DE10034581A1 - Mehrkanal-Mikrofon - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen Aufnahme von akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen. Als Weiterentwicklung der Mitte/Seite-Technik verfügt die Mikrofonanordnung über ein vorderes Mikrofon (7), mit einer nierenförmigen Richtcharakteristik in Kombination mit einem horizontal ausgerichteten, seitlichen Mikrofon (8), das eine senkrecht dazu angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist. Hinzu kommt ein hinteres Mikrofon (10) mit einer ebenfalls einseitigen, insbesondere nierenförmigen hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcharakteristik. Durch die Mikrofonanordnung werden drei unabhängige Mikrofonsignale bereitgestellt, welche durch Mischung und Matrizierung für die mehrkanalige Wiedergabe gemäß einem 5.1-Standard geeignet sind. Für zukünftige Widergabenormen kann die Mikrofonanordnung durch ein weiteres vertikal ausgerichtetes Achtmikrofon ergänzt werden. Damit ist dann eine vollständige dreidimensionale Tonaufnahme- und -wiedergabe möglich. Die koinzidente Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung macht eine mehrkanalige Tonaufzeichnung erforderlich, bei der die Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten Aufzeichnungsspuren phasensynchron aufgezeichnet werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen
Aufnahme von akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen mit un
terschiedlichen Richtcharakteristiken, wobei ein vorderes Mikrofon eine einseiti
ge, insbesondere nierenförmige, hypernierenförmige oder keulenförmige Richt
charakteristik, und eine horizontal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon eine senk
recht dazu angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist, sowie ein
mehrkanaliges Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit einer derarti
gen Mikrofonanordnung.
Allgemein bekannt ist die Stereophonie zur Erzeugung einer gewissen Räum
lichkeit bei der Tonwiedergabe. In neuerer Zeit sind jedoch mehrkanalige Wie
dergabeverfahren populär geworden, die eine realitätsnähere Raumklangwie
dergabe ermöglichen. In diesem Bereich haben sich insbesondere im Zusam
menhang mit der Vertonung von Kinofilmen seit den 70er Jahren einige interna
tionale Standards etabliert. Diese spielen in jüngster Zeit auch im Bereich der
Unterhaltungselektronik für den Heimbereich eine wichtige Rolle.
Eines der wichtigsten Verfahren ist unter der Bezeichnung "Dolby Surround" be
kannt geworden. Das Tonsignal liegt dabei vierkanalig vor und wird auf drei
Front- und einen Surroundkanal verteilt. Die drei Frontkanäle bestehen aus den
beiden üblichen Stereokanälen links und rechts sowie aus einem zusätzlichen
Mitten- oder Centerkanal. Die Wiedergabe der vier Kanäle erfolgt in Kinos oder
im Heimbereich in der Regel über eine Vielzahl von Lautsprechern.
In den 90er Jahren kamen die Standards "Dolby Digital", "DTS" bzw. "SDDS"
auf. Bei diesen Verfahren handelt es sich um sogenannte 5.1- bzw.
7.1-Verfahren. Die Tonsignale stehen dabei in unabhängigen Kanälen zur Ver
fügung, die in drei bzw. fünf Front-, zwei Surround- und einen Tiefsttonkanal auf
geteilt sind. Der wesentliche Unterschied gegenüber der älteren Dolby-
Surround-Technik besteht jedoch in den nunmehr zwei Surroundkanälen, die ei
ne seitliche Zuordnung nach links und rechts ermöglichen. Schließlich gibt es
neuester Zeit das sogenannte Dolby EX Verfahren, welches einen zusätzlichen
Surround-Mitte-Kanal aufweist.
