DE2620843A1 - Elektronisches musikinstrument - Google Patents

Elektronisches musikinstrument

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Description

DR. ING. ERNST SOMMERFELD
DH. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. AVOLFGANG HEUSLER tblefon
D-8 MUEXCHEN 8Θ «T6SI9 MABlA-TnKnESIA-STHASSB 2» TEJ-EX (522088
rOSTFACH 8B(H)β8 TBLEGRAMM SOMBEZ
28. April 1976 9802-76 Dr.v.B/s
CMB Colonia Management- und Beratungsgeselisehaft mbH. & Co.KG., 5000 Köln 41, Schumannstraße 22
Elektronisches Musikinstrument
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit einer Klangsignalgeneratorschaltung zum Erzeugen elektrischer Klangsignale, deren Prequenzspektrum und Hüllkurve jeweils die Klangparameter, Tonhöhe und Klangfarbe bzw. denlzeitlichen Verlauf der Amplitude und damit lautstarke, Einschwing- und Abklingvorgänge sowie quasistationäres Verhalten (z.B. Vibrato) des entsprechenden Klanges bestimmen, und mit einer von Hand betätigbaren Steuervorrichtung für die Klangsignalgeneratorschaltung zur Beeinflussung mindestens eines Teiles der Klangparameter.
Elektronische Musikinstrumente der oben genannten Art sind in den Patentanmeldungen P 25 15 524.2 und P 25 35 344.0 vorgeschlagen worden. Bei diesen vorgeschlagenen Musikinstrumenten können beispielsweise der die Tonhöhe bestimmende Teil des Frequenzspektrums durch eine Tastatur oder Klaviatur gesteuert werden, und die Hüllkurve der Klangsignale kann
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durch einen pneumatisch-elektrischen Wandler ("Blaswandler") gesteuert werden, der ein der Strömungsgeschwindigkeit des vom Spieler erzeugten Luftstromes im wesentlichen proportionales Ausgangssignal liefert. Der die Klangfarbe bestimmende Teil des IPrequenzspektrums kann durch filterschaltungen und andere frequenzbestimmende Glieder in der Klangsignalgeneratorschaltung bestimmt werden und durch ein Register veränderbar sein, so daß die Klänge verschiedener konventioneller Musikinstrumente nachgemacht werden können.
Die in den oben genannten Patentanmeldungen vorgeschlagenen Musikinstrumente werden ähnlich wie konventionelle Blasinstrumente, insbesondere Eohrblattinstrumente gespielt. Es ist ferner in der deutschen Patentanmeldung P 25 35 181.9 ein elektronisches Musikinstrument vorgeschlagen worden, das ähnlich wie ein konventionelles Streichinstrument gespielt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Äquivalent zu einem weiteren konventionellen Musikinstrument zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein elektronisches Musikinstrument der eingangs genannten Art gelöst, das gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuervorrichtung nach Art einer Ziehharmonika mit Blasebalg und Tastatur ausgebildet ist.
Das elektronische Musikinstrument gemäß der Erfindung läßt sich wie eine Ziehharmonika spielen, es hat jedoch wesentlich größere Möglichkeiten als diese, insbesondere hinsichtlich der Klangfarbenwahl.
DerBegriff "Ziehharmonika" soll hier auch Inatrumente nach Art des Akkordeons, Bandoneons, der Concertina und dergl. fallen. Bestimmte Aspekte der Erfindung sind auch auf andere
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Balg-Aerophone, z.B. Instrumente nach Art eines Dudelsacks und dergl. anwendbar.
Bei der Ziehharmonika (und anderen Balg-Aerophonen) hat der Spieler zwei Einflußmöglichkeiten auf den erzeugten Klang, und zwar bestimmt er mit den Fingern durch Tastendruck (oder Schließen von Tonlöchern) die Tonhöhe und andererseits durch den Druck im Blasebalg in erster Linie die Lautstärke. Bei dem vorliegenden elektronischen Musikinstrument wird mit den Fingern eine Klangsignalgeneratorschaltung hinsichtlich der die Tonhöhe bestimmenden Teile des Frequenzspektrums gesteuert und der Druck im Blasebalg und/oder die mittels der Finger gesteuerte Strömung des vom Blasebalg erzeugten Luftstromes dienen zur Beeinflussung der Hüllkurve der Klangsignale, also insbesondere ihrer (mittleren) Amplitude im Hauptteil des Klanges, der sich an den Einschwingvorgang anschließt und mit dem Abklingvorgang endet. Gleichzeitig kann mittels des Luftstromes das quasistationäre Verhalten des Klanges im Hauptteil gesteuert werden, worunter ein Vibrato, Tremolo usw. verstanden werden soll.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine stark vereinfachte Schnittansicht eines Teiles eines elektronischen Musikinstrumentes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2A und 2B eine Seitenansicht bzw. Draufsicht auf einen Teil eines elektronischen Musikinstrumentes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 einen Fingerdruckwandler, der bei dem elektronischen Musikinstrument gemäß der Erfindung Verwendung finden kann und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen Fingerdruckwandlers für ein elektronisches Musikinstrument gemäß der Erfindung.
