CN107079208A - 具有波导的扩音装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种扩音装置(1)，其包括：壳体(2)，该壳体(2)具有限定了内部空间(27)的前部(15)、侧部(21)和后部(25)，该前部(15)形成为波导表面(8)，并包括位于波导表面(8)的中心的至少一个扬声器(12，13)，该前部(15)能使扩音装置(1)的主要声能沿第一声音轴线(10)的方向辐射到环境空间(26)；以及与壳体(2)相连的另外的扬声器(4)。根据本发明，该另外的扬声器(4)连接在壳体(2)的内侧，以在内部空间(27)内形成次级空间(22)，该次级空间(22)由扬声器(4)、位于扬声器(4)与前部(15)之间的间隔物(33)以及壳体(2)的前部(15)所限定，并且至少一个端口(20)设置成从次级空间(22)开设到壳体(2)的侧部(21)或后部(25)而通向环境空间(26)。

Description

具有波导的扩音装置
技术领域
本发明涉及扩音装置。特别地，本发明涉及设置有波导的扩音装置。
确切地说，本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的扩音装置。
背景技术
在现有技术中，特别是具有两个或更多个扬声器的扩音装置(多路扩音装置)已经表现出了由扩音装置的前挡板表面(面)上的不连续性所造成的声衍射的问题。实际上，在这种意义上，高频扬声器(高音扬声器)是最关键的部分。本申请的申请人已经提出了一些解决方案，其中仅针对高音扬声器和/或中音扬声器，或者作为替代地针对同轴式中音-高音扬声器，高频扬声器的围绕物形成为用于高频声音信号和中频声音信号的连续波导。
在这种应用中，这类声音源被称作为波导扬声器，它们包括位于该三维的波导结构的中间的任何扬声器。通过这些方案可以实现好的声音品质以及声能的准确定向。然而，用于控制辐射定向的波导的频率范围和效果取决于波导的尺寸，其很大程度上由波导覆盖的表面积来确定，并由此由扩音装置的前挡板(面)的尺寸来确定。波导的面积小会将定向控制限制在高频率，例如仅高音扬声器的范围。波导的面积大则允许定向控制的频率范围朝向更低的频率延伸，例如中音扬声器的频率范围。
在设计尺寸较小的扩音装置时，所有的扬声器通常都不能设置在波导的中心处(例如，低频辐射器、低音扬声器)，这些其他扬声器所占的表面积和扬声器本身会限制适用于波导的挡板面积，或者会额外地造成有害的声能衍射，从而导致能被听者听到的声音信号的品质受损。
在现有技术中，已经尝试着创造出在扩音装置的前侧上具有一个或更多个波导的扩音装置。本申请的申请人已经提前创造出了许多像这样的方案，但是没有将壳体的整个前挡板表面用作为波导。
因为由扬声器产生的空气的体积位移需要足够的开口来允许空气流动，所以覆盖低频扬声器可能会导致与扬声器的动力学特性有关的某些问题。
发明目的
根据本发明，通过设置任意的非同轴扬声器来使它们不干扰形成在壳体的前表面(面)上的波导形式的方式而解决了上述问题中的至少一部分，并且如果将它们设置在相同的表面(壳体的前表面(面))上，那么使它们被下面这种材料所覆盖，即：该材料能有利地在选定频率下作为固态表面并对由声源(波导为针对其而设计)发出的频率的穿透进行限制，并且另一方面对于另外的频率(更具体地，由非同轴扬声器、通常为低音扬声器辐射出的频率)来说是可穿透的。
另外，本发明的目的在于改善低音扬声器的动力学性能。
更具体地，根据本发明的扩音装置的特征在于如权利要求1的特征部分所述。
根据本发明的一个实施方案，扩音装置包括：壳体，该壳体具有限定了内部空间的前部、侧部和后部，该前部辐射出扩音装置的主要声能；以及与壳体相连的扬声器。根据该实施方案，扬声器连接在壳体的内侧，处于第一端口的后侧，从而在内部空间内形成次级空间，该次级空间由扬声器、处于扬声器和壳体之间的间隔物以及覆盖前端口的层所限定，并且至少一个前端口从次级空间开设到壳体的侧部或后部。
