Ein Cembalo hat zwölf Tasten pro Oktave – und genau damit beginnt ein Problem, das Musiker, Mathematiker und Instrumentenbauer zweitausend Jahre beschäftigt hat. Diese Seite erklärt es zum Hören und Ausprobieren: vom ersten Ton bis zu den Stimmungen, mit denen Bach spielte.
Einstieg Vertiefung Profi – du kannst überall einsteigen. Für die Hörbeispiele: Ton an, am besten mit Kopfhörern.
Ein Ton ist eine Schwingung der Luft. Wie oft sie pro Sekunde hin- und herschwingt, ist die Frequenz, gemessen in Hertz (Hz). Das a′, nach dem ein Orchester stimmt, schwingt heute meist 440-mal pro Sekunde. In Barockensembles ist 415 Hz üblich – einen Halbton tiefer.
Eine Orgelpfeife, eine Saite oder eine Singstimme erzeugt nie nur eine einzige Schwingung. Mit dem Grundton schwingen Obertöne mit, deren Frequenzen genau das Doppelte, Dreifache, Vierfache … des Grundtons betragen. Diese Obertonreihe ist Physik, keine Erfindung: Eine Saite schwingt als Ganzes, in zwei Hälften, in drei Dritteln und so fort. Wie stark die einzelnen Obertöne sind, bestimmt die Klangfarbe – deshalb klingt eine Oboe anders als eine Flöte.
Hier kann man die Obertonreihe anhören (braucht JavaScript).
Zwischen den Obertönen liegen die Intervalle, aus denen unsere Musik gebaut ist: 2:1 ist die Oktave, 3:2 die Quinte, 4:3 die Quarte, 5:4 die große Terz, 6:5 die kleine Terz. Die Teiltöne 4, 5 und 6 zusammen sind ein Dur-Dreiklang – die Natur liefert ihn gewissermaßen mit.
Spielen zwei Töne zusammen, treffen sich ihre Obertöne. Bei einer Quinte c–g ist der dritte Teilton des c (3 × c) genau so hoch wie der zweite des g (2 × g). Stimmen beide exakt im Verhältnis 3:2, fallen diese Obertöne zusammen – das Intervall klingt rein, ruhig und verschmolzen.
Ist das g nur ein wenig zu hoch oder zu tief, liegen die beiden Obertöne knapp nebeneinander. Zwei fast gleiche Schwingungen verstärken und schwächen sich abwechselnd: Der Klang pulsiert. Das nennt man Schwebung. Ihre Geschwindigkeit ist genau der Abstand der beiden Obertöne in Hertz. Orgelbauer und Cembalisten stimmen bis heute, indem sie Schwebungen zählen.
Hier kann man Intervalle verstimmen und die Schwebungen hören (braucht JavaScript).
Probiere den Sinuston: Er hat keine Obertöne. Eine leicht verstimmte Quinte klingt dann fast nicht rau – ein schöner Beweis, dass die Schwebungen in den Obertönen entstehen. Nur im Einklang schweben auch Sinustöne.
Um Intervalle zu vergleichen, misst man sie in Cent: Ein gleichstufiger Halbton hat 100 Cent, die Oktave 1200. Die reine Quinte hat 701,96 Cent, die reine große Terz 386,31 Cent – merklich kleiner als die 400 Cent des Klaviers.
Nun das Problem. Wer ein Tasteninstrument mit reinen Quinten stimmen will, geht den Quintenzirkel entlang: C – G – D – A – E – H – Fis – Cis – Gis – Dis – Ais – Eis – His. Nach zwölf Quinten sollte man wieder bei C ankommen, sieben Oktaven höher.
Hier kann man zwölf Quinten stapeln (braucht JavaScript).
Man kommt aber nicht an. Zwölf reine Quinten sind (3/2)12 ≈ 129,75, sieben Oktaven 27 = 128. Das His ist um 23,46 Cent höher als das C – etwa ein Viertel eines Halbtons. Dieser Rest heißt pythagoreisches Komma. Er ist unvermeidlich: Keine Potenz von 3 ist jemals eine Potenz von 2. Ein Instrument mit festen Tönen kann also nicht nur reine Quinten haben – irgendwo muss der Fehler hin.
Es kommt noch schlimmer. Stimmt man vier reine Quinten hinauf (C–G–D–A–E) und zwei Oktaven zurück, entsteht eine große Terz C–E im Verhältnis 81:64. Die reine Terz aus der Obertonreihe ist aber 5:4 = 80:64. Die Quinten-Terz ist um 81:80 zu groß – das syntonische Komma, 21,51 Cent.
Hier kann man beide Terzen vergleichen (braucht JavaScript).
Für die Musik des Mittelalters, die auf Quinten und Quarten ruhte, war das kein Drama. Seit dem 15. Jahrhundert aber wird die Terz zum Herzstück der Harmonie – der Dur- und Molldreiklang. Und plötzlich klangen die Quinten-Terzen hart. Man stand vor der Wahl: reine Quinten oder reine Terzen. Beides zugleich gibt die Mathematik nicht her.
Jede Stimmung ist eine Antwort auf dieselbe Frage: Wohin mit den Kommas? Man kann sie auf wenige Intervalle konzentrieren oder auf viele verteilen – mit jeweils hörbaren Folgen.
Wichtig: Das Problem betrifft vor allem Instrumente mit festen Tonhöhen – Orgel, Cembalo, Clavichord. Sänger, Streicher und Bläser können jeden Ton im Moment anpassen und Terzen rein intonieren. Im Ensemble mit Continuo müssen sie sich allerdings mit dem Tasteninstrument einigen.
