DE3226600C2 - Mit einer Nachhalltonerzeugungseinrichtung ausgestattetes elektronisches Musikinstrument - Google Patents

Abstract

Bei einem elektronischen Musikinstrument wird an einen Musikton mit einer ausgewählten Tonfarbe ein Nachhallton angelagert, der für die ausgewählte Tonfarbe am geeignetsten ist. Bei einer Abwandlung wird das elektronische Musikintrument mit einer Vielzahl von Tastaturen ausgestattet, und an Musiktönen, die entsprechend den Tastaturen erzeugt werden, werden unabhängig Nachhalltöne angelagert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat einer der Nachhalltöne eine Nachhalleigenschaft, die vom anderen Nachhallton unterschiedlich ist.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Musikinstrument ist beispielsweise in der US-PS 42 67 763 beschrieben, wobei das An- und Ausschwingverhalten eines angeschlagenen Tones gemäß dem jeweils nachzuahmenden Instrument entsprechend der jeweils eingestellten Tonfarbeneinstellung automatisch variiert wird. Damit wird für die Natürlichkeit der Imitation das Objekt der Klangerzeugung allein berücksichtigt, es hat sich jedoch gezeigt, daß dieser Aspekt aus dem Gesamtkomplex "Klang" nicht genügt.

Üblicherweise wird daher ein elektronisches Musikinstrument mit einer Nachhalleinrichtung ausgestattet, womit dann auch der Aspekt der Umgebung des Instruments Berücksichtigung findet. Allerdings geschieht dies ausschließlich nach den subjektiven Vorstellung des Spielers, indem dieser die Hallamplitude und bei höherwertigeren Instrumenten auch die Hallverzögerung separat einstellt. Eine derartige Echo- bzw. Nachhallschaltung ist beispielsweise in der US-PS 41 94 426 beschrieben. Inwieweit nun mit dieser Zusatzausstattung die Natürlichkeit der Imitation eines Instrumentes erreicht wird, hängt von der Geschicklichkeit beim Einstellen der Parameter ab, insoweit auch, als bei jeder Umschaltung auf einen anderen Instrumententyp auch die Hallparameter neu eingestellt werden müßten.

Aus der GB-PS 9 12 720 ist schließlich eine Nachhalleinrichtung bekanntgeworden, bei der die Hallamplitude automatisch nach Maßgabe der Spiellautstärke variert wird. Dem liegt die Annahme zugrunde, daß die Lautstärke mit dem Spieltempo korreliert ist und daß auf diesem Wege ein schnelles Spiel weniger durch Echo gestört wird, dafür ein langsames (leises) Spiel stärker durch Hall gestützt wird. Dies hat selbstverständlich mit der Natürlichkeit bei der Imitation eines Instrumentes nichts 711 ti.in.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektronisches Musikinstrument der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die Natürlichkeit der entsprechend der Tonfarbeneinstellung nachzuahmenden Instrumente in höherem Maße als bisher erreicht wird, ohne den Spieler besonders zu belasten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 2 gelöst.

Mit der zwangsläufigen Kopplung zumindest eines Nachhallparameters mit der Tonfarbeneinstellung wird nunmehr als Bestandteil des gewünschten nachzuahmenden Instrumentes auch die für dieses Instrument typische Umgebung mit berücksichtigt Es versteht sich dabei, daß je nach Ausstattungskomfort entweder die Hallamplitude oder die Hallverzögerung automatisch mit der Tonfarbe gekoppelt wird, daß es aber bei höherwertigen elektronischen Musikinstrumenten gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 zweckmäßig ist, beide Parameter gleichermaßen anzupassen, weil damit die Natürlichkeit der Imitation weiter gesteigert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Es zeigt:

FIg 1 ein Blockschaltbild eines elektronischen Musikinstrumentes gemäß der Erfindung,

FIg 2a u. 3a Schaltungsgrundaufbauten für unterschiedliche, in Rg 2b und 3b veranschaulichte Nachhallverläufe,