根据本发明的另一实施方案，在壳体的前表面(面)上设置两个低音扬声器，以使它们位于同轴式扬声器的两侧。同轴式扬声器包括中频和高频扬声器。低音扬声器通常设置成它们能辐射穿过声音的透过层，该声音的透过层允许低频率穿过，但是基本上不允许由同轴式扬声器发出的较高频率穿过，并至少基本上限制由同轴式扬声器发出的较高频率的穿透。声音的透过层形成为壳体的前表面(面)上的波导的一部分。
根据本发明的另一实施方案，用于形成声音的透过层的层为带孔材料、例如毛毡，或带有开孔结构的发泡塑料或纤维。
根据本发明的一个实施方案，扩音装置包括：壳体，该壳体具有限定了内部空间的前部、侧部和后部，该前部辐射出扩音装置的主要声能；以及与壳体相连的扬声器。根据该实施方案，扬声器连接在壳体的内侧，以致在内部空间的内侧形成次级空间，该次级空间由扬声器、壳体结构以及壳体的前部所限定，次级空间具有开设到壳体的侧部或后部的端口。在该实施方案的另一实施方案中，前部形成为三维的波导，该波导具有至少一个(通常为两个)位于三维的波导的中心处的扬声器。次级空间的端口通常开设到侧部，在一个实施方案中，该端口为U形槽，由该U形槽限定的平面基本上垂直于第一声音轴线。
通过本发明获得的优势
在本发明的帮助下能获得相当多的优势。
在本发明的一个实施例的帮助下，低频扬声器可以被覆盖，然而该扬声器的动力学特性的问题可以被避免。
在本发明的帮助下，扩音装置的整个前表面(面)能形成针对中频和高频的连续的波导。通过这种方式，从18-20000Hz的整个声音范围可以准确地指向一个“最有效点”，此外，由于扩音装置的完整的波导形式，其余的声能被分散到收听室内，使得扩音装置的壳体本身基本上不会影响沿主方向以外的其他方向上的频率响应。
也就是说，在作为波导表面的整个挡板不是平面就是仅部分弯曲的传统的扩音装置中，形成到其他方向上而不是“最有效点”上的信号会通过不可控的方式从收听室的壁上反射。然而，本发明提供了一种壳体，其中声音压力能最佳地分布在所有方向上，由此，对于人的耳朵来说，壁反射也能听起来很自然。
附图说明
在下文中，参照附图对本发明的某些优选的实施方案进行了描述，其中：
图1显示了根据本发明的一个优选的实施方案的扩音装置的正视图，
图2显示了根据图1的扩音装置的截面图。
图3显示了根据本发明的另一个优选的实施方案的扩音装置的正视图。
图4显示了根据本发明的使用2个扩音装置时的主要的波传播方式的俯视图。
图5显示了根据本发明的扩音装置的一个端部的立体图。
图6显示了图5中的实施方案的另一立体图。
图7显示了根据本发明的另一实施方案的扩音装置的截面图。
图8显示了根据图7的扩音装置的正视图。
优选实施方案的描述
所使用的附图标记的列表：
1 扩音装置
2 壳体
3 波导扬声器，同轴扬声器或仅为高音扬声器
4 低音扬声器，低频扬声器，另外的扬声器
5 用于低音扬声器、低频扬声器的前端口(开口)，其具有位于壳体2的表面上的外边缘，该边缘限定了前端口的边缘的平面
6 声音的选择性透过层
7 用于声音的透过层的支撑结构
8 三维的波导表面，也称为壳体2的前表面(面)，其辐射出主要的声能，具有光滑的连续表面，该光滑的连续表面具有围绕波导扬声器3的中心的轴对称特征
9 多个扩音装置的最有效点
10 第一声音轴线
11 第二声音轴线
12 高音扬声器
13 中音扬声器
15 壳体的前部(壁)，(也可以是波导表面8)，前侧挡板部分，前部辐射出主要的声能，并包括波导表面8，且具有垂直于第一声音轴线10的平面28
B1 波导扬声器3的频带
B2 非同轴扬声器4的频带
C 频带B1和频带B2之间的交叉频带
20 第一端口，也称为侧开口，其具有限定了壳体表面上的第一端口平面的外边缘
21 壳体的侧部(壁)
22 次级空间，也称为低音扬声器、低频扬声器的前侧空间，内部空间27的一部分
23 次级空间(前侧空间)的侧壁，其形成了扬声器4与壳体2之间的间隔物，侧壁23中间的切线相对于前部15的平面28具有不为零的夹角，通常为大约90度的夹角。
25 壳体的后部，其具有由后部25的中间形成的切线限定的平面，该平面通常平行于前部15的平面。根据本发明，后部25的平面可具有多种不同的角度。
26 环境空间
27 壳体2的内部空间