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Das elektronische Musikinstrument gemäß Pig. 1 hat äußerlich wenigstens annähernd die 3?orm eines Akkordeons und enthält dementsprechend einen üblichen Balg 10, in dessen Innerem in bekannter Weise ein Überdruck bzw. Unterdruck bezüglich der umgebenden Luft erzeugt werden kann.
Das Innere des Balges 10 ist durch eine Platte 12 abgeschlossen, die Sitze für eine Vielzahl von Ventilen bildet, von denen in Pig. 1 nur zwei Ventile 14 und 16 dargestellt sind. Die Ventile sind jeweils durch eine Taste 18 betätigbar und enthalten einen tellerartigen Schließkörper 20, der gleichzeitig als Kontaktbrücke ausgebildet ist und mit zwei festen Kontaktstücken 22 zusammenwirkt. Der Schließkörper ist an einem Schaft befestigt, der mittels eines Balgens oder einer anderen Dichtung luftdicht durch eine Außenwand 24 zur zugehörigen Taste führt.
Der Raum zwischen den Wänden 12 und 24 ist über einen pneumatisch-elektrischen Wandler 26 mit der Atmosphäre verbunden. Der Wandler 26 enthält ein sich allmählich verengendes und dann wieder erweiterndes Rohr 28, von dessen engstem Bereich eine Abzweigleitung zu einem Druckaufnehmer 30 führt, der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, welches der Strömungsgeschwindigkeit und damit dem Luftdurchsatz im Rohr 28 proportional ist. Anstelle des beschriebenen Wandlers 26 können auch andere Strömungsaufnehmer verwendet werden, z.B. Strömungswiderstände in Verbindung mit einem Differenzdruckmanometer u.a.m.
Wenn der Spieler eine Taste ladrückt, wird das zugehörige Ventil geöffnet und gleichzeitig werden die der Taste zugeordneten Kontaktstücke 22 überbrückt. Es kann nun Luft aus dem Blasebalg 10 durch das geöffnete Ventil in den Raum zwischen den Wänden 12 und 24 und aus diesem durch den pneumatisch-elektrischen Wandler 26 strömen. Durch das Überbrücken der Kontaktstücke 22 wird ein Klangsignal entsprechen-
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der Tonhöhe erzeugt, und die Hüllkurve dieses Klangsignals, d.h. also sein zeitlicher Verlauf, wird durch das Ausgangssignal des Wandlers 26 bestimmt. Die Tasten 18 sind vorzugsweise mit einer mechanischen Sperre versehen, so daß zu jedem Zeitpunkt jeweils nur eine einzige Taste betätigt werden kann. Wenn mehrere Tasten gleichzeitig betätigbar sein sollen, kann in das Rohr 28 eine Drossel 32 eingebaut sein, die den Durchsatz durch den Wandler 26 begrenzt, und die Lautstärkeinformation wird dann vorzugsweise auf andere Weise gewonnen, z.B. mittels eines elektrischen Druckaufnehmers 34, der auf den Druck im Blasebalg 10 anspricht.
Wenn mehrere Tasten gleichzeitig betätigbar sein sollen, kann man die Ventile, z.B. indem man den Schließkörper am Schaft verschiebbar und federnd lagert, so ausbilden, daß das Ventil beim Drücken der zugehörigen Taste zwar öffnet, dann aber nach kurzer Zeit unter der Wirkung einer leder wieder in die Schließstellung zurückkehrt. Der Luftstrom bestimmt dann jeweils nur den Einschwingvorgang des betreffenden Tones und die Lautstärkeinformation wird vorzugsweos e wieder auf andere Weise gewonnen. Der Schließkörper kann in diesem !"alle natürlich nicht als Kontaktbrücke wirken, und man muß daher eine eigene Kontaktbetätigungsvorrichtung vorsehen.
