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Tuesday, September 21, 2010

Singing Undertones, Subharmonics, and Subtones

How does one learn to sing those seemingly super-low tones? Some people are as obsessed with low notes as they are with the high ones. For whatever reasons, the extremes of anything are attractive. 
Vocal infrasonics can be heard in various traditions: the yangchanting used ritually among some branches of Tibetan Buddhism; the folk music and throat-singing of Tuva (kargyraa)and Mongolia (kharkhiraa); the liturgical music of Sardinia (in the tenore bass voice): alongside the umngqokolo overtone singing of Xhosa women; and either occasionally or continuously in the epic songs of the Altai, Khakassia, and Sakha Republics. 
But the ability to produce subtones is inherent in the human vocal apparatus; consequently, this vocal technology also arises spontaneously and radically, which is to say, devoid of roots in any of the above-listed traditions.
I used to tell people that to sing subtones they simply had to hit “second puberty”. Though the joke has since grown tiresome, there is truth to the onset of a lesser knownsecondary pubescence. At about the age of 26 years, the human brain typically ascends to another plateau of cortical development, whereby the pre-frontal cortex fully matures. Think back (or forward) to your twenty-sixth year or when-a-bouts. What was happening at that time? How did you feel? Anything change?
Perhaps at twenty-six your voice didn’t start to sound like a chainsaw at the bottom of a well, but still, maybe we should rethink the concept of only one puberty, only one turning point in the ongoing development of the remarkably intelligent organism that is human body. 
Overtones and Undertones
Overtones exist. There is a clearly observable and measurable series of harmonic overtones that is inherent in periodic sound vibration. Overtones go over the main note, but is there a series of tones that go under the main note? 
Is there an undertone series
In formal acoustics, the undertone series remains a theoretical construct, not an actual acoustical phenomenon. To date, no one has produced evidence of an undertone series, a true mirror inversion of the overtone series that sounds simultaneously with the fundamental frequency (With singing, the fundamental is the actual note sung by the vocal folds).
Theoretical Undertone Series to the Fifth Partial
What is that low tone if it is not an undertone? I prefer to call it a vocal subtone, as it is caused by the oscillation of tissues that lie above the vocal folds. We use the vocal folds for everyday speech and song. The tissues above these actual focal folds are known as the false vocal folds, and you can see them on the diagram below, which is a cross sectional view of the larynx.
When the actual vocal folds are set into periodic vibration with a highly tensed glottis, the false vocal folds are pushed together and slightly upward toward the back of the throat. I have imagined that when these slimy little flesh curtains are set into motion to produce a subtone, they look and feel like puckering lips. 
When set into motion, these false vocal folds vibrate most optimally, with maximum amplitude and consistency, at exactly one half the rate of vibration of the actual vocal folds. For example, if your actual vocal folds are singing an A 440 Hz and you set your false vocal folds into optimal vibration, you will produce a strong subtone of 220 Hz simultaneously with the 440 Hz tone of your actual vocal folds. Thus, you are producing two distinct oscillations spaced one perfect octave apart. 
For this reason, I prefer to use the term subtone instead of subharmonic or undertone to describe this phenomenon, as the secondary tone is not a partial harmonic of the actual note sung, but a distinct fundamental tone unto itself. Furthermore, being a tone unto itself and not just a partial, a subtone also has a corresponding overtone spectrum. 
Remember that overtones are parts dependent on the whole, which is the fundamental vibration. Overtones do not have overtones, nor should undertones have overtones.
Does this remove the mystery from subtone singing? Not at all. We’re merely taking out the mystery and then putting it right back in again. 
No one knows exactly why the subtone vibrates so supremely at exactly one octave below the fundamental. Resonance mightbegin to explain it. The false vocal folds might absorb more energy when the actual vocal folds matches the resonant frequency of the false folds. However, one can sing a whole scale in subtones, which indicates the false vocal folds have an atypically wide range of resonant frequencies. Furthermore, the vibration of the subtone far exceeds the intensity of the vibration of the actual tone, and the false folds feel and sound as though they are not merely absorbing energy, but producing it independently.
There you haven’t it: the mystery remains. 
How to Sing Subtones
