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Tonstruktur (mathematische Beschreibung)

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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Eine Tonstruktur beschreibt ein Tonsystem mit Hilfe von Tönen und Intervallen[1] Seit der Antike wird der Tonvorrat einer Musikkultur zum einen über die Angabe von Tonhöhen und zum andern über den Begriff des Intervalls wiedergegeben; im Lichte moderner Mathematik handelt es sich dabei um eine Struktur.[2]

Ein Intervall wird in diesem Sinn zwischen zwei beliebigen Tönen gebildet, die gleichzeitig oder nacheinander erklingen können.

Tonstruktur

Im Folgenden wird präzisiert:
Zusammenhang zwischen Tönen und Intervallen
  • Je zwei Tönen, die man hört, kann man ein Intervall zuordnen.
  • Von jedem Ton aus kann man ein gegebenes Intervall aufwärts singen.
Rechnen mit Intervallen
  • Von jedem Ton aus kann man ein Intervall aufwärts singen und daraufhin ein zweites Intervall. Man kann also Intervalle "addieren".
  • Intervalle lassen sich in ihrer Größe vergleichen.
  • Jedes Intervall kann als reelles Vielfaches der Einheit Cent dargestellt werden, wobei definiert ist: 1200 Cent = 1 Oktave.

Den Intervallgrößenbereich kann man als Tonhöhenraum auffassen, in dem Intervalle wie Vektoren und Tonhöhen wie Punkte betrachtet werden. Der Größenbereich wird dann auf natürliche Weise zur Tonstruktur. Genauer:

Bei einer Tonstruktur hat man einerseite eine Menge von Tönen, zum Beispiel: ..., c, d, e, f, ... und anderserseits eine Menge von Intervallen zum Beispiel: Oktave, Quinte, große Terz, ...

Jedem Tonpaar wird ein eindeutiges Intervall von zu zuordnet.

Beispiel: ( , ):

Ist umgekehrt der Grundton und das Intervall bekannt, so ist durch der Endton eindeutig bestimmt.

Intervalle kann man nach folgender Vorschrift (wie bei Vektoren) addieren: Ist und , dann ist .

Töne und Intervalle kann man vergleichen ("Der Ton ist höher als der Ton ". "Das Intervall ist größer als das Intervall ".)

Wir schreiben , wenn der Endton von höher als der Endton von bei gleichem Grundton ist.

Zum Beispiel: , da zum Beispiel und und der Ton höher ist als der Ton .

Für Intervalle gilt auf der additiven musikalischen Ebene das alltägliche Rechnen mit Größen, wie im folgenden Abschnitt präzisiert wird.[3]

Intervallraum

Der Intervallraum ist ein additiver Rechenbereich, mathematisch gesehen eine archimedisch geordnete kommutative Gruppe.

Demnach gelten folgende Gesetze:
Die Addition (Hintereinanderausführung) von Intervallen und ist wieder ein Intervall (Abgeschlossenheit).
Für Intervalle und gilt: (Kommutativgesetz).
Für Intervalle , und gilt: (Assoziativgesetz).
Es gibt ein neutrales Element, die Prim , so dass für alle Intervalle .
Zu jedem Intervall gibt es ein inverses Intervall mit . (Damit ist die Subtraktion i - j = i + (-j) definiert.)
Zwei Intervalle und kann man vergleichen. Entweder oder oder ("Der Intervallraum ist geordnet"). Nun kann man definieren: Ein positives Intervall i ist ein Intervall mit i > P.
Für Intervalle , und gilt: und (Transitivgesetz)
Für Intervalle , und gilt: (Die Ordnungsrelation ist mit der Addition verträglich.)
Zu zwei positiven Intervallen und gibt es stets eine natürliche Zahl so, dass ist (Archimedisches Gesetz).


Folgerung: Jedes Intervall i lässt sich mit der Oktave[4] vergleichen und damit als Vielfaches von 1 Cent darstellen.

D.h. zu jedem Intervall i existiert genau eine reelle Zahl r mit

,     wobei nach Definition 1Ok = 1200 Cent ist.[5]

Dies soll im Folgenden erläutert werden.
Gilt näherungsweise n·i ≈ z·Ok für das Intervall i und die Oktave Ok so schreibt man dafür i ≈ z/n·Ok.
Da zum Beispiel 12 Quinten fast 7 Oktaven ergeben, folgt daraus, dass Quinte ≈ 7/12·Ok = 700 Cent ist.
Bessere Näherungen erhält man über das Frequenzverhältnis von Quinte und Oktave. Zum Beispiel ist (3/2)41 ≈ 224. Daraus folgt, dass 41 Quinten fast genau 24 Oktaven sind, also Quinte ≈ 24/41·Ok ≈ 702 Cent.
Die Rechnung erfolgt über das Frequenzverhältnis q von i und dem Frequenzverhältnis 2 der Oktave:
Für die Beziehung ist also die Zahl r gesucht für die gilt:

Ist q das Frequenzverhältnis des Intervalls i, so erhält man r über den Logarithmus zur Basis 2:

[6]

Zum Beispiel erhält man für die Quinte mit dem Frequenzverhältnis q = 3/2:

.
( ist in diesem Fall irrational.)

Beispiele für Intervallräume

In der folgenden Tabelle bedeutet:

  • Ok=Oktave (Frequenzverhältnis 2 ),
  • H=Halbton (Frequenzverhältnis ),
  • Q=Quinte (Frequenzverhältnis 3/2 ),
  • Qm=1/4-Komma mitteltönige Quinte (Frequenzverhältnis )
  • T=Terz (Frequenzverhältnis 5/4 .
Name des Intervallraums Intervallraum
Der zwölfstufige Intervallraum
Intervallraum der gleichstufigen Stimmung
Das Quintensystem
Intervallraum der pythagoreischen Stimmung
Das 1/4-Komma mitteltönige Quintensystem
Intervallraum der mitteltönigen Stimmung
Das Quint-Terz-System
Intervallraum der reinen Stimmung
Der allumfassende Intervallraum
(Alle Intervalle sind beliebig teilbar)
(Hier ist die Einheit Cent = 1/1200 Ok anzusiedeln.)

