CN210515840U - 空间多点声场led可变色光柱显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空间多点声场LED可变色光柱显示装置，为解决现有技术不能满足空间声场显示多样化需要的问题，其包括多个并列成矩阵的声场显示柱，声场显示柱底部配置内置LED条形图显示驱动器的柱座、中部配置LED条形图显示驱动器驱动的多段动态显示LED灯柱、顶部配置控制LED条形图显示驱动器的拾音器；声场显示柱矩阵外周配置声源支架，声源支架上部配置向声场显示柱矩阵顶部拾音器播放声音的声源。具有能满足人们对空间声场显示的多样化需要，特别是空间声场显示教学及科普需要的优点。

Description

空间多点声场LED可变色光柱显示装置

技术领域

本实用新型涉及一种声场显示装置，特别是涉及一种空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置。

背景技术

声音（sound)是由物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象，它在我们的现实生活中无处不在，但是要直观的了解声音是如何以声波的形式在空间中传播和相互作用的，仅靠耳朵去感知是无法得到最具体形象的解释的，进而我们提出下述装置来将抽象的声波具体化展示出来，以便于更好的演示和反映声波在空间里的传播。但是，现有常用的音响显示都是二维的，远不能满足人们对空间声场显示的多样化需要，特别是空间声场显示教学及科普的需要。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能满足空间声场显示教学及科普需要的空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置。

为实现上述目的，本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特别之处在于包括多个并列成矩阵的声场显示柱，声场显示柱底部配置内置LED条形图显示驱动器的柱座、中部配置LED条形图显示驱动器驱动的多段动态显示LED灯柱、顶部配置控制LED条形图显示驱动器的拾音器；声场显示柱矩阵外周配置声源支架，声源支架上部配置向声场显示柱矩阵顶部拾音器播放声音的声源。此装置采用“化无形为有形”的手法，将不可观物体转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱。通过空间LED灯柱的摆放，实现将空间中抽象物体分布演示出来的效果，LED灯柱则帮助我们以三维形式体现其分布及大小，效果更加直观，让人更易理解抽象物体在空间中的运动状态及传播。具有能满足人们对空间声场显示的多样化需要，特别是空间声场显示教学及科普需要的优点。

作为优化，声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源；或者声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源，电源通过拾音器电连LED条形图显示驱动器拾音信号输入端。

作为优化，各声场显示柱的LED条形图显示驱动器通过各自柱座上的单元连接插口连接电源。

作为优化，LED条形图显示驱动器为用于电压模拟显示，电流模拟显示的LED十段电平显示专用芯片。其电路原理是强度分布的音源向空间分布的拾音器传声，拾音器通过LED十段电平显示专用芯片进行显示驱动的环绕声场显示柱矩阵进行声场显示。

作为优化，柱座向上固装顶部配置拾音器的透明玻璃管，柱座内置的LED条形图显示驱动器的显示驱动输出端电连透明玻璃管内置的LED灯柱，LED条形图显示驱动器的拾音信号输入端电连拾音器。

作为优化，所述声源是能对声音强度分布进行调整的声强分布可调声源。

作为优化，声源支架包括一个环绕声场显示柱矩阵外周的底环座，底环座向上固装竖向伸缩支架，竖向伸缩支架上端配置声源的音源发声器。

作为优化，竖向伸缩支架上端配置隔音屏，音源发声器配置在隔音屏内，隔音屏用于隔绝环境声音对声场显示柱矩阵顶端拾音器的影响。所述竖向伸缩支架为对称分布的两根或为周向均匀分布的三根或以上的多根竖向伸缩柱。竖向伸缩柱包括底环座向上固装的下管，下管内套向上伸出的上柱，下管上口与其内套的上柱之间配置手动伸缩固定锁定机构。手动伸缩固定锁定机构是下管上口固装上套座，上套座通过横向内丝孔配置外端带手柄、用于内向抵住上柱的丝杆。顺时针向里拧丝杆时，能使丝杆内尖端抵住上柱，锁定上柱；逆时针向外拧丝杆时，能使丝杆内尖端远离上柱，松开上柱，待上或下调整好上柱高度时，再顺时针向里拧丝杆，能使丝杆内尖端抵住上柱，锁定上柱。