Derartige Mehrkanalproduktionen sind überproportional komplizierter als die üb
lichen Stereoaufzeichnungen. Geeignete Aufnahmetechnologien, das heißt Mi
krofontechniken zur direkten Aufnahme von Tonsignalen zur klangtreuen Wie
dergabe über drei oder mehr Lautsprecher bei gleichzeitig korrekter Richtungs
verteilung, haben in der Praxis zu einer Reihe von Problemen geführt. Aus die
sem Grund ist es heute immer noch üblich, bei Filmaufnahmen vor Ort mono-
oder stereophone Tonaufzeichnungen durchzuführen. Bei Dreharbeiten fehlt es
meist an der Zeit, angepaßt an die jeweilige Verteilung der Schallquellen eine
Mehrzahl von Mikrofonen in geeigneter Weise zu positionieren. Je mehr Mikro
fone verwendet werden, desto größer ist die Gefahr, daß ein Mikrofon oder der
Schlagschatten eines Mikrofons im Bildausschnitt sichtbar wird. Der personelle
Aufwand ist größer, da die verschiedenen Mikrofone jeweils von Assistenten
geangelt werden müssen. Die Mikrofonpositionen müssen häufig während einer
Aufnahme korrigiert werden, was zu unangenehmen Auslöschungs- oder Pha
sing-Effekten führen kann.
Üblich ist es vielmehr, die mehrkanalige Abmischung gemäß den obigen Stan
dards erst nach den eigentlichen Dreharbeiten ausgehend von den mono- oder
stereophonen Aufzeichnungen im Tonstudio durchzuführen. Dieses Verfahren
ist kompliziert und kostspielig und erfordert einen hohen technischen und perso
nellen Aufwand. Zudem bleiben dabei die eigentlichen Vorteile der mehrkanali
gen Tonwiedergabe, insbesondere die realitätsnahe Raumklangwiedergabe, oft
auf der Strecke.
Unter der Bezeichnung "idealisierte Nierenmikrofonanordnung" ist ein fünfkana
liges Mikrofonieverfahren bekannt geworden, bei dem fünf einzelne Mikrofone
mit Nierenrichtcharakteristik in einer durch einen starren Rahmen vorgegebenen
festen räumlichen Anordnung zum Einsatz kommen. Damit ist zwar eine mehr
kanalige Tonaufzeichnung mit korrekter Wiedergabe der Richtungsverteilung
der Schallquellen möglich, es hat sich jedoch gezeigt, daß dieses Verfahren für
den Einsatz bei Dreharbeiten wenig praktikabel ist. Dies resultiert einerseits aus
dem komplizierten mechanischen Aufbau der Anordnung, was die Handhabung
extrem erschwert. Andererseits sind die Nachbearbeitungs- und Manipulations
möglichkeiten der so gewonnenen Tonaufzeichnungen stark eingeschränkt. Die
fünfkanalige Tonaufzeichnung verursacht hohe Kosten und ist am Drehort mit
einem unerwünscht hohen Aufwand verbunden.
Eine demgegenüber einfachere koinzidente Mikrofonanordnung ist aus der
DE 32 41 893 bekannt geworden. Darin wird ein kompaktes Mikrofon zur ste
reophonen Aufnahme vorgestellt. Bei diesem Mikrofon sind mehrere elektroaku
stische Wandler mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken in einem gemein
samen Gehäuse vereint. Die Anordnung setzt sich aus einem elektroakusti
schen Wandler mit nierenförmiger Richtcharakteristik und einem Wandler mit
achtförmiger Richtcharakteristik zusammen. Das Mikrofon mit der nierenförmi
gen Richtcharakteristik weist nach vorne und erzeugt ein Mittensignal. Die Ach
se des Mikrofons der achtförmigen Richtcharakteristik ist horizontal rechtwinklig
dazu angeordnet und erzeugt ein Seitensignal. Aus diesen beiden Signalen
können durch Matrizierung, das heißt Addition bzw. Differenzbildung, ein linkes
und ein rechtes Stereosignal erzeugt werden. Durch unterschiedliche Wichtung
des Mitten- bzw. des Seitensignals kann der Aufnahmewinkel der Stereoauf
nahme beliebig variiert werden.