Teilbarkeit von Intervallen

Im Allgemeinen kann man Intervalle nicht „teilen“. Die "halbe Quinte" wäre zwischen kleiner und großer Terz anzusiedeln und ist im Stimmungssystem weder der pythagoreischen noch der mitteltönigen, reinen oder gleichstufigen Stimmung ein vorkommendes Intervall. Auch die halbe Oktave (600 Cent) existiert nicht im Stimmungssystem der pythagoreischen, der mitteltönigen oder reinen Stimmung. In diesen Intervallräumen gibt es jedoch beliebig kleine positive Intervalle im folgenden Sinn: Zu jedem Intervall i > 0 gibt es ein Intervall j > 0 , das kleiner als die Hälfte von i ist (Ohne Bruch: 0 < j < 2j < i).

Gleichstufige Stimmung

Die Grundlage der gleichstufigen Stimmung ist der 12-stufige Tonraum mit den folgenden Intervallen:

Intervall Darstellung Größe in Cent
Halbton H 100 Cent
Ganzton 2H 200 Cent
kleine Terz 3H 300 Cent
große Terz 4H 400 Cent
... ... ...
ausführliche Tabelle

Pythagoreische Stimmung

Die Grundlage der pythagoreischen Stimmung ist das Quintsystem mit den folgenden Intervallen (siehe auch Pythagoras in der Schmiede):

Intervall Darstellung Frequenzverhältnis Größe in Cent
Oktave Ok (Grundintervall) 2:1 1200
Quinte Q (Grundintervall) 3:2 702
Ganzton 2Q-Ok 9:8 204
pythagoreische große Terz (Ditonus) 2 Ganztöne = 4Q-2Ok 81:64 408
Quarte Ok-Q 4:3 498
pythagoreischer Halbton (Limma) Quart-Ditonos = 3Ok - 5Q 256:243 90
pythagoreischer chromatischer Halbton (Apotome) Ganzton - Limma = 7Q - 4 Ok 2187:2048 114
pythagoreisches Komma 12Q-7Ok 531441:524288 23
ausführliche Tabelle

Mitteltönige Stimmung

Die Grundlage der 1/4-Komma mitteltönigen Stimmung ist das 1/4-Komma mitteltönige Quintsystem , mit den folgende Intervallen:

Intervall Darstellung Frequenzverhältnis Angabe in Cent
Oktave Ok (Grundintervall) 2:1 1200
Quinte Qm (Grundintervall) 697
Große Terz 4Qm - 2OK = T 5/4 386
Quarte Ok - Qm 503
Kleine Sext 3Ok - 4Qm = Ok - T 8:5 814
Kleine Terz 2Ok-3Qm 310
Große Sext 3Qm-Ok 890
Ganzton 2Qm - Ok 193
Kleine Septime 2Ok - 2Qm 1007
Halbton 3Ok - 5Qm 117
Große Septime 5Qm - 2Ok 1083
ausführliche Tabelle

Reine Stimmung

Die Grundlage der reinen Stimmung ist das Quint-Terz-System , mit den folgende Intervallen:

Intervall Darstellung Frequenzverhältnis Angabe in Cent
Oktave Ok (Grundintervall) 2:1 1200
Quinte Q (Grundintervall) 3:2 702
Große Terz T (Grundintervall) 5:4 386
Quarte Ok - Q 4:3 498
Kleine Sext Ok - T 8:5 814
Kleine Terz Q - T 6:5 316
Große Sext Ok + T - Q 5:3 884
(Großer) Ganzton Q + Q - Ok 9:8 204
Kleiner Ganzton T - (Großer Ganzton) = Ok + T - Q - Q 10:9 182
Kleine Septime (1. Möglichkeit) Ok - (Großer Ganzton) = 2Ok - 2Q 16:9 996
Kleine Septime (2. Möglichkeit) Ok - (Kleiner Ganzton) = Q + Q - T 9:5 1018
Halbton Quarte - T = Ok - Q - T 16:15 112
Große Septime Ok - Halbton = Q + T 15:8 1088
Syntonisches Komma 2(Große Ganztöne) - T = 4Q - 2Ok - T 81:80 22
ausführliche Tabelle

Um aus einer Proportion des Quint-Terz-Systems herauszufinden, aus welchen Grundintervallen das Intervall zusammengesetzt ist, muss man den Tripellogarithmus berechnen.

Beispiel:

Die Gleichung hat die eindeutige Lösung, als "Tripellogarithmus" bezeichnet: x=-2, y=4 und z=-1.

Damit gilt für das Intervall mit dem Frequenzverhältnis die Beziehung . (Siehe syntonisches Komma.)

Proportionen

Hier wird präzisiert:

  • Jedem Intervall entspricht ein Frequenzverhältnis (hier aus historischen Gründen Proportion genannt).
  • Der Hintereinanderausführung (Addition) von Intervallen entspricht die Multiplikation der Frequenzverhälnisse.
  • Die Größe der Intervalle kann man vergleichen. Zur Feinjustierung verwendet man das Cent, wobei 1 Oktave = 1200 Cent.

Physikalisch betrachtet kann man einem Ton eine Frequenz zuordnen und einem Intervall das Frequenzverhältnis, hier allgemeiner als Proportion bezeichnet, da die Frequenzverhältnisse nichts anderes als die Kehrwerte der Saitenlängen im pythagoreischen Denken sind (Proportion=Frequenzverhältnis):

bzw.

Beispiel:

Die Umrechnung von Intervallen zu Proportionen und umgekehrt erfolgt über die Exponentialfunktion und den Logarithmus zur Basis 2:

Beispiel:

.
, wobei 1 Oktave = 1200 Cent.

Hinweis: Mit dem Taschenrechner rechnet man , also .

