie sollen im Klang zusammenfallen.

Häufige Fehler

  • Eigenton mit Lautstärke verwechseln: Stärkerer Anschlag macht den Ton lauter, nicht höher.
  • Zwei Drittel Länge für ein Drittel Frequenz halten: Je kürzer die Saite, desto höher der Ton. Zwei Drittel der Länge ergeben anderthalbfache Frequenz.
  • Eigenton und Teilton gleichsetzen: Der Eigenton ist der tiefste Teilton; die Obertöne kommen dazu.