1. Sing any tone naturally and slowly slide it up a little ways, and then go all the way down to the lowest note your can sing comfortably. Hold it.
2. From that low note as your base, sing up about a perfect fifth (the opening interval of the Star Wars theme, theSuperman theme, the E.T. theme, or the opening notes of just about anything by John Williams). 
3. Starting on that note about a fifth up from your lowest, begin to hum. For a few minutes, just practice holding that hum steady to get comfortable with your note.
What follows is the hard part, and no “how to” explanation will be universally applicable to each individual, but try this anyway:
4.  Pretend you are pushing an immovable object with all your strength and then grunt. Sustain the grunt as you sing your note. You should be feeling a lot of pressure building up beneath your throat, in your lungs, and all the way down to your lower belly. 
5. With that feeling of pressurization in your torso, imagine you are pushing up from the back of your throat where you feel normal vocalization while pushing down from somewhere a ways behind the base of your tongue. This is a difficult sensation to feel and remember, and most people feel more upward push from the back of the throat than they do downward push from the base of the tongue. There should be a sensation of the back and front meeting somewhere in the middle, where we find the false vocal folds.
6.  While pressurized and pushing the throat, begin to do the grunty hum and then add just a touch of cough and hack while continuing to sustain your note.
7. Slowly and carefully adjust all the physiological parameters (degree of tension, placement of tension, pitch of your note, vowel, mouth open, mouth closed, seated or standing, morning voice or night voice, etc.) until the subtone appears. When it does appear, don’t chase it. Take a moment to stop and become aware of how it felt and sounded. Much of the learning here is in deeply internalizing a physiological memory of the sensation. 
When you achieve a consistent subtone, you will know it. The sound will be strong and it will seem to just lock into place on its own. 
Three Common Mistakes 
1. Going too deep. When singing a subtone, you are not singing a low register note with the actual folds. The actual folds are actually singing a relatively mid-range note, and the false vocal folds are resonating at one half the rate of the actual folds. Similarly, beginning subtoners often associate the deepness of the subtone with deepness in their body. As a result they tend to put the sound too deeply in the throat to produce a gravelly rattling that feels like it is going into the chest—it’s kind of an old-man-with-his-orange-juice-in-the-morning sound. But the vibration of the subtone is actuallyabove the vibration of normal vocalization. Send your awareness of the sensation upward, not downward. However, also keep awareness in the root of your body, at the base of your belly and even lower, from which the energy of this sound must come. I know it is confusing when you think about it, as there are lots of paradoxes in this kind of singing. Doing will make it clear.
2. Vocal frying. One can produce uber low vocal tones by loosening the glottis to regulate the incoming puffs of air. These bubbly pops can be regulated to produce a false bass register, sometimes known as strohbass. In the morning, you can really get those low pops on or around the vowel “uh”, and you can make them go faster and faster until they resound a steady low tone. The vocal fry sounds primarily from the slack closure of the actual vocal folds. The sensation is completely different from subtone singing, which is an intense and simultaneous vibration of the tissues above the actual vocal folds.
3. Over-Practicing. When I first started learning subtone singing, I did it for about 3 hours the first day, 6 hours the second, 8 hours the third, and none for the the 5 days that followed because my voice disappeared into infrasound. For a while I was speaking so low I could only speak in rhythm. The moral of the story is, you must proceed very carefully and patiently. Your false folds have lain dormant for most of your life, and now you’re asking them to wake up and vibrate. With gentle and moderate daily practice (no more than 7-10 minutes a day when first learning), the false vocal folds can begin vibrating freely and with no tickling or discomfort. The beginning subtoner, however, must endure some mild tickling and slight irritation when setting into motion the tissues of the false vocal folds. But with a little time, even the most intense sounding subtone vibrations will not and should not hurt if done properly. In this context, and perhaps many others, doing properly means simultaneously relaxing some areas of your body while tensing others.
Still Mystery
Finally, though at first you may have no idea how to do this kind of singing, you will have no doubt whatsoever when you have done it. The subtone will resound with such purity that you will just know that something mysterious still lies at the back of your throat.