Aus diesen Definitionen folgen Regeln, die die Addition und Subtraktion von Intervallen in die Multiplikation und Division ihrer Proportionen umwandeln:

Beispiel:

Wichtige Intervalle für den Aufbau von Tonsystemen werden traditionell über besonders einfache Proportionen definiert:

Wichtige Intervalle
Intervallname Proportion Intervall in Cent
Prime
Oktave
2Oktave
3Oktave
reine Quinte
reine große Terz
reine kleine Terz

Physikalische Zusammenhänge

Die akustischen Bedeutungen der Proportion als Frequenzverhältnis oder Saiten-Längen-Verhältnis sind im Tonhöhenraum ebenfalls definierbar, und zwar für einen Bezugston mit der Frequenz oder der Saitenlänge :

Ist der Bezugston zum Beispiel mit der Frequenz , dann ist

Aus diesen Definitionen ergeben sich wiederum Intervallproportionen als Längenverhältnisse oder reziproke Frequenzverhältnisse:

Beispiele ausführlich

Intervalle der gleichstufigen Stimmung

Frequenzverhältnis Intervallgröße in Cent Intervallbezeichnung
1 0 Prim
100 gleichstufiger Halbton
200 gleichstufiger Ganzton
300 gleichstufige kleine Terz
400 gleichstufige große Terz
500 gleichstufige Quarte
600 gleichstufiger Tritonus
700 gleichstufige Quinte
800 gleichstufige kleine Sexte
900 gleichstufige große Sexte
1000 gleichstufige kleine Septime
1100 gleichstufige große Septime
2 1200 Oktave

Intervalle der pythagoreischen Stimmung

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über Intervalle, die bei der pythagoreischen Stimmung auftreten können. Berechnet wurde jedes der Intervalle: [C]-[Cis], [C]-[Des*], [C]-[D], [C]-[Dis*], [C]-[Es], [C]-[E], ..., [Cis]-[Dis*], [Cis]-[Es], [Cis]-[E], [Cis]-[F], [Cis]-[Fis], ..., [Des*]-[Es], [Des*]-[E],..., [D]-[Dis*], [D]-[Es], [D]-[E], ... . Die Intervalle wurden dann der Größe [in Cent] nach geordnet. Bei gleichen Intervallen wurde nur ein Repräsentant ausgewählt.

Bei der pythagoreischen Stimmung sind die Quinten der Folge [Ges*]-[Des*]-[As*]-[Es]-[B]-[F]-[C]-[G]-[D]-[A]-[E]-[H]-[Fis]-[Cis]-[Gis]-[Dis*]-[Ais*] rein (Frequenzverhältnis 3/2).

Hinweis: Die Töne [Ges*], [Des*], [As*], [Dis*] und [Ais*] sind auf einer 12-stufigen Skala nicht vorhanden.

Jedes Intervall ist eindeutig als Summe der zwei Grundintervalle des Quint-Terz-Systems darstellbar.

  • ok = Oktave (Frequenzverhältnis 2/1)
  • q = Quinte (Frequenzverhältnis 3/2).
Interval von C[7] Frequenzverhältnis in Cent Berechnung Intervallbezeichnung
[Cis]-[Des*] [Deses] 524288/531441 -23,460 -12q+7ok pythagoreische verminderte Sekunde=-pythagoreisches Komma[8]
[E]-[F] [Des] 256/243 90,225 -5q+3ok pythagoreisches Limma = pythagoreische kleine Sekunde
[C]-[Cis] [Cis] 2187/2048 113,685 7q-4ok pythagoreische Apotome = pythagoreische übermäßige Prim
[Cis]-[Es] [Eses] 65536/59049 180,450 -10q+6ok pythagoreische verminderte Terz
[C]-[D] [D] 9/8 203,910 2q-ok großer Ganzton = pythagoreische Sekunde
[Des*]-[Dis*] [Cisis] 1570121/1376878 227,370 14q-8ok pythagoreische doppelt übermäßigePrim
[Dis*]-[Ges*] [Feses] 469571/401606 270,675 -15q+9ok pythagoreische doppelt verminderte Quarte
[D]-[F] [Es] 32/27 294,135 -3q+2ok pythagoreische kleine Terz
[Es]-[Fis] [Dis] 19683/16384 317,595 9q-5ok pythagoreische übermäßige Sekunde
[Cis]-[F] [Fes] 8192/6561 384,360 -8q+5ok pythagoreische verminderte Quarte
[C]-[E] [E] 81/64 407,820 4q-2ok pythagoreische große Terz = Ditonos
[Ges*]-[Ais*] [Disis] 602409/469571 431,280 16q-9ok pythagoreische doppelt übermäßige Sekunde
[Cis]-[Ges*] [Geses] 2097152/1594323 474,585 -13q+8ok pythagoreische doppeltverminderte Quinte
[C]-[F] [F] 4/3 498,045 -q+ok Quarte
[Es]-[Gis] [Eis] 177147/131072 521,505 11q-6ok pythagoreische übermäßige Terz
[E]-[B] [Ges] 1024/729 588,270 -6q+4ok pythagoreische verminderte Quinte
[C]-[Fis] [Fis] 729/512 611,730 6q-3ok pythagoreische übermäßige Quarte = pythagoreischer Tritonus
[Gis]-[es] [Asas] 262144/177147 678,495 -11q+7ok pythagoreische verminderte Sexte
[C]-[G] [G] 3/2 701,955 q Quinte
[Es]-[Ais*] [Fisis] 1594323/1048576 725,415 13q-7ok pythagoreische doppelt übermäßige Quarte
[Ais*]-[ges*] [Beses] 939142/602409 768,720 -16q+10ok pythagoreische doppelt verminderte Septime
[E]-[c] [As] 128/81 792,180 -4q+3ok pythagoreische kleine Sext
[C]-[Gis] [Gis] 6561/4096 815,640 8q-4ok pythagoreische übermäßige Quinte
[Cis]-[B] [Bes] 32768/19683 882,405 -9q+6ok pythagoreische verminderte Septime
[C]-[A] [A] 27/16 905,865 3q-ok pythagoreische große Sexte
[Des*]-[Ais*] [Gisis] 803212/469571 929,325 15q-8ok pythagoreische doppelt übermäßige Quinte
[Dis*]-[des*] [ceses] 1408713/803212 972,630 -14q+9ok pythagoreische doppelt verminderte Oktave
[C]-[B] [B] 16/9 996,090 -2q+2ok pythagoreische kleine Septime
[Es]-[cis] [Ais] 59049/32768 1019,550 10q-5ok pythagoreische übermäßige Sexte
[Cis]-[c] [ces] 4096/2187 1086,315 -7q+5ok pythagoreische verminderte Oktave
[C]-[H] [H] 243/128 1109,775 5q-2ok pythagoreische große Septime
[Cis]-[des*] [deses] 1048576/531441 1176,540 -12q+8ok pythagoreische verminderte None (= ok- pythagoreische verminderte Sekunde)
[C]-[c] [c] 2/1 1200 ok Oktave

