CH684670A5

CH684670A5 - A method for converting the mechanical vibration of a driver into an acoustic signal transducer and to its execution.

Info

Publication number: CH684670A5
Application number: CH325192A
Authority: CH
Inventors: Gyoergy Csikos
Original assignee: Gyoergy Csikos
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1994-11-15
Also published as: DE4335087A1; DE4335087B4

Description

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Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wandeln der mechanischen Schwingung eines Treibers in ein akustisches Signal und einen Wandler zu dessen Ausführung. The present invention relates to a method for converting the mechanical vibration of a driver into an acoustic signal and a converter for carrying it out.

Derartige Wandler, insbesondere Lautsprecher, lassen sich heute grundsätzlich in zwei Kategorien einteilen. Bei der ersten Kategorie, beispielsweise gemäss der DE-PS 3 730 305, der DE-PS 3 123 098, der DE-PS 3 521 845, der EP-A 0 330 423, der DE-OS 3 048 779, der GB-A 1 435 555, der CH-PS 637 258, der US-A 5 014 323, der DE-OS 2 819 548, wird eine nicht oder im wesentlichen nicht formstabile Membrane zentrisch und peripher derart aufgehängt, dass sie durch die Schwingung eines Treibers, wie der Schwingspule eines elektrodynamischen Wandlers, zur Abgabe eines akustischen Signals angeregt werden kann. Such transducers, in particular loudspeakers, can basically be divided into two categories today. In the first category, for example according to DE-PS 3 730 305, DE-PS 3 123 098, DE-PS 3 521 845, EP-A 0 330 423, DE-OS 3 048 779, GB- A 1 435 555, CH-PS 637 258, US-A 5 014 323, DE-OS 2 819 548, a not or essentially not dimensionally stable membrane is suspended centrally and peripherally in such a way that it is caused by the vibration of a driver , such as the voice coil of an electrodynamic transducer, can be stimulated to emit an acoustic signal.

Bei der zweiten Kategorie werden durch einen derartigen Treiber formsteife Platten kolbenartig in Schwingung versetzt, wozu eine schwierige Optimierung zwischen Plattengewicht, deren Steifheit und Ausdehnung notwendig ist. Bezüglich dieser Kategorie der erwähnten Wandler sei verwiesen auf «Coaxial Fiat-Plane Loudspeaker with Polymer-Graphite Honeycomb Sandwich Plate Diaphragm», Jiro Nakazono et al., J. Audio Eng. Soc., Vol. 29, No. 11, 1981, November, p. 800 ff., sowie weiter auf die EP-A 0 089 054, die US-A 4 392 027, 4 472 604, 4 322 583, 4 284 167. In the second category, such a driver causes plates that are dimensionally stable to vibrate in a piston-like manner, for which purpose a difficult optimization between plate weight, its rigidity and expansion is necessary. With regard to this category of the converters mentioned, reference is made to “Coaxial Fiat-Plane Loudspeaker with Polymer-Graphite Honeycomb Sandwich Plate Diaphragm”, Jiro Nakazono et al., J. Audio Eng. Soc., Vol. 29, No. 11, 1981, November, p. 800 et seq., And further on EP-A 0 089 054, US-A 4 392 027, 4 472 604, 4 322 583, 4 284 167.

Aus der EP-A 0 296 139 sowie aus «Sound», Audio* und Video-Magazin Nr. 7-8/1990, S. 24 ff. ist es im weiteren bekannt, eine dünne, flexible Membran zentrisch anzuregen und nach aussen laufende Wellen in der Membran durch eine komplizierte flächige Unterlage so zu bedampfen, dass, ausgehend von der punktförmigen Anregung, die Wellen radial nach aussen laufen. Mit der komplizierten flächigen Dämpfungsstruktur für die folienartige Membran werden störende Reflexionen vermieden. From EP-A 0 296 139 and from “Sound”, Audio * and Video Magazine No. 7-8 / 1990, p. 24 ff. It is further known to excite a thin, flexible membrane centrally and to run outwards Vaporize waves in the membrane with a complex flat base so that, starting from the point-like excitation, the waves run radially outwards. With the complicated flat damping structure for the membrane, annoying reflections are avoided.

