Lydens videnskab: svingninger, tonehøjde og klangfarve

Lyd er noget, der ryster

Al lyd starter med, at noget svinger, altså bevæger sig frem og tilbage meget hurtigt: en guitarstreng, et trommeskind, luften inde i en fløjte eller stemmebåndene i halsen. Svingningen skubber til luften ved siden af, den luft skubber til den næste bid luft, og en bølge af små sammenpresninger og udstrækninger breder sig, ligesom ringe i vandet.

Når bølgen når dit øre, får den trommehinden til at ryste i det samme mønster, og hjernen hører en lyd. I luft ved 20 °C bevæger bølgen sig cirka 343 meter hvert sekund; i vand går det mere end fire gange hurtigere. Ude i rummet er der ingen luft til at bære den, så dér kan lyd slet ikke bevæge sig.

Prøv det: læg fingrene let på forsiden af halsen, og nyn. Summen, du mærker, er den svingning, der laver din stemme.

Tonehøjde: hvor mange gange i sekundet

Hvor hurtigt noget svinger, afgør, hvor højt eller dybt det lyder. Antallet af svingninger i sekundet kaldes frekvensen og måles i hertz (Hz), en enhed opkaldt efter videnskabsmanden Heinrich Hertz. 440 svingninger i sekundet er det A4, du mødte i lektionen om nodenavne; 110 i sekundet er A2, to oktaver dybere.

Hurtigere betyder højere, og langsommere betyder dybere. Den dybeste tangent på et klaver, A0, er 27,5 Hz, og den højeste, C8, er cirka 4.186 Hz. Et ungt øre kan høre cirka 20 til 20.000 Hz; den øvre grænse falder som regel med alderen, og mange voksne hører op til cirka 16.000 Hz.

• 110 → 880 HzFire A'er med 110, 220, 440 og 880 svingninger i sekundet, som rene sinustoner.

En oktav er det dobbelte

Lyt til de fire A'er igen. Hver af dem svinger præcis dobbelt så hurtigt som den før. Det er hemmeligheden bag oktaven fra lektionen om nodenavne: to toner, der ligger en oktav fra hinanden, har frekvenser i forholdet 2 til 1, så de smelter så godt sammen, at de lyder som den samme tone, én høj og én dyb.

Andre enkle forhold lyder også blødt. Når to frekvenser står i forholdet 3 til 2, som 220 Hz og 330 Hz, hører du en ren kvint. Groft sagt: jo enklere forholdet er, jo oftere falder de to bølger sammen, og jo roligere lyder de sammen.

• 2 : 1 (oktav)220 Hz og 440 Hz, først én ad gangen, så sammen.
• 3 : 2 (kvint)220 Hz og 330 Hz, først én ad gangen, så sammen.

Hvorfor A = 440

For at kunne spille sammen skal musikere være enige om, hvor høj én tone er. I dag stemmer det meste af verden A'et over det enstregede c til 440 Hz. Sådan har det ikke altid været: i flere hundrede år skiftede tonehøjden fra sted til sted og fulgte tit det lokale orgel. I 1859 vedtog Frankrig en lov, der satte A til 435 Hz.

I 1939 anbefalede en international konference i London 440 Hz. Den Internationale Standardiseringsorganisation (ISO) vedtog det som standard i 1955 og bekræftede det i 1975 som ISO 16. Alligevel bruger ikke alle præcis 440: mange orkestre stemmer lidt højere, et sted mellem cirka 440 og 444 Hz.

• 440 mod 435 HzNutidens A, så det franske A fra 1859, så begge sammen.

Overtoner: hvorfor et klaver og en guitar lyder forskelligt

Et rigtigt instrument svinger ikke med kun én hastighed. En streng svinger i hele sin længde og på samme tid i halvdele, tredjedele, fjerdedele og så videre. En tone på 110 Hz indeholder derfor også svagere lyde på 220, 330, 440, 550 Hz og opefter: hele multipla af den dybeste. Den familie kaldes overtonerækken, og de højere medlemmer er overtoner. Den dybeste, grundtonen, hører vi som tonehøjden.