Intervalle der 1/4-Komma mitteltönigen Stimmung

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über Intervalle, die bei der mitteltönigen Stimmung auftreten können. Berechnet wurde jedes der Intervall: (C)-(Cis), (C)-(Des*), (C)-(D), (C)-(Dis*), (C)-(Es), (C)-(E), ..., (Cis)-(Dis*), (Cis)-(Es), (Cis)-(E), (Cis)-(F), (Cis)-(Fis), ..., (Des*)-(Es), (Des*)-(E),..., (D)-(Dis*), (D)-(Es), (D)-(E), ... . Die Intervalle wurden dann Größe (in Cent) nach geordnet. Bei gleichen Intervallen wurde nur ein Repräsentant ausgewählt.

Bei der 1/4-Komma mitteltönige Stimmung sind die Quinten der Folge (Ges*)-(Des*)-(As*)-(Es)-(B)-(F)-(C)-(G)-(D)-(A)-(E)-(H)-(Fis)-(Cis)-(Gis)-(Dis*)-(Ais*) um 1/4 des syntonischen Kommas (Frequenzverhältnis 81/80) tiefer als die reine Quinte gestimmt. Diese Quinten haben also das Frequenzverhältnis

.

Hinweis: Die Töne (Ges*), (Des*), (As*), (Dis*) und (Ais*) sind auf einer 12-Stufigen Skala nicht vorhanden. Intervalle der Form zum Beispiel (Cis)-(Des*) vermitteln jedoch einen Eindruck, welche Unreinheiten bei enharmonischen Verwechslungen auftreten.

Das Frequenzverhältnis in der zweiten Spalte ist häufig irrational. Hier bedeutet

w= , w2 = und w3 = .

Jedes Intervall ist eindeutig als Summe der zwei Grundintervalle des mitteltönig-Quinten-Systems darstellbar.

  • ok=Oktave
  • mq= mitteltönige Quinte.

Die Große Terz t=(C)-(E) ist hier darstellbar als t=4mq-2ok. Die jeweilige Berechnung erscheint in der 5. Spalte.

Intervall Frequenzverhältnis in Cent Berechnung Intervallbezeichnung
(Cis)-(Des*) 128/125 41,059 -12mq+7ok=-3t+ok (größere) verminderte Sekunde =kleine Diesis
(C)-(Cis) (5/16)w3 76,049 7mq-4ok=2t-mq chromatischer mitteltöniger Halbton
(E)-(F) (8/25)w3 117,108 -5mq+3ok=-t-mq+ok diatonischer mitteltöniger Halbton
(Des*)-(Dis*) (125/256)w2 152,098 14mq-8ok=4t-2mq mitteltönige doppelt übermäßige Prim
(C)-(D) (1/2)w2 193,157 2mq-ok mitteltöniger Ganzton
(Cis)-(Es) (64/125)w2 234,216 -10mq+6ok=-3t+2mq mitteltönig verminderte Terz
(Es)-(Fis) (25/32)w 269,206 9mq-5ok=2t+mq-ok mitteltönige übermäßige Sekunde
(D)-(F) (4/5)w 310,265 -3mq+2ok=-t+mq mitteltönige kleine Terz
(Ges*)-(Ais*) 625/512 345,255 16mq-9ok=4t-ok mitteltönig doppelt übermäßige Sekunde
(Dis*)-(Ges*) (512/625)w 351,324 -15mq+9ok=-4t+mq+ok mitteltönig doppelt verminderte Quarte
(C)-(E) 5/4 386,314 4mq-2ok=t große Terz
(Cis)-(F) 32/25 427,373 -8mq+5ok=-2t+ok verminderte Quarte
(Es)-(Gis) (25/64)w3 462,363 11mq-6ok=3t-mq mitteltönig übermäßige Terz
(C)-(F) (2/5)w3 503,422 -mq+ok mitteltönige Quarte
(Cis)-(Ges*) (256/625)w3 544,480 -13mq+8ok=-3t-mq+2ok mitteltönig doppelt verminderte Quinte
(F)-(H) (5/8)w2 579,471 6mq-3ok=t+2mq-ok mitteltönige übermäßige Quarte, mitteltönig Tritonus
(Cis)-(G) (16/25)w2 620,529 -6mq+4ok=-2t+2mq mitteltönige verminderte Quinte
(Des*)-(Gis) (125/128)w 655,520 13mq-7ok=3t+mq-ok mitteltönig doppelt übermäßige Quart
(C)-(G) w 696,578 mq mitteltönige Quinte
(Gis)-(es) (128/125)w 737,637 -11mq+7ok=-3t+mq+ok mitteltönig verminderte Sexte
(C)-(Gis) 25/16 772,627 8mq-4ok=2t kleine übermäßige Quinte, Doppelterz
(E)-(c) 8/5 813,686 -4mq+3ok=-t+ok kleine Sexte
(Des*)-(Ais*) (125/256)w3 848,676 15mq-8ok=4t-mq mitteltönig doppelt übermäßige Quinte
(Ais*)-(ges*) 1024/625 854,745 -16mq+10ok=4t+2ok mitteltönige doppelt verminderte Septime
(C)-(A) (1/2)w3 889,735 3mq-ok=t-mq+ok mitteltönige große Sexte
(Cis)-(B) (64/125)w3 930,794 -9mq+6ok=-2t-mq+2ok mitteltönig verminderte Septime
(Es)-(cis) (25/32)w2 965,784 10mq-5ok=2t+2mq-ok mitteltönige übermäßige Sexte
(D)-(c) (4/5)w2 1006,843 -2mq+2ok mitteltönige kleine Septime
(Gis)-(ges*) (512/625)w2 1047,902 -14mq+9ok=-4t+2mq+ok mitteltönig doppelt verminderte Oktave
(C)-(H) (5/4)w 1082,892 5mq-2ok=t+mq mitteltönige große Septime
(Cis)-(c) (32/25)w 1123,951 -7mq+5ok=-2t+mq+ok mitteltönig verminderte Oktave
(Es)-(dis*) 125/64 1158,941 12mq-6ok=3t übermäßige Septime
(C)-(c) 2/1 1200 ok Oktave

