Hoe geluid ontstaat: toonhoogte, geluidssterkte en klankkleur

Alles op deze site draait uiteindelijk om toonhoogte — welke noot, en hoe ver van welke andere noot. Het is de moeite waard om één les te besteden aan waar toonhoogte vandaan komt, want toonhoogte is slechts één van de drie dingen die een geluid heeft, en de andere twee worden er voortdurend mee verward.

Een geluid is iets dat trilt

Een geluid begint als iets dat heen en weer beweegt: een snaar, een luchtkolom in een buis, een trommelvel, je stembanden. Die beweging duwt tegen de lucht eromheen, die duw plant zich naar buiten voort als een golf van iets hogere en iets lagere druk, en je trommelvlies beweegt daarmee mee. Dat is het hele mechanisme.

Stop de trilling en het geluid stopt mee — precies wat er gebeurt als je je handpalm op een naklinkende bekken legt. Het is ook de reden dat een noot op een echt instrument wegsterft in plaats van eeuwig door te klinken: de trilling verliest bij elke cyclus energie.

Toonhoogte: hoe snel het trilt

Hoe vaak per seconde het voorwerp heen en weer beweegt, is de frequentie, gemeten in hertz (Hz), en de frequentie is wat je oor doorgeeft als toonhoogte. Snellere trilling, hogere noot. De A waarop orkesten stemmen, is 440 trillingen per seconde; de A een octaaf lager is 220, en de A een octaaf hoger is 880.

Je kunt dat getal met opzet veranderen, en op een gitaar is dat het duidelijkst te zien. De losse vijfde snaar klinkt als A. Druk hem op de derde fret af en alleen het stuk snaar tussen je vinger en de kam kan nog vrij bewegen:

Die kortere lengte trilt sneller, dus de noot is hoger: afgedrukt op de derde fret klinkt de vijfde snaar als C. Elke manier om op elk instrument de toonhoogte te veranderen komt neer op dezelfde drie knoppen — lengte, spanning en massa. Span een snaar strakker en hij stijgt, en dat is precies wat stemmen is; gebruik een dikkere snaar en hij daalt, en daarom zijn de lage snaren van een gitaar de dikke.

Geluidssterkte: hoe krachtig het trilt

Geluidssterkte is een andere meting aan dezelfde beweging: niet hoe vaak ze plaatsvindt, maar hoe ver de snaar telkens uitwijkt. Tokkel dezelfde snaar harder aan en hij zwaait verder uit, duwt de lucht krachtiger weg en komt luider aan. De frequentie is daarbij helemaal niet veranderd.

Dit is het onderscheid dat het vaakst door elkaar loopt, en daar mag je gerust bot over zijn: toonhoogte en geluidssterkte staan los van elkaar. Een hoge noot kan nauwelijks hoorbaar zijn en een lage noot kan oorverdovend zijn. Als een docent om een hogere noot vraagt en jij speelt dezelfde noot harder, dan heb je een andere vraag beantwoord.

Klankkleur: al het overige

Speel dezelfde noot, even luid, op een piano en op een gitaar. Niemand haalt ze door elkaar. Wat ze van elkaar onderscheidt, is de klankkleur, en dat is de eigenschap die de identiteit van een instrument of een stem draagt.

Klankkleur bestaat omdat vrijwel niets in de fysieke wereld op één simpele manier tegelijk trilt. Een echte snaar trilt over zijn hele lengte én in helften én in derden, allemaal tegelijk, en de extra tonen die uit die gelijktijdige bewegingen voortkomen zijn wat je oor leest als “gitaar” en niet als “piano”. Hoe sterk elk van die tonen is, en hoe snel elk ervan wegsterft, vormt de vingerafdruk van het instrument.

Je hebt deze site dat al horen doen. De vier instrumenten hier zijn geen opnamen; elke noot die je hoort wordt ter plekke berekend uit een model van hoe dat instrument werkelijk geluid maakt — een getokkelde snaar voor de gitaar, een gestreken snaar voor de viool, een stapel gelijktijdige tonen voor de piano. Ze zijn verschillend gebouwd omdat het niet anders kan: één manier om geluid op te wekken kan geen vier klankkleuren opleveren.

Waarom deze cursus vooral over toonhoogte gaat

Van de drie is toonhoogte degene waarop de muziektheorie is gebouwd. Een melodie is een reeks toonhoogtes, harmonie is toonhoogtes die samen klinken, en een toonladder is een selectie ervan. Geluidssterkte en klankkleur doen enorm veel voor hoe muziek voelt, en vrijwel niets voor hoe ze wordt geanalyseerd — een akkoord is hetzelfde akkoord, of het nu zacht op een orgel klinkt of op een piano wordt gebeukt.

De rest van deze site zal dus bijna uitsluitend over toonhoogte gaan, en dat is een bewuste versmalling en geen uitspraak over wat er in muziek toe doet.

Veelgemaakte fouten

• “Hoger” gebruiken als je “luider” bedoelt. Het zijn losse eigenschappen van één geluid, en elk instrument kan de ene veranderen zonder de andere aan te raken.
• Denken dat toonhoogte alleen een kwestie van afmeting is. Een korte dunne snaar klinkt hoog, maar een lange, zeer strak gespannen snaar kan hoger klinken dan een korte slappe. Lengte, spanning en massa tellen alle drie mee.
• Klankkleur als versiering behandelen. Het is de reden dat je één instrument uit een ensemble kunt pikken, en de volgende les laat zien dat klankkleur voortkomt uit dezelfde natuurkunde die bepaalt welke intervallen consonant klinken.