Die vorliegende Erfindung geht wie die beiden letztgenannten Zitate ebenfalls von der Erkenntnis aus, dass ein optimaler Wandler der genannten Art ein akustisches Signal, wie eine punktförmige Schallquelle, abgeben sollte. Sie setzt sich zum Ziel, von dieser Einsicht ausgehend, einen konstruktiv einfachen Wandler vorzuschlagen, welcher mindestens in einem grossen Bereich des hörbaren Frequenzbereiches lineare Wandlereigenschaften aufweist und dabei sehr nahe an das Verhalten einer ideal punktförmigen Schallquelle herankommt. Like the last two quotations, the present invention is also based on the knowledge that an optimal transducer of the type mentioned should emit an acoustic signal, such as a point-shaped sound source. Based on this insight, it sets itself the goal of proposing a structurally simple transducer which has linear transducer properties at least in a large range of the audible frequency range and thereby comes very close to the behavior of an ideally punctiform sound source.

Dies wird bei Vorgehen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erreicht. This is achieved when proceeding according to the characterizing part of claim 1.

Dabei geht die Erfindung von der weiteren Einsicht aus, dass das Schallfeld einer unterhalb ihrer Grenzfrequenz in Luft punktförmig zu Biegewellen angeregten, unendlich ausgedehnten Platte dem angestrebten Idealbild der punktförmigen Schallquelle entspricht. The invention is based on the further insight that the sound field of an infinitely extended plate which is excited in point form into bending waves below its cut-off frequency in air corresponds to the ideal image of the point sound source which is aimed for.

Es ist eines der wesentlichen Merkmale an einer solchen Platte, dass angeregte Wellen mit abnehmender Amplitude radial nach aussen laufen und nicht reflektiert werden. Damit entstehen keine stehenden Wellen bzw. Resonanzbilder. It is one of the essential features of such a plate that excited waves run radially outwards with decreasing amplitude and are not reflected. This means that there are no standing waves or resonance images.

Ausgehend von dieser weiteren Erkenntnis wird gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren vorgeschlagen, eine endliche, biegeelastische, vorzugsweise im wesentlichen plane Platte im wesentlichen zentral anzuregen und so zu bedämpfen, und zwar durch Wahl ihrer Dimension, insbesondere auch ihrer Dicke, ihres Materials sowie ihrer Aufhängung, dass angeregte, in ihrer Amplitude, wie gefordert, nach aussen stetig abnehmende Wellen nur so viel Reflexionen erfahren, und zwar sowohl am Plattenrand wie auch an der Aufhängung, dass das Schallfeld nur unwesentlich beeinflusst wird. On the basis of this further finding, it is proposed according to the method according to the invention to excite and thus to damp a finite, flexurally elastic, preferably essentially flat plate essentially centrally, by choosing its dimension, in particular also its thickness, its material and its suspension, that Excited waves, in their amplitude, as required, which continuously decrease towards the outside, only experience so much reflection, both at the edge of the plate and on the suspension, that the sound field is only marginally influenced.

Bevorzugterweise wird gemäss Anspruch 2 vorgegangen. The procedure according to claim 2 is preferred.

Obwohl die Anregung im allgemeinen Fall durch eine Vielzahl hierfür bekannter Elemente vorgenommen werden kann, wird bevorzugterweise der Treiber mit einer Schwingspule als elektrodynamischer Treiber gemäss Anspruch 3 ausgebildet. Although the excitation can be carried out in the general case by a large number of elements known for this purpose, the driver with a voice coil is preferably designed as an electrodynamic driver.

Um im weiteren den erwähnten elektrodynamischen Treiber bzw. dessen Schwingspule in bevorzugter Art und Weise als Kraftquelle zu betreiben, wird, dem Wortlaut von Anspruch 4 folgend, vorgeschlagen, die Spule mit einer Stromquelle zu treiben. In order to operate the above-mentioned electrodynamic driver or its voice coil in a preferred manner as a power source, it is proposed, according to the wording of claim 4, to drive the coil with a current source.