FIg 4 ein Blockschaltbild einer ersten Verzögerungsschaltung,

Fig 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Verzögerungsschaltung,

Fig 6 ein Funktionsblockschaltbild einer Nachhalltonerzeugungseinrichtung,

FIg 7 ein Amplituden/Zeit-Diagramm von Echosignalen am Ausgang der Echobildungseinheit von Fig 6,

Fig 8 ein Amplituden/Frequenz-Diagramm von Nachhallsignalen am Ausgang der Stufen eines Kamtnfilters2/4nachFig6,

Fig 9 ein Amplituden/Zeit-Diagramm von Nachhallsignalen am Ausgang der Stufen des Kammfilters 2Λ nach Fig 6,

Fig 10 ein Amplituden/Zeit-Diagramm von Nachhallsignalen am Ausgang der ersten Allpaßfilterstufe 3A nach Fig 6,

Fig 11 ein Blockschaltbild einer Nachhalltonerzeugungseinrichtung auf Computerbasis.

Gemäß Fig 1 umfaßt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektronischen Musikinstrumentes eine Tonfarbeneinstellvorrichtung TSC, eine Tastur KBC, eine Musiktonerzeugungseinrichtung TG, eine Nachhalltonerzeugungseinrichtung RAD, ein Tor G, einen Addierer AD, einen Digital/Analog-Wandler DACund ein Klangsystem 55, die wie gezeigt miteinander verbunden sind. Die Tonfarbcneinstellvorrichtung TSC ist mit einem nicht dargestellten Tonfarbenwähler ausgestattet, der die Tonfarbe eines Musiktons auswählt und einstellt, wie z. B. einer Flötei einer Orgel od. dgl. Diese ausgewählte Tonfarbeninformation TSD wird den Einrichtungen TG und RADzugeführt.

Die Tastatur KBCist mit einer größeren Anzahl nicht dargestellter Tasten zumindest einer Klaviatur (Manual) versehen. Eine gedrückte Taste erzeugt einen Tastenkode KC, der die Tonhöhe angibt, sowie ein Taste-Ein-Signal KON, das anzeigt, daß eine der Tasten angeschlagen worden ist.

Basierend auf dem Tastenkode KC und dem Taste-

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Basierend auf der ausgewählten Tonfarbeninformation TSD und dem Musiktonsignal MS bildet die Nachhalltonerzeugungseinrichtung RAD ein Nachhallsignal RVD. Die Einzelheiten des Aufbaus der Nachhalltoner-Zeugungseinrichtung RAD werden später anhand von Fig 11 beschrieben. Indem man den Inhalt des Steuerprogramms gemäß der Tonfarbeninformation TSD ändert, kann die Relation unter den Verzögerungsschaltungen DCl, DC2 und DCZ, dem Tiefpaßfilter LPF, dem Hochpaßfilter HPF und dem Bandpaßfilter BPF, die an die Eingänge dieser Verzögerungsschaltungen angelegt sind, geändert werden, wie dies in Fig 2a und 3a beispielsweise gezeigt ist, so daß daraus unterschiedliche Nachhalleigenschaften resultieren, wie dies die Fig 2b und 3b zeigen. Der Aufbau gemäß den Fig 2a und 3a und die Eigenschaften gemäß den FIg 2b und 3b entsprechen jeweils dem nötigen Nachhall einer Flöte bzw. eines Streicher-Ensembles. Andere nachzuahmende Instrumente (Orgel, Saxophon, etc.) erfordern andere Nachhalleigenschaften.

Das durch die Nachhalltonerzeugungseinrichtung RAD erzeugte Nachhallsignal R VD wird über ein Tor G zu einem Addierer AD geschickt, damit es dort zum Musiktonsigal MS addiert werden kann. Der Ausgang des Addierers AD wird durch den Digital/Analog-Wandler DACm ein analoges Signal umgewandelt und dann als akustischer Ton durch das Klangsystem 55 abgegeben. Das Tor G ist so aufgebaut, daß es das Nachhallsignal dem Addierer AD nur dann zuführt, wenn ihm seinerseits das Signal 5Wzugeführt wird, das zeigt, ob ein Nachhall überhaupt erwünscht ist.