Dieses Mitte/Seite-Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. Zum einen ist
mit dem Mittensignal ein Monosignal direkt verfügbar. Das Verfahren läßt sich in
einer einfachen und robusten mechanischen Anordnung umsetzen. Es ergibt
sich eine hohe Aufnahmetreue und gleichzeitig ist eine einfache Stereonachbe
arbeitung auch noch nach der Aufnahme möglich.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, eine praktikable, universelle und gleichzeitig preis
günstige Möglichkeit zu schaffen, mehrkanalige Tonaufzeichnungen mit hoher
Klangtreue, und korrekter Richtungsverteilung unter Vermeidung der oben ge
nannten Nachteile zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer koinzidenten Mikrofonanordnung der eingangs ge
nannten Art durch ein hinteres Mikrofon mit einer ebenfalls einseitigen, insbe
sondere nierenförmigen, hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcha
rakteristik gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Mitte/Seite-Mikrofonanordnung durch ein zusätzli
ches hinteres Mikrofon ergänzt. Eine derartige Mikrofonanordnung läßt sich pro
blemlos in einem einzelnen, kompakten und robusten Gehäuse unterbringen,
wodurch sich eine besondere Eignung für die Anwendung bei Filmaufnahmen
ergibt. Die kompakte Bauform ist vergleichbar mit üblichen Mono- oder Stereo
mikrofonen, so daß sich bei der Handhabung kein nennenswerter Unterschied
gegenüber den üblichen Tonaufzeichnungsverfahren ergibt. Durch die Ergän
zung eines Mikrofons mit einer nach hinten gerichteten Richtcharakteristik ste
hen Tonsignale zur Verfügung, die eine naturgetreue Rekonstruktion der kor
rekten Richtungsverteilung der Schallquellen ermöglichen. Die Mitte/Seite-
Technik gestattet durch Hinzufügen nur eines weiteren Mikrofons eine
Links/Rechtszuordnung auch im hinteren Aufnahmebereich.
Es ist zweckmäßig, das hintere Mikrofon antiparallel zum vorderen Mikrofon
auszurichten. In dieser Anordnung ergibt sich eine korrekte Zuordnung der
Richtungsverteilung der Schallquellen in der horizontalen Ebene.
Vorteilhafterweise kann dem Mikrofon gemäß der Erfindung ein weiteres vertikal
ausgerichtetes, seitliches Mikrofon mit einer achtförmigen Richtcharakteristik
hinzugefügt werden. Ein derartiges Mikrofon wäre für zukünftige Wiedergabe
standards geeignet, bei denen Lautsprecher auch oberhalb und unterhalb der
Kopfhöhe des Zuhörers angeordnet sind. Durch nur ein zusätzliches Mikrofon
kann eine Zuordnung der Schallquellen nach vorne, oben, unten und hinten er
folgen. Gemäß der Erfindung steht damit ein Mikrofon zu Verfügung, welches
die Möglichkeit eröffnet, mit nur vier Mikrofonsignalen eine vollständige dreidi
mensionale Toninformation aufzuzeichnen.
Zweckmäßigerweise wird bei der erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung die
Achse des vorderen Mikrofons vertikal schwenkbar ausgeführt. Es ist denkbar,
bei der Mikrofonanordnung die einzelnen Mikrofone in einem gemeinsamen Ge
häuse anzuordnen, bei dem die vordere Mikrofonkapsel abwinkelbar ist. Dies
erleichtert die Tonaufzeichnung bei Dreharbeiten, da hierbei zumeist das Mi
krofon an einem Galgen oder an einer Angel oberhalb des Bildausschnittes ge
führt wird.
