Was sind Obertöne?

Obertöne

… sind Bestandteile eines Klangs, die neben einem relativ dominanten Grundton in der doppelten, dreifachen, vierfachen, […] Frequenz des Grundtons mitschwingen. Wie viele Obertöne erklingen und wie schnell deren Lautstärke mit zunehmender Frequenz abebbt, variiert von Instrument zu Instrument bzw. Gerät zu Gerät sowie deren Spielweisen/Einstellungen.

Praktisch jedes Instrument und jede Stimme erzeugt Klänge mit Obertönen. So besteht etwa der Klang einer Gitarrensaite neben dem Grundton, den dein Tuner anzeigt, auch aus zahlreichen Obertönen – erst sie verleihen dem Gitarrenklang seinen Charakter. Generell spielen sie eine der Hauptrollen bei der Entstehung der einzigartigen, sofort wiedererkennbaren Klangfarben von Instrumenten und Stimmen.

Nur die Sinuswellen aus Synthesizern oder Testtongeneratoren bestehen ausschließlich aus dem Grundton an einer einzigen Frequenz – zumindest im Idealfall, da sich technisch bedingt immer ein paar Obertöne einschleichen, wenn auch sehr subtil bzw. praktisch unhörbar.

Obertonreihe

Zum Einstieg gleich ein Audiobeispiel. Im Folgenden hörst Du eine Obertonreihe (auch »harmonische Reihe« genannt) – den Grundton C (C2, »tiefes C« bei ~65,4 Hertz) sowie 15 seiner Obertöne nach und nach übereinandergeschichtet, endend mit einem c“‘ (C6, »hohes C« bei ~1.046,5 Hertz). Diese Obertonreihe besteht aus reinen Sinuswellen, erzeugt mit einem virtuellen Synthesizer.

Harmonische vs. Obertöne

Für die Gesamtheit aus Grundton und Obertönen wird der Oberbegriff der Harmonischen verwendet (schlicht »die Harmonische« im Singular). Alternative Begriffe sind »Teiltöne« oder »Partialtöne«.

Die folgende Tabelle zeigt einen Ausschnitt aus einer Obertonreihe, bestehend aus dem Grundton a‘ (der weithin übliche Kammerton bei 440 Hz) sowie seinen ersten drei Obertönen:

Die Frequenzen werden mit der Formel Grundtonfrequenz (f) × Ordnungszahl (n) berechnet – wie eingangs erwähnt, sind es ganzzahlige Vielfache der Grundtonfrequenz.

Geradzahlige vs. ungeradzahlige Harmonische

Eine Harmonische wird als geradzahlig bezeichnet, wenn ihre Frequenz ein gerades Vielfaches der Grundtonfrequenz ist (Faktoren 2, 4, 6, […]). Ungeradzahlige Harmonische entstehen hingegen durch die Multiplikation der Grundtonfrequenz mit 3, 5, 7 etc.

Geradzahlige Harmonische:

Klänge mit einem starken Anteil an geradzahligen Harmonischen werden im Allgemeinen als angenehmer, umgangssprachlich »harmonischer« und musikalisch stimmiger empfunden. Typische Instrumente mit vorwiegend geradzahligen Harmonischen sind Flöten und Violinen.

Ungeradzahlige Harmonische:

Ungeradzahlige Harmonische sind beispielsweise bei der Klarinette oder bei den gedackten (am oberen Ende geschlossenen) Pfeifen einer Orgel stärker vertreten. Im Extremfall können sie für einen interessant-verstörenden, aggressiven und unbequemen Klang sorgen.

Obertöne erzeugen

Der menschliche Stimmapparat ist in der Lage, Obertöne besonders stark zu unterstreichen – der Obertongesang wird insbesondere in der Mongolei gepflegt. Bei Instrumenten können durch bestimmte Spieltechniken Obertöne verstärkt bzw. zusätzlich erzeugt werden (Stichwörter: Überblasen bei Blasinstrumenten und Flageoletttöne bei Saiteninstrumenten).

Werden Geräte mit Röhrenverstärkung übersteuert , entstehen vor allem geradzahlige Harmonische (entspricht ungeradzahligen Obertönen, siehe Infos zur Zählweise oben). Das klassische Beispiel ist ein Gitarrenverstärker mit Trioden-Röhren, auch aber auch jegliches andere röhrenverstärkte Equipment.

Erfahre ales zum Clipping »

Bei Halbleiterverstärkung, etwa durch Transistor-Amps, werden hingegen hauptsächlich ungeradzahlige Harmonische (geradzahlige Obertöne) hervorgekehrt.

Mit einem sogenannten Exciter können beliebige Audiosignale mit Obertönen angereichert werden – oft hast Du dabei die Wahl zwischen geradzahligen und ungeradzahligen bzw. Mischungen. Exciter gibt es in Form von Effektgeräten (Hardware) und Audio-Plugins (Software).

Effekte wie Overdrive/Distortion/Fuzz erzeugen durch ihre mehr oder minder starke Verzerrung des Signals ebenfalls Obertöne. Wenn dabei Soft Clipping zum Einsatz kommt, sind die Harmonischen überwiegend geradzahlig, eben wie bei der Röhrenverstärkung.

Kostenlose Exciter und Verzerrer gibt’s hier: Free VST Plugins »

Obertöne graphisch darstellen

Analyzer

Zur visuellen Verdeutlichung nimmst Du am besten einen Spektrumanalysator (üblicher ist der englische Begriff »[spectrum] analyzer«), beispielsweise in Form des kostenlosen Plugins Voxengo SPAN

Am besten deutlich werden Obertöne im Vergleich einer Sinuswelle mit einer »eckigeren« Wellenform wie Dreieck, Sägezahn oder Rechteck. Hier siehst Du links die Sinuswelle und rechts eine Sägezahnwelle, jeweils auf dem Kammerton A (440 Hz) als Grundton:

Sygyt Overtone Analyzer

Der Overtone Analyzer von Sygyt Software – in drei Ausbaustufen von kostenlos bis 399,- Euro erhältlich – dient zum Aufnehmen und Erforschen von Grund- und Obertönen mit spektrographischer Darstellung. Er taugt vor allem zum Üben und zur Protokollierung des persönlichen Fortschritts während einer Gesangsausbildung, Sprechschulung oder Stimmtherapie.

Fazit zum Phänomen der Obertöne

Obertöne sind allgegenwärtig in den Klängen von Stimmen und Instrumenten. Sie zeichnen maßgeblich für den Charakter eines Klangs verantwortlich. Sie folgen einer simplen Formel: Es handelt sich um Vielfache des Grundtons, der als mehr oder minder dominante, am tiefsten tönende Basis die wahrgenommene Grundtonhöhe bestimmt.

Durch Spiel-, Sprech- und Gesangstechniken lassen sich Obertöne verstärken, um für einen mehr oder minder harmonisch tönenden Vielklang zu sorgen – auch abhängig davon, ob eher geradzahlige oder ungeradzahlige Obertöne dominieren. Außerdem können Geräte/Plugins wie übersteuernde Verstärker oder Exciter genutzt werden, um Obertöne hervorzukehren bzw. überhaupt erst zu erzeugen.

Welche Spieltechniken oder Werkzeuge nutzt Du, um einem Klang (mehr) Obertöne zu verleihen? Übst Du dich im Obertongesang? Wir sind sehr gespannt auf deinen Input!