Intervalle der reinen Stimmung

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über Intervalle, die bei der reinen Stimmung auftreten können. Berechnet wurde jedes der Intervall: C-,Cis, C-'Des, C-D, C-,,Dis, C-'Es, C-,E, ..., ,Cis-,,Dis, ,Cis-'Es, ,Cis-,E, ,Cis-F, ,Cis-,Fis, ..., D-,,Dis, D-'Es, D-,E, ... (Bezeichnungen siehe Eulersches Tonnetz). Die Intervalle wurden dann Größe (in Cent) nach geordnet. Bei gleichen Intervallen wurde nur ein Repräsentant ausgewählt.

Intervallreferenz ist C-Dur und C-Moll mit den reinen Akkorden C-,E-G, C-'Es-G, F-,A-c, F-'As-c, G-,H-D und G-'B-d, ergänzt um weitere Zwischentöne mit den diatonischen Halbtonschritten (Frequenzverhältnis 16/15) C-'Des, ,Cis-D, ,,Dis-,E, F-'Ges, ,Fis-G, ,,Gis-,A und ,,Ais-,H.

Jedes Intervall ist eindeutig als Summe der drei Grundintervalle des Quint-Terz-Systems darstellbar.

  • ok=Oktave
  • q=Quinte und
  • t=große Terz.

Die jeweilige Berechnung erscheint in der 5. Spalte.

Intervall Von C[9] Frequenzverhältnis in Cent Berechnung Intervallbezeichnung
,Cis-'Des ''Deses 2048/2025 19,553 -2t-4q+3ok (kleinere) verminderte Sekunde, Diaschisma
,,Dis-'Es '''Deses 128/125 41,059 -3t+ok (größere) verminderte Sekunde, kleine Diesis
D-,,Dis ,,Cis 25/24 70,672 2t-q (kleinere) übermäßige Prim, kleiner chromatischer Halbton, kleines Chroma
C-,Cis ,Cis 135/128 92,179 t+3q-2ok (größere) übermäßige Prim, großer chromatischer Halbton, großes Chroma
,E-F 'Des 16/15 111,731 -t-q+ok kleine Sekunde, diatonischer Halbton
,A-'B ''Des 27/25 133,238 -2t+3q-ok (größere) kleine Sekunde, großes Limma,
'Des-,,Dis ,,,Cisis 1125/1024 162,851 3t+2q-2ok doppelt übermäßige Prim
D-,E ,D 10/9 182,404 t-2q+ok kleiner Ganzton
C-D D 9/8 203,910 2q-ok großer Ganzton = pythaogoreischer Ganzton
,E-'Ges ''Eses 256/225 223,463 -2t-2q+2ok (kleinere) verminderte Terz
,,Gis-'B '''Eses 144/125 244,969 -3t+2q (größere) verminderte Terz
C-,,Dis ,,Dis 75/64 274,582 2t+q-ok übermäßige Sekunde
D-F Es 32/27 294,135 -3q+2ok pythagoreische kleine Terz (unreine kleine Terz der II. Stufe)
C-'Es 'Es 6/5 315,641 -t+q kleine Terz
'Ges-,,Ais ,,,Disis 10125/8192 366,761 3t+4q-3ok übermäßige Septime
,,Dis-'Ges '''Feses 4096/3375 335,194 -3t-3q+3ok doppelt verminderte Quarte
C-,E ,E 5/4 386,314 t große Terz
D-'Ges 'Fes 512/405 405,866 -t-4q+3ok (kleinere) verminderte Quarte
,A-,cis E 81/64 407,820 4q-2ok pythagoreisch große Terz = Ditonos
,E-'As ''Fes 32/25 427,373 -2t+ok verminderte Quarte
'Es-,,Gis ,,,Eis 125/96 456,986 3t-q (kleinere) übermäßige Terz
F-,,Ais ,,Eis 675/512 478,492 2t+3q-2ok (größere) übermäßige Terz
C-F F 4/3 498,045 -q+ok Quarte
,Cis-'Ges ''Geses 8192/6075 517,598 -2t-5q+4ok doppelt verminderte Quinte
,A-d 'F 27/20 519,551 -t+3q-ok unreine Quarte (In C-Dur II. Stufe a-d)
,,Dis-'As '''Geses 512/375 539,104 -3t-q+2ok doppelt verminderte Quinte
D-,,Gis ,,Fis 25/18 568,717 2t-2q+ok (kleinere) übermäßige Quarte
'Ges-,cis ,,Fisis 6075/4096 682,402 2t+5q-3ok doppelt verminderte Quarte
C-,Fis ,Fis 45/32 590,224 t+2q-ok Tritonus, übermäßige Quarte
,Fis-c 'Ges 64/45 609,776 -t-2q+2ok (kleinere) verminderte Quinte
,A-'es ''Ges 36/25 631,283 -2t+2q (größere) verminderte Quinte
'Es-,,Ais ,,,Fisis 375/256 660,896 3t+q-ok doppelt übermäßige Quarte
D-,A ,G 40/27 680,449 t-3q+2ok unreine Quinte (In C-Dur d-a des Akkords der II.Stufe)
C-G G 3/2 701,955 q Quinte
,H-'ges ''Asas 1024/675 721,508 -2t-3q+3ok (kleinere) verminderte Sexte
,,Dis-'B '''Asas 192/125 743,014 -3t+q+ok (größere) verminderte Sexte
C-,,Gis ,,Gis 25/16 772,627 2t kleine übermäßige Quinte, Doppelterz
,Cis-,A As 128/81 792,180 -4q+3ok pythagoreische kleine Sexte
F-,cis ,Gis 405/256 794,134 t+4q-2ok (größere) übermäßige Quinte
,E-c 'As 8/5 813,686 -t+ok kleine Sexte
,,Ais-'ges '''Beses 16384/10125 833,239 -3t-4q+4ok doppelt verminderte Septime
'Des-,,Ais ,,,Gisis 3375/2048 864,806 3t+3q-2ok doppelt übermäßige Quinte
C-,A ,A 5/3 884,359 t-q+ok große Sexte
F-d A 27/16 905,865 3q-ok pyth. große Sexte (im II. Akkord)
,E-'des ''Bes 128/75 925,418 -2t-q+2ok (größere) verminderte Septime
'B-,,gis ,,,Ais 125/72 955,031 3t-2q+ok (kleinere) übermäßige Sexte
C-,,Ais ,,Ais 225/128 976,537 2t+2q-ok (größere) übermäßige Sexte
D-c B 16/9 996,090 -2q+2ok kleinere kleine Septime (=Oktave - großer Ganzton)
C-'B 'B 9/5 1017,596 -t+2q größere kleine Septime (=Oktave - kleiner Ganzton)
,,Dis-'des '''ceses 2048/1125 1037,149 -3t-2q+3ok doppelt verminderte Oktave
'B-,,ais ,,,His 125/64 1158,941 3t übermäßige Septime
'B-,a ,,H 50/27 1066,762 2t-3q+2ok (kleinere) große Septime
C-,H ,H 15/8 1088,269 t+q große Septime
,Cis-c 'ces 256/135 1107,821 -t-3q+3ok (kleinere) verm. Oktave
,,Dis-d ''ces 48/25 1129,328 -2t+q+ok (größere) verminderte Oktave
'Des-,cis ''ces 2025/1024 1180,447 2t+4q-2ok (größere) überm. Septime
C-c c 2/1 1200 ok Oktave

