DE2656596A1

DE2656596A1 - Elektronisches musikinstrument mit klangsynthese

Info

Publication number: DE2656596A1
Application number: DE19762656596
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ichikawa; Eisaku Okamoto
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1977-06-16
Also published as: JPS5273017A; JPS573950B2; GB1571593A; US4098162A

Description

2656S96

Patenianwaite Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar), Webergasse 3, Postfach 348

14. Dezember 1976 Telefon

ΠΛ -3 ~~~h Stuttgart (0711) 356539

PA 3 raeh _3596ig

Telex 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

NIPPON GAKKI SEIZO KABUSHIKI KAISHA, 10-1, Nakazawa-cho, Hamamatsu-shi/ Shizuoka-ken (Japan)

Elektronisches Musikinstrument mit Klangsynthese

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Musikinstrument mit Klangsynthese unter Verwendung eines spannungsgesteuerten an eine Filter- und Verstärkerkette angeschlossenen Oszillators zur Erzeugung der Grundtöne, an dessen Steuereingang ein der jeweiligen niedergedrückten Taste einer Klaviatur zugeordnetes Tonhöhensignal eines Tonhöhensignal-Generator Schaltkreises angelegt wird.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein bekanntes elektronisches Musikinstrument mit Klangsynthese beispielhaft dargestellt. Ein Klaviaturschaltkreis 11 liefert ein die Tonhöhe bestimmendes Tonhöhensignal, dessen Größe der Note der gedrückten Taste der Klaviatur entspricht, sowie einen die Tastenbetätigung anzeigenden Steuerimpuls. Das Tonhöhensignal des Klaviaturschaltkreises 11 ist an einen spannungsgesteuerten Oszillator 12 mit veränderlicher Frequenz angekoppelt, der im folgenden mit VCO bezeichnet ist und einen Grundton oder ein Tonsignal erzeugt, das der Note der auf der Klaviatur gedrückten Taste entspricht. Das Tonsignal des VCO 12 wird in ein spannungsgesteuertes Filter 13 eingegeben, das im folgenden mit VCF bezeichnet ist. Das VCF 13 wird von dem Tonhöhensignal so gesteuert,

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daß die Grenzfrequenz von der Größe der angelegten Spannung des Tonhöhensignals abhängt. Der Ausgang des VCF 13 ist über einen Verstärker 14 mit einem steuerspannungsabhängigen Verstärkungsgrad, der im folgenden mit VCA bezeichnet ist, an ein tonerzeugendes System mit einem Leistungsverstärker 15 und einem Lautsprecher 16 angeschlossen.

Der von dem Klaviaturschaltkreis 11 abgegebene Steuerimpuls wird an Steuer-Wellengeneratoren 17, 18 und 19 eingekoppelt, um dadurch die Erzeugung von Steuerwellen auszulösen, deren Spannungswerte sich in Abhängigkeit von der Zeit ändern. Die Ausgangs-Steuerwellen der Steuer-Wellengeneratoren 17, 18 und 19 gelangen jeweils an den VCO 12, das VCF 13 und den VCA 14. Folglich werden die Oszillatorfrequenz des VCO 12, die Grenzfrequenz des VCF 13 und die Spannungsverstärkung des VCA 14 entsprechend der Gestalt der zugeordneten Steuerwellen verändert. Damit ein Spieler die Gestalt der Steuerwellen an den Steuer-Wellengeneratoren 17, 18 und 19 beliebig verändern kann, ist ein die Paramenter steuernder Spannungsgenerator 20 an die Steuer-Wellengeneratoren 17, 18 und 19 angeschlossen.

Um die gleichmäßig temperierte Skala zu erhalten, muß der Spannungswert der von dem Klaviaturschaltkreis 11 abgegebenen Tonhöhensignale sich in der Ordnung der Tonhöhen exponentiell ändern. Dies bedeutet, weil bei der gleichmäßig temperierten Skale das Frequenzverhältnis zweier

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benachbarter Töne 2 ' ist, daß der Klaviaturschaltkreis Tonhöhensignale mit einer dem Frequenzverhältnis der gleichmäßig temperierten Skala entsprechenden Spannung erzeugen muß. Es ist somit notwendig, daß das Spannungsverhältnis der Tonhöhensignale zweier benachbarter Tasten der Klaviatur 2¹^¹² beträgt.