Die Platte wird vorzugsweise gemäss Anspruch 5 bzw. 6 aufgehängt. The plate is preferably hung according to claim 5 or 6.

Eine einfache Konstruktion ergibt sich dabei nach Anspruch 7 dadurch, dass die Platte über verformungsweiche Biegepartien, vorzugsweise an ihr selbst angeformt, gelagert wird. Hierdurch wird eine Störung des Platten-Biegeverhaltens minimalisiert. A simple construction results in accordance with claim 7 in that the plate is supported over flexible bending parts, preferably molded onto it. This minimizes disruption in plate bending behavior.

Ein Wandler zur Lösung der erfindungsgemäss gestellten Aufgabe zeichnet sich nach dem Wortlaut von Anspruch 8 aus. According to the wording of claim 8, a converter for achieving the object according to the invention is distinguished.

Durch Vorgehen nach Anspruch 9 wird sichergestellt, dass die bevorzugterweise durch den Treiber ausgeübte Kraft optimal und punktförmig auf die Platte übertragen wird. The procedure according to claim 9 ensures that the force preferably exerted by the driver is transmitted optimally and point-wise to the plate.

Als Treiber wird, dem Wortlaut von Anspruch 10 folgend, insbesondere in der bevorzugten Anwendung des erfindungsgemässen Wandlers als Lautsprecher ein elektrodynamischer Treiber eingesetzt, dessen Schwingspule mit der Platte starr verbunden, vorzugsweise verklebt ist. According to the wording of claim 10, the driver used is, in particular in the preferred application of the converter according to the invention as a loudspeaker, an electrodynamic driver whose voice coil is rigidly connected, preferably glued, to the plate.

Die Schwingspule wird, dem Wortlaut von Anspruch 11 folgend, bevorzugterweise mindestens genähert mittels einer Stromquelle betrieben, um das Verhalten einer Kraftquelle aufzuweisen. According to the wording of claim 11, the voice coil is preferably operated at least approximately by means of a current source in order to exhibit the behavior of a power source.

Durch die bevorzugte Ausbildung nach dem Wortlaut von Anspruch 12 wird eine optimal biegefreie Aufhängung der Platte realisiert, indem die Aufhängungslaschen als weiche Biegefedern wirken. Die Aufhängung der Platte nicht an ihrem Randbereich, sondern innerhalb ihrer Flächenausdehnung ergibt wesentlich einfacher die Möglichkeit, wie gefordert, Reflexionen von Biegewellen an der Platte zu minimalisieren. Due to the preferred embodiment according to the wording of claim 12, an optimally bending-free suspension of the plate is realized in that the suspension tabs act as soft spiral springs. The suspension of the plate not at its edge area, but within its surface area, makes it much easier, as required, to minimize reflections from bending waves on the plate.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich weiter nach dem Wortlaut von Anspruch 13 aus, woraus ersichtlich wird, wie einfach der vorgeschlagene Wandler, insbesondere der vorgeschlagene Lautsprecher, aufgebaut sein kann. Another preferred embodiment is further distinguished by the wording of claim 13, from which it can be seen how simple the proposed converter, in particular the proposed loudspeaker, can be constructed.

Die Platte wird im weiteren vorzugsweise dem Wortlaut von Anspruch 14 folgend aufgebaut, wo- The plate is further preferably constructed in accordance with the wording of claim 14, where

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mit, insbesondere in der Anwendung als Lautsprecher und in Kombination mit den Merkmalen von Anspruch 13, ein ästhetisch schöner, flacher und unauffälliger Lautsprecher entsteht. with, in particular when used as a loudspeaker and in combination with the features of claim 13, an aesthetically pleasing, flat and unobtrusive loudspeaker is produced.

Es hat sich gezeigt, dass der vorgeschlagene Wandler über einen weiten Bereich des hörbaren Frequenzspektrums ausserordentlich gute akustische Eigenschaften aufweist und sich ideal für den Genuss insbesondere auch klassischer Musik eignet. Der Aufbau des Wandlers ist ausserordentlich kostengünstig. It has been shown that the proposed transducer has extraordinarily good acoustic properties over a wide range of the audible frequency spectrum and is ideally suited for enjoying classical music in particular. The construction of the converter is extremely inexpensive.