Intervalle nach Größe geordnet

Bezeichnungen:

[C]-[D]-[E]-[F]-... Pythagoreische Tonleiter

(C)-(D)-(E)-(F)-... 1/4-Komma mitteltönige Tonleiter

C-D-,E-F-... Reine Tonleiter (Bezeichnungen wie ,E (Tiefkomma E) siehe Eulersches Tonnetz).

  • ok=Oktave (Frequenzverhältnis 2)
  • q=Quinte (Frequenzverhältnis 3/2)
  • mq=mitteltönige Quinte (Frequenzverhältnis w= )
  • t=große Terz (Frequenzverhältnis 5/4).
Intervalle Frequenzverhältnis in Cent Berechnung Intervallbezeichnung
C-c 0 Prim
1,954 8q+t-5ok Schisma = Differenz pythagoreisches und syntonisches Komma
,Cis-'Des 2048/2025 19,553 -2t-4q+3ok (kleinere) verminderte Sekunde, Diaschisma
21,506 4q-t-2ok syntonisches Komma: Differenz d(C-dur) und d(F-dur)
[Des*]-[Cis] 23,460 12q-7ok pythagoreisches Komma
(Cis)-(Des*) 128/125 41,059 -12mq+7ok (größere) verminderte Sekunde = kleine Diesis (Differenz von Oktave zu 3 großen Terzen)
648/625 62,565 4q-4t-ok große Diesis = Differenz von vier kleinen Terzen zur Oktave
D-,,Dis 25/24 70,672 2t-q (kleinere) übermäßige Prim, kleiner chromatischer Halbton, kleines Chroma
(C)-(Cis) (5/16)w3 76,049 7mq-4ok chromatischer mitteltöniger Halbton
[E]-[F] 256/243 90,225 -5q+3ok pythagoreisches Limma=pythagoreische kleine Sekunde
C-,Cis 135/128 92,179 t+3q-2ok (größere) übermäßige Prim, großer chromatischer Halbton, großes Chroma
100 (1/12)ok kleine gleichstufige Sekunde
,E-F 16/15 111,731 -t-q+ok kleine Sekunde, diatonischer Halbton
[C]-[Cis] 2187/2048 113,685 7q-4ok pythagoreische Apotome = pythagoreische übermäßige Prim
(E)-(F) (8/25)w3 117,108 -5mq+3ok diatonischer mitteltöniger Halbton
,A-'B 27/25 133,238 -2t+3q-ok (größere) kleine Sekunde, großes Limma,
(Des*)-(Dis*) (125/256)w2 152,098 14mq-8ok mitteltönige doppelt übermäßige Prim
'Des-,,Dis 1125/1024 162,851 3t+2q-2ok doppelt übermäßige Prim
[Cis]-[Es] 65536/59049 180,450 -10q+6ok pythagoreische verminderte Terz
D-,E 10/9 182,404 t-2q+ok kleiner Ganzton
(C)-(D) (1/2)w2 193,157 2mq-ok mitteltöniger Ganzton
200 (2/12)ok große gleichstufige Sekunde
C-D 9/8 203,910 2q-ok großer Ganzton
[C]-[D] 9/8 203,910 2q-ok großer Ganzton=pythagoreische Sekunde
,E-'Ges 256/225 223,463 -2t-2q+2ok (kleinere) verminderte Terz
[Des*]-[Dis*] 1570121/1376878 227,370 14q-8ok pythagoreische doppelt übermäßige Prim <>
(Cis)-(Es) (64/125)w2 234,216 -10mq+6ok mitteltönig verminderte Terz
,,Gis-'B 144/125 244,969 -3t+2q (größere) verminderte Terz
(Es)-(Fis) (25/32)w 269,206 9mq-5ok mitteltönige übermäßige Sekunde
[Dis*]-[Ges*] 469571/401606 270,675 -15q+9ok pythagoreische doppelt verminderte Quarte <>
C-,,Dis 75/64 274,582 2t+q-ok übermäßige Sekunde
D-F 32/27 294,135 -3q+2ok pythagoreische kleine Terz (unreine kleine Terz der II. Stufe)
[D]-[F] 32/27 294,135 -3q+2ok pythagoreische kleine Terz
300 (3/12)ok kleine gleichstufige Terz
(D)-(F) (4/5)w 310,265 -3mq+2ok mitteltönige kleine Terz
C-'Es 6/5 315,641 -t+q kleine Terz
[Es]-[Fis] 19683/16384 317,595 9q-5ok pythagoreische übermäßige Sekunde
,,Dis-'Ges 4096/3375 335,194 -3t-3q+3ok doppelt verminderte Quarte
(Ges*)-(Ais*) 625/512 345,255 16mq-9ok mitteltönig doppelt übermäßige Sekunde
(Dis*)-(Ges*) (512/625)w 351,324 -15mq+9ok mitteltönig doppelt verminderte Quarte
'Ges-,,Ais 10125/8192 366,761 3t+4q-3ok übermäßige Septime
[Cis]-[F] 8192/6561 384,360 -8q+5ok pythagoreische verminderte Quarte <>
(C)-(E) 5/4 386,314 4mq-2ok große Terz
C-,E 5/4 386,314 t große Terz
400 (4/12)ok große gleichstufige Terz
D-'Ges 512/405 405,866 -t-4q+3ok (kleinere) verminderte Quarte
,A-,cis 81/64 407,820 4q-2ok pythagoreisch große Terz = Ditonos
[C]-[E] 81/64 407,820 4q-2ok pythagoreische große Terz = Ditonos
(Cis)-(F) 32/25 427,373 -8mq+5ok verminderte Quarte
,E-'As 32/25 427,373 -2t+ok verminderte Quarte
[Ges*]-[Ais*] 602409/469571 431,280 16q-9ok pythagoreische doppelt übermäßige Sekunde <>
'Es-,,Gis 125/96 456,986 3t-q (kleinere) übermäßige Terz
(Es)-(Gis) (25/64)w3 462,363 11mq-6ok mitteltönig übermäßige Terz
[Cis]-[Ges*] 2097152/1594323 474,585 -13q+8ok pythagoreische doppelt verminderte Quinte <>
F-,,Ais 675/512 478,492 2t+3q-2ok (größere) übermäßige Terz
C-F 4/3 498,045 -q+ok Quarte
[C]-[F] 4/3 498,045 -q+ok Quarte
500 (5/12)ok gleichstufige Quarte
(C)-(F) (2/5)w3 503,422 -mq+ok mitteltönige Quarte
,Cis-'Ges 8192/6075 517,598 -2t-5q+4ok doppelt verminderte Quinte
,A-d 27/20 519,551 -t+3q-ok unreine Quarte (In C-Dur II. Stufe a-d)
[Es]-[Gis] 177147/131072 521,505 11q-6ok pythagoreische übermäßige Terz
,,Dis-'As 512/375 539,104 -3t-q+2ok doppelt verminderte Quinte