Zunächst wird anhand der Fig 4 und 5 das Grundprinzip der Verzögerungsschaltungen erläutert. Die Amplitudendaten SPD (t) eines Musiktonsignales werden mit einer bestimmten Taktperiode mit dem Taktimpuls Φ sequentiell in einem Digital-Speicher DM gespeichert, der damit Amplitudendaten von aufeinanderfolgenden Zeiten enthält, die nach Maßgabe des Lese-Adreß-Signales DM ■ ADR folglich mit einem entsprechenden Vielfachen der Taktperiode verzögert wieder ausgelesen werden können. Dazu ist ein Verzögerungszeitdatenspeicher DDM vorgesehen, in dem mehrere Datensätze von Verzögerungszeitdaten DLD in Zuordnung zu verschiedenen Tonfarben abrufbar sind. Diese gelangen im Beispiel der Fig 4 an einen Addierer AD, der auch Daten aus einem taktgesteuerten Adreßzähler AC eines Adreßinformationsgenerators AG erhält. Der Digital-Speicher DM kann als RAM ausgebildet sein oder als Schieberegister. Die verzögert ausgelesenen Amplitudendaten SPD (t-i), mit dem Verzögerungsintervall i, werden zwecks Steuerung der Amplitude in einem Multiplizierer M mit einem Koeffizienten K multipliziert. Auf Zeitteilungsbasis können mit derselben Schaltung mehrere unterschiedlich verzögerte Nachhalltöne erzeugt werden.

Im Beispiel der Fig 5 ist eine Variante einer Verzögerungsschaltung gezeigt, in der der Adreßzähler AC durch einen voreinstellbaren Abwärtszähler gebildet wird. Dazu ist ein Maximalwertdetektor MXD vorgesehen, der gewissermaßen den Zählerstart definiert. Eine

"e —

mation TSD bildet die Musiktonerzeugungseinrichtung TG ein Musiktonsignal MS entsprechend der Tonhöhe einer angeschlagenen Taste. Die Musiktonerzeugungseinrichtung TG ist von der Art, die harmonisch synthetisiert oder die Frequenz (Amplitude) moduliert oder die Wellenform aus einem Speicher ausliest und die ein digitales Musiktonsignal MSerzeugt.

darin, daß die verzögerten Amplitudeninformationen SPD (t—i) über einen Multiplizierer M mit dem Faktor K multipliziert (wobei K<\ ist) auf die Eingangsseite des Digital-Speichers DM zurückgekoppelt und dort in einem Addierer AD dem unverzögerten Signal SPD (t) zugesetzt werden. Auch hier kann die Schaltung auf Zeitteilungsbasis mehrfach genutzt werden.

Die Schaltung nach Fig 4 eignet sich bevorzugt zur Nachbildung von Anfangsreflextönen (besser Echo genannt), wie sie von unterschiedlich weit vom Instrument (in dessen natürlicher Umgebung) entfernten Objekten direkt zum Hörer reflektiert werden. Die Schaltung nach Fig 5 hingegegen bildet, wegen der Rückkopplung, vorzugsweise die darauffolgenden dicht ineinandergeschachtelten abklingenden Nachhalltöne, die in Natura aus den Mehrfachreflexionen zwischen den Objekten resultieren.

In der Schaltung nach Fig 6 sind nun diese zwei Varianten für Anfangsecho und Nachhall zusammengefaßt und außerdem jeweils mehrfach vorgesehen, um auch der natürlichen Vielfalt Rechnung zu tragen.

Demgemäß baut die Echobildungseinheit auf dem is Beispiel der Fig 4 auf und umfaßt einen Speicher DO für z. B. 2048 Worte, Multiplizierer M1 bis M10 und einen Summierer SUM, der in einem Register R 0 zeitweise bis zur nächsten Taktperiode die Summe speichert. Die Multiplizierer Ml bis MIO können also zehn unterschiedlich verzögerte Musiktonsignale mit beliebigen unterschiedlichen Koeffizienten beisteuern zur Bildung des Echosignales ECH (t). Wie Fig 7 zeigt, setzt dieses sich aus unterschiedlichen Echosignalen ECHi bis ECH10 zusammen, so wie Echos von zehn verschieden weit entfernten und mehr oder weniger stark reflektierenden Objekten in der Natur herrühren würden.