Dem Wortlaut von Anspruch 15 folgend, wird weiter der erfindungsgemässe Wandler mit einer Schwingspule mit ihr zugeordnetem Verstärker vorgeschlagen, bei welchem die Ausgangsstufe mindestens genähert Stromquellencharakteristik aufweist. Following the wording of claim 15, the converter according to the invention with a voice coil with its associated amplifier is further proposed, in which the output stage has at least approximated current source characteristics.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass Stromquellen-ansteuerung und mit der zum Strom proportionalen Anregungskraft eine weitere Verbesserung des akustischen Verhaltens erzielt wird. It has been shown that current source control and the excitation force proportional to the current further improve the acoustic behavior.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. The invention is subsequently explained, for example, using figures.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 schematisch, die Aufsicht auf einen als Lautsprecher ausgebildeten erfindungsgemässen Wandler, welcher nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitet; 1 schematically, the top view of a transducer according to the invention designed as a loudspeaker, which works according to the method according to the invention;

Fig. 2 qualitativ über eine Ortsachse x, die Ausbreitung angeregter Wellenamplituden am Wandler gemäss Fig. 1; 2 qualitatively over a local axis x, the propagation of excited wave amplitudes on the transducer according to FIG. 1;

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsvariante des Treibers für den als Lautsprecher ausgebildeten erfindungsgemässen Wandler sowie dessen bevorzugte Ansteuerung. 3 shows a preferred embodiment variant of the driver for the transducer according to the invention designed as a loudspeaker and its preferred control.

Gemäss Fig. 1 umfasst der erfindungsgemässe Wandler, hier als Lautsprecher in seiner bevorzugten Verwendung ausgebildet, eine Wandlerplatte 1, bevorzugterweise aus einem Kunststoff. Als Kunststoff eignet sich insbesondere ein Polycarbonat, transparentes Polyamid oder ein anderes, vorzugsweise transparentes, amorphes Polymer. Selbstverständlich kann die Platte 1 auch undurchsichtig, z.B. eingefärbt sein. Bei einem bevorzugten, heute realisierten Lautsprecher wurde ein Acrylglas, nämlich Plexiglas, eingesetzt. 1, the transducer according to the invention, here designed as a loudspeaker in its preferred use, comprises a transducer plate 1, preferably made of a plastic. A polycarbonate, transparent polyamide or another, preferably transparent, amorphous polymer is particularly suitable as the plastic. Of course, the plate 1 can also be opaque, e.g. be colored. In a preferred loudspeaker realized today, acrylic glass, namely plexiglass, was used.

In die Wandlerplatte 1 sind U-förmige Schlitze 3 eingearbeitet, bevorzugterweise mit erweiterten Schenkelabschlüssen 4. Die U-förmigen Schlitze 3 definieren verformungsweiche Laschen 6, die, wie in Fig. 1 dargestellt, bevorzugterweise symmetrisch zu einem Zentrumsbereich Z der Platte angeordnet sind und parallele Achsen A aufweisen. Es sind mindestens zwei derartige Laschen 6 vorgesehen, vorzugsweise drei bzw., wie dargestellt, vier. Die Laschen 6 bilden die Aufhängungen für die Wandlerplatte 1. In the converter plate 1, U-shaped slots 3 are incorporated, preferably with enlarged leg ends 4. The U-shaped slots 3 define flexible tabs 6, which, as shown in FIG. 1, are preferably arranged symmetrically to a center region Z of the plate and parallel Have axes A. At least two such tabs 6 are provided, preferably three or, as shown, four. The tabs 6 form the suspensions for the converter plate 1.

