Instrumenten-Stimmgerät

Musikalische Stimmung verstehen

Stimmen ist das Anpassen der Tonhöhe eines Instruments, sodass seine Töne einem festgelegten Standard entsprechen. Die meiste westliche Musik verwendet heute die gleichstufige Stimmung mit 12 Halbtönen (12-TET), ein System, das die Oktave in 12 gleiche Halbtöne von genau 100 Cent teilt, wodurch das Frequenzverhältnis zweier benachbarter Töne stets gleich ist. Die genauen Werte der gleichstufigen Stimmung wurden erstmals in den 1580er-Jahren berechnet, und sie setzte sich unter anderem durch, weil sie freie Wechsel zwischen den Tonarten erlaubt – um den Preis einer mäßigen Unreinheit in jedem Intervall. Der internationale Stimmstandard A4 = 440 Hz wurde 1939 von einer internationalen Konferenz in London empfohlen und 1955 von der Internationalen Organisation für Normung übernommen, die ihn 1975 als ISO 16 bestätigte. Vor dieser Normung schwankte der Kammerton stark zwischen Regionen und Epochen. Auf Barockmusik spezialisierte Ensembles stimmen oft auf A4 = 415 Hz (etwa einen Halbton tiefer als der heutige Standard-Kammerton), während Orchester in Deutschland und Österreich meist auf A4 = 443 Hz und in der Schweiz und Italien auf 442 Hz stimmen. In Kontinentaleuropa und Japan werden auch Klaviere in Konzertsälen oft auf 442 Hz gestimmt. Die Einheit Cent, 1885 vom englischen Mathematiker und Musikwissenschaftler Alexander John Ellis eingeführt, ist logarithmisch und ermöglicht es, kleine Tonhöhenunterschiede präzise zu messen. Da die menschliche Tonhöhenwahrnehmung annähernd logarithmisch ist – gleiche Frequenzverhältnisse hören wir als gleiche Intervalle –, entspricht die Cent-Skala der Art, wie wir Musik hören. Ein Halbton umfasst 100 Cent, eine Oktave 1200 Cent, unabhängig von der absoluten Frequenz. Für besondere Zwecke gibt es alternative Stimmungen. Drop D (DADGBE) senkt die sechste Saite um einen Ganzton für einen härteren Gitarrenklang. Mit Open G (DGDGBD) spielen Gitarristen einen G-Dur-Akkord auf allen Leersaiten; die Stimmung ist im Blues und auf der Slidegitarre beliebt. DADGAD bildet einen sus4-Akkord (mit Quarte anstatt Terz), der daher weder Dur noch Moll ist, und ist in keltischer Musik und im Folk weit verbreitet.

Methodik

Das Stimmgerät nimmt das Mikrofonsignal auf und erkennt die Tonhöhe in Echtzeit mit einem Autokorrelationsalgorithmus. Die Autokorrelation vergleicht das Audiosignal mit verzögerten Kopien seiner selbst, um das sich wiederholende Muster zu finden, das die Grundfrequenz bestimmt. Die Autokorrelation kann außerdem ein im Rauschen verborgenes periodisches Signal aufdecken und eine Grundfrequenz ermitteln, die im Signal fehlt, sich aber aus ihren Obertönen ergibt. Für stark periodische Signale liefert dieses Verfahren genaue Ergebnisse. Nach der Erkennung der Grundfrequenz ordnet der Algorithmus sie der nächstgelegenen Note der gleichstufigen Stimmung mit 12 Halbtönen (12-TET) zu, bezogen auf den gewählten Kammerton. Die Abweichung in Cent wird mit der Formel Cent = 1200 × log₂(erkannte_freq / Ziel_freq) berechnet. Ein Cent ist 1/100 eines Halbtons – eine Einheit, die Alexander John Ellis 1885 eingeführt hat und die heute das Standardverfahren ist, um Tonhöhen und musikalische Intervalle darzustellen und zu vergleichen. Voreingestellt ist der Kammerton A4 = 440 Hz: Eine internationale Konferenz in London empfahl ihn 1939, die Internationale Organisation für Normung übernahm ihn 1955 und bestätigte ihn 1975 als ISO 16. Der Kammerton lässt sich auch auf A4 = 432 Hz (von manchen Musikern bevorzugt), 442 Hz (in Schweizer und italienischen Orchestern üblich und in Kontinentaleuropa und Japan bei Klavieren in Konzertsälen häufig) oder 444 Hz einstellen. Die Anzeige wird bei jeder Bildschirmaktualisierung erneuert, meist 60-mal pro Sekunde, und der Empfindlichkeitsregler stellt die Rauschschwelle ein, um Hintergrundgeräusche auszufiltern.