Je nach Aufnahmesituation und nach dem Abstand der Mikrofonanordnung von
den Schallquellen kann es zweckmäßig sein, das vordere und/oder das hintere
Mikrofon als Rohrrichtmikrofone auszuführen. Durch ein zusätzliches Interfe
renzrohr erhalten das vordere und/oder das hintere Mikrofon eine stärker nach
vorne bzw. nach hinten gebündelte Richtcharakteristik, was von Vorteil sein
kann, wenn bei Film- oder Fernsehproduktionen Totalen aufgenommen werden,
bei denen die für die Tonaufzeichnung benutzten Mikrofone einen großen Ab
stand zu den Schallquellen haben.
Zweckmäßigerweise können die seitlichen Mikrofone bei der Mikrofonanordnung
gemäß der Erfindung aus jeweils zwei elektroakustischen Wandlern zusam
mengesetzt sein. Mikrofone mit einer achtförmigen Richtcharakteristik aus je
weils zwei elektroakustischen Wandlern aufzubauen, ist gängige Praxis. Bei der
erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung ergibt sich dadurch der zusätzliche
Vorteil, daß die Signale der einzelnen elektroakustischen Wandler getrennt ver
arbeitet werden können, um eine direkte links/rechts bzw. oben/unten-
Zuordnung auch ohne Berücksichtigung des vorderen bzw. hinteren Mikrofons
vornehmen zu können. Das ist auch für zukünftige Beschallungssysteme mit
Lautsprechern über und unter dem Publikum interessant.
Bei Filmproduktionen erfolgt üblicherweise eine Nachvertonung im Tonstudio.
Dabei werden als Schallquellen beispielsweise Sprecher oder Geräuschema
cher aufgenommen, deren räumliche Position bei einer Mehrkanaltonaufzeich
nung den Filmaufnahmen entsprechend zugeordnet werden muß. Hierzu wird
zweckmäßigerweise die erfindungsgemäße Mikrofonanordnung mit einer
Schrittmotorsteuerung versehen, durch welche die gesamte Anordnung um eine
horizontale und/oder vertikale Achse drehbar ist. Durch Drehung des Mikros
kann so auf einfache und klanglich überzeugende Weise die Bewegung einer
Schallquelle simuliert werden.
Bei einem mehrkanaligen Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit ei
ner erfindungsgemäßen Mikrofonanordnung werden zweckmäßigerweise die
Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten Aufzeichnungsspuren phasen
synchron aufgezeichnet. Die Phasensynchronität ist Voraussetzung dafür, ge
mäß dem Mitte/Seite-Verfahren eine korrekte Zuordnung nach links/rechts bzw.
oben/unten vornehmen zu können. Durch separate Aufzeichnung der einzelnen
Mikrofonsignale ist bis zur endgültigen Abmischung eine korrekte Richtungszu
ordnung der aufgenommenen Schallquellen möglich. Weder durch die Anord
nung der Mikrofone noch durch die Aufzeichnung entstehen irgendwelche irre
versiblen Verfälschungen oder Verluste. Voraussetzung ist allerdings, daß, ge
nau wie beim konventionellen Mitte/Seite-Verfahren, alle Signale im gleichen
Lautstärkeverhältnis aufgezeichnet werden. Gemäß der Erfindung sind für die
Aufzeichnung drei oder vier Aufzeichnungsspuren ausreichend. Hier zeigt sich
ein besonderer Vorteil, da eine drei- oder vierspurige Aufzeichnung ohne ir
gendwelche besonderen Anforderungen an die Abmischung der einzelnen Ton
signale problemlos auch unter ungünstigen Bedingungen, wie etwa am Drehort
bei Filmproduktionen, durchgeführt werden können. Die eigentliche Abmischung
erfolgt erst im Nachgang an die Filmaufnahmen, wobei die drei oder vier
Tonspuren miteinander kombiniert und den einzelnen Wiedergabekanälen zu
geordnet werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, aus
den verschiedenen Mikrofonsignalen durch Mischung und Matrizierung vordere
und hintere Wiedergabesignale zu erzeugen. Dabei ist in Anlehnung an das be
kannte Mitte/Seite-Verfahren eine direkte links/rechts bzw. oben/unten-
Zuordnung der Mikrofonsignale zu den einzelnen Wiedergabekanälen möglich.