Gemäss Fig. 1 ist, in bevorzugter Ausführungsform, beispielsweise aus Vierkant-Metallrohr, ein Doppel-T-Trägerrahmen 8 vorgesehen. Die Platte ist mit den Laschen 6 je endständig an den zwei T-Querbalken 9 des Doppel-T-Rahmens 8 aufgehängt, und zwar bezüglich des Rahmens 8, in Richtung senkrecht zur Figurenebene genähert freibeweglich und so beabstandet, dass im Zentrumsbereich Z der Treiber 10 zwischen Hauptholm 12 und Platte 1 eingebaut werden kann. Mindestens die zwei der Laschen 6 sind an den erwähnten Querbalken 9 starr befestigt, beispielsweise, wie bei 14 dargestellt, damit verschraubt. 1, in a preferred embodiment, for example made of square metal tube, a double-T support frame 8 is provided. The plate is suspended with the tabs 6 at each end on the two T-crossbeams 9 of the double-T frame 8, specifically with respect to the frame 8, approximated in the direction perpendicular to the plane of the figure and spaced so that the driver 10 in the central area Z can be installed between the main spar 12 and plate 1. At least the two of the brackets 6 are rigidly attached to the crossbar 9 mentioned, for example, as shown at 14, screwed to it.

Die Wandlerplatte 1 kann grundsätzlich beliebig geformt sein, dehnt sich aber vorteilhafterweise, ausgehend von ihrem Zentrum Z aus, nach allen Seiten im wesentlichen gleich aus. The transducer plate 1 can in principle be of any shape, but advantageously extends from its center Z, essentially the same on all sides.

Das Material der Platte 1 sowie ihre Dimension, insbesondere ihre Dickendimension, und die Ausbildung ihrer Aufhängung, gemäss Fig. 1 der Laschen 6, werden so gewählt, dass, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, bei einer Plattenanregung bei Z, Wellen mit gedämpft abnehmender Amplitude Â in alle Richtungen x gemäss Fig. 1 verlaufen und an Orten möglicher Reflexionen, wie insbesondere am Plattenrand xo, so weit abgeklungen sind, dass im wesentlichen keine Reflexionen störender Amplitude auftreten. The material of the plate 1 and its dimension, in particular its thickness dimension, and the design of its suspension, according to FIG. 1 of the tabs 6, are selected such that, as schematically shown in FIG. 2, waves are also damped when the plate is excited at Z. decreasing amplitude in all directions x according to FIG. 1 and at locations of possible reflections, such as in particular at the plate edge xo, have decayed so far that essentially no reflections of disturbing amplitude occur.

In Fig. 2 ist, qualitativ, gestrichelt der Amplitudenverlauf bei zu wenig bedampfter Platte 1 dargestellt, mit dem Entstehen reflektierter Wellen, welche Anlass zur Bildung stehender Wellen an der Platte 1 geben würden. Wird die Wandlerplatte 1 in ihrem Zentrumsbereich Z mit einer oszillierenden Kraft angeregt, so ergibt sich ein zur Anregungskraft proportionaler Schalldruck. Die Platte 1 strahlt akustisch wie eine Punktschallquelle in ihrem Zentrum Z. Dabei ist es ohne weiteres möglich, das Punktquellenverhalten über den ganzen hörbaren Frequenzbereich sicherzustellen. 2 shows, qualitatively, in dashed lines, the amplitude curve when the plate 1 is not sufficiently vaporized, with the occurrence of reflected waves, which would give rise to standing waves on the plate 1. If the converter plate 1 is excited with an oscillating force in its center region Z, a sound pressure proportional to the excitation force results. The plate 1 radiates acoustically like a point sound source in its center Z. It is easily possible to ensure the point source behavior over the entire audible frequency range.

Wie erwähnt wurde, hat sich die Verwendung von Plexiglas ausserordentlich gut bewährt. As has been mentioned, the use of plexiglass has proven extremely successful.