28 前部的平面
29 侧部21的平面，由该侧部21的中间的切线所确定
30 后部的平面，由该后部的中心的切线所确定
31 前端口5的平面
32 第一端口20的平面，前端口5的平面31和任一第一端口20的平面32具有大于0度、在第一端口20不位于后部25上时优选地大于45度的夹角α
33 间隔物，低音扬声器和前部15之间的部分，壳体2的内部部分或单独的元件
34 反射端口
α 前部5的平面31与第一端口20的平面32之间的夹角
根据图1所示的本发明的一个实施方案，扩音装置1包括同轴式波导扬声器3，该同轴式波导扬声器3包括高音扬声器12和包围其的中音扬声器13。同轴式扬声器3位于三维的波导表面8(亦即，壳体2的前表面(面))的中心处。波导表面8辐射出扬声器3的主要的声功率。波导部8具有光滑的连续表面，该光滑的连续表面具有围绕波导扬声器3的中心轴对称的特征。两个低音扬声器4设置在波导扬声器3的两侧，位于壳体2的内侧，并且针对低音扬声器4形成适当的端口(开口)5，以便使声能可以从壳体2内出去。
参照图2，开口5覆盖有声音的透过层6，该声音的透过层6形成波导表面8的一部分。如果需要的话，那么可通过支撑杆7从下方支撑声音的透过层6。低音扬声器4通常与声音的透过层6间隔开。
参照图1，两个低音扬声器4形成一个等效的、大的低音扬声器，尽管这两个低音扬声器都具有它们自己的声音轴线11，但是该等效的、大的低音扬声器基本上沿与波导扬声器3相同的声音轴线10进行辐射。
换言之，扩音装置1包括：第一扬声器3，该第一扬声器3构造成能产生第一频带B1以及相应的第一声音轴线10；以及第二扬声器4，该第二扬声器4构造成能产生第二频带B2，该第二频带B2与第一频带B1不同，但是可在交叉区域内重叠，并且该第二频带B2具有第二声音轴线11。壳体2包围上述扬声器3、4，并包括位于壳体2的前表面上且包围第一扬声器3的三维的波导8。该三维的波导8包括声音的选择性透过部分6，该声音的选择性透过部分6能使沿着相对于第一声音轴线10倾斜的方向传播的第一频带B1的声波基本上声反射，该声音的选择性透过部分6能使沿着第二声音轴线的方向传播的第二频带B2的声波基本上穿透过声音的选择性透过部分6，并且第二扬声器4位于壳体2的内侧，处于声音的选择性透过部分6的后方。
如上文所述，每个低音扬声器的第二声音轴线11都与第一声音轴线10不同轴，但是一起工作的多个低音扬声器(等效的低音扬声器)的合成轴线具有与同轴式扬声器、即波导扬声器3相同的声音轴线。然而，这种对称性并不是在本发明的所有实施方案中都需要的。轴线10和轴线11可以是平行的或不平行的。
参照图1和图2，低音扬声器4位于壳体2的内侧，以致能在低音扬声器4的前侧形成次级空间22，并且该次级空间22由低音扬声器4自身、侧壁23以及声音的选择性透过层6所限定。
次级空间(前空间)22的侧壁33形成扬声器4与壳体2之间的间隔物，其令次级空间22相对于壳体2的内部空间27的其余部分密封。更详细地，内部空间27由壳体2的壁(即，前部15、侧部21和后部25)所限定。
在本发明的某些实施方案中，声音的选择性透过层6可由机械式防护格栅替代，在这种情况下，该格栅限定了次级空间和内部空间27。有利地，第一端口20形成在次级空间22的侧壁23上并延伸到壳体2的侧部21，以便优化低音扬声器4的运行。在没有这些第一端口20的情况下，低音扬声器4的性能会受损。第一端口20可以位于任意的侧部21上，例如位于如附图所示的短的侧部21上，或者作为替代地位于长的侧部21上。
通常，第一端口20相对于第一轴线10和第二轴线11基本上正交地定向，更优选地相对于这些轴线处在60-120度的范围内。然而，当第一端口20导向壳体2的后部25(例如，通过通道)时，第一端口20的方向与轴线10和11的方向之间甚至可相差180度。
这些端口20的面积通常为用于低音扬声器4的开口5的面积的5-50％，更有利地处在用于低音扬声器4的开口5的面积的10-20％的范围内。由于第一端口20的总面积是关键特征，所以第一端口20可以如附图中所显示的那样相对于每个低音扬声器4仅为单个第一端口20，或者也可由多个第一端口20形成类似于格栅那样，该格栅具有与单个端口相应的面积。