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Ein bekannter Klaviaturschaltkreis 11 ist in Fig. 2 dargestellt. Einpolige Umschalter Sw S^, S₃ usw. sind mit ihren beweglichen und ihren normalerweise geschlossenen feststehenden Kontakten in Reihe geschaltet. Der normalerweise offene feststehende Kontakt jeden Schalters ist an einen zugeordneten Abgriff eines Spannungsteilernetzwerkes mit den Widerständen r, R und R₁ angeschlossen. Um die gleichmäßig temperierte Skala zu erhalten, müssen für die Widerstandswerte de
Beziehungen gelten:

Widerstandswerte der Widerstände r, R und R₁ folgende

L·- = 2^1/12 - 1

r _ „1/12 --1/12

■=— — Δ. -r ί —

Typische Widerstandswerte für die Widerstände r, R und Rw bei denen diese Beziehungen im wesentlichen gelten, sind:

r = 100Ώ.
= 1,
= 30

R₀ = 1,681 kfl

Um ein Tonhöhensignal mit einer für einen zugeordneten Ton genauen Größe zu erzeugen, müssen die einzelnen Widerstände des Spannungsteilernetzwerkes eine ausreichende Präzision aufweisen. Da eine Klaviatur meistens Tasten für mehrere Oktaven hat, ist die Zahl der Widerstände in dem Spannungsteilernetzwerk notwendigerweise entsprechend groß. Folglich ist es bei dem bekannten Klaviaturschaltkreis nachteilig, daß viele Widerstände geringer Toleranz notwendig sind. Das Gleiche gilt auch für einen Klaviaturschaltkreis mit einem Spannungsteilernetzwerk, das sich von dem Spannungsteilernetzwerk nach Fig. 2 unterscheidet.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektronisches Musikinstrument mit einem Klaviaturschaltkreis zu schaffen, bei dem die Zahl der zur Erzeugung der jeder Note zugeordneten Tonhöhensignale notwendigen Widerstände im Vergleich zu der Zahl der Widerstände in einem bekannten Klaviaturschaltkreis verkleinert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Betätigung der jeweils der gleichen Note in verschiedenen Oktaven zugeordneten Tasten durch den Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis von zwölf verschiedenen, jeweils einer von zwölf Noten einer Oktave zugeordneten Tonhöhensignalen jeweils das gleiche Tonhöhensignal erzeugbar ist, daß an den Ausgang' des Tonhöhensignal-Generatorschaltkreises ein Spannungswandler veränderlicher Übersetzung angeschlossen ist, der seinerseits durch die Klaviatur ansteuerbar ist und durch den in Abhängigkeit von der jeweiligen Oktave, in der die betätigte Taste liegt, das von dem Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis kommende, von der Oktave unabhängige Tonhöhensignal auf den der jeweiligen Oktave entsprechenden Wert umsetzbar ist und daß an dem Ausgang des Spannungswandlers der Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators liegt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines bekannten elektronischen Musikinstrumentes mit Klangsynthese,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines bekannten Klaviaturschaltkreises für ein elektronisches Musikinstrument mit Klangsynthese,

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Fig. 3 das Blockschaltbild eines elektronischen Musikinstrumentes mit Klangsynthese gemäß der Erfindung,

Fig. 4 das Blockschaltbild eines Spannungswandlers für η Oktaven,

Fig. 5 das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Spannungswandlers und

Fig. 6 eine Variante der Schaltung des elektronischen Musikinstrumentes nach Fig. 3.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine Klaviatur für drei Oktaven auf.

Der in Fig. 3 dargestellte Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis 30 enthält ein Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerk mit den Widerständen r, R_n und R₁, die die bekannten, in der Beschreibungseinleitung erwähnten Beziehungen erfüllen. Der Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis 30 ist ausgelegt, um zwölf Tonhöhensignal-Spannungen für zwölf entsprechende Noten, beispielsweise in der höchsten Oktave, zu erzeugen. Demnach weist das Spannungsteilernetzwerk zwölf Ausgangspunkte 0 bis 0 auf. Die Ausgangspunkte 0 bis 0 sind jeweils über Gatterschaltkreise G bis G an einen Pufferverstärker 31 mit dem Verstärkungsfaktor 1 angekoppelt. An dem Ausgang des Pufferverstärkers 31 liegen ein Spannungswandler 32 mit einem Spannungsteilernetzwerk aus Widerständen R- und 2R„ mit drei den drei Oktaven zugeordneten Ausgangspunkten O₁, O₂ und O₃, sowie Gatterschaltkreise G₁, G₂ und G₃, die zwischen den entsprechenden Ausgangspunkten O₁, O₂ und O₃ und einem spannungsgesteuerten variablen Oszillator oder VCO 33 liegen.