SVEN GRAWUNDER : Untertongesang ist eine Gesangstechnik, bei der Töne unterhalb des Singtons entstehen.



Die Untertonreihe | Strohbass | Kargyraa | Unterton mit Oberton | Untertöne der Welt

Untertongesang ist eine Gesangstechnik, bei der Töne unterhalb des Singtons entstehen.

Untertöne sind Subharmonische des Grundtons, d. h. ihre Frequenzen sind ganzzahlige Teiler der Grundfrequenz. Die Untertonreihe verhält sich wie das Spiegelbild der Obertonreihe. Überwiegend wird bei den Untertontechniken die 2. Subharmonische H-1/2 gesungen. Sie schwingt mit halber Grundtonfrequenz und liegt eine Oktave unter dem eigentlichen Sington. Mit Untertontechnik kann man seinen Stimmambitus also um mindestens eine Oktave nach unten erweitern. Gelegentlich hört man auch die 3. Subharmonische, also eine Oktave und eine Quinte unter dem Grundton, oder sogar Stimmen, die bis zur 5. Subharmonischen (s. u.) singen.

Es gibt im Wesentlichen zwei Arten, in der Stimme Subharmonische erzeugen. Zum einen gibt es die dem tuvinischen Kargyraa verwandten Techniken, zum anderen die Strohbasstechnik oder Pulsregister (engl. vocal fry, pulse register). Kargyrraa und Strohbass funktionieren unterschiedlich, haben aber die Gemeinsamkeit, dass sie die Stimme um eine Oktave oder mehr absenken.

zum SeitenanfangDie Untertonreihe

Die Reihe der Untertöne (Subharmonische) ergibt sich aus dem Grundton durch Spiegelung der Obertonreihe nach unten, das heisst, durch ganzzahlige Teilung der Frequenz. Die 2. Subharmonische schwingt mit 1/2 Grundtonfrequenz, die 3. mit 1/3 usw. Die Reihe besteht also aus den absteigenden Intervallen Oktave, Oktave + Quinte, Doppeloktave, Doppeloktave + große Terz, Doppeloktave + Quinte usw. Die Untertöne eines Grundtons sind die Töne, in deren Obertonvorrat der Grundton vorkommt. Das Bild rechts zeigt die Untertonreihe von a2.

zum SeitenanfangStrohbass (vocal fry, Pulsregister)

Strohbass ist eine Form des Untertonsingens. Er findet gelegentlich Anwendung im klassischen Gesang und ist vielen Bekannt als Klang tibetischer Mönchsgesänge.

Im wesentlichen scheint es sich beim Strohbass um eine Schwingungsmodulation der Stimmbänder zu handeln. Man erreicht diesen relativ leisen Klang, wenn die Stimme völig entspannt und anfängt zu knattern, was gelegentlich auch bei Ermüdung der Stimme unabsichtlich auftritt.

Dieses Knattern kann kultiviert werden, so dass die Stimme auf den tieferen Ton quasi einrastet. Das gleiche entsteht, wenn man beim Jodeln langsam an die Grenze des Umklappens der Stimme in den Falsettton, also an die Grenze der Vollschwingung zur Randkantenschwingung der Stimmbänder geht. Die Strohbasstechnik wurde eingehend in der Doktorarbeit von Leonardo Fuksuntersucht.

Ich empfinde Strohbass als sehr wohltuend und entspannend für die Stimme. Er funktioniert nur bei völliger Entspannung. Er eignet sich hervorragend zum schnellen und schonenden Einsingen. Ich habe für mich entdeckt, dass ich den Strohbass in zwei Qualitäten hervorbringen kann, einer leisen, sehr entspannten und einer lauteren, bei der ich eine geringe Spannung im Kehlkopf spüre. Untersuchungen stehen noch aus, aber ich habe die Vermutung, dass im lauteren Fall die Taschenfalten eine Rolle spielen.

Man kann gelegentlich von der 2. Subharmonischen in die 3. oder noch tiefer kippen. Ein wunderbares Klangbeispiel findet sich auf der Website von Leonardo Fuks (Datei fry12345.ra), in dem er bis zur 5. Subharmonischen hinunter singt.

Analyse Fuks fry12345

Leonardo Fuks, Strohbass bis zur 5. Subharmonischen. Analyse mit Overtone Analyzer.

zum SeitenanfangKargyraa – kraftvolle Untertöne

Kargyraa ist der tuvinische und mongolische Untertongesang. Die Technik wird auch in anderen Kulturen verwendet. In diesem Abschnitt beziehe ich mich überwiegend auf Ergebnisse der Diplomarbeit von Dr. Sven Grawunder.

Beim Untertonsingen in der tuvinischen Kargyraa-Technik gibt es mehrere Stile, die bisher nicht alle eingehend untersucht wurden. Beim sog. Steppen-Kargyraa fand Sven Grawunder die gleiche Verengung im Kehlkopf wie beim Khöömej. Die (aryepiglottischen) Falten, die diese Verengung bilden, werden beim Singen zusätzlich zu den Stimmbändern in Schwingung versetzt. Es entsteht also eine Pseudoglottis, eine zweite Klangquelle. Offenbar haben diese gekoppelten Schwingungen die halbe Frequenz des Singtons und erzeugen so einen Ton, der um eine Oktave unter der Singstimme liegt. Möglicherweise sind auch die Taschenfalten, die unterhalb der Verengung liegen, in den Phonationsvorgang einbezogen. Da sie im Bild aber verdeckt sind, kann man das hier nicht erkennen.

Fotos © Grawunder 1999
Bildung einer Pseudoglottis beim Steppen-Kargryraa.