Mit einer Taktfrequenz von 25 kHz und einem Adreßumfang von 1626 Worten kann ein Echo mit einer Verzögerung von 65 ms erzielt werden.

Zur Bildung der auf die Echos folgenden Nachhalltöne werden die Amplitudendaten SPD (t) an einen Verzögerungsspeicher D 10 gelegt und mit einer Verzögerung, die wenig größer als die maximale Echoverzögerung (710 in Fig 7) ist, über ein Bandpaßfilter BPF, bestehend aus einem Tiefpaßfilter LPF und einem Hochpaßfilter HPF, an eine erste Nachhallbildungseinheit NBE \ geleitet. Die Filter LPFund HPFumfassen Speicher SDO, SD 1, Multiplizierer M11 bis M16 und Addierer mit Registerspeichern R 1 bis R 4.

Die Einheit NB1 umfaßt nach dem Muster der Fig 5 mehrere Kammfilter mit Speichern Dl bis D 9, Multiplizierern M17 bis M 28 und die weiterhin dargestellten Addierer. Ein Summenaddierer SUMRH summiert und speichert die einzelnen Ausgangswerte jeweils bis zum nächsten Taktimpuls und liefert die Nachhalltondaten RVDi, die einen groben Verzcgerungszeitabstand voneinander haben. Die Amplituden/Frequenz-Kennlinien der einzelnen Stufen eines Kammfilters sind in Fig 8 veranschaulicht und man erkennt, daß der Insgesamtfrequenzgang mit steigender Anzahl parallel geschalteter Stufen und Kammfilter verbessert wird.

Am Ausgang des Speichers D1 stehen beispielsweise die Daten SPD (t-x 1), und an den Speichern D 2 und D 3 die Daten SPD (t-x 3) gemäß Fig 9 zur Verfügung.

In einer gegenüber Fig 5 modifizierten Form sind anschließend drei Allpaßfilter 3Λ bis 3C mit Speichern MDO bis MD2, Multiplizierern M 29 bis M34 und Addierern mit Registerspeichern R 12 bis R 17 in der in Fig 6 ersichtlichen Weise aufgebaut, die zusammen eine zweite Nachhallbildungseinheit NBE2 darstellen, der einereits die Nachhalltondaten RVDi zugeführt werden und die somit diesen weitere Nachhalltondaten RVD2 mit kurzem Verzögerungszeitabstand einfügt, wie die Fig 10 veranschaulicht (R VD 2A als Beispiel sind die Nachhalltondaten am Ausgang des Allpaßfilters 3A). Dabei schachtelt auf gleiche Weise jede nachfolgende Stufe ihre immer enger folgenden Daten in die der vorhergehenden Stufe ein, so daß ein sehr natürlicher Nachhallverlauf entsteht.

Die Nachhalltondaten RVD2 und die Echodaten ECH(tj werden über eine Schalter-Schaltung SW auf Zeitteilungsbasis an einen nachfolgenden D/4-Wandler und ein Klangsystem weitergegeben.

Die vorstehend erläuterten Schaltungen können, wie schon angedeutet, mit einem Computer prozessiert werden und anhand Fig 11 wird nun eine auf dieser Basis ausgeführte Nachhalltonerzeugungseinrichtung schematisch beschrieben, da der allgemeine Aufbau solcher auf der Computertechnik beruhender Musikinstrumente an sich bekannt ist. Es wird dazu auch ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen.

