Saiten für Musikinstrumente werden nach ihrem Material und nach der Konfektionierung für einen Instrumententyp unterschieden, etwa Gitarrensaiten, Saiten für Klavier, Violine oder Harfe. Der Aufbau der Saiten umfasst einzelne Drähte oder umwickelte Drähte. Durch die Umwickelung wird die Masse der Saite gezielt erhöht. Wie stark hängt vom spezifischen Gewicht des jeweiligen Metalls ab. Je höher die Masse ist, desto tiefer klingt die Saite. Wobei es ohne Umwickelung kaum möglich wäre die dicken, schweren Saiten für tiefe Instrumente herzustellen. Als Träger für umwickelte Saiten wird neben Polymeren häufig ein Stahldraht verwendet. Dieser wird, je nach Anspruch mit einem Draht der verschiedensten Metalle (z.B. Chromstahl, Wolfram, Silber, Aluminium, Titan, Nickel versilbert, Kupfer, Kupfer versilbert, Phosphorbronze, Messing u.a.).
Mit Aluminium, das ein sehr geringes spezifisches Gewicht hat, lassen sich relativ dicke Saiten herstellen. Aluminium klingt dabei hell und wird für höhere Saitentöne verwendet. Silber hat dagegen ein relativ hohes spezifisches Gewicht, wodurch die Saiten dünn werden. Meist wird aber kein massiver Silberdraht eingesetzt, sondern ein versilberter Nickeldraht wird genutzt. Titan ist ein teures Material mit einem geringen spezifischen Gewicht und wird meist für die dünnste Saite verwendet. Nachteilig ist, dass der mechanische Verschleiß recht hoch ist. Gold ist ein sehr unempfindliches Metall und kann als dünne Schicht einen Schutz gegen Handschweiß bilden. Wegen des hohen Preises wird Gold allerdings nur bei Violinen-Saiten verwendet.
Eine Musiksaite muss zur Tonerzeugung in Schwingung versetzt werden. Dieses kann erfolgen durch:
- Streichen mit einem Bogen,
- Zupfen mit dem Finger,
- Anschlagen mit Hämmern
Der Ton wird höher, wenn u.a. der Drahtdurchmesser (und dadurch die Massenbelegung) verringert wird, ein tieferer Saitenklang kann durch Erhöhung des Durchmessers erreicht werden.
Wolfram als Saitendraht muss über einen konstanten Durchmesser, Ovalität, Zugfestigkeit und Bruchdehnung verfügen und ist daher eine Alternative zu hochwertigen Musiksaiten. Durch die hohe Dichte (fast doppelt so hoch wie Stahl) ist die Herstellung von dünneren Saiten möglich, ohne die Tonfrequenz im Instrument zu verlieren. Eine dünne Saite erleichtert das Spielen und die hohe Dichte schützt die Saite, gibt ihr ein gutes Gewicht und Spannung und erhöht die Lautstärke bei einer schnellen Resonanz.
Beschrieben wird der Zusammenhang einer schwingenden Saite durch die Taylorsche Formel
f = 1/2l · (F/m)½
f: Frequenz [Hz]
l: schwingende Saitenlänge [m]
F: Saitenzugkraft [N]
m: Masse pro Längeneinheit [kg/m]
Folgende Aussagen sind möglich:
- f ~ 1/l: verkürzt man eine Saite auf die halbe Länge, verdoppelt sich die Schwingungszahl (Oktavenanstieg);
- f ~ 1/D: eine Vergrößerung des Saitendurchmessers schwingt die Saite mit geringerer Frequenz, d.h. je größer der Durchmesser, desto tiefer der Ton;
Saiten aus verschiedenen Metallen / Einstufungen
Saitenmaterialien für Musikinstrumente haben eine lange Geschichte. Waren es an historischen Instrumenten langfaserige Pflanzenstränge (Brennessel, Flachs, Hanf), Sehnen (Rückensehnen von Rehen, Ziegen) und Haare (Pferdeschweif), so haben sich bis in unsere aktuelle Zeit die Metalle und die technischen (künstlichen) Werkstoffe etabliert. Dazu werden u.a. Polyamide, Nylgut, Silkgut und Polyvinylidenfluorid (PVDF) benutzt.