Hvert instrument har sin egen blanding af kraftige og svage overtoner og sin egen måde at starte og klinge ud på. Den blanding er dets klangfarve. Det er derfor, et klaver og en guitar, der spiller det samme A lige kraftigt, alligevel lyder forskelligt. En sinusbølge har slet ingen overtoner, og derfor lyder den så enkel og glat.

Overtonestigen herunder spiller de første otte medlemmer af overtonerækken for 110 Hz. Nogle af dem rammer lidt ved siden af klaverets tangenter: den 7. ligger cirka en tredjedel af en halvtone lavere end G'et på klaviaturet.

• OvertonestigeDe første otte deltoner for 110 Hz, én ad gangen.
• Byg en toneStart med 220 Hz, og læg så 440, 660 og 880 Hz til: lyden bliver fyldigere.
• SinusbølgeA4 som en ren sinusbølge uden overtoner.
• KlaverDet samme A4 på klaveret.

Ligesvævende temperatur: tolv lige store trin

Hvis du stemmer hvert interval efter de enkleste forhold, lyder nogle tonearter dejligt og andre slemt urent. Det almindelige svar i dag er tolvtonig ligesvævende temperatur: oktaven bliver delt i tolv præcis lige store halvtoner. At gå en halvtone op ganger frekvensen med den tolvte rod af 2, cirka 1,0595. Gør det tolv gange, så lander du på præcis det dobbelte: oktaven.

Gevinsten er, at alle tonearter virker lige godt, så musikken kan gå til en hvilken som helst toneart. Prisen er, at de fleste intervaller ligger en lille smule fra de enkle forhold. Musikere måler de små forskelle i cent: en halvtone er 100 cent. En ligesvævende kvint er kun cirka 2 cent smallere end en ren kvint i forholdet 3:2, men en ligesvævende stor terts er cirka 14 cent bredere end en ren terts i forholdet 5:4. Sangere og strygere, som kan justere hver tone, trækker tit over mod de rene udgaver. Hvor tydeligt man hører forskellen, er forskelligt fra person til person.

Ligesvævende temperatur har været den vigtigste stemning i vestlig musik siden 1900-tallet. Før det var flere andre stemninger i brug, og tasteinstrumentspillere gik kun gradvist over til ligesvævende temperatur.

• Ligesvævende tertsC og E som på et moderne klaver: lyt efter en svag sitren.
• Ren terts (5:4)Den samme terts med E sænket 14 cent: glattere og roligere.

Svævninger: stemningens vå-vå

Når to toner ligger meget tæt på hinanden, men ikke er helt ens, glider deres bølger ind og ud af takt med hinanden. Når de falder sammen, bliver lyden kraftigere, og når de ophæver hinanden, bliver den svagere, så du hører et regelmæssigt vå-vå-vå. De pulsslag kaldes svævninger, og antallet af svævninger i sekundet er lig med forskellen mellem de to frekvenser: 440 Hz og 442 Hz giver 2 svævninger i sekundet.

Svævninger er din bedste ven, når du stemmer. Når du bringer en streng tættere på den rigtige tone, bliver svævningerne langsommere, og når de forsvinder, er de to toner stemt. Klaverstemmere tæller endda svævninger for at stille intervaller. Hvis tonerne glider langt fra hinanden, bliver svævningerne for hurtige at tælle og bliver til en ru, summende lyd.

• 440 + 442 HzTo svævninger hvert sekund.
• 440 + 445 HzFem svævninger hvert sekund: et hurtigere vå-vå.
• Stem indDen anden tone nærmer sig 440 Hz, indtil svævningerne holder op.

Prøv det: spil den samme tone på to instrumenter, eller syng med på en lang, udholdt tone, og lyt efter svævninger. Justér langsomt, indtil de bliver langsommere og forsvinder.

Udforsk mere

• NodenavneMusikken bruger kun syv bogstavnavne, igen og igen, ligesom ugens dage. Find dem på klaveret, og lær, hvad kryds og b betyder.
• IntervallerEt interval er afstanden mellem to toner, ligesom at tælle trinene mellem to personer på en trappe. Hør hvert interval, og lær, hvordan du tæller det.
• SkalaerEn skala er en række toner, der klatrer trin for trin, bygget efter en enkel opskrift. Vælg en starttone, og hør dur, mol, pentatonik, blues og mere.