Gemäss Fig. 3 wird in einer bevorzugten Ausführungsform am Mittelholm 12 des Doppel-T-Rahmens 8 ein elektro-dynamischer Treiber 13 mit Schwingspule 16 und Permanentmagnet 18 vorgesehen. Spule 16 wird auf einem Spulenträger 17 starr mit der Platte 1 verbunden, bevorzugterweise, wie bei 20 dargestellt, damit verleimt. Ein solcher Treiber wird bevorzugterweise, wie dargestellt, durch einen Verstärker 22 getrieben, dessen Ausgangsstufe 24 mindestens genähert Stromquellencharakteristik hat, so dass der Treiber 13 mit einem zur Anregungsspannung u(t) proportionalen Strom i(t) die Schwingspule 16 treibt, wodurch die Anregungskraft für die Platte 1 proportional zum Audiosignal u(t) wird. 3, in a preferred embodiment, an electro-dynamic driver 13 with a voice coil 16 and permanent magnet 18 is provided on the central strut 12 of the double-T frame 8. Coil 16 is rigidly connected to plate 1 on a coil carrier 17, preferably, as shown at 20, glued to it. Such a driver is preferably, as shown, driven by an amplifier 22, the output stage 24 of which has at least approximately current source characteristics, so that the driver 13 drives the voice coil 16 with a current i (t) proportional to the excitation voltage u (t), as a result of which the excitation force for plate 1 becomes proportional to the audio signal u (t).

Als Platte wird heute eingesetzt: The plate used today is:

- Dicke der Platte: < 1,8 mm - Thickness of the plate: <1.8 mm

- Material der Platte: Plexiglas - Material of the plate: plexiglass

Mit dem dargestellten erfindungsgemässen Wandler, der in seiner Konstruktion höchst einfach ist und in seiner Herstellung sehr preisgünstig, werden erstaunlich gute akustische Eigenschaften erwirkt, die einen solchen Lautsprecher durchaus in die Klasse der für höchste Ansprüche geeigneten Lautsprecher treten lassen. With the transducer according to the invention shown, which is extremely simple in its construction and very inexpensive to manufacture, astonishingly good acoustic properties are achieved which make such a loudspeaker quite a class of loudspeakers suitable for the highest demands.

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Claims

1. A method for converting the mechanical oscillation of a driver into an acoustic signal, characterized in that a flexible plate is suspended over its extension essentially freely bendable and is excited essentially centrally by the driver and that the flexible plate is selected by its dimension, their material and their suspension to approximate their vibration behavior to that of an infinitely extended, locally excited plate is damped.

2. The method according to claim 1, characterized in that the plate is excited by means of the force of the driver operated as a power source.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the driver is designed as an electrodynamic driver with a voice coil.

4. The method according to claim 3, characterized in that the voice coil is operated by a source at least approximately with current source characteristics.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plate is suspended substantially freely movable transversely to its extension.

6. The method according to claim 5, characterized in that the plate is suspended within its surface area and preferably in its edge area and preferably essentially in small areas with respect to its extent.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the plate is stored over soft-bending parts, preferably molded onto it.

8. Transducer for performing a method according to one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a flexible transducer plate (1) which is substantially freely bendable suspended (6, 14) and in its center region (Z) with the driver (10) is functionally linked, the dimension, material and suspension of the plate (1) being selected so that their vibration behavior approximates that of an infinitely extended, locally excited plate.

9. Converter according to claim 8, characterized in that a part of the driver (10) with the converter plate (1) is rigidly connected, preferably glued to it (20).

10. Converter according to one of claims 8 or 9, characterized in that a voice coil of the driver (10) is rigidly connected to the plate, preferably glued.

11. Converter according to claim 10, characterized in that the voice coil is connected to a source (24) at least approximately with current source characteristics.

12. Transducer according to one of claims 8 to 11, characterized in that at least two U-shaped slots (3), preferably with the same direction U axis, are incorporated in the plate (1) and the plate (1) on the thereby formed Tabs (6) is suspended.

13. Transducer according to claim 12, characterized in that, essentially spanning a rectangle, four U-slots (3) are incorporated and the transducer plate (1) on the crossbar (9) of a double T's (8) is suspended, wherein the driver is arranged between the plate and the T-Mittelhoim (12).

14. Converter according to one of claims 8 to 13, characterized in that the plate (1) consists of a plastic, such as polycarbonate, transparent polyamide or of another, preferably transparent, amorphous polymer, preferably of an acrylic glass.

15. Converter according to one of claims 8 to 14, with a voice coil and its associated amplifier, characterized in that the output stage (24) of the amplifier (22) has at least approximated current source characteristics.

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