Musiksaiten auf metallischer Basis konzentrieren sich auf Stahldraht, Bronze, Messing und Eisen. Nachfolgend ist eine kurze Übersicht zu den verschiedenen Metallen gegeben:
a) Stahldraht
- Versionen: rund, kantig (z.B. sechskantig)
- Oberflächen: poliert, vernickelt, vergoldet
- Kohlenstoffgehalt: ca. 0,8 %
- Zugfestigkeit: ca. (2350 – 3100) N/mm2 (für Klaviersaiten)
- Abmessungen: 0,100 mm – 0,80 0mm
b) Bronze, Messing
- Versionen: rund
- Oberflächen: poliert, vernickelt
- Material: Gelbmessing: CuZn20, CuZn30 (z.B. Cembalo),
- Rotmessing: CuZn0,5 – CuZn15 (z.B. Spinett),
- Phosphorbronze CuSn6 (z.B. Westerngitarre)
c) Kupfer
- „experimentelles Material“ (zu weich), Umspinnungen von Bass-Saiten bestehen aus versilberten oder lackierten Cu-Draht
d) Silber
- historisch belegt: vordere Bass-Saiten altirischer Clarsachs Instrumente aus Sterling (Ag 935)
e) Gold
- Bass-Saiten historischer Harfen, Einsatz von Au-Legierung 750 (18 Karat statt 24 Karat)
Hinweis zur Saiteneinstufung:
Bezogen auf eine Violine, bestehend aus vier Saiten, werden meist folgende Einstufungen vorgenommen. Die höchste Saite ist die E-Saite und ist meist aus Stahldraht gefertigt (Durchmesser). Die weitere Abstufung der Saiten erfolgt in Quinten (Intervall von 5 Tönen), d.h. nach der Tonleiter folgen die Abstimmungen nach E auf g-d1-a1-e2 (Merkspruch in der Musiklehre für Kinder: Geh du alter Esel)
Die Einspannung der Saite wird auf den Kammerton von 443 Hz eingestellt. Es ergeben sich folgende Frequenzen für vier Tonstufen:
- Tiefste Saite (g) 196,89 Hz
- 2. Saite (d) 295,33 Hz
- 3. Saite (a´) 443,00 Hz (Kammerton)
- 4. Saite (e´´) 663,00 Hz
Defekte Saite
Auf diesem Bild lässt sich der Aufbau einer Saite sehr gut erkennen.
Nylgut & Silkgut
Nylgut:
Nylgut ist der Markenname für eine Saiten-Kunstfaser, die einer Darmsaite entspricht. Synthetischer Darm aus Polybutylenterephtalat (PBT) kommt klanglich dicht an die Eigenschaften einer Darmsaite heran und fühlt sich beim Spielen auch so an. Allerdings wird Nylgut nur für Zupfinstrumente (Gitarre, Mandoline, Balalaika, Zither, Harfe) verwendet. Für den Bogen eines Streichinstrumentes (Violine, Cello; Kontrabass) ist die Oberfläche von Nylgut zu glatt , um es zuverlässig anregen zu können. Mit einer Feuchtigkeitsaufnahme von 0,1% ist Nylgut das stimmstabilste Saitenmaterial.
Silkgut:
Silkgut ist ebenfalls Kunst-Darm und entspricht weitestgehend Nylgut. Ursprünglich wurde dieses Saitenmaterial für Ukulelen entwickelt. Silkgut ist für die Verwendung auf Gitarren-Bundstegen geringfügig härter (steifer) im Griffgefühl als Nylgut. (Quelle: musiksaitenrechner.de)
Anmerkungen:
Der reale, messbare Durchmesser einer Nylgut/Silkgut-Saite ist schwer zu bestimmen. Im unbelasteten Zustand erscheint die Saite unverhältnismäßig dick. Wenn man die Saite unter Spannung setzt, zieht sie sich wie ein „Gummiband“ und wird dünner. Erst nach der ausreichenden Streckung verhält sie sich wie eine normale Saite. Für die Praxis bedeutet es, dass der theoretische Saitendurchmesser nie an der eigentlichen Saite am Instrument gemessen werden kann. Anfänglich ist sie dicker, im eingespannten und belasteten Spielzustand wird sie dünner sein.