Die Einrichtung umfaßt eine Speichereinheät 10 mit einem Datenspeicher 100, der programmgesteuert die Speicher 5D0, SDl, Dl usw., MDO usw. und DO aus Fig 6 bildet und in Verbindung mit einer Rechenschaltung 402 einer Recheneinheit 40 (die die Funktionen der Multiplizierer M1 bis M 34 ausübt) die Schaltungsfunktionen der Fig 6 ausübt, also als Verzögerungsmittel dient

Ein Adresseninformationsgenerator 30 liefert die nötigen Adressen. Wesentlich hierbei ist jedoch, daß ein Programmspeicher 300 vorgesehen ist, der beispielsweise 8 Steuerprogramme für 8 Typen von Nachhall enthält, damit unter anderem z. B. die in Fig 2b und 3b gezeigten Halltypen generiert werden können in Entsprechung des jeweils nachzuahmenden Instrumentes. Dazu gehört weiterhin ein Zeitinformationsgenerator 20, der in einem Verzögerungszeitdatenspeicher 201 Datensätze DLD für Verzögerungszeitdaten entsprechend m Typen (mit m = 8) von Nachhall enthält. Welcher Typ von Nachhall aktiviert wird, bestimmt eine Daten-Zuordnungsschaltung 200, die eine 3-Bit-ProgrammauswahlinformationPGS an den Programmspeicher 300 sendet (womit eines der 8 Steuerprogramme ausgewählt wird) und die ein 3-Bit-Zuordnungssignal PSL sowohl an den Verzögerungszeitdatenspeicher 201 (zum Auslesen der Verzögerungszeitdaten für den ausgewählten Nachhalltyp) sowie an einen Koeffizientenspeicher 400 in der Recheneinheit 40 liefert.

Der Koeffizientenspeicher 400 enthält Datensätze Kn für Amplituden-Koeffizienten entsprechend der m Typen von Nachhall. Dieser jeweils ausgelesene Datensatz Kn wird von der Rechenschaltung 402 verarbeitet, die somit als Amplituden-Modifikationsmittel fungiert.

Die Daten-Zuordnungsschaltung 200 ist mit der Tonfarbeeinstellvorrichtung (an sich bekannter und daher nicht besonders dargestellter Art) gekoppelt, so daß bei einer für ein bestimmtes Instrument typischen Tonfarbeneinstellung automatisch die vorprogrammierte passende Nachhallcharakteristik produziert wird.

Damit die Verarbeitung aller Funktionen der Echobildungseinheit (Fig 6) des Bandpaßfilters BPF sowie von NBi und NB 2 auf Zeitteilungsbasis innerhalb einer Samplingperiode To zu vollenden ist, wird die Samplingfrequenz mit 25 kHz gewählt und die Frequenz des Haupttaktimpulses Φο hat 4,8 MHz. Dann wird die Anzahl der Schritte eines Steuerprogramms kleiner als 4800/25 = 192.

Es versteht sich, daß die prinzipielle Art der Nachhallbildung gemäß dem Schema der Fig 6 abgewandelt werden kann, etwa indem die einzelnen Kammfilter 2A bis 2Cjeweils separat über unterschiedliche Filter (HPF, BPF, LPF) statt, wie gezeigt, gemeinsam über ein Bandpaßfilter angeschlossen werden. Man erhält dadurch für unterschiedliche Frequenzbereiche unterschiedlichen

Nachhall.

Als Tonfarbeeinstellung im weiteren Sinn ist auch die Einstellung des spezifischen Klanges eines Rhythmusinstrumentes (z. B. Bongo, Rhythmushölzer usw.) bei einem elektronischen Rhythmusgerät zu verstehen, und daher kann auch, soweit dazu ein Nachhall gewünscht wird, die automatische Einstellung eines passenden Nachhalles wie beschrieben vorgenommen werden.