Das Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren gemäß der Erfindung eignet
sich besonders gut, eine Abmischung für die heute üblichen 5.1-Standards bzw.
Dolby EX-Verfahren vorzunehmen. Die erfindungsgemäße koinzidente Mikro
fonanordnung gestattet auch bei fünf oder mehr Wiedergabekanälen ausgehend
von einer nur drei- bzw. vierkanaligen Tonaufzeichnung eine absolut korrekte
Richtungswiedergabe der Schallquellen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen koinzidenten Mikrofonanordnung
und des damit verbundenen mehrkanaligen Tonaufzeichnungs- und -wieder
gabeverfahrens werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen
Fig. 1 Richtcharakteristik einer Mikrofonanord
nung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 erfindungsgemäßes Koinzidenzmikrofon
im Querschnitt;
Fig. 3 Signalzuordnung für die Wiedergabe nach
einem 5.1-Standard.
Die Fig. 1 zeigt ein Koordinatenkreuz 1, an dem die Richtungen vorne (V),
hinten (H), links (L) und rechts (R) eingezeichnet sind. Die erfindungsgemäße
Mikrofonanordnung befindet sich am Koordinatenursprung 2. Das nach vorne
gerichtete Mikrofon weist eine nierenförmige Charakteristik 3 auf. Entlang der
eingezeichneten Konturlinie werden gleich laute Schallquellen in Mikrofonsi
gnale gleicher Intensität umgesetzt. Das seitliche horizontal ausgerichtete Mi
krofon weist eine achtförmige Charakteristik 4 auf, wobei genau wie beim be
kannten Mitte/Seite-Verfahren die Mikrofonsignale von links/rechtsseitigen
Schallquellen eine um 180° verschiedene Phasenlage haben. Das erfindungs
gemäße zusätzliche, nach hinten gerichtete Mikrofon weist wiederum eine nie
renförmige Charakteristik 5 auf.
Das nach vorne gerichtete Mikrofon erzeugt ein vorderes mittleres Signal (VM),
das nach hinten gerichtete Mikrofon ein hinteres mittleres Signal (HM). Das Si
gnal des horizontal seitlichen Mikrofons wird als HS bezeichnet. Durch Kombi
nation dieser drei Mikrofonsignale können Schallquellen in allen vier Quadranten
des dargestellten Koordinatensystems zugeordnet werden. Schallquellen im lin
ken vorderen Quadranten werden beispielsweise durch Summation der Mikro
fonsignale VM und HS wiedergegeben. Für den hinteren rechten Quadranten
wird von dem Signal HM das Signal HS subtrahiert.
Die Fig. 2 zeigt eine Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung, die in einem
gemeinsamen Mikrofonrohr 6 zusammengefaßt ist. Das Rohr 6 enthält eine vor
dere Mikrofonkapsel 7 mit nierenförmiger Richtcharakteristik 3. In der Mitte des
Mikrofonrohres 6 sind weitere vier Mikrofonkapseln 8 und 9 angeordnet, welche
paarweise jeweils ein horizontales bzw. vertikales Mikrofon mit achtförmiger
Richtcharakteristik 4 bilden. Erfindungsgemäß kommt eine hintere Mikrofonkap
sel 10 hinzu, welche wiederum über eine nierenförmige Richtcharakteristik 5
verfügt. Falls es gewünscht wird, können die Mikrofonsignale der Mikrofonkap
seln 8 und 9 getrennt zur Verfügung gestellt werden, so daß eine rechts/links-
bzw. oben/unten-Zuordnung auch ohne Berücksichtigung des vorderen bzw.
hinteren Mikrofonsignals möglich ist. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein,
wenn der vordere oder hintere Kanal unerwünschte Tonsignale wie etwa Umge
bungsgeräusche enthält, oder wenn man für zukünftige Beschallungssysteme,
die beispielsweise über Kanäle über und unter dem Publikum verfügen, vorbe
reitet sein möchte.
