Klang (Glocke)

Wenn eine Glocke angeschlagen wird, entsteht ein charakteristischer Klang. Dieser besteht aus einer Anzahl realer, messbarer, nahezu sinusförmiger Teiltöne, gelegentlich auch Summtöne genannt, und meistens einem virtuellen, nicht messbaren Schlagton. Die Glocke ist ein zu den Idiophonen gehörender Klangerzeuger, der auch als Musikinstrument verwendet wird. Anders als es in der Musik allgemein üblich ist, werden in der Glockenkunde die Töne einer Glocke nicht als Grundton und Obertöne, sondern als „Teiltöne“ bezeichnet, weil die höheren Teiltöne hier nur sehr selten Harmonische des 1. Teiltons sind.

Glocken werden in der Regel als Unikate gegossen, so dass jede einen individuellen Klang hat, der auf ihrer geometrischen Form – der sogenannten Glockenrippe – und dem verwendeten Material beruht.

Schwingungen Schwingungsformen mini|Schwingungsmuster (8,x) der Glocke Bei Anregung einer Glocke durch einen Stoß entstehen – ähnlich wie bei den Schwingungen einer Platte – stehende Wellen.

Die Glocke schwingt gleichzeitig in unterschiedlichen Moden. Zu jeder Mode gehört ein charakteristisches Muster von Knotenlinien, an denen die Amplitude zu Null wird, und eine Eigenfrequenz, die gemessen und als Teilton der Glocke auditiv wahrgenommen werden kann. Die Knotenlinien liegen entweder senkrecht in einer Schnittebene durch die Glocke, in der ihre Symmetrieachse liegt (dann werden die Knotenlinien auch Knotenmeridiane genannt), oder waagerecht kreisförmig die Glocke umlaufend (Knotenkreise). Vgl. hierzu auch die Kugelflächenfunktionen.

Das Schwingungsmuster lässt sich durch ein Zahlenpaar (m,n) kennzeichnen, in dem die erste Zahl m die Anzahl der senkrechten, die zweite Zahl n die Anzahl der waagerechten Knotenlinien angibt. Wenn nur eine waagerechte Knotenlinie vorhanden ist, zeigt ein Strich ' an der Zahl an, dass die Knotenlinie nicht in Höhe der Flanke liegt, sondern wesentlich tiefer. Beispielsweise hat der tiefste Teilton einer Glocke das Muster (2,0), die Quinte das Muster (3,1').

Stellt man sich nebenstehende Abbildung einer stehenden kreisförmigen Welle als Draufsicht auf die Glocke vor, so gehen die Knotenlinien vom Rand der Glocke aus nach oben zu ihrem Scheitelpunkt und auf der gegenüberliegenden Seite wieder hinunter zum Rand, so dass sich hier 8 senkrechte Knotenlinien ergeben.

Messung Die Eigenfrequenzen einer Glocke können sowohl aktiv als auch passiv bestimmt werden: bei der aktiven Messung wird die Glocke mit einer Stimmgabel oder mit dem Tastkopf eines Tonfrequenzgenerators angeregt. Die Frequenz wird dann so lange verändert, bis Resonanz auftritt und so ein Teilton gefunden ist. beim passiven Verfahren wird die ruhende Glocke angeschlagen und ihr Klang aufgezeichnet. Die Aufnahme wird dann einer Spektralanalyse unterzogen, die das Spektrum des Klangs liefert, in dem die Teiltöne als Peaks erkennbar sind. Die Messwerte aus aktiver und passiver Messung unterscheiden sich geringfügig, weil die Glocke bei aktiver Messung ungedämpft schwingt, bei passiver aber gedämpft.

Bevor um 1900 die abstimmbare Stimmgabel erfunden wurde, ermittelte man die Teiltöne mit Hilfe abstimmbarer Gedacktpfeifen.

Tonsystem Tonleiter Um die Eigenfrequenzen der Glocke musikalisch darzustellen, verwendet man die in der Musik übliche 12-stufige chromatische Tonleiter in gleichstufiger Stimmung.

Im deutschen Sprachraum gilt dabei in der Glockenkunde heute noch der alte, von 1885 bis 1939 gültige Stimmton a1 = 435 Hz als Basis, während man im Ausland meistens die jüngere Festlegung zu 440 Hz verwendet.

Weil bei einer Teilung in Halbtonschritte die Frequenzauflösung für glockenkundliche Zwecke zu gering ist, werden die Halbtonschritte noch in Sechzehntel unterteilt, so dass in einer Oktave 192 unterschiedliche Töne dargestellt werden können. Das Frequenzverhältnis eines Halbtonsechzehntels ist also . Ein Halbtonsechzehntel entspricht 6,25 Cent. In schriftlicher Darstellung schreibt man die Sechzehntel hinter die Tonbezeichnung. So ist beispielsweise 333 Hz gleichbedeutend mit e1 +6 oder 959 Hz mit h2 −5 (Basis 435 Hz).