Es versteht sich weiterhin, daß bei einem mehrmanualigen Instrument genauso wie die für jedes Manualseparate Tonfarbeeinstellung auch dementsprechend jeweils unterschiedlicher Nachhall produziert wird. Es kann je Manual eine separate Nachhalltonerzeugungseinrichtung vorgesehen werden oder eine Einrichtung arbeitet auf Zeitteilungsbasis für alle Manuale.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

20

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Elektronisches Musikinstrument mit eine Vielzahl von Tasten aufweisenden Tastaturen, mit Tonfarbeeinstellvorrichtungen zwecks Ausgabe von Tonfarbeninformationen gemäß einer einer Tastatur zuzuordnenden einstellbaren Tonfarbe, mit Tonerzeugungseinrichtungen zwecks Erzeugung von Musiktonsignalen nach Maßgabe der gedrückten Tasten und der zugehörigen Tonfarbeninformationen und mit Digital/Analog-Wandlereinrichtungen zur Erzeugung von Tönen entsprechend zugeführter Musiktonsignale, dadurch gekennzeich net, daß eine Nachhalltonerzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die folgende Mittel aufweist:

a) Speichermittel (400) zur Speicherung von Datensätzen (Kn) für Arrplituden-Koeffizienten entsprechend der Anzahl einstellbarer Tonfarben, wobei das Auslesen des einer eingestellten Tonfarbe entsprechenden Koeffizienten-Datensatzes durch eine Daten-Zuordnungsschaltung (200) gesteuert wird,

b) Verzögerungsmittel (100), die ein dem als Nachhall zu regenerierenden Musiktonsignal (SPD) entsprechendes verzögertes Musiktonsignal abgeben,

c) Amplituden-Modifikationsmittel (402) zur Modifizierung der verzögerten Musiktonsignale hinsichtlich der Amplitude des daraus erzeugten Nachhall-Tones in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Koeffizienten-Datensatz (Kn).

2.Elektronisches Musikinstrument, mit eine Vielzahl von Tasten aufweisenden Tastaturen, mit Tonfarbeeinstellvorrichtungen zwecks Ausgabe von Tonfarbeninformationen gemäß einer einer Tastatur zuzuordnenden einstellbaren Tonfarbe, mit Tonerzeugungseinrichtungen zwecks Erzeugung von Musiktonsignalen nach Maßgabe der gedrückten Tasten und der zugehörigen Tonfarbeninformationen und mit Digital/Analog-Wandlereinrichtungen zur Erzeugung von Tönen entsprechend zugeführter Musiktonsignale, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nachhalltonerzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die folgende Mittel aufweist:

a) Speichermittel (201) zur Speicherung von Datensätzen (DLD) für Verzögerungszeitdaten entsprechend der Anzahl einstellbarer Tonfarben, wobei das Auslesen des einer eingestellten Tonfarbe entsprechenden Verzögerungszeit-Datensatzes durch eine Daten-Zuordnungsschaltung (200) gesteuert wird,

b) Verzögerungsmittel (100), die ein dem als Nachhall zu regenerierenden Musiktonsignal (SPD) entsprechendes verzögertes Musiktonsignal abgeben, wobei die Verzögerungszeit in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Verzögerungszeit-Datensatz (DLD) vorgegeben ist,

c) Amplituden-Modifikationsmittel (402) zur Modifizierung Her verengerten Musiktnnsi- rq gnale hinsichtlich der Amplitude des daraus erzeugten Nachhall-Tones.

3. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Amplituden-Modifikationsmittel (402) als auch die Verzögerungsmittel (100) in Abhängigkeit von durch die Daten-Zuordnungsschalung (200) ausgelesenen Parameter-Datensätzen (Kn und DLD) betrieben werden.

4. Elektronisches Musikinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Nachhalltonerzeugungseinrichtung (RAD) sowie der direkte Ausgang der Tonerzeugungseinrichtungen (TG) über ein Addierelement (AD) mit dem Eingang einer gemeinsamen Digital-Analog-Wandlereinrichtung (DAC) verbunden sind.

5. Elektronisches Musikinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Nachhalltonerzeugungseinrichtung (511) an eine separate Digital/Analog-Wandlereinrichtung (512) angeschlossen ist.

5. Elektronisches Musikinstrument nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel vom Ausgang der Nachhalltonerzeugungseinrichtung das amplitudenmodifizierte verzögerte Musiktonsignal abgegriffen und auf ihren Eingang zurückgeführt wird, um erneut wie ein zu regenerierendes Musiktonsignal verzögert zu werden.