Bei der Ausfuhrungsform gemäß I1Xg. 2 wirken alle Tasten 18f auf ein einziges Ventil 14!. Die Schäfte der Tasten wirken dabei alle auf eine gemeinsame Platte 36, die um eine Achse 38 drehbar gelagert ist und, wie Fig. 2B zeigt, einen abgewinkelten Arm 38'mit einem Schließkörper 20" trägt. Wie in Pig. 2B schematisch dargestellt ist, enthält der Strömungsweg zwischen dem Blasebalg 10' und dem Ventil 14' einen pneumatisch-elektrischen Wandler 26', der ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das der Strömungsgeschwindigkeit der vom Blasebalg 10" durch den Wandler 26' und das Ventil 14' strömenden Luft proportional ist. Bei dieser Ausführungs-
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form kann aus dem elektrischen Äusgangssignal des Wandlers 26! eine Lautstärkeinformation und eine Information bezüglich des quasistationären Hauptteils des Klanges gewonnen werden, während Information bezüglich der Einschwingvorgänge, also desAnklingens der jeweiligen Klänge offensichtlich nur beschränkt zur Verfugung steht.
Der nicht dargestellte Klangsignalgenerator ist vorzugsweise so ausgebildet, wie es in der DT-OS 25 15 524- beschrieben ist, d.h. daß die Klänge durch Klangsignale in Form von Impulsfolgen dargestellt werden, deren Periodendauer umgekehrt proportional zur Tonhöhe ist und deren Impulse eine in vorgegebenen, mindestens eine Quinte, vorzugsweise mindestens eine Oktave großen Tonhöhenbereichen eine im wesentlichen konstante Dauer haben, die zusammen mit der Impulsform eine Punktion der Frequenzen der Minima des Frequenzspektrums des zu erzeugenden Hanges ist, welches vorzugsweise formantartigen Charakter hat. Man kann dadurch die Klänge der klassischen Musikinstrumente, z.B. der Holzbläser» Streichinstrumente und dergl. täuschend ähnlich nachahmen. Der die Klangfarbe bestimmende Teil des Frequenzspektrums der Klangsignale ist vorzugsweise mittels einer Registersteuerung einstellbar und kann durch Filter,, Hückkopplungsschaltungen (siehe z.B.DT-OS 25 35 344), u.dgl. in der Klangsignalgeneratorschaltung erzeugt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen der durch den Blasebalg erzeugte luftstrom zur Beeinflussung der Klangsignale verwendet wurde, können auch dahin abgeändert werden, daß jeder Taste ein eigenes Yentil und ein eigener pneumatisch-elektrischer Wandler ähnlich dem Wandler 26 in Fig. 1 zugeordnet ist. Die Anordnung wird dadurch zwar komplizierter, es ist dann aber jedoch gewährleistet, daß auch beim Spielen von Akkorden für jeden einzelnen Ton die volle Information hinsichtlich des Einschwing- und Abkling-
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Vorganges aus dem durch die betreffende Taste gesteuerten Luftstrom gewonnen werden kann.
Bei mehrstimmigem Spiel können andererseits die Ein- ταιά Äussehwingvorgänge auch elektronisch erzeugt werden, z.B. durch Filterschaltungen entsprechenden Einschwingverhaltens. Man kann dabei für alle Tonhöhen ein gemeinsames "Einschwingfilter'1 verwenden oder für die verschiedenen Tonhöhen oder für verschiedene Tonhöhenbereiche verschiedene "Einschwingfilter" verwenden.
Bei anderen Ausführungsformen des vorliegenden ziehharmonikaartigen elektronischen Musikinstruments wird die Klangsignalgeneratorschaltung nicht durch eine mittels des Blasebalges erzeugte Luftströmung gesteuert, sondern in erster Linie durch die Betätigung von Tasten. In diesem Falle müssen dann die Informationen bezüglich der Klangparameter anderweitig gewonnen werden. Hierzu kann beispielsweise eine Anordnung der in Fig. 3 dargestellten Art verwendet werden.
