Frequenz und Hertz: hohe und tiefe Töne erklärt

Kurz gesagt: Die Frequenz gibt an, wie oft eine Schallwelle pro Sekunde schwingt, gemessen in Hertz (Hz). Viele Schwingungen bedeuten einen hohen Ton, wenige einen tiefen. Der Mensch hört grob von 16 bis 20 Hz bis in den Bereich von 16 bis 20 kHz; der Kammerton a liegt bei 440 Hz.

Was Frequenz bedeutet

Schall ist eine Schwingung, die sich durch die Luft ausbreitet – wie das genau funktioniert, steht im Artikel Wie entsteht Schall?. Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Schwingung ist ihre Frequenz. Sie beantwortet eine einfache Frage: Wie oft wiederholt sich die Schwingung in einer Sekunde? Schwingt die Membran eines Lautsprechers 100-mal pro Sekunde vor und zurück, hat der erzeugte Ton eine Frequenz von 100 Hertz.

Dein Gehör übersetzt die Frequenz in die Tonhöhe. Viele Schwingungen pro Sekunde nimmst du als hohen Ton wahr, wenige als tiefen. Der tiefe Kick einer Bassdrum liegt nach gängigen Mix-Ratgebern bei etwa 40 bis 80 Hertz, Zischlaute wie das S bei rund 7.000 Hertz. Wichtig ist der Unterschied zur Lautstärke: Die Frequenz sagt nichts darüber aus, wie laut ein Ton ist. Das beschreibt die Amplitude, die man in Dezibel angibt.

Eng verwandt mit der Frequenz ist die Periodendauer. Sie ist schlicht der Kehrwert: Ein Ton mit 100 Hz braucht für eine vollständige Schwingung eine Hundertstelsekunde, also zehn Millisekunden. Ein 10.000-Hz-Ton schafft eine Schwingung in einer Zehntelmillisekunde.

Die Einheit Hertz und ihre Vorsätze

Benannt ist die Einheit nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz. Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde, physikalisch geschrieben 1/s. Vorgeschlagen wurde die Einheit 1930 von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC); seit Gründung des Internationalen Einheitensystems SI im Jahr 1960 ist sie fester Bestandteil davon. Offiziell darf Hertz nur für periodische, also regelmäßig wiederkehrende Vorgänge verwendet werden.

Weil im Audiobereich schnell große Zahlen zusammenkommen, nutzt man Vorsätze:

Schreibweise	Bedeutung	Beispiel aus der Audiowelt
Hz	1 Schwingung pro Sekunde	40 Hz: tiefer Bass
kHz (Kilohertz)	1.000 Hz	1 kHz: üblicher Bezugston bei Messungen
MHz (Megahertz)	1.000.000 Hz	Funkfrequenzen, etwa beim Radio
GHz (Gigahertz)	1.000.000.000 Hz	Funkfrequenzen, etwa bei Bluetooth

Achtung, Verwechslungsgefahr: Die Megahertz eines Radiosenders oder die Gigahertz von Bluetooth beschreiben Funkwellen, also elektromagnetische Schwingungen. Mit der Tonhöhe der Musik, die darüber übertragen wird, haben sie nichts zu tun. Auch die Abtastrate einer Audiodatei wie 44,1 kHz wird in Hertz angegeben, meint aber etwas anderes – dazu mehr unter Abtastrate und Bittiefe.

Welche Frequenzen du hören kannst

Der Hörbereich des Menschen wird je nach Quelle etwas unterschiedlich angegeben. Das Bayerische Landesamt für Umwelt nennt rund 16 bis 16.000 Hz, viele audiotechnische Quellen sprechen großzügiger von 20 Hz bis 20 kHz. Druckschwankungen unterhalb von etwa 16 Hz nehmen wir nicht mehr als Ton wahr; man spricht von Infraschall. Oberhalb der Hörgrenze beginnt der Ultraschall. Die obere Grenze sinkt mit dem Alter.

