Jeder hört Musik – zu Hause, im Bus, in der Schule, bei der Arbeit, auf einer Reise. Jeder hat schon einmal ein Klavier, eine Flöte oder eine Trompete gesehen. Alle Musikinstrumente können gespielt werden, jedes auf eine etwas andere Weise. Auf dem Klavier schlägt man die Tasten an, rüttelt an der Rassel und rüttelt an den Saiten der Gitarre. Eines der modischsten Instrumente ist heutzutage sicherlich die Gitarre. Wer hat nicht davon geträumt, ein berühmter Rockgitarrist zu werden? Warum macht die Gitarre überhaupt die Klänge, die uns so gut gefallen? Denn hinter dem Klang jedes Instruments steckt Physik.
Funktionsweise einer Gitarre
Gitarren werden in verschiedene Typen eingeteilt, aber in den meisten Fällen lassen sich die Grundelemente ihrer Konstruktion unterscheiden: Saiten, Greif und Resonanzkasten. Die typischsten Gitarren haben sechs Saiten unterschiedlicher Stärke, die aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Klassische Gitarren haben Nylonsaiten, während akustische Gitarren Metallsaiten haben. Dieser Materialunterschied verursacht vor allem einen Unterschied in der Klangfarbe, die zart und warm wie bei klassischen Gitarren oder scharf und metallisch bei akustischen Gitarren sein kann.
Wenn wir an einigen Gitarrensaiten reißen, hören wir den Klang. Das liegt daran, dass sich die gerissene Saite sehr schnell in Bewegung setzt – sie vibriert. Es bildet sich eine stehende Welle, deren Knoten sich an den Enden der Schnur befinden. Die Schwingung der Saite regt die Partikel des Mediums, in dem sie sich befindet, zur Bewegung an – in unserem Fall beginnen die Luftteilchen zu schwingen. Dadurch kann sich eine Welle einer bestimmten Intensität, d.h. der Lautstärke und Frequenz in Abhängigkeit von der Frequenz der Saitenschwingung, in der Luft ausbreiten – dies ist einfach die Tonhöhe. Die Frequenzabhängigkeit von den Parametern der Zeichenkette kann in einfacher Argumentation dargestellt werden.
Es ist leicht zu erkennen, dass jede der sechs Saiten eine andere Tonhöhe ergibt. Wenn die Saiten gleich lang sind, muss der Unterschied in der Tonhöhe im Verhältnis zu ihrer Dicke stehen. Dieser Faktor wird bei der linearen Dichte der μ Strings berücksichtigt. Je stärker die Saite gedehnt wird, desto höher ist der Klang, so dass auch die Zugkraft F berücksichtigt wird. Wenn wir eine Saite an einem Greif an einer beliebigen Schwelle spannen und damit verkürzen, stellen wir fest, dass der Ton höher wird, die Frequenz also von der Länge l abhängt. Die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung im String hängt nicht von der Frequenz ab und ist in Abhängigkeit gegeben:
Wenn wir die Welle betrachten, die sich in einem String bewegt, können wir feststellen, dass ihre Länge λ=2l/n beträgt, wobei l die Länge des Strings ist. Mit dem Buchstaben n kennzeichnen wir die Anzahl der Moden der Saitenschwingung und wir stellen sie immer mit einer natürlichen Zahl dar.
Dabei handelt es sich um ein vorgefertigtes Muster, aus dem Sie die Frequenz des gehörten Tons und damit seine Tonhöhe berechnen können. Um unsere Praxisberichte zu überprüfen, lohnt es sich, die Frequenzanalyse zu nutzen, die Sie mit Hilfe eines Computers, eines Mikrofons und eines Tonverarbeitungsprogramms wie Audacity selbst durchführen können.
Ein weiteres wichtiges Element, ohne das man die Gitarrenklänge nicht bewundern könnte, ist der Resonanzkasten. Die Ausbreitung der Welle im Zentrum besteht in der Übertragung von Energie. Es bedeutet, dass wir die Saite durch einen Ruck mit dem Finger in Schwingung versetzen, d.h. wir übertragen einen bestimmten Anteil der Energie auf die Saite. Diese Energie wird dann auf die Teilchen des Mediums, d.h. der Luft, übertragen und erreicht unsere Ohren mit hoher Geschwindigkeit. Das bedeutet, wenn es kein Medium gäbe, in dem Energie übertragen werden könnte, würden wir keinen Ton hören. Deshalb würden wir in einem Vakuum nicht die leisen Töne einer Gitarre hören. Die Oberfläche der Saite ist relativ klein, daher ist auch die Energiemenge, die die Saite durch die Luft „durchlassen“ kann, gering. Und hier kommt der Resonanzkasten zum Einsatz.
Die an der Gitarre befestigte Saite lehnt mit einem so genannten Steg an der Gitarre. Durch dieses Element wird die Energie der Saite auf den Resonanzkasten übertragen. Da der Kasten eine große Oberfläche und viel Luft im Inneren hat, ist es einfacher, Energie auf die Luftteilchen zu übertragen. Infolgedessen trägt die Schallwelle, die sich in der Luft ausbreitet, viel mehr Energie, so dass der Schall, den wir hören, lauter ist.
Viele Fragen zum Gitarrenklang lassen sich jedoch nicht physikalisch erklären, z.B. warum manche Menschen die klassische Gitarre und andere die akustische bevorzugen. Auch die so genannte Tiefe und Klangfarbe des Klangs wird von verschiedenen Menschen unterschiedlich wahrgenommen. Seit vielen Jahrhunderten sind Gitarrenbauer auf der Suche nach dem bestmöglichen Gitarrenklang und machen ihre Konstruktion zu einer Kunst und nicht nur zu einem Handwerk. Vieles hängt auch vom Gitarristen selbst ab, der in der Lage ist, verschiedene Töne, von leicht und zart bis hin zu scharf und durchdringend, zu erzielen, indem er eine Saite auf unterschiedliche Weise anschlägt. Tatsächlich aber ist all dies für Zuhörer geschaffen, die so unterschiedlich in ihrem Geschmack sein können wie verschiedene Gitarrenklänge.