第一端口20不应干扰三维的波导表面8，因此，它们有利地设置在壳体2的侧部21上。当然，这些第一端口20也可通过适当的管或通道(未显示)而导向壳体2的后部25。也就是说，第一端口20形成了通向处于壳体2的前部15的三维的波导表面8外侧的区域的空气流道。
通常，第二扬声器4位于壳体2的内侧，处于声音的选择性透过部分6的后侧并与其间隔开，从而能在壳体2的内侧形成次级空间22，并且该次级空间22通过扬声器4以及在扬声器4与壳体2的前部15之间形成为间隔物的侧壁23而与内部空间27隔开。
在本发明的备选实施方案中，选择性透过部分6可由不具有完整的选择透过特性的机械式保护格栅所替代。
图3显示了本发明的另一实施方案，其中多个开口5结合成为大的、带有圆弧的开口。
图4显示了根据本发明的扩音装置1的代表性定位，其中扩音装置朝向收听位置，即最有效点9。由于壳体2的整个前表面形成为波导表面8，所以能实现非常好的定向。另外，波导形式8导致所有频率能在收听室中朝向所有方向均匀分布，因此，来自于墙壁、天花板和地板的反射不会导致声音发生变化。图4还显示了扩音装置1的壳体2的前部15、侧部21和后部25。
图5和图6显示了本发明针对第一端口20的定位的一个实施方案。
图7和图8显示了另一实施方案的侧视图，其中每个低音扬声器4仅具有一个第一端口20，该第一端口20开向壳体的侧部。尤其可从图8中看出，第一端口20为U形槽，并且在其他实施方案中所显示的前端口5被封闭了，并被壳体15的形成波导表面8的前部所替代。
通常，根据本发明的扩音装置根据已知的低音反射原理来工作，其中低频扬声器4在包含在图7所示的壳体27内的空气以及反射端口34内的空气的顺应性帮助下实现共振调谐。
对于声音的选择性透过层6，“基本上反射”意味着至少50-100％、优选地在80-100％的范围内的声能被反射或吸收。
同样地，“基本上透过”意味着至少50-100％、优选地在80-100％的范围内的声能被透过。
在下文中提出了声音的选择性透过层6的另外的有利特性：
层6的厚度如下设置为有利的：
毛毡，厚度为约1-5mm
开孔泡沫塑料，厚度为约1-20mm，孔径小于1mm
细纤维，作为层6或层6的一部分
层6应当使波导扬声器3的声音辐射(频率通常在600Hz以上)衰减。
也就是说，层6应当具有作为频率的函数的声阻抗(或吸收)，并由此作为声音过滤器、通过以下方式起作用：
当来自于低音扬声器4的声音穿过时，为低通的
对来自于波导扬声器3的高频率进行衰减(例如，由具有高损失的震荡或吸收造成)，导致处于中频率和高频率的声波的强反射
对扬声器3的高频率进行高反射
有利地，层6通过以下方式形成洞或孔或它们的组合：
如果使用单个层6，那么洞应具有小于1mm的直径
如果使用多个层6，那么具有小于1mm的直径的洞是可行的
另外，如果使用多个层6，那么具有大于1mm的直径的洞是可行的(还未进行测试)
类似于毛毡和开孔塑料的微观结构是可行的
用于层6的理想的材料的特性如下：
透气(＝多孔)
最高到交叉频率C的低声音损失(低音扬声器4)
略微高于交叉频率C的高声音反射
满足上述标准的已知材料：
毛毡，约1-5mm厚
开孔泡沫塑料，约1-20mm厚，孔径小于1mm
层6可覆盖扩音装置的前侧(高音扬声器12除外)或仅覆盖洞5。
层6也可由根据对孔隙度和频率特性的上述需要的一个或多个层形成为金属结构，类似于网或格栅。这种结构例如可由一叠厚度为约0.2-2mm的穿孔的金属片或板形成。这种叠的特性可通过洞或孔的布局(分布)、洞或孔的比例(开口度)以及板之间的间距来调整。洞或孔隙的直径通常可以在大约0.3-3mm之间改变。片或板之间的间距通常在大约0.2-2mm之间。
上文中描述的金属结构是有利的，这是因为其特性可被自由地调节，并且例如为颜色的外部特性也可没有限制地选择。
交叉频率C通常如下：
低频率f＜600Hz(低音扬声器输出范围)
高频率f＞600Hz(中音扬声器和/或高音扬声器的输出范围)
根据本发明，下述设置可与大的波导8组合使用：