Die Anordnung gemäß Fig. 3 enthält einen Tastenteil 40, der z.B. aus einer Isolierstoffplatte mit einer Leiteranordnung nach Art einer gedruckten Schaltung bestehen kann. Die Leiteranordnung enthält einen kreisförmigen ersten Leiterteil 42f der mit einem zweiten, ringförmigen Leiterteil 44 die Elektroden für einen ersten Arm einer Brückenschaltung bildet. Die Elektroden für einen zweiten Arm der Brückenschaltung werden durch zwei ineinandergreifende Elektrodensätze 46, 48 gebildet, die ringsektorförmige Elektroden enthalten. Wenn der Spieler seinen Finger auf die Elektrodenanordnung setzt, überbrückt er den Zwischenraum 50 zwischen den Leiterteilen 42 und 44 im allgemeinen vollständig und bildet dadurch einen Bezxigswiderstand im ersten Arm der Brücke. Die Zwischenräume zwischen den Elektrodensätzen 46 und 48 werden nur teilweise überbrückt, und zwar mehr oder weniger vollständig, je nach dem Druck, mit dem der Finger auf den Tastenteil 40 gepreßt
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wird. Zwischen den Elektrodensätzen 46 und 48 entsteht also ein vom Fingerdruck abhängiger elektrischer Widerstand. Die übrigen beiden Brückenarme werden durch ein Potentiometer gebildet, zwischen dessen Abgriff und den mit Masse verbundenen llektrodensatz 46 eine Eingangsspannung liegt, bei der es sich um eine schwache Gleich-oder Wechselspannung handeln kann. Das Ausgangesignal wird an der anderen Brückendiagonale, also zwischen dem Leiterteil 42 und dem Elektrodensatz 48 abgenommen und steht an Ausgangsklemmen 54 zur Verfugung. Das Ausgangssignal von den Klemmen 54 steuert einerseits, vorzugsweise über eine Schwellwertschaltung, wie einen Schmitt-Trigger, die Tonhöhe und andererseits über eine analog arbeitende Modulationsschaltung die HÜTlkurve des erzeugten Klangsignals.
4 zeigt schema tisch eine einfachere Tastenanordnung, die ebenfalls eine Brückenschaltung enthält. Die Brückenschaltung enthält wieder ein Potentiometer 52', einen Festwiderstand 56 und einen durch fingerdruck veränderbaren Widerstand 581, der beispielsweise nach Art eines Kohlemikrophons ausgebildet sein kann oder durch den Finger in mehr oder weniger großem Ausmaße überbrückbar ist. Ähnliche Tastenanordnungen lassen sich auch mit piezoelektrischen Elementen und dergl. realisieren.
Anstatt den zeitlichen Verlauf des Klangsignales durch den Druck des Fingers auf die die Tonhöhe bestimmende Taste zu steuern, wie es mit den Anordnungen gemäß Fig. 5 und 4 möglich ist, kann hierfür auch eine besondere Taste vorgesehen sein.
Der quasistationäre Verlauf des Klangsignals kann durch tieffrequente aleatorische Schwingungsvorgänge, mit denen das z.B. impulsförmige Klangsignal in Breite, Höhe und Form moduliert wird, und durch Beimischung hochfrequenter Rauschanteile bestimmt werden.
Pur die Beeinflussung des quasistationären Klanghauptoder -mittelteiles zur Erzeugung von Vibrato und Dynamik, können auch Torrichtungen vorgesehen sein, die auf die Bewegungen der Akkordeongriffe in bezug aufeinander ansprechen. Hierfür können Signalaufnehmer verwendet werden, die mit magnetischer Induktion, kapazitiver Abtastung, dem Doppeleffekt einer Ultraschallaufstrecke im Blasebalg arbeiten oder als Bewegungs- und Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet sind. Das Ausgangssignal des betreffenden Signalaufnehmers wird dann zur Modulation des Klangsignals verwendet.
Die oben beschriebenen Anordnungen und Maßnahmen können zusätzlich zu den normalen Klangerzeugungsvorrichtungen einer Ziehharmonika vorgesehen sein oder Teile dieser konventionellen Kkngerzeugungsvorrichtungen, z.B. den Bassteil oder den Hauptteil ersetzen. Man kann auch für die Umsetzung des Luftstromes in Steuerspannungen die Amplituden der Schwingungen der in einer konventionellen Ziehharmonika vorhandenen Metallzungen verwenden, indem man die Zungenschwingungen magnetisch oder kapazitiv abtastet. Ein solcher Blaswandler unter Verwendung der Zungenschwingungen arbeitet allerdings nicht lautlos, man kann andererseits aus den Zungenschwingungen nicht nur die Amplitude zur Gewinnung der Hüllkurveninformation, sondern auch die Frequenz verwenden, so daß ein die Tonhöhe bestimmender Klanggenerator entfallen kann. Die von den Zungen abgenommenen rohen Klangsignale werden dann vorzugsweise noch elektronisch weiterverarbeitet, z.B. kann ihnen durch Modulation mit niederfrequenten aleatorischen Schwingungsvorgängen und hochfrequenten Rauschanteilen ein gewünschtes quasistationäres Verhalten erteilt werden.