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Einpolige über die Tasten der Klaviatur 34 betätigbare Umschalter mit zwei Stellungen sind, wie in Fig. 3 dargestellt, in Reihe geschaltet. Die Schalter S₁ , S. ,

5₁ usw. sind über die zu einer ersten oder niedrigsten Oktave gehörenden Tasten betätigbar. Die Schalter S-, S„_, S~_ usw. werden über die zu der zweiten Oktave ge-

/13 zuhörenden Tasten und die Schalter ...S₁-, S_1T. und S_OT

Ju JJN Oll

über die zu der dritten oder höchsten Oktave gehörenden Tasten betätigt. Der bewegliche Kontakt des Schalters S,_ ist mit Masse verbunden.

Die normalerweise geöffneten Kontakte der zu der ersten Oktave gehörenden Schalter S₁., S._D, S._, ... sind jeweils über Dioden D₁ mit einer an den Steuereingang des Gatterschaltkreises G₁ angeschlossenen Oktavleitung L₁ verbunden. Die normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der zu der zweiten Oktave gehörenden Schalter S₂ , S₂ ,

52 ... sind jeweils über Dioden D₁ an eine mit dem Steuereingang des GatterSchaltkreises G₂ verbundene Oktavleitung L„ angeschlossen. Die normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der zu der dritten Oktave gehörenden Schalter ... S-jj/ S₃ und S₃T stehen jeweils über Dioden D₁ mit einer mit einem Steuereingang des dritten Gatterschaltkreises G₃ verbundenen Oktavleitung L₃ in Verbindung. Jeder der normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der Schalter, die durch die der jeweils gleichen Note in der ersten bis dritten Oktave zugeordneten Tasten betätigt werden, ist über eine Diode D_ mit einer von zwölf Notenleitungen L bis L verbunden. Die Notenleitungen L. bis L_T sind jeweils an Steuereingänge der Gatterschaltkreise

G- bis G_ angeschlossen. So sind beispielsweise die normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der Schalter ^S1A' ^S2A ^{und S}3A (^nicnt dargestellt) mit der Notenleitung L verbunden. Die normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der Schalter S_1ß, S_2B und S₃₅ (nicht dargestellt)

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- 4h -

stehen mit der Notenleitung L_T. ind Verbindung und die

ii

normalerweise geöffneten feststehenden Kontakte der Schalter S_1T und S__ (beide nicht dargestellt) sowie

I Li /Ii

S-,_ sind an die Notenleitung L_T angeschlossen. Die

■jLi Li

Oktavleitungen L₁ bis L₃ sind jeweils über Dioden D, mit einem Steuerimpuls-Generator 35 verbunden, der einen normalerweise leitenden Transistor Q₁ und einen normalerweise nichtleitenden Transistor Q₂ aufweist.

Die Wirkungsweise des in Fig. 3 dargestellten elektronischen Musikinstrumentes ist nachfolgend erläutert: Die einzelnen Gatterschaltkreise sind derart ausgelegt, daß sie beim Auftreten eines Massepotentials an ihren Steuer— eingängen eingeschaltet werden. Wenn keine Taste der Klaviatur 34 gedrückt ist, sind daher alle Gatterschaltkreise ausgeschaltet oder unwirksam. Wird beispielsweise der Schalter S₁ in der niedrigsten Oktave betätigt so ist der normalerweise geöffnete feststehende Kontakt des Schalters S₁ über die in Reihe liegenden Schalter mit Masse verbunden. Infolgedessen erhalten die Leitungen L und L₁ das Massepotential, und die Gatterschaltkreise G und G₁ werden betätigt oder eingeschaltet. Ein Tonhöhensignal mit einer der Note C in der niedrigsten Oktave zugeordneten Spannung gelangt von dem Ausgangspunkt 0_Λ über den Gatterschaltkreis G_A und den Pufferverstärker 31 zu dem Spannungswandler 32. Da in dem Spannungswandler 32 nur der Gatterschaltkreis G₁ wirksam ist, wird eine an dem 1/4-Spannungsteileranschluß O₁ liegende Ausgangsspannung an den VCO 33 gelegt, die eine dem Ton C in der niedrigsten Oktave zugeordnete Größe aufweist. Bei Betätigung des dem Ton C in der zweiten Oktave zugeordneten Schalters S_2A werden die Gatterschaltkreise G und G₂ wirksam.