(Cis)-(Ges*) (256/625)w3 544,480 -13mq+8ok mitteltönig doppelt verminderte Quinte
D-,,Gis 25/18 568,717 2t-2q+ok (kleinere) übermäßige Quarte
(F)-(H) (5/8)w2 579,471 6mq-3ok mitteltönige übermäßige Quarte, mitteltönig Tritonus
[E]-[B] 1024/729 588,270 -6q+4ok pythagoreische verminderte Quinte
C-,Fis 45/32 590,224 t+2q-ok Tritonus, übermäßige Quarte
600 (6/12)ok übermäßige gleichstufige Quarte, verminderte gleichstufige Quinte
,Fis-c 64/45 609,776 -t-2q+2ok (kleinere) verminderte Quinte
[C]-[Fis] 729/512 611,730 6q-3ok pythagoreische übermäßige Quarte=pythagoreische Tritonus
(Cis)-(G) (16/25)w2 620,529 -6mq+4ok mitteltönige verminderte Quinte
,A-'es 36/25 631,283 -2t+2q (größere) verminderte Quinte
(Des*)-(Gis) (125/128)w 655,520 13mq-7ok mitteltönig doppelt übermäßige Quart
'Es-,,Ais 375/256 660,896 3t+q-ok doppelt übermäßige Quarte
[Gis]-[es] 262144/177147 678,495 -11q+7ok pythagoreische verminderte Sexte
D-,A 40/27 680,449 t-3q+2ok unreine Quinte (In C-Dur d-a des Akkords der II.Stufe)
'Ges-,cis 6075/4096 682,402 2t+5q-3ok doppelt verminderte Quarte
(C)-(G) w 696,578 mq mitteltönige Quinte
700 (7/12)ok gleichstufige Quinte
C-G 3/2 701,955 q Quinte
[C]-[G] 3/2 701,955 q Quinte
,H-'ges 1024/675 721,508 -2t-3q+3ok (kleinere) verminderte Sexte
[Es]-[Ais*] 1594323/1048576 725,415 13q-7ok pythagoreische doppelt übermäßige Quarte <>
(Gis)-(es) (128/125)w 737,637 -11mq+7ok mitteltönig verminderte Sexte
,,Dis-'B 192/125 743,014 -3t+q+ok (größere) verminderte Sexte
[Ais*]-[ges*] 939142/602409 768,720 -16q+10ok pythagoreische doppelt verminderte Septime
(C)-(Gis) 25/16 772,627 8mq-4ok kleine übermäßige Quinte, Doppelterz
C-,,Gis 25/16 772,627 2t kleine übermäßige Quinte, Doppelterz
,Cis-,A 128/81 792,180 -4q+3ok pythagoreische kleine Sexte
[E]-[c] 128/81 792,180 -4q+3ok pythagoreische kleine Sext
F-,cis 405/256 794,134 t+4q-2ok (größere) übermäßige Quinte
800 (8/12)ok kleine gleichstufige Sexte
(E)-(c) 8/5 813,686 -4mq+3ok kleine Sexte
,E-c 8/5 813,686 -t+ok kleine Sexte
[C]-[Gis] 6561/4096 815,640 8q-4ok pythagoreische übermäßige Quinte
,,Ais-'ges 16384/10125 833,239 -3t-4q+4ok doppelt verminderte Septime
(Des*)-(Ais*) (125/256)w3 848,676 15mq-8ok mitteltönig doppelt übermäßige Quinte
(Ais*)-(ges*) 1024/625 854,745 -16mq+10ok mitteltönige doppelt verminderte Septime
'Des-,,Ais 3375/2048 864,806 3t+3q-2ok doppelt übermäßige Quinte
[Cis]-[B] 32768/19683 882,405 -9q+6ok pythagoreische verminderte Septime
C-,A 5/3 884,359 t-q+ok große Sexte
(C)-(A) (1/2)w3 889,735 3mq-ok mitteltönige große Sexte
900 (9/12)ok große gleichstufige Sexte
F-d 27/16 905,865 3q-ok pythagoreische große Sexte (im II. Akkord)
[C]-[A] 27/16 905,865 3q-ok pythagoreische große Sexte
,E-'des 128/75 925,418 -2t-q+2ok (größere) verminderte Septime
[Des*]-[Ais*] 803212/469571 929,325 15q-8ok pythagoreische doppelt übermäßige Quinte <>
(Cis)-(B) (64/125)w3 930,794 -9mq+6ok mitteltönig verminderte Septime
'B-,,gis 125/72 955,031 3t-2q+ok (kleinere) übermäßige Sexte
(Es)-(cis) (25/32)w2 965,784 10mq-5ok mitteltönige übermäßige Sexte
[Dis*]-[des*] 1408713/803212 972,630 -14q+9ok pythagoreische doppelt verminderte Oktave <>
C-,,Ais 225/128 976,537 2t+2q-ok (größere) übermäßige Sexte
D-c 16/9 996,090 -2q+2ok pythagoreische kleine Septime
[C]-[B] 16/9 996,090 -2q+2ok pythagoreische kleine Septime
1000 (10/12)ok kleine gleichstufige Septime
(D)-(c) (4/5)w2 1006,843 -2mq+2ok mitteltönige kleine Septime
C-'B 9/5 1017,596 -t+2q kleine Septime
[Es]-[cis] 59049/32768 1019,550 10q-5ok pythagoreische übermäßige Sexte
,,Dis-'des 2048/1125 1037,149 -3t-2q+3ok doppelt verminderte Oktave
(Gis)-(ges*) (512/625)w2 1047,902 -14mq+9ok mitteltönig doppelt verminderte Oktave
'B-,a 50/27 1066,762 2t-3q+2ok (kleinere) große Septime
(C)-(H) (5/4)w 1082,892 5mq-2ok mitteltönige große Septime
[Cis]-[c] 4096/2187 1086,315 -7q+5ok pythagoreische verminderte Oktave
C-,H 15/8 1088,269 t+q große Septime
1100 (11/12)ok große gleichstufige Septime
,Cis-c 256/135 1107,821 -t-3q+3ok (kleinere) verminderte Oktave
[C]-[H] 243/128 1109,775 5q-2ok pythagoreische große Septime
(Cis)-(c) (32/25)w 1123,951 -7mq+5ok mitteltönig verminderte Oktave
,,Dis-d 48/25 1129,328 -2t+q+ok (größere) verminderte Oktave
(Es)-(dis*) 125/64 1158,941 12mq-6ok übermäßige Septime
'B-,,ais 125/64 1158,941 3t übermäßige Septime
[Cis]-[des*] 1048576/531441 1176,540 -12q+8ok pythagoreische verminderte None (=ok-pythagoreische verminderte Sek)
'Des-,cis 2025/1024 1180,447 2t+4q-2ok (größere) überm. Septime
C-c 2/1 1200 ok Oktave