Man kann andererseits die mittels der Zungenschwingungen gewonnenen Signale auch zum Auslösen und Synchronisieren der mittels einer Klangsignalgeneratorschaltung erzeugten Klangsignale verwenden, die dann die gleiche G-rundfrequenz haben
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wie die Signale der Zungen, und andererseits kann man aus den Zungenschwingungen die Hüllkurveninformation entnehmen und damit die Einschwing- und Abklingvorgänge des Klangsignals steuern. Auch hier können die Klangsignale zusätzlich mit niederfrequenten aleatorischen Schwingungsvorgangen und höher frequenten Hauschanteilen moduliert werden, um ein besseres quasistationäres Verhalten zu erzeugen. Mehrstimmiges Spiel erfordert dabei eine entsprechende Anzahl von Klangsignalgeneratorschaltungen, die durch eine Schaltlogik den durch Betätigung der Tasten in Schwingung versetzten Zungen zugeordnet werden.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    AJ Elektronisches Musikinstrument mit einer Klangsignalgeneratorschaltung zum Erzeugen elektrischer Klangsignale, deren Prequenzspektrum und Hüllkurve jeweils die Klangparameter, Tonhöhe und Klangfarbe bzw. zeitlichen Verlauf der Amplitude und damit Lautstärke, Einschwing- und Abklingvorgänge sowie quasistationäres Verhalten des entsprechenden Klanges bestimmen, und mit einer von Hand betätigbaren Steuervorrichtung zur Beeinflussung mindestens eines Teiles der Klangparameter, dadurch gekennzeichn et , daß die Steuervorrichtung nach Art einer Ziehharmonika mit Blasebalg (10) und mindestens einer Tastatur (18) ausgebildet ist.
  2. 2. Elektronisches Musikinstrument nachAnspruch 1, d adadurch gekennzeichnet, daß der Blasebalg (10, 10·) mit einem pneumatisch-elektrischen Wandler (26, 26', 34) gekoppelt ist, der ein die Hüllkurve der Klangsignale beeinflussendes elektrisches Ausgangesignal erzeugt.
  3. 3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2, bei dem die Tastatur Bedienungselemente für Ventile enthält, deren Eingangsseite mit dem Blasebalg in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege des von den Ventilen (14, 16) gesteuerten luftstromes ein pneumatisch-elektrischer Wandler (26) angeordnet ist, der ein die Hüllkurve der Klangsignale beeinflussendes elektrisches Ausgangssignal liefert.
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  4. 4. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasten (181) der Tastatur individuelle Schaltvorrichtungen (20', 22') zur Bestimmung der Tonhöhe und ein mehreren Tasten gemeinsames Ventil (141) steuern, das in Reihe mit einem pneumatisch-elektrischen Wandler (26') zwischen den Blasebalg (10') und die Atmosphäre geschaltet ist und daß das elektrische Ausgangssignal des Wandlers einer Schaltungsanordnung zur Beeinflussung der Hüllkurve der aufgrund der Tastenbetätigung erzeugten Klangsignale zugeführt ist.
  5. 5. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasebalg (10) mit einem Druckwandler (34) gekoppelt ist, der ein die Amplitude der Klangsignale steuerndes elektrisches Ausgangssignal liefert.
  6. 6. Elektronisches Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastatur Tastenanordnungen (Fig 3, Pig. 4) enthält, die ein vom Fingerdruck abhängiges elektrisches Ausgangssignal zur Beeinflussung der Hüllkurve der Klangsignale liefern.
  7. 7. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastenanordnungen jeweils eine Schaltungsanordnung enthalten, die auf den elektrischen Widerstand des die Tastenanordnung berührenden Teiles des Fingers ansprechen.
  8. 8. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasfcenanordnungen jeweils eine Brückenschaltung mit durch den Finger überbrückbaren Stromwegen enthalten.
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  9. 9. Elektronisches Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Tastatur Ventile zur Erregung von Metallzungen steuern, dadurch geke nnzeichnet, daß die Metallzungen jeweils mit einem elektrischen Signalaufnehmer gekoppelt sind, der ein der Schwingungsamplitude der betreffenden Metallzunge entsprechendes elektrisches Signal liefert.
  10. 10. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 9, d a durch gekennzeichnet, daß das von den MeiaLlzungen abgenommene elektrische Signal die Amplitude und/oder Frequenz der Klangsignale steuert.
  11. 11. Elektronisches Musikinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasebalg mit einem auf die Bewegung seiner Enden ansprechenden Wandler gekoppelt ist, der ein elektrisches Ausgangssignal zur Beeinflussung der Hüllkurve der Klangsignale liefert.
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