Weil die Sechzehntelabweichungen sowohl positiv als auch negativ angebracht werden können, wäre es auch möglich, e1 +6 als f1 −10 anzugeben. Welche Schreibweise zu bevorzugen ist, ergibt sich im Einzelfall aus der Lage des Schlagtons, der seinerseits auch mit Halbtonsechzehnteln angegeben wird.

Schlagton

Der Schlagton ist der Nennton einer Glocke, weil er als subjektiv stark wahrgenommener Ton die Empfindung der Tonhöhe der Glocke bewirkt. Gleichzeitig dient er als Bezugston für die Benennung der Teiltöne in Form von Intervallen. Der Schlagton ist kein realer Ton, sondern ein Residualton. Daher erscheint er weder im Klangspektrum, noch kann seine Frequenz direkt gemessen werden.

Es gibt Glocken, die keinen Schlagton haben, auch nicht als Residualton; darunter befinden sich hauptsächlich Bienenkorbglocken, schalenförmige Glocken und Schlagglocken geringer Höhe.

Teiltöne mini|hochkant=0.7|Prinzipaltöne und einige Mixturtöne einer c0-Molloktavglocke Die Teiltöne einer Glocke benennt man durch die Intervalle, die sie normalerweise mit dem Schlagton bilden. Weil diese Intervallbezeichnungen aber letztlich Schwingungsmuster kennzeichnen, können sie sogar dann verwendet werden, wenn gar kein Schlagton existiert (auch kein virtueller) oder das Intervall ein anderes ist (z. B. Sexte anstatt Quinte). Im letztgenannten Fall spricht man von einem Vertreter (die Sexte ist der Quint-Vertreter).

In einer gewissen Analogie zu Registern der Orgel werden die ersten 5 Teiltöne Prinzipaltöne genannt und die höheren Teiltöne Mixturtöne. Die Mixturtöne haben – mit Ausnahme der Duodezime – schwache Amplituden und verklingen recht schnell; trotzdem sind auch sie wesentlich für den Klang einer Glocke.

Gruppe Teilton Intervall, um das der Teiltonoberhalb des Schlagtons liegt Schwingungsmuster(Knotenlinien senkrecht, waagerecht) Eigenschaften Mixturtöne Tripeloktave (9,1) Doppeloktave (6,1) ist häufig etwas erhöht und kommt daher nur manchmal als Schlagtonbildner in Betracht. Duodezime (5,1) oft der stärkste Mixturton und ein Schlagtonbildner. Undezime (3,2) sollte nicht zu stark sein,weil sie als Quarte 4' ein Nebenschlagtonbildner sein kann. Dezime (4,1') ist eine Durdezime, obwohl die Terz eine Mollterz ist.Sie trägt wesentlich zur Klangfarbe bei. Prinzipaltöne 5. Teilton Oktave (4,1) kräftig, aber meistens nicht so stark wie die ersten drei Teiltöne.Die Oktave ist wesentlich an der Bildung des Schlagtons beteiligt, daher wird sie zu den Schlagtonbildnern gezählt.4. Teilton Quinte (3,1') hat eine schwache Amplitude und verklingt schnell,so dass klangliche Ungenauigkeiten nicht problematisch sind.Die Quinte folgt oft dem Unterton, so dass ein hoher Unterton mit einer hoch liegenden Quinte (bis zur Septime) einhergehen kann. Die ersten drei Teiltöne haben in der Regel stärkere Amplituden und höhere Abklingdauern als alle anderen Teiltöne, sind also klanglich fundamental.3. Teilton Terz (3,1) Je nach Terz unterteilt man Oktavglocken in Moll- und Dur-Oktavglocken.Die Terz ist in der gotischen Rippe eine Mollterz.In den 1980er Jahren ist es erstmals gelungen, Rippen mit sauberen Durterzen zu konstruieren.2. Teilton Prime (2,1) kann von der Tonhöhe her mit dem Schlagton zusammenfallen,aber auch etwas darüber oder darunter liegen.1. Teilton(Unterton)Sexte...Noneunterhalb des Schlagtons,je nach den geometrischen Proportionen der Glocke(2, 0)Entsprechend dem Unterton wird eine Glocke bezeichnet als Sextglocke Septimglocke Oktavglocke Nonglocke.

Als Beispiel hier die musikalische Daten zweier willkürlich ausgewählter Bronzeglocken von 1546 und von 1955: Ton 1546 1955 Schlagton e1 −4 e1 +1 Unterton eis0 −1 e0 −2 Prime d1 −12 e1 +1 Terz g1 −3 g1 +1 Quinte h1 ±0 h1 +2 Oktave e2 −4 e2 +1 Dezime gis2 −1 gis2 +3 Duodezime h2 −10 h2 +1 Doppeloktave e3 −5 e3 +9 Tausende weiterer Beispiele sind in den Glockenbüchern der Bistümer Köln, Aachen und Essen zu finden.