Anmerkungen

  1. Die Struktur unseres Anschauungsraumes kann ähnlich mathematisch beschrieben werden. Man hat einerseits die Punkte des Raumes, andererseits die Vektoren, mit denen gerechnet wird. Siehe: affiner Raum.
  2. Rudolf Wille schreibt in seinem Aufsatz Mathematik und Musiktheorie. In: Musik und Zahl Bonn -Bad Godesberg 1976, S. 233–264 über die Nützlichkeit der Mathematik für die Musik:
    • Mit Hilfe der Mathematik kann man musikalische Begriffe präzisieren und Unklarheiten und Missverständnis vermeiden, die ungenau gefasste Begriffe mit sich bringen.
    • Gerade mit der neueren Mathematik ist es möglich, musikalische Sachverhalte wesentlich einfacher und genauer wiederzugeben, als dies früher möglich war.
    • Komplizierte Zusammenhänge werden durchschaubar.
    Wilfried Neumaier zeigt in seiner Dissertation Was ist ein Tonsystem. In: Quellen und Studien zur Musikgeschichte von der Antike bis in die Gegenwart. Nr.9, Verlag Peter Lang. Frankfurth a.M/Bern/New York 1986, dass man mit Tonstrukturen historische Tonsysteme sehr gut vergleichen kann.
  3. Aus Vereinfachungsgründen ist hier der Tonvorrat nach oben und nach unten nicht beschränkt.
  4. Wir müssen hier noch axiomatisch voraussetzen, dass die Oktave verschieden von der Prim ist.
  5. Dabei ist nur eine rechnerische Größe, die nicht zum vorgegebenen Intervallraum gehören muss. Genauer: Das Quint-Terzsystem zum Beispiel wird als Unterraum des erweiterten Tonraums {} betrachtet.
  6. Für viele Intervalle i gibt es keine natürlichen Zahlen z und n mit
    .
    Dies ist zum Beispiel für die Quinte mit dem Frequenzverhältnis 3/2 der Fall: Es gibt keine Zahlen mit
    Man kann jedoch mit geeigneten erreichen, dass für die Annäherung
    immer besser wird.
    Mathematisch exakt wird dies folgendermaßen ausgedrückt:
    ,
    oder
    Da der Intervallraum eine archimedisch geordnete kommutative Gruppe ist, ist nach dem Satz von Hölder die Abbildung ein Isomorphismus des Intervallraums in eine additive geordnete Untergruppe von .
  7. Das Intervall [C]-[X] von [C] aus gemessen. Angegeben ist nur der Endton [X].
  8. Im Gegensatz zur reinen oder mitteltönigen Stimmung ist in der pythagoreischen Stimmung der Ton [Cis] höher als [Des] oder - besserbekannt - [His] höher als [c]. Um von [Cis] nach [Des] zu gelangen, bzw. von [His] nach [c] muss man 12 Quinten nach unten und 7 Oktaven nach oben. Das pythagoreische Komma erhält man bekanntlich als Intervall = 12 Quinten nach oben und 7 Oktaven nach unten.
  9. Nur der Endton x des Intervall C-x ist angegeben.