Das Gehör ist zudem nicht bei allen Frequenzen gleich empfindlich. Am empfindlichsten reagiert es im Bereich um 4 kHz. Tiefe Töne brauchen dagegen deutlich mehr Schalldruck, um gleich laut zu wirken. Ein Beispiel aus der Psychoakustik: Ein 1.000-Hz-Ton mit 40 dB wirkt etwa so laut wie ein 20-Hz-Ton mit 100 dB. Diese Zusammenhänge beschreiben die sogenannten Kurven gleicher Lautstärke, die in der Norm ISO 226 festgehalten sind. Sie erklären, warum Musik bei leiser Wiedergabe oft dünn klingt und warum manche Verstärker eine Loudness-Taste haben, die bei geringer Lautstärke den Bass anhebt.

Oktaven: warum Tonhöhe ein Verhältnis ist

Spannend wird es, wenn man Frequenzen musikalisch betrachtet. Das Ohr bewertet Tonhöhen nicht nach der Differenz in Hertz, sondern nach dem Verhältnis. Eine Oktave entspricht immer einer Verdopplung der Frequenz. Von 100 auf 200 Hz ist es eine Oktave, von 5.000 auf 10.000 Hz ebenfalls – obwohl im einen Fall 100 Hz, im anderen 5.000 Hz dazwischenliegen. Der hörbare Bereich von rund 16 Hz bis 20 kHz umfasst so etwa zehn Oktaven. Zum Vergleich: Das sichtbare Licht spannt nur ungefähr eine Oktave auf.

In der westlichen Musik ist jede Oktave in zwölf Halbtonschritte geteilt, deren Frequenzverhältnis jeweils die zwölfte Wurzel aus zwei ist. Konsonante Intervalle haben einfache Verhältnisse: Die Quinte entspricht 3 zu 2, die Quarte 4 zu 3, die große Terz 5 zu 4. Als gemeinsamer Bezugspunkt dient der Kammerton a, der heute meist auf 440 Hz festgelegt ist.

Für die Audiotechnik hat das eine praktische Folge: Frequenzgang-Diagramme haben fast immer eine logarithmisch geteilte Achse. Der Abstand von 20 auf 200 Hz ist dort genauso breit wie der von 2.000 auf 20.000 Hz. Nur so wird die Darstellung dem Hörempfinden gerecht. Wenn du lernst, solche Kurven zu lesen, hilft dir der Beitrag zum Frequenzgang.

Grundton und Obertöne

Kaum ein natürlicher Klang besteht aus einer einzigen Frequenz. Eine schwingende Saite erzeugt neben dem Grundton eine ganze Reihe von Obertönen, deren Frequenzen ganzzahlige Vielfache des Grundtons sind: das Doppelte, das Dreifache, das Vierfache und so weiter. Spielt eine Geige das a mit 440 Hz, schwingen also auch 880 Hz, 1.320 Hz, 1.760 Hz und weitere Anteile mit. Wie stark die einzelnen Obertöne sind, prägt die Klangfarbe. Deshalb unterscheidest du eine Flöte mühelos von einer Trompete, auch wenn beide denselben Ton spielen.

Daraus folgt ein häufig übersehener Punkt: Auch wenn der Grundton eines Instruments eher tief liegt, reichen seine Obertöne weit in die Höhen. Ein Lautsprecher, der oberhalb von einigen Kilohertz schwächelt, lässt deshalb nicht nur Becken leiser klingen, sondern verändert auch die Klangfarbe von Stimmen und Instrumenten. Wie sich das Spektrum grob aufteilt, erklärt der Artikel Bass, Mitten, Höhen.