Reine Intervalle Betrachtet man die Gesamtheit der Teiltöne einer Glocke vom musikalischen Standpunkt aus, so spricht man von ihrer Innenharmonie.

Ein Trugschluss wäre anzunehmen, dass eine Glocke, deren Teiltöne beispielsweise d0 +2, d1 +2, f1 +2, a1 +2, d2 +2, fis2 +2 sind, eine besonders saubere Innenharmonie hätte. In der gleichstufig temperierten Stimmung sind nämlich prinzipbedingt alle Intervalle unsauber gegenüber den reinen Intervallen. Die leichte Verengung bzw. Spreizung der Quinten und Quarten ist unkritisch, aber bei Terzen und Sexten ist die „Verstimmung“ für ein geübtes Ohr deutlich wahrnehmbar: die Durterz hat in reiner Stimmung das Frequenzverhältnis , in gleichstufiger Stimmung aber , so dass die gleichstufige Durterz rund 14 Cent = 2,2 Halbtonsechzehntel zu hoch wahrgenommen wird; die gleichstufige Mollterz erscheint dagegen rund 16 Cent = 2,5 Halbtonsechzehntel zu tief. Daher hätte die Glocke in obigem Beispiel mit d0 +2, d1 +2, f1 +4, a1 +2, d2 +2, fis2 ±0 eine reinere Innenharmonie.

Klangideal Tonhöhe und Innenharmonie der in romanischer Zeit gegossenen Bienenkorbglocken waren ebenso wie die der späteren Zuckerhutglocken ein reines Zufallsprodukt.

Im Laufe der Jahrhunderte gelang es den Gießern, ihre Kunst durch Veränderung der Glockenrippen so weiterzuentwickeln, dass schließlich nicht nur die Schlagtöne mehrerer Glocken zueinander in sauberen Intervallen standen, sondern auch die Innenharmonien verbessert wurden.

Ende des 15. Jahrhunderts stand die mittelalterliche Kunst des Glockengießens qualitativ auf ihrem Höhepunkt, was sowohl die handwerklich-gusstechnische Seite als auch den Klang der Glocken betraf. Die damals entwickelte gotische Molldreiklangrippe, auch Moll-Oktavglocke in gotischer Rippe genannt, hat einen exzellenten Klang, der bis heute als Idealklang gilt, so dass auch moderne Glocken fast ausschließlich mit derartigen Rippen gegossen werden.

Es gibt aber auch Stimmen, die einer Festschreibung dieses Klangideals im Sinne einer Normung widersprechen, weil damit eine klangliche Vielfalt, wie sie im Hochmittelalter vorhanden war, in der heutigen Zeit unterbunden wird.

Klangkorrekturen Durch Drehen oder Schleifen kann man eine Glocke bearbeiten, um die Frequenz einzelner Teiltöne gezielt zu korrigieren. Derartige Korrekturen sind jedoch nur innerhalb enger Grenzen möglich.

Glockenspielglocken müssen wegen der erhöhten Anforderungen an die präzise Lage der Töne in der Regel nachbearbeitet werden.

Bei denkmalgeschützten Glocken ist eine Bearbeitung grundsätzlich unzulässig.

Viele Gießer, insbesondere diejenigen, die im deutschen Sprachraum tätig sind, beherrschen ihre Kunst so vollkommen, dass bei ihren Glocken keine Nachbearbeitung zur Klangkorrektur nötig ist.

Vorschriften In den Limburger Richtlinien von 1951, einer Übereinkunft zwischen dem Beratungsausschuss für das deutsche Glockenwesen und dem Verband deutscher Glockengießer, sind für neue Glocken folgende maximal zulässige Abweichungen der Teiltöne festgelegt: Unteroktave: +3/−10 Halbtonsechzehntel Prime: +3/−6 Halbtonsechzehntel Terz: +4/−4 Halbtonsechzehntel. Außerdem darf das Oktavintervall zwischen Unteroktave und Prime nicht verengt sein.

Nicht durch die Richtlinien vorgeschrieben, aber allgemein üblich ist die Beschränkung der Abweichung der Quinte auf +16/−16 Halbtonsechzehntel, also auf +/− einen Halbton.

Weiteres Amplituden Jeder Teilton hat eine gewisse Stärke, die als Amplitude messtechnisch bestimmt werden kann. Bei einem guten Glockenklang stehen die Amplituden der Teiltöne in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander. Bei vielen Glocken ist die Terz der stärkste Teilton, gefolgt von Prime, Unterton und Oktave. Die Stärke der einzelnen Teiltöne ist hauptsächlich durch die jeweilige Glockenrippe bedingt. Eine wissenschaftliche Untersuchung der klanglich optimalen Amplitudenverhältnisse der Teiltöne wurde bisher noch nicht vorgenommen.

Erregung durch Anschlag