低音扬声器4设置在波导表面8的后侧
可使用两个或更多个(例如，4个)低音扬声器4，以便获得定向
另外，仅具有一个低音扬声器的实施方案也是可行的，但是除了由低音扬声器的空气移动表面的尺寸与扩音装置的壳体的前挡板的尺寸的结合所带来的那些好处之外，不会获得低频率的定向。
本发明还可通过以下方式进行描述：
扩音装置1包括壳体2，该壳体2限定了内部空间27并包括前侧挡板部分15(前部)，该前侧挡板部分15具有用于在壳体2的内部空间27与环境空间26之间提供流体通路的前端口5，以及从挡板部分15的边沿向后延伸的侧部21。侧部21形成壳体2的侧壁。壳体还包括后部25，该后部25通常与前侧挡板部分15基本上平行，并形成壳体2的后侧。扩音装置1还包括扬声器4，该扬声器4与壳体2相连，以使扬声器4与挡板部分15相距一定距离地设置，在壳体2的内侧形成次级空间22，次级空间22通过间隔物33形成在扬声器4和挡板部分15之间，其中所述前端口5作为次级空间22和壳体2的环境空间28之间的前端口。根据这种实施方案，第一端口20形成到壳体2的侧部21上或后部25上，以便使次级空间22与环境空间26彼此相连。

Claims (26)

1.一种扩音装置(1)，包括：
壳体(2)，所述壳体(2)具有限定了内部空间(27)的前部(15)、侧部(21)和后部(25)，
所述前部(15)形成为波导表面(8)，并包括位于所述波导表面(8)的中心的至少一个扬声器(12，13)，所述前部(15)能使所述扩音装置(1)的主要声能辐射到第一声音轴线(10)的方向上，以及
与所述壳体(2)相连的至少一个另外的扬声器(4)，
其特征在于，
所述另外的扬声器(4)连接在所述壳体(2)的内侧，以在所述内部空间(27)内形成次级空间(22)，所述次级空间(22)由所述扬声器(4)、位于所述扬声器(4)与所述前部(15)之间的间隔物(33)以及所述壳体(2)的前部(15)所限定，以及
至少一个第一端口(20)设置成从所述次级空间(22)开设到所述壳体(2)的侧部(21)或后部(25)而通向环境空间(26)。
2.根据权利要求1所述的扩音装置，其特征在于，所述扩音装置包括前端口(5)，所述前端口(5)开到所述前部(15)上，并被选择性透过层(6)所覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的扩音装置，其特征在于，所述扩音装置(1)包括两个另外的扬声器(4)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置，其特征在于，所述另外的扬声器(4)与所述内部空间(27)声音连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置，其特征在于，所述次级空间(22)的所述第一端口(20)作为U形的槽(20)开到所述侧部(21)上，由所述槽限定的平面基本上垂直于所述第一声音轴线(10)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置，其特征在于，前端口(5)的平面(31)与任一个所述第一端口(20)的平面(32)具有大于0度的夹角α，当所述第一端口(20)不位于所述后部(25)上时，所述夹角α优选地大于45度。
7.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置，其包括：
第一扬声器(3)，所述第一扬声器(3)构造成产生第一频带(B1)以及相应的第一声音轴线(10)，
第二扬声器(4)，所述第二扬声器(4)构造成产生第二频带(B2)，所述第二频带(B2)与所述第一频带(B1)不同，但能在交叉区域上重叠，并且所述第二频带(B2)具有第二声音轴线(11)，
壳体(2)，所述壳体(2)具有前部(15)、侧部(21)和后部(25)，与所述扬声器(3，4)相连，并包括位于所述壳体(2)的前部上且包围所述第一扬声器(3)的三维的波导(8)，
其特征在于，
