Det vi kallar för en ton är i de allra flesta fall inte bara en enda ton, utan en sammansättning av många olika toner. Det beror på att när en ton slås an på ett instrument, klingar samtidigt en lång rad andra toner, som kallas övertoner. De tonerna är ljusare och låter svagare än den egentliga tonen, grundtonen, och är med och skapar den klang som vi hör när grundtonen spelas. Grundtonen och dess övertoner kallas var för sig för deltoner (eller partialtoner), där grundtonen är den första deltonen, den första övertonen är den andra deltonen, och så vidare. Alla tonerna bildar tillsammans det man kallar för övertonsserien (även kallad deltonsserien eller naturtonsserien).


1. Övertonsserien
De flesta toner består av övertoner, det gäller till exempel alla toner man kan spela på ett piano och en gitarr. En ton helt utan övertoner kallas för en sinuston (hör ett ljudexempel). Övertonerna uppstår i ett bestämt mönster, det vill säga med ett bestämt avstånd mellan varje överton. Mönstret är detsamma för alla grundtoner, det är bara utgångspunkten som ändras. Här är tonen (stora) C och dess övertoner uppradade:



Övertonsserien fortsätter upp i oändligheten, och notexemplet ovan visar alltså bara en del av övertonerna. I praktiken är det dock bara en mycket liten del av övertonerna som går att höra, vilket beror på att de blir svagare och svagare ju längre bort från grundtonen de är. Även om övertonerna är noterade var för sig i notexemplet, klingar de i verkligheten samtidigt.

Varje överton har vidare sin egen uppsättning övertoner, men eftersom redan övertonen låter svagt - och dess övertoner ännu svagare - har det i stort sett ingen betydelse för klangen. Övertonernas övertoner ingår redan i den ursprungliga övertonsserien, och de kan hittas för en given överton genom att räkna i hopp på så många toner i serien som motsvarar övertonens deltonsnummer. Från den första övertonen (andra deltonen) kan man alltså plocka ut varannan ton, och därigenom få den övertonens övertonsserie; från den andra övertonen (tredje deltonen) kan man plocka ut var tredje ton, och så vidare. Nedan är övertonsserien för den andra övertonen (tredje deltonen) markerad med rött. Lägg märke till att det är var tredje ton ur den ursprungliga övertonsserien.



Om man lyssnar efter noga när man spelar en ton kan man höra några av övertonerna mycket svagt. De övertoner man lättast kan höra är den andra och den fjärde övertonen. Oktaverna, det vill säga den första och den tredje övertonen, är svårare att skilja ut från grundtonen, och hörs därför inte lika lätt. På stränginstrument är övertonerna lättast att höra när strängen klingar ut, eftersom övertonerna avtar långsammare i styrka än grundtonen.

På ett akustiskt piano kan man använda följande metod för att illustrera var övertonerna befinner sig:
1) en tangent motsvarande den överton man vill illustrera trycks långsamt ned, så att det inte kommer något ljud, men så att dämparen lyfts från strängen.
2) samtidigt som tonen hålls ned (dämparen är lyft) slås grundtonen ned väldigt starkt och abrupt.
3) grundtonen släpps, medan den andra tonen fortfarande hålls ned.

Nu hör man den ton klinga som man håller nedtryckt. Det beror på att det är en av grundtonens övertoner, och att övertonen i själva grundtonen får strängen på den ton man trycker ned att vibrera, eftersom de har samma svängningsfrekvens. Med den här metoden är det lättast att höra övertonerna nummer 1, 2, 3, 4, 5 och 7 (i kronologisk ordning). Den sjätte övertonen kan inte höras, eftersom det inte finns någon ton på pianot med samma frekvens, och även för att den sjätte övertonen ofta är borttagen från pianots toner (mer om det sist i nästa avsnitt).

2. Övertonernas frekvens
Övertonernas frekvenser är uppbyggda efter ett enkelt system: den första övertonens frekvens är samma som grundtonens frekvens gånger två, den andra övertonens frekvens är grundtonens frekvens gånger tre, och så vidare. Med andra ord, så är frekvensen på varje överton densamma som grundtonens frekvens gånger övertonens deltonsnummer. Om grundtonen (första deltonen) har en frekvens på 440 Hz, har den första övertonen (andra deltonen) en frekvens på 880 Hz, andra övertonen (tredje deltonen) en frekvens på 1320 Hz, och så vidare.
Då vi människor bara kan höra fårn omkring 20 Hz till 20 000 Hz, kan vi inte höra alla övertoner över 20 000 Hz. Många av övertonerna under 20 000 Hz klingar dock så svagt, att vi inte kan höra dem heller.

Alla intervallen mellan tonerna i övertonsserien är helt rena. Det betyder att eftersom det tolvtoniga tonsystem vi använder i västvärlden är stämt i vad man kallar liksvävande stämning, där alla intervall är stämda lika falskt (så att det går att spela i alla tonarter), så kan övertonsserien inte anges helt exakt med noter. Vissa av övertonerna avviker därför en del ifrån vad noten anger. Avvikelsen mäts i cent, där 50 cent är lika med en kvartston. Avvikelserna på de olika övertonerna är angivna nedan. Oktaverna är alltid rena, och de har därför en avvikelse på 0.



Flera av övertonerna är alltså lite för låga eller höga i förhållande till den liksvävande stämningen. Den sjätte övertonen är speciell, i och med att den avviker en del (- 31 cent) från den liksvävande stämningen, och samtidigt ligger relativt tätt intill grundtonen, vilket gör den till en av de kraftigaste övertonerna. Avvikelsen får tonen att låta oharmonisk tillsammans med andra toner, och därför har man på bland annat pianot kommit på en teknik för att ta bort den övertonen.

Förklaringen till hur det kan låta sig göras är lite teknisk: övertonerna uppstår för att det när något vibrerar, till exempel en sträng, bildas knutpunkter med sekundära svängningar emellan dem. Förutom svängningarna längs hela sin längd (grundtonen), svänger strängen alltså också sekundärt i hälften av längden (första övertonen, andra deltonen), en tredjedel av längden (andra övertonen, tredje deltonen), och så vidare. Om en sträng slås an eller stryks med en stråke i en av knutpunkterna, försvinner alla de övertoner motsvarande den punkten. På pianot kan man på så sätt bli av med den sjätte övertonen genom att hammaren slår mot strängen vid en sjundedel av stränglängden.

3. Övertoner och klangfärg
Det skiljer sig från instrument till instrument hur många övertoner som klingar med, och hur kraftigt de klingar. Övertonerna bidrar därför i hög grad till att ge varje musikinstrument den unika kvalitet och klangfärg som gör att man kan höra skillnad på det gentemot andra. En gitarr och en flöjt låter som bekant inte likadant. Starka och mörka övertoner ger en mjuk och fyllig klang, medan ljusa övertoner gör klangen skarp och genomträngande.

Övertonerna är dock inte den enda faktorn som påverkar klangen hos ett instrument. Även instrumentets form och material har betydelse. Trä är ett mjukare material än metall, och ger därför också en mjukare ton. Det har också betydelse om en ton framkallas genom att blåsa, stryka, knäppa eller slå. Ljuden från själva framkallandet av tonen hörs nämligen också som en del av tonen. För stränginstrument (piano, gitarr, fiol, med flera) kan strängarnas tjocklek och material också påverka klangen.