Wie funktioniert eine E-Gitarre?
Es gibt eine große Zahl von Menschen, die E-Gitarre spielen, aber nur einige von ihnen wissen wirklich, wie dieses Instrument funktioniert. Menschen, die nicht einmal mit diesem Instrument verbunden sind, können leicht zwischen verschiedenen Musikrichtungen unterscheiden, die auf der Gitarre gespielt werden, aber mit technischem Wissen über die Tongewinnung ist es viel schlimmer. Nicht nur Außenstehende haben ein Problem mit diesem Wissen, sondern manchmal verstehen auch die Gitarristen selbst das Prinzip dieses Instruments nicht ganz.
Bei der akustischen oder klassischen Gitarre haben wir damit kein Problem, denn alles funktioniert auf der Grundlage der Gesetze der Physik. Es ist alles ganz einfach, wir haben einen Resonanzkasten, einen Greif, gespannte Saiten und einen Gitarristen, der sie zuckt. Er kann es direkt mit den Fingern oder mit einem Gitarrenwürfel machen, und es ist nicht nötig, hier viel zu erklären. Bei der E-Gitarre sieht es etwas anders aus, denn auch hier kann der Gitarrist direkt mit den Fingern oder mit einem Gitarrenwürfel spielen, aber vor allem haben wir hier keinen Resonanzkasten und ein bloßes Ruckeln der Saiten wird wenig nützen.
Der natürliche Modus begann mit der Akustikgitarre, die aufgrund ihrer Konstruktion von Anfang an einige begrenzte Möglichkeiten in Bezug auf die Lautstärke hat. Und wie in kleinen Räumen beim Spielen eines Solos beginnt die Gitarre irgendwo von uns zu verblassen, wenn wir in größeren Räumen sind und von anderen Instrumenten wie der Trompete begleitet werden. In der ersten Version klang die Gitarre wie die meisten akustischen Instrumente mit Mikrofonen, aber bereits in den 1930er Jahren begannen mehr und mehr Experimente mit direktem Gitarrenklang. Natürlich kam die wahre Blüte und das goldene Zeitalter der elektrischen Gitarre in den 1950er und 1960er Jahren, als der Rock’n’Roll geboren wurde.
Damals entstanden die legendärsten E-Gitarren, die in den folgenden Jahrzehnten wiedergeboren wurden und bis heute gebaut werden. Zu dieser Zeit begann man, sich sehr intensiv mit den beiden führenden Aspekten der E-Gitarre, wie Klang und Signalübertragungsleistung, zu beschäftigen. Viele dieser Versuche in der Anfangszeit endeten mit einem Fiasko, vor allem weil es schwierig war, die richtige Symmetrie zwischen Lautstärke und Tonqualität zu erreichen. Die berühmtesten Schöpfer und zugleich Vorläufer, die zur Blüte und Entwicklung der E-Gitarre beitrugen, waren solche Gitarrenkonstrukteure wie: Leo Fender oder Les Paul. 1954 wurde das Kultmodell der Fender-Markengitarre geschaffen – die Stratocaster. Les Paul hingegen schuf das Vorzeigemodell der Gitarre für den Rivalen Gibson, dessen Name auch heute noch sein Name war und ist. Seit mehr als siebzig Jahren gehören Gibson und Fender zu den bekanntesten Marken in der Gitarrenwelt und konkurrieren hart darum, gleichzeitig die Nummer eins in dieser Welt zu sein.
Und wie funktioniert eine Gitarre ohne DI-Box?
Bei einer E-Gitarre wurde der Resonanzkasten vollständig eliminiert, und seine Rolle wird von einem elektroakustischen Wandler übernommen. Dieser Wandler ist sehr empfindlich und empfindlich für Saitenschwingungen, die direkt über dem Wandler liegen. Die Bewegung der Saiten und ihre Schwingung bewirken die Anregung elektromotorischer Kräfte im Inneren der Spulen.
Die Art und Weise, wie die Saiten mit dem Wandler interagieren, hängt unter anderem von der Geschwindigkeit der Saiten ab, d.h. von ihrer Höhe und Dicke. Auf diese Weise übersetzen sich die durch die Saiten verursachten Störungen des elektromagnetischen Feldes in einen bestimmten Ton des Instruments, den wir im Lautsprecher hören. Die Reihenfolge ist also ganz offensichtlich, zuerst gibt es einen Ruck der Saite, dessen Bewegung die Aktivierung des Wandlers stimuliert, und dann fliegt das Signal entlang des Kabels zu einem Verstärker, der für die Formung des endgültigen Tons verantwortlich ist und das Signal verstärken soll, damit es unter anderen Instrumenten gehört werden kann. Die weniger Vertrauten müssen wissen, dass der Schallkopf im Volksmund auch als Appetitanreger bezeichnet wird. Und es hängt weitgehend von der Qualität des Tonabnehmers ab, was Sie in Ihrer Gitarre bekommen.
Technisch gesehen ist es bei akustischen oder klassischen Gitarren viel weniger ein Problem. Dank der technologischen Entwicklung und der Schaffung der E-Gitarre haben wir jedoch viel mehr Klangmöglichkeiten. Die E-Gitarre ist ein perfektes Beispiel dafür und gehört zu dieser kleinen Gruppe von Musikinstrumenten, bei denen wir unbegrenzte Möglichkeiten haben, in den Klang einzugreifen.
