Resonanz in der Musik: Mitschwingen verstehen

Viele Dinge können schwingen, also sich immer wieder hin und her bewegen: eine Saite, eine Schaukel oder die Luft in einer Flöte. Wie oft das in einer Sekunde geschieht, heißt Frequenz. Man misst sie in Hertz, kurz Hz. 1 Hz bedeutet: eine Schwingung pro Sekunde.

Stößt du einen Körper einmal an und lässt ihn dann in Ruhe, schwingt er in seinem eigenen Takt. Diese Frequenz heißt Eigenfrequenz. Ein Körper kann auch mehrere Eigenfrequenzen haben.

Oft wird ein Körper aber immer wieder von außen angestoßen, zum Beispiel von deiner Hand oder von Schallwellen. Die Frequenz dieser Stöße heißt Erregerfrequenz; man sagt auch Anregungsfrequenz. Liegt sie in der Nähe einer Eigenfrequenz, schwingt der Körper verstärkt mit. Das nennt man Resonanz. Das Wort kommt vom lateinischen „resonare“, das heißt „widerhallen“. Bei Resonanz nimmt der Körper bei jeder Schwingung neue Energie auf und speichert sie. Seine Ausschläge, also wie weit er hin und her schwingt, können dadurch um ein Vielfaches größer werden als beim gleichmäßigen Drücken mit derselben Kraft.

Denk an eine Schaukel: Du gibst ihr immer dann einen Schubs, wenn sie gerade nach vorne schwingt. Deine Stöße kommen im Takt der Schaukel, und sie schwingt immer höher. Es reicht sogar, nur bei jeder zweiten oder dritten Schwingung zu schubsen, wenn der Schubs im passenden Moment kommt. Die Erregerfrequenz ist dann die Hälfte oder ein Drittel der Eigenfrequenz. Passt der Takt dagegen nicht, geraten Stöße und Schaukel „aus dem Takt“: Dann bremsen manche Stöße die Schaukel wieder.

Achtung: Ein einziger Stoß ist keine Resonanz. Stößt du ein ruhendes Pendel, also ein Gewicht an einer Schnur, einmal an, schwingt es zwar. Es fehlt aber das wiederholte Anstoßen im Takt. Das Anwachsen der Ausschläge wird durch die Dämpfung begrenzt: Zum Beispiel zehrt Reibung einen Teil der Energie auf. Werden die Ausschläge zu groß, kann ein Körper sogar beschädigt werden. Hört das Anstoßen auf, schwingt der Körper mit seiner Eigenfrequenz langsam aus und kommt zur Ruhe.

Eine gespannte Saite allein klingt ziemlich leise. Sie ist dünn und bringt nur wenig Luft in Bewegung. Viele Musikinstrumente haben deshalb einen Resonanzkörper, auch Korpus genannt. Das ist ein Bauteil, das schwingen kann und Klänge oder Töne durch Resonanz verstärkt. Meist ist er hohl. Den Hohlraum darin nennt man Resonanzraum. Ist der Resonanzkörper wie ein Kasten gebaut, zum Beispiel bei der Geige (auch Violine genannt), heißt er auch Resonanzkasten.

Bei einer Gitarre schwingt beim Zupfen zuerst die Saite. Ihre Schwingung gelangt über den Steg, das kleine Bauteil, auf dem die Saiten aufliegen, in den Holzkorpus. Der Korpus schwingt mit. Er hat eine viel größere Fläche als die Saite und bewegt deshalb mehr Luft. So hörst du den Ton lauter. Die Saite gibt dabei den Ton vor, der Korpus verstärkt ihn.

Bei Blasinstrumenten wie Blockflöte, Klarinette oder Trompete ist die Luftsäule der eigentliche Klangerzeuger. Luftsäule heißt: die Luft im Rohr des Instruments. Sie wird durch das Mundstück zum Schwingen gebracht, also durch das Teil, an dem du anbläst. Wie hoch der Ton klingt, hängt von der Länge und der Dicke der Luftsäule und vom Luftdruck ab. Bei gleich dicken Rohren gilt: Je länger die Luftsäule, desto tiefer der Ton. Mit den Grifflöchern der Blockflöte oder den Ventilen der Trompete, das sind ihre Drucktasten, verändert man, wie lang die schwingende Luftsäule ist.

Resonanz beim Schall spielt bei fast allen Musikinstrumenten eine Rolle. Sogar eine Saite, die niemand spielt, kann mitschwingen, wenn ein gleich gestimmtes Instrument erklingt. Manche Instrumente haben eigene Saiten, die nicht gespielt werden, sondern mitschwingen sollen: Resonanzsaiten.

Resonanz kann nützlich sein. In der Technik nutzt man sie oft, um eine bestimmte Frequenz herauszufiltern oder zu verstärken. In der Musik ist sie erwünscht, wenn ein Resonanzkörper den Ton verstärkt oder eine Luftsäule ihn erzeugt. Auch bei einem Radio mit Drehknopf hilft Resonanz: Mit dem Knopf zur Senderwahl stellt man ein Bauteil auf eine bestimmte Frequenz ein. So werden die Radiowellen dieses Senders herausgefiltert.

Wo man keine Verstärkung will, muss man Resonanz vermeiden. Ein Beispiel ist die Waschmaschine: Ihre Trommel hängt an Federn, die mit einer bestimmten Frequenz schwingen können. Beim Schleudern dreht sich die Trommel immer schneller. Wie oft sie sich pro Minute dreht, heißt Drehzahl. Bleibt die Drehzahl zu lange im Bereich dieser Schwingung, schaukelt sie sich auf, und die ganze Maschine rüttelt. Bei höherer Drehzahl liegt keine Resonanz mehr vor, und das Rütteln beruhigt sich wegen der Dämpfung. Auch lockere Teile an einem Motor können bei einer bestimmten Drehzahl laut wackeln und klappern. In geschlossenen Räumen, etwa im Musikraum, kann es bei bestimmten Frequenzen zu störender Raumresonanz kommen: Dann schwingt die Luft im Raum selbst mit. Gegen unerwünschte Resonanz kann man die Dämpfung erhöhen, die Eigenfrequenz oder die Erregerfrequenz verändern oder die Stöße schwächer machen.

Ähnlich störend ist das laute Pfeifen, das manchmal bei Durchsagen entsteht. Es heißt Rückkopplung, auf Englisch „Feedback“. Steht ein Mikrofon zu nah am Lautsprecher, nimmt es den Ton aus dem Lautsprecher wieder auf. Ein Verstärker macht ihn erneut lauter, der Lautsprecher spielt ihn ab, und das Mikrofon nimmt ihn wieder auf. In dieser Schleife schaukelt sich der Ton auf, bis es pfeift. Fachleute nennen das Selbsterregung: Der Ton regt sich selbst immer weiter an. Eine Rückkopplung ist in aller Regel unerwünscht.

Das Wort Resonanz hat auch eine übertragene Bedeutung. Übertragen heißt: Man benutzt das Wort nicht für Schwingungen, sondern für das, was Menschen tun. Der Duden, ein bekanntes Wörterbuch der deutschen Sprache, beschreibt diese Bedeutung so: alle Diskussionen, Äußerungen und Reaktionen, die durch etwas ausgelöst wurden. Als ähnliche Wörter nennt er „Widerhall“ und „Zustimmung“. Er ordnet diese Bedeutung als bildungssprachlich ein, also als Wort, das man eher in gehobener Sprache benutzt. Beispiel: „Der Aufruf der Schülervertretung fand große Resonanz.“ Hier schwingt nichts. Gemeint sind die Reaktionen der Schüler.