Untersuchungen von Tran Quang Hai und anderen zeigen, dass bei Kargyraa-Techniken die Taschenfalten (falsche Stimmlippen) zusammen mit den Stimmbändern ein komplexes Schwingungssystem bilden ohne Einbindung der aryepiglottischen Falten.

Kargyraa ist nicht unproblematisch zu lernen, da man sich leicht die Stimme verletzen kann. Man braucht dazu keine tiefe Stimme. Es gibt eine wunderschöne Aufnahme eines 11-Jährigen, der diese Technik singt, auf der CD Tuva vonzeitausendeins und die gleiche Aufnahme auf der CD Deep in the Heart of Tuvavon ellipsis arts (vgl. CD-Liste tuvinischer Khöömej). Auch Frauen können damit Bass singen, wie die Sängerinnen der tuvinischen Gruppe Tyva Kyzy und die Kehlsängerinnen der Xhosa. Man singt beim Kargyraa grundsätzlich eine Oktave höher, als die Stimme klingt. Steve Sklar hat einen Videolehrgang hierzu auf DVD herausgegeben. Bei einer langen Lagerfeuernacht zusammen mit der GruppeHuun-Huur-Tu lernte ich den Ansatz zum Kargyraa aus einem entspannten Räuspern zu entwickeln, indem ich die Vibration tief in der Luftröhre verspürte und den Mund dabei geschlossen hielt.

zum SeitenanfangUnterton mit Obertönen

Untertongesang ist nicht zwangsläufig auch Obertongesang. In Tuva und Mongolei wird die Untertontechnik Kargyraa oft mit Obertongesang kombiniert. Aber es gibt auch dort Künstler, die nur das tiefe Register nutzen um z. B. Texte darauf singen (vgl. Albert Kuvezin von der Gruppe Yat Kha) ohne Obertontechniken zu verwenden. Viele andere Untertontechniken verwenden keine Obertontechnik [vgl. nächstes Kapitel].

Die Absenkung des Gruntons durch Untertongesangs hat für das Obertonsingen den großen Vorteil, dass sich die gesamte Obertonskala mit nach unten verschiebt. Dadurch stehen in der 2-, 3- und 4-gestrichenen Oktave doppelt so viele Obertöne zur Verfügung, wie mit der normalen Grundstimme. Dadurch können auch Frauen in der Bass- und Baritonlage singen und die gleichen Obertöne erzeugen, wie die Männer.

zum SeitenanfangUntertöne in der Welt


Die Untertontechnik des Kargyraa gibt es auch in der traditionellen Musik Europas und Afrikas. Bei der paghjella auf Korsika und beim cantu a tenores auf Sizilien gibt es eine rauhe tiefe Stimme, die bassu oder su basciu genannt wird. Sie entspricht technisch dem Kargyraa, wird aber ohne Obertontechniken gesungen.

Im klassischen Chorgesang gibt es Kompositionen – z. B. bei Rachmaninov und Tschaikowsky – die von den Bässen Tiefen bis zu A1 (Kontra A) fordern. Kaum eine deutsche Stimme erreicht diese Tiefe auf normalem Wege. Daher wird an solchen Stellen Strohbass gesungen, was aber wiederum auch nur wenige Experten beherrschen.


Bei den Frauen der Xhosa ist der umngqokolo bekannt, der die Stimmtechnik des Kargyraa mit Obertongesang verbindet. In diesem Fall soger sehr virtuos, weil die Xhosa-Frauen (in einer Bass-/Baritonlage singend!) die Klänge des Mundbogens immitieren und dabei den Grundton gegen den Oberton polyphon führen. Der Grundton wechselt rhythmisch um eine große Sekunde, während darüber in einer schnelleren Tonfolge eine Obertonmelodie erscheint.


Auch in tibetischen Klöstern gibt es Kehlgesangstile, die Untertöne verwenden. Es ist mir nicht ganz klar, ob die Techniken auf Kargyraa oder auf Strobass beruhen, oder ob vielleicht beide Techniken vorkommen und je nach Sänger verschieden eingesetzt werden. Die mir bekannten Aufnahmen sind in Strohbass gesungen, was man leicht am gelegentlichen Umkippen der Stimme in Normallage erkennt. Die tibetischen Mönche rezitieren meist sehr langsame Texte bzw. Mantren oder Formeln. Oft ergibt sich im Klang eine Dominanz der 10. Harmonischen, weshalb manche Autoren diese Gesänge auch zu den Obertongesängen zählen.


Die Fotos in diesem Artikel wurden mir freundlicher Weise von Sven Grawunderüberlassen. Sie unterliegen dem Urheberrecht.

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Sven Grawunder
Institut für Sprechwissenschaft und Phonetik
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