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Als Folge davon gelangt zu dem VCO 33 die an dem 1/2-Spannungsteileranschluß O₂ liegende Ausgangsspannung, die eine dem Ton C in der zweiten Oktave zugeordnete Größe hat. Wenn der nicht dargestellte Schalter S_ der höchsten Oktave betätigt wird, werden die Gatterschal tkreise G_Ä und G., eingeschaltet. Damit wird ein Tonhöhensignal mit einem dem Ton C in der höchsten Oktave zugeordneten Spannungswert von dem Ausgangspunkt 0_Ä über den Gatterschaltkreis G-, den Pufferverstärker 31 und den Gatterschaltkreis G₃ an den VCO 33 angekoppelt.

Ist der Schalter S„ betätigt, so liegen die Leitungen L und L„ auf Massepotential und die Gatterschaltkreise G_n und G_n sind eingeschaltet. Ein Tonhöhensignal an dem Ausgangspunkt 0_, dessen Spannungshöhe der Note C* in der höchsten Oktave zugeordnet ist, ist an den Spannungswandler 32 angekoppelt. Da der Gatterschaltkreis G₂ des Spannungswandlers 32 leitend ist, gelangt an den VCO 33 die Ausgangsspannung des 1/2-Spannungsteileranschlusses O₂, die eine der Note C^ in der zweiten Oktave entsprechende Größe hat.

Bei Betätigung einer Taste der Klaviatur 34 wird eine der Oktavleitungen L bis L₃ auf Massepotential gelegt. Infolgedessen werden die Basis des Transistors Q. des Steuerimpuls-Generators 35 auf Massepotential vorgespannt und der Transistor 31 nichtleitend. Als Folge wird der Transistor Q₂ leitend. Das bedeutet, daß bei Betätigung einer Taste der Klaviatur 34 ein Steuerimpuls mit Massepotential,das die Betätigung der Taste anzeigt, an dem Kollektor des Transistors Q-abgegeben wird.

Wie oben erwähnt, ist bei dem erfindungsgemäßen elektronischen Musikinstrument die Zahl der Widerstände zur Erzeugung von Tonhöhensignalen mehrerer Oktaven, deren zuge-

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ordnete Spannungswerte in der Reihenfolge der Tonstufen exponentiell ansteigen, wesentlich verringert, indem ein Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis 30 für die Erzeugung von zwölf Noten entsprechenden Tonhöhensignalen mit einem Spannungswandler 32 kombiniert wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Spannungswandlers 32, bei dem sich der Umfang der Klaviatur über η Oktaven erstreckt.

Der Spannungswandler 32 ist unter Verwendung eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, wie in Fig. 5 dargestellt, aufgebaut. Eine Anzahl von Reihenschaltkreisen ist zwischen dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers A₁ und dem Tonhöhensignal-Generator schaltkreis 30 geschaltet, wobei jeder Reihenschaltkreis ein Schaltelement, beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET),und einen Widerstand aufweist. Die Steuerelektrode des in Reihe mit dem Widerstand r.. geschalteten FET₁ ist mit der Oktavleitung L₁ verbunden, die Steuerelektrode des in Reihe mit dem Widerstand r₂ geschalteten FET₂ ist an die Oktavleitung L₂ angeschlossen und die Steuerelektrode des mit dem Widerstand r., in Reihe geschalteten FET, steht mit der Oktavleitung L_ in Verbindung. Das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R., r₂, r₃ und einem Widerstand R₃, der zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 31 liegt, ist wie folgt gewählt:

	4R₃
^r2 -	2R₃
^r3 ⁼	^R3

- 10

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Beim Drücken einer zu der niedrigsten Oktave gehörenden Taste der Klaviatur 34 wird der FET₁ eingeschaltet, und die Ausgangsspannung V des Operationsverstärkers A₁ beträgt in Abhängigkeit von der Eingangsspannung V.:

V₀ = - !L

^r1

Die Ausgangsspannung V ' eines Operationsverstärkers A-mit dem Verstärkungsgrad 1 ist somit

Wird eine zu der zweiten Oktave gehörende Taste der Klaviatur 34 gedrückt, wird FET₂ leitend und die Ausgangsspannung V' des Verstärkers A₂ wird

I _ R-> TT 'ι

r.

v · = i ν = —v ^VO -^-^vi 2^vi

Bei Betätigung einer zu der höchsten Oktave gehörenden Tasteder Klaviatur 34 wird FET₃ eingeschaltet und es gilt:

V · = ^R3 V = V O — i i

Somit kann der Spannungswandler 32 unter Verwendung eines Verstärkers mit veränderlichem Verstärkungsgrad aufgebaut werden, dessen Spannungsverstärkung in Abhängigkeit von der Oktave, zu der die jeweils gedrückte Taste auf der Klaviatur 34 gehört, gesteuert ist.