Hier lassen sich sechs historische Stimmungen vergleichen. Der Quintenzirkel zeigt außen, wie stark jede Quinte von rein abweicht, innen die großen Terzen über jedem Ton (in Cent). Tippe eine Tonart an, um ihren Dreiklang oder eine Kadenz zu hören, oder spiele einzelne Töne auf der Tastatur. Spannende Vergleiche: C-Dur und As-Dur mitteltönig, oder Fis-Dur in Werckmeister III gegen gleichstufig.
Hier ist die Stimmungs-Werkstatt (braucht JavaScript).
Wenn die Stimmung entfernte Tonarten unbrauchbar macht, sollten Komponisten sie meiden. Tun sie das? Die Grafik zählt die Tonarten in den Werkverzeichnissen von vier Komponisten, sortiert nach der Zahl der Vorzeichen.
Hier steht die Tonarten-Statistik (braucht JavaScript).
Buxtehude, der Organist an der Lübecker Marienkirche, bleibt fast vollständig im Bereich bis drei Vorzeichen – passend zu mitteltönig gestimmten Orgeln. Auch Vivaldi, dessen Musik vor allem für Streicher geschrieben ist, geht nur ausnahmsweise weiter. Bei Domenico Scarlatti und Bach sind entfernte Tonarten selbstverständlich: Beide schrieben für Tasteninstrumente – offenbar für Stimmungen, in denen auch diese Tonarten gut genug klangen.
Zur Methode: Gezählt wird pro Eintrag der Werkliste die erste Tonartangabe. Die Listen sind unterschiedlich vollständig, und bei Bach sind nur die Werke für Tasteninstrumente und Laute erfasst, darunter das Wohltemperierte Klavier mit seinen 48 Präludien und Fugen. Die Zahlen zeigen eine Tendenz, keine exakte Musikgeschichte.
1722 stellt Johann Sebastian Bach in Köthen eine Sammlung zusammen: „Das Wohltemperirte Clavier oder Praeludia, und Fugen durch alle Tone und Semitonia“ – 24 Präludien und Fugen, eine für jede Dur- und jede Molltonart. Um 1742 folgt ein zweiter Band. Die Botschaft: Mit der richtigen Stimmung ist jede Tonart spielbar, auch Fis-Dur und es-Moll.
„Wohltemperiert“ heißt dabei nicht „gleichstufig“. Bach verwendete höchstwahrscheinlich eine ungleichstufige, wohltemperierte Stimmung, in der die Tonarten unterschiedlich gefärbt bleiben – C-Dur ruhig und rein, H-Dur oder Cis-Dur schärfer und leuchtender. Welche genau, ist unbekannt. Der Cembalist Bradley Lehman deutete 2005 die Schnörkel auf Bachs Titelblatt als Stimmanweisung – eine viel diskutierte, aber umstrittene Hypothese.
Hör selbst: Cis-Dur ist mitteltönig unbrauchbar, wohltemperiert spielbar – und anders gefärbt als gleichstufig.
Hier ist ein Hörrätsel (braucht JavaScript).
Die „Lösung“ steht in Anführungszeichen, denn gelöst ist das Komma-Problem nie – es lässt sich nur verteilen. Die gleichstufige Stimmung, die heute fast überall gilt, verteilt es ganz gleichmäßig und bezahlt dafür mit überall leicht schwebenden Terzen. Viele Ensembles für Alte Musik und viele Orgeln kehren deshalb zu historischen Stimmungen zurück.
Cent. Ein Frequenzverhältnis r entspricht 1200 · log2(r) Cent. Verhältnisse multiplizieren sich, Cent addieren sich.
Pythagoreisches Komma. (3/2)12 : 27 = 312 : 219 = 531441 : 524288 ≈ 1,01364 → 23,460 Cent.
Syntonisches Komma. (3/2)4 : 22 = 81/64 (Quinten-Terz) gegen 5/4; 81/64 : 5/4 = 81/80 → 21,506 Cent.
Schisma. Die Differenz beider Kommas: 32805/32768 → 1,954 Cent (Kirnberger setzt es auf Fis–Cis).
Schließbedingung. Ein Quintenzirkel schließt sich genau dann, wenn die Summe der Abweichungen aller zwölf Quinten von rein −23,460 Cent beträgt. Jede geschlossene Stimmung ist eine Verteilung dieses Kommas. Gleichstufig: 12 × −1,955. Werckmeister III: 4 × −5,865. Vallotti: 6 × −3,910. Kirnberger III: 4 × −5,377 und 1 × −1,954.
Mitteltönig. Quinte q mit 4q − 2400 = 386,314 → q = 696,578 Cent (5,377 Cent enger als rein). Elf solcher Quinten lassen für die zwölfte 1200 · 7 − 11 · 696,578 = 737,64 Cent: die Wolfsquinte, 35,7 Cent zu weit. Vier große Terzen (H–Es, Fis–B, Cis–F, Gis–C) sind verminderte Quarten von 427,4 Cent.
Schwebung. Liegen zwei Töne f1 < f2 nahe am Verhältnis p:q, schweben die Teiltöne p · f1 und q · f2 mit |q · f2 − p · f1| Hz. Beispiel gleichstufige Quinte c′–g′ bei a′ = 440 Hz: |2 · 392,00 − 3 · 261,63| ≈ 0,9 Hz. Gleichstufige große Terz c′–e′: |4 · 329,63 − 5 · 261,63| ≈ 10,4 Hz.
Gleichstufiger Halbton. ¹²√2 ≈ 1,059463 – eine irrationale Zahl. Darum kann gleichstufig kein Intervall außer der Oktave rein sein.
Am meisten lernt man im Konzert – an einer historischen Orgel oder einem Cembalo:
Klangbeispiele: im Browser erzeugte Sinus- und Orgeltöne (Web Audio), keine Aufnahmen. Alle Werte werden live aus den Definitionen der Stimmungen berechnet.