Hertz im Datenblatt: was die Zahlen sagen

In technischen Daten von Kopfhörern und Lautsprechern begegnen dir Frequenzangaben an mehreren Stellen. Die wichtigsten im Überblick:

Übertragungsbereich, etwa „20 Hz – 20 kHz“: Er nennt den Bereich, den das Gerät wiedergibt. Ohne Toleranzangabe wie „±3 dB“ ist die Zahl allerdings kaum aussagekräftig, weil offenbleibt, wie leise die Randfrequenzen ausfallen.
Untere Grenzfrequenz bei Boxen und Subwoofern: Sie zeigt, wie tief der Bass hinabreicht. Je tiefer, desto mehr Fundament – vorausgesetzt, die Messbedingungen sind vergleichbar.
Trennfrequenz bei Mehrwege-Lautsprechern: Ab dieser Frequenz übernimmt ein anderes Chassis, etwa der Hochtöner. Sie wird von der Frequenzweiche festgelegt.
Angaben weit über 20 kHz, etwa „5 Hz – 40 kHz“: Solche Werte sind häufig im Zusammenhang mit dem Hi-Res-Audio-Logo zu finden, für das die Japan Audio Society unter anderem eine Wiedergabe bis mindestens 40 kHz bei Lautsprechern und Kopfhörern verlangt.

Ein Mythos sollte hier eingeordnet werden: Ein größerer Frequenzbereich auf dem Papier bedeutet nicht automatisch besseren Klang. Entscheidend ist, wie gleichmäßig ein Gerät die hörbaren Frequenzen wiedergibt. Ob Inhalte oberhalb von 20 kHz einen hörbaren Nutzen haben, ist umstritten; Blindtests, etwa eine viel zitierte Untersuchung der Boston Audio Society, fanden keinen zuverlässigen Unterschied zwischen hochaufgelöstem Material und CD-Qualität.

Praktische Tipps für den Alltag

Wenn du mit Sinus-Testtönen experimentierst, bleib bei leiser Lautstärke und dreh bei sehr hohen oder tiefen Tönen nicht stark auf, nur weil du nichts hörst – Lautsprecher und Ohren danken es dir.
Vergleiche Frequenzangaben nur, wenn eine Toleranz dabei steht. „40 Hz – 20 kHz ±3 dB“ ist aussagekräftiger als „10 Hz – 40 kHz“ ohne Zusatz.
Erwarte von kleinen Lautsprechern keinen Tiefbass unter 50 Hz. Dafür braucht es große Membranen oder einen Subwoofer.
Nutze den Equalizer gezielt: Wenn dir ein Klang zu dumpf erscheint, hilft eher eine leichte Anhebung im Bereich einiger Kilohertz als ein pauschales Aufdrehen der Höhen.
Bei leisem Hören ist eine Bassanhebung durch Loudness-Funktionen sinnvoll, weil das Ohr tiefe Frequenzen bei niedrigem Pegel schwächer wahrnimmt.

Die Frequenz ist damit so etwas wie die Landkarte des Klangs. Wer weiß, wo Bass, Stimmen und Brillanz liegen, versteht Datenblätter, Equalizer und Testkurven deutlich besser.

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Häufige Fragen

Was bedeutet 1 Hertz?

Ein Hertz entspricht einer Schwingung pro Sekunde. 440 Hz bedeuten also 440 Schwingungen pro Sekunde.

Welche Frequenzen kann der Mensch hören?

Je nach Quelle etwa 16 bis 20 Hz am unteren Ende bis 16 bis 20 kHz am oberen Ende. Die obere Grenze sinkt mit dem Alter.

Was ist eine Oktave?

Eine Oktave ist eine Verdopplung der Frequenz, zum Beispiel von 220 auf 440 Hz. Das Ohr empfindet diesen Abstand in jeder Tonlage als gleich groß.

Ist ein Kopfhörer mit 5 Hz bis 40 kHz besser als einer mit 20 Hz bis 20 kHz?

Nicht automatisch. Wichtiger ist, wie gleichmäßig der hörbare Bereich wiedergegeben wird. Angaben ohne Toleranz in dB lassen sich kaum vergleichen.

Frequenz und Hertz: hohe und tiefe Töne verständlich erklärt