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Der Klaviaturschaltkreis in Fig. 3 kann_r wie in Fig. 6 dargestellt, unter Weglassen der Gatterschaltkreise G bis G_T verändert werden. Der Schaltkreis weist zusätzlich zu einer ersten Schalteranordnung mit den Schaltern S,, _r S_>r, ... S_orr und S,_ eine zweite Schalteranordnung mit den Schaltern S_mQ/ S^ ... S^₀, S₃^ auf, die wie die Schalter S*. bis S₃- in Reihe liegen. Jeder Schalter in der ersten Schalteranordnung ist mit dem entsprechenden. Schalter in der zweiten Schalteranordnung mechanisch gekoppelt. Die Ausgangspunkte 0_ bis 0_L des Spannungsteiler-Widerstandsnetzwerkes sind unmittelbar jeweils mit den Kotenleitungen L. bis L-- verbunden. Die Notenleitungen It. bis Lj- sind mit den normalerweise geöffneten feststehenden Kontakten der Schalter der zweiten Schalteranordnung verbundenr die durch zu verschiedenen Oktaven gehörende Tasten betätigt werden und die gleiche Note haben. Somit ist die Notenleitung I*. mit den normalerweise geöffneten feststehenden Kontakten der Schalter S-.*-, S

_2ÄO

S₃ (nicht dargestellte verbunden und die tiotenleitung L_ß steht mit den normalerweise geöffneten feststehenden Kontakten der Schalter S^_B0<r S~ _Q und S₃^₀ (nicht dargesellt) in Verbindung. Der bewegliche Kontakt des Schalters S^jn ist an den Pufferverstärker 3t angeschlossen. Es ist offensichtlich« daß die Äusfiihrungsform nach Fig. 6 in der gleichen Weise wie die Äusführtingsform nach Fig. 3 arbeitet t ohne daß dabei die Gatterschaltkreise G bis G

Ä. Xx

notwendig sind.

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Claims

Patentansprüche

ί11 Elektronisches Musikinstrument mit Klangsynthese unter Verwendung eines spannungsgesteuerten an eine Filter- und Verstärkerkette angeschlossenen Oszillators zur Erzeugung der Grundtöne, an dessen Steuereingang ein der jeweiligen niedergedrückten Taste einer Klaviatur zugeordnetes Tonhöhensignal eines Tonhöhensignal-Generatorschaltkreises angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung der jeweils der gleichen Note in verschiedenen Oktaven zugeordneten Tasten (^sia···^δ3τ) durch den Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis (30) von zwölf verschiedenen, jeweils einer von zwölf Noten einer Oktave zugeordneten Tonhöhensignalen jeweils das gleiche Tonhöhensignal erzeugbar ist, daß an den Ausgang des Tonhöhensignal-Generatorschaltkreises (30) ein Spannungswandler (32) veränderlicher übersetzung angeschlossen ist, der seinerseits durch die Klaviatur (34) ansteuerbar ist und durch den in Abhängigkeit von der jeweiligen Oktave, in der die betätigte Taste (S.. ...S₃ ) liegt, das von dem Tonhöhensignal-Generatorschaltkreis (30) kommende, von der Oktave unabhängige Tonhöhensignal auf den der jeweiligen Oktave entsprechenden Wert umsetzbar ist und daß an dem Ausgang des Spannungswandlers (32) der Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (33) liegt.
2. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler (32) ein Spannungsteilernetzwerk (R₃) aufweist, dessen Ausgangsanschlüsse (O₁, 0_, O₃) mit den Oktaven der

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Klaviatur zugeordneten und mit ihren Ausgängen ihrerseits an dem spannungsgesteuerten Oszillator (33) liegenden Gatterschaltkreisen (G₁, G , G) verbunden sind, die in Abhängigkeit von der der gedrückten Taste (S₁ ...S₃₁) zugeordneten Oktave jeweils wirksam sind.
3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswandler (32) einen Verstärker (A₁) mit veränderlichem Verstärkungsgrad aufweist, dessen Spannungsverstärkungsgrad entsprechend der Oktave, zu der die jeweils gedrückte Taste (S..,...S₃ ) gehört, gesteuert ist.

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