Anhand der Fig. 3 wird gezeigt, wie die drei Mikrofonsignale VM, HS und HM,
die mit einer Mikrofonanordnung gemäß der Erfindung zur Verfügung stehen,
den einzelnen Wiedergabekanälen bei einem 5.1-Standard zugeordnet werden
können. Die Figur zeigt einen Zuhörer 11, der sich im Zentrum von sechs um ihn
herum angeordneten Lautsprechern befindet. Dies sind ein vorderer linker Laut
sprecher 12 (L), ein vorderer zentraler Lautsprecher 13 (C), ein vorderer rechter
Lautsprecher 14 (R), ein hinten links angeordneter Lautsprecher 15 (HL), ein
hinterer rechter Lautsprecher 16 (HR) sowie ein für die Tiefsttonwiedergabe be
stimmter Subwoofer 17. Im folgenden ist angegeben, welche Kombinationen der
drei Mikrofonsignale den einzelnen Wiedergabekanälen zugeordnet werden:
VM + HS = L
VM = C
VM - HS = R
HM + HS = HL
HM - HS = HR
VM + HM = T.
Beim Dolby EX-Verfahren ist HM = Mitte Surround.
Für die Wiedergabe durch den Subwoofer 17 wird das Summensignale aus VM
und HM einer Tiefpassfilterung unterzogen. Durch eine geeignete Mischung der
vorderen und seitlichen Mikrofonsignale kann die Wiedergabe auch problemlos
über mehr als drei Frontkanäle erfolgen.
Claims (10)
1. Koinzidente Mikrofonanordnung zur mehrkanaligen Aufnahme von
akustischen Signalen mit einer Mehrzahl von Mikrofonen mit unterschiedlichen
Richtcharakteristiken, wobei ein vorderes Mikrofon (7) eine einseitige, insbeson
dere nierenförmige hypernierenförmige oder keulenförmige Richtcharakteristik,
und ein horizontal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon (8) eine senkrecht dazu
angeordnete achtförmige Richtcharakteristik aufweist, gekennzeichnet durch ein
hinteres Mikrofon (10) mit einer ebenfalls einseitigen, insbesondere nierenförmi
gen, hypernierenförmigen oder keulenförmigen Richtcharakteristik.
2. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das hintere Mikrofon (10) antiparallel zum vorderen Mikrofon ausgerichtet
ist.
3. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein
zusätzlich vertikal ausgerichtetes, seitliches Mikrofon (9) mit einer achtförmigen
Richtcharakteristik.
4. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Achse des vorderen Mikrofons vertikal schwenkbar ist.
5. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das vordere und/oder das hintere Mikrofon Rohrrichtmikrofone sind.
6. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die seitlichen Mikrofone aus jeweils zwei elektroakustischen
Wandlern zusammengesetzt sind.
7. Mikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesamte Anordnung mittels einer Schrittmotorsteuerung schwenkbar ist.
8. Mehrkanaliges Tonaufzeichnungs- und -wiedergabeverfahren mit
einer Mikrofonanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß die Signale der einzelnen Mikrofone auf separaten
Aufzeichnungsspuren phasensynchron aufgezeichnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den
Signalen des vorderen, des hinteren und des horizontal ausgerichteten seitli
chen Mikrofons durch Mischung und Matrizierung vordere und hintere Wieder
gabesignale erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus den
Signalen des vorderen, des hinteren und des vertikal ausgerichteten seitlichen
Mikrofons durch Mischung und Matrizierung vordere und hintere Wiedergabesi
gnale erzeugt werden.
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2000
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