Ihre Ergebnisse verstehen

Die Stimmanzeige zeigt die Abweichung vom Zielton in Cent sofort an. Der Text darunter wird grün, wenn die Note innerhalb von ±5 Cent des Zieltons liegt (gestimmt), und darüber hinaus rot; dann zeigt er an, ob die Note zu tief oder zu hoch ist und um wie viele Cent. Ein Cent ist 1/100 eines Halbtons, und eine Oktave umfasst 1200 Cent. Eine Abweichung von einem Cent ist zu klein, um zwischen aufeinanderfolgenden Tönen hörbar zu sein, und der kleinste hörbare Unterschied ist von Person zu Person sehr verschieden: Eine musikalisch geschulte Person kann zwei Tonhöhen meist unterscheiden, wenn sie etwa 5–10 Cent auseinanderliegen, je nach Frequenzbereich. Erklingen zwei Töne gleichzeitig, werden kleinere Unterschiede hörbar. Die Standardstimmung der Gitarre lautet von der tiefsten zur höchsten Saite: E2 (82,41 Hz), A2 (110 Hz), D3 (146,83 Hz), G3 (196 Hz), B3 (246,94 Hz), E4 (329,63 Hz). Die Standardstimmung des Basses ist E1-A1-D2-G2, die der Sopranukulele G4-C4-E4-A4. Der Kammerton A4 = 440 Hz ist der internationale Standard (ISO 16); viele Orchester stimmen etwas höher (in Deutschland und Österreich ist 443 Hz üblich, in der Schweiz und in Italien 442 Hz), in Kontinentaleuropa und Japan werden Klaviere in Konzertsälen oft auf 442 Hz gestimmt, und auf Barockmusik spezialisierte Ensembles stimmen häufig auf A4 = 415 Hz.

Praktische Beispiele

Ein Gitarrist, der sich auf einen Auftritt vorbereitet, kann sein Instrument wählen, die passende Stimmungsvoreinstellung auswählen (etwa Drop D für härtere Songs) und jede Saite stimmen, bis der Text unter der Stimmanzeige sie als gestimmt anzeigt. Mit den Referenztönen lässt sich die Stimmung auch in lauter Umgebung prüfen, in der das Mikrofon Schwierigkeiten haben kann. Ein Violinschüler kann das Stimmgerät beim Üben nutzen, um seine Intonation zu prüfen. Anders als bei Instrumenten mit Bünden muss man auf der Violine die Finger genau auf das Griffbrett setzen. Den Kammerton auf A4 = 442 Hz einzustellen, bereitet ihn auf das Spiel im Orchester vor.

Stimm-Tipps

Stimmen Sie immer von unten zur Note hin, nicht von oben. Ist eine Saite zu hoch, lockern Sie sie unter den Zielton und spannen Sie sie dann wieder hoch. Wenn Sie Spannung hinzufügen, statt sie wegzunehmen, sitzt die Saite fester und bleibt beim Spielen besser gestimmt. Stimmen Sie möglichst in ruhiger Umgebung. Das Stimmgerät kann Ihr Instrument nicht von anderen Geräuschen unterscheiden, daher stören Hintergrundgeräusche die Tonhöhenerkennung. Passen Sie bei Bedarf mit dem Empfindlichkeitsregler die Rauschschwelle an. Neue Saiten brauchen Zeit, um sich zu dehnen und einzupendeln. Dehnen Sie neue Saiten nach dem Aufziehen sanft, indem Sie sie vom Griffbrett wegziehen, und stimmen Sie sie dann. Wiederholen Sie Dehnen und Stimmen zwei- bis dreimal, bis die Saiten ihre Tonhöhe halten. Prüfen Sie regelmäßig die Bundreinheit. Klingt Ihre Gitarre auf den Leersaiten sauber, in den höheren Lagen aber verstimmt, muss die Bundreinheit an der Brücke eingestellt werden; viele E-Gitarren haben dort Schrauben, mit denen sich der Auflagepunkt der Saite in Längsrichtung fein verschieben lässt. Bei akustischen Instrumenten beeinflussen Temperatur und Luftfeuchtigkeit die Stimmung. Holz dehnt sich mit den Umgebungsbedingungen aus und zieht sich zusammen, daher müssen Sie nach einem Wechsel zwischen warmer und kalter Umgebung eventuell nachstimmen.

Quellen

• ISO 16:1975 – A440-Kammerton-Standard
• Tonhöhenerkennungsalgorithmen
• Musikalische Stimmstandards
• Cent – Einheit für Musikintervalle
• Tonhöhenwahrnehmung – Unterschiedsschwelle