所述三维的波导(8)包括声音的选择性透过部分(6)，所述声音的选择性透过部分(6)使沿相对于所述第一声音轴线倾斜的方向传播的所述第一频带(B1)的声波基本上声反射，
所述选择性透过部分(6)使沿所述第二声音轴线(11)的方向传播的所述第二频带(B2)的声波基本上透过所述选择性透过部分(6)，以及
所述第二扬声器(4)位于所述壳体(2)的内侧，处于所述声音的选择性透过部分(6)的后侧。
8.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，所述至少一个第一端口(20)的总面积通常为前端口(5)的面积的5-50％、有利地处在所述前端口(5)的面积的10-20％的范围内。
9.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，所述第一端口(20)通过通道或管道形成到所述壳体(2)的后部(25)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，所述第一端口(20)的平面(32)相对于第一声音轴线(10)具有80-180度的夹角。
11.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，第二声音轴线(11)与所述第一声音轴线(10)不同轴。
12.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，第二声音轴线(11)不与所述第一声音轴线(10)平行。
13.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由多孔材料制成。
14.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由多孔材料制成，其中孔径小于1mm。
15.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由毛毡制成，所述毛毡的厚度为约1-5mm。
16.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由开孔泡沫塑料制成，所述开孔泡沫塑料的厚度为约1-20mm。
17.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)覆盖所述扩音装置的除了高音扬声器(12)之外的整个前表面(8)。
18.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)仅覆盖开口(5)。
19.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，第一扬声器(3)包括两个同轴的扬声器(12，13)。
20.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，第一扬声器(3)仅包括一个扬声器(12，13)。
21.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由金属制成。
22.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由金属网制成。
23.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由多层金属网制成。
24.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由多层带有孔隙的金属片制成。
25.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，选择性透过部分(6)由相互间隔开0.2-2mm的片制成。
26.根据上述权利要求中任一项所述的扩音装置(1)，其特征在于，所述扩音装置(1)为低音反射扩音装置。
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