Musikalische Akustik

Gegenstand und Einordnung

Musikalische Akustik ist ein wissenschaftliches Fach, das Einzelbereiche der Akustik und der Musikwissenschaft verbindet. Im Mittelpunkt stehen alle Forschungsaspekte, die den Musiker, das Musikinstrument oder die Musikwahrnehmung betreffen. Besonders untersucht wird ihre Interaktion bei der Tonerzeugung. Dafür werden geistes-, natur- und formalwissenschaftliche Methoden eingesetzt.

In der Physik wird Akustik grundsätzlich als Schwingungslehre und als Teilbereich der Physik verstanden. Die Musikalische Akustik ist jedoch interdisziplinär: Sie verbindet musikwissenschaftliche Forschungsobjekte mit Fächern wie Physik, Mathematik, Elektrotechnik, Psychologie und Medizin.

Teilgebiete und Forschungsfragen

Die Musikalische Akustik umfasst die Akustik verschiedener Klangerzeuger, darunter Blasinstrumente, Idio- und Membranophone, Saiteninstrumente, die menschliche Gesangsstimme und elektronische Instrumente. Weitere wichtige Bereiche sind Psychoakustik und Musikwahrnehmung sowie Musikpsychologie, Musikverarbeitung und der Zusammenhang von Musik und Emotionen.

Untersucht werden außerdem Raum-, Konzertsaal-, Proberaum- und virtuelle Akustik. Instrumentenkunde, Intonation und Stimmungssysteme befassen sich mit dem Aufbau und der klanglichen Abstimmung von Instrumenten. Performance-Analyse, Training und Sensomotorik untersuchen das Musizieren und die Interaktion von Musikern mit der Akustik. Dazu gehören auch die Akustik der menschlichen Stimme und Biofeedback-Systeme für Musiker.

Die physikalische Akustik umfasst Messtechnik, Elektroakustik, Signalverarbeitung, Mechanik, Materialforschung sowie Klangentstehung und Schallabstrahlung von Instrumenten. Die physiologische Akustik beschäftigt sich mit Hörphysiologie, Neuroakustik, binauralem Hören, Hörverlust und Hörprothetik.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die digitale Musiktechnologie. Dazu gehören Signalverarbeitung, maschinelles Lernen in der Klanganalyse, MIDI, elektronische Musikproduktion, Music Information Retrieval und Algorithmen zur KI-Musikerzeugung. Die akustische Grundlagenforschung der Aufnahmetechnik untersucht Mikrofonierung, Klangbearbeitung sowie Mehrkanal- und 3D-Audio. Weitere Forschungsfelder sind musikalische Phänomene wie Wiener Klangstil, Phonetik und virtueller Raumklang.

Für die Analyse von Klangfarben und Merkmalen, sogenannten Features, werden unter anderem Spektralanalyse, Fourier-Transformation, Timbre-Charakteristika und auditive Maskierungseffekte verwendet. Timbre bezeichnet dabei die Klangfarbe; auditive Maskierung beschreibt Effekte, bei denen bestimmte Klänge durch andere verdeckt werden.

Methoden

Als interdisziplinäres Fach verwendet die Musikalische Akustik eine breite Palette von Methoden. Dazu gehören Klanganalysen zur Untersuchung vorhandener Klänge und Klangsynthesen zur Erzeugung von Klängen. Hörtests erfassen die Wahrnehmung von Musik und Schall.

Weitere Verfahren sind Beschleunigungsmessungen, Motion Capturing zur Erfassung von Bewegungen, die Finite-Elemente-Methode zur Berechnung physikalischer Systeme und allgemeine Simulationen. Physical Modeling bildet die physikalischen Vorgänge der Klangerzeugung rechnerisch nach. Laserinterferometrie dient der berührungslosen Untersuchung von Schwingungen. Ergänzend werden psychophysiologische Messungen eingesetzt, darunter Elektromyografie und Hautwiderstandsmessungen.

Forschung und Lehre

Die Musikalische Akustik ist an vielen Universitäten und Hochschulen in den Studienrichtungen Musikwissenschaft und Physik vertreten. Seit 2003 ist sie an der Universität für Musik und darstellende Kunst Wien als wissenschaftliches Fach eines Doktoratsstudiums eingerichtet. Seit 2012 kann an der Hochschule für Musik Detmold der internationale, akkreditierte Studiengang „Music Acoustics“ als Master of Science (M.Sc.) studiert werden; dort ist auch eine Promotion in diesem Fach möglich.

Forschung findet außerdem an etlichen Musikinstrumentenmuseen und Instrumentenbauschulen statt. Seit 1988 besteht der Fachausschuss für Musikalische Akustik in der Deutsche Gesellschaft für Akustik e. V. (DEGA).

Historische Entwicklung

Als erste systematische Beschäftigung mit Akustik gilt die Einführung von Tonsystemen und Stimmungen in der Musik im 3. Jahrtausend v. Chr. in China. Aus der Antike ist insbesondere Pythagoras von Samos (ca. 570–510 v. Chr.) bekannt, der beim Monochord den mathematischen Zusammenhang zwischen Saitenlänge und Tonhöhe untersuchte.

Chrysippos von Soli (281–208 v. Chr.) erkannte den Wellencharakter des Schalls durch den Vergleich mit Wasserwellen. Leonardo da Vinci stellte fest, dass Luft als Medium für die Schallausbreitung erforderlich ist und dass sich Schall mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Marin Mersenne (1588–1648) machte unter anderem die erste experimentell bestimmte Angabe zur Schallgeschwindigkeit. Galileo Galilei beschrieb den für die Akustik wichtigen Zusammenhang zwischen Tonhöhe und Frequenz.

Joseph Sauveur führte die Bezeichnung „Akustik“ für die Lehre vom Schall ein. Ernst Florens Friedrich Chladni gilt als Begründer der modernen experimentellen Akustik. Seine Chladnischen Klangfiguren machen die Eigenschwingungen von Platten sichtbar. Georg Simon Ohm postulierte, dass das Gehör Klänge in Grundtöne und Harmonische auflösen kann. Hermann von Helmholtz erforschte die Tonempfindung und beschrieb den Helmholtz-Resonator. John William Strutt veröffentlichte die „Theory of Sound“ mit mathematisch begründeten Erkenntnissen über Entstehung und Ausbreitung des Schalls.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstanden erste akustische Mess- und Aufzeichnungsgeräte, darunter Édouard-Léon Scott de Martinvilles Phonautograph und später Thomas Alva Edisons Phonograph. August Kundt entwickelte das Kundtsche Rohr zur Messung des Schallabsorptionsgrades. Heinrich Barkhausen erfand das erste Gerät zur Messung der Lautstärke. Seit etwa 1930 erscheinen wissenschaftliche Fachzeitschriften, die ausschließlich akustische Themen behandeln.

Guido Adler definierte die Musikalische Akustik 1885 als eine der Hilfswissenschaften der Musikwissenschaft. Seitdem wird sie als Fachbereich der systematischen Musikwissenschaft betrachtet.