作为优化，所述隔音屏是能使发出的声音在此层中传播，有利于避免外界环境声音影响，从而有利于探究声音波形的声音防衰减层屏。声音防衰减层屏为竖圆管形，竖圆管形声音防衰减层屏固定在竖向伸缩支架上端，竖圆管形声音防衰减层屏内周配置两个相对分布的音源发声器或多个周向均匀分布的内向音源发声器。音源发声器为金属膜喇叭。所述声源是从无线蓝牙或数字信号发生器获取声源信号的立体声源，立体声源通过左右金属膜喇叭和声音防衰减层屏形成声场作用管腔，声场作用管腔的声音被各个拾音器的高灵敏度动圈叭采集，各拾音器采集的声音最终体现在各自十段动态显示上，这里十段动态显示具体是指各个LED十段电平显示专用芯片驱动的十段LED灯柱。

作为优化，隔音屏是向下遮罩声场显示柱矩阵的半球壳形穹罩，穹罩内面配置有与音源发声器滑配的圆周向弧形轨道，音源发声器与圆周向弧形轨道滑配的同时，还通过手动锁定机构与圆周向弧形轨道锁定。底环座内周配置用于支撑柱座1的吸音底板。

总之，随着近几年来科学技术的快速发展，3D 技术的研发与应用已经走过了几十年的前期摸索阶段，其技术的成熟度、完善度、易用性、人性化、经济性等都已经取得了巨大的突破。3D 显示由于其存在的深度信息，能够实现很多 2D 显示所不具备的功能。就应用方面而言，三维世界的当下，对于 3D 视觉的需求是极为庞大的。可以说，空间多点声场LED 可变色光显示装置正是 2D 到 3D 的平滑过渡的实践。本实用新型空间多点声场 LED可变色光柱显示装置采用“化无形为有形”的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱，从而更加直观的显示三维空间声场强度的变化情况。

本实用新型20点空间声场强度分布 LED 可变色光柱动态显示装置，可以满足物理教学时向学生更加直观展示比较抽象的声波干涉和声波衍射的现象，直观、动态地显示出不同频率、不同幅度和不同传播方向的声音在空间中产生的的声场叠加分布。本装置属于物理声学干涉演示实验领域。为了在物理声学教学中更加形象地展示管腔中两音源声场干涉叠加的空间分布的功能，我们借助了现代电子和LED显示技术，设计了专用的功能组合电路，以保证此发明产品的功能独特性和使用稳定性和可靠性，将二维电路进行20路重叠构建，实现空间声场强度分布LED可变色光柱动态显示。

通过蓝牙收音装置驱动管腔两端的金属模动圈喇叭，可将管腔中调控发出不同频率和强度的声波，利用在管腔壁内周等间距安装的20只高灵敏度动圈麦克采集管腔内各对应点的声场强度信号，并通过对应的竖直排列立体三维灯柱的显示高度的变化，动态展现管腔中对应点位的声场强度的空间分布。

此演示装置的各路LED灯柱单元可独立运行，也可以自由组合成用户需要的特定空间声场强度分布显示阵列，实现快速的自由空间声场分布的动态显示和采集。

本发明能够更加直观的显示出在空间中不同位置的声场强度分布情况，使声学研究中涉及的比较抽象的“空间叠加”和“相消干涉”现象能够以对应位置的“LED 灯柱显示幅度的动态变化”更令人易于接受的视觉直观形式展现出来。

音源连接电源 Vcc，与装置的负极连接端一起形成电路，给装置供电。当音源发出不同频率的声音后，由传感器感应出声音的空间分布状态。经由导线传至下端十段电平处，经芯片作用后再原路返回传至有机玻璃中的 LED 灯柱显示驱动。 音频之间的影响和作用大小通过 LED 灯柱的亮、灭高低反映出来。

我们采用基础电路的实现方式，避免了由于单片机等模块加入后而产生的各种干扰、不兼容、对装置其它部件产生干扰的问题。利用最基本经济的原材料尽量实现比较理想的功能，使其产生稳定可观的动态演示现象。外观上采用便于人们理解与观赏的柱状灯柱显示方法，增强其美观性；底座方面采用可以滑动的方式，可以实现装置的多种组合形式，使装置具有整体性。

本申请的优点或有益效果：此装置采用“化无形为有形”的手法，将不可观物体转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱。通过空间LED灯柱的摆放，实现将空间中抽象物体分布演示出来的效果，LED灯柱则帮助我们以三维形式体现其分布及大小，效果更加直观，让人更易理解抽象物体在空间中的运动状态及传播。①本装置可作为教学演示装置在中小学进行推广，可有助于理解空间声场的干涉相消现象以及声场在空间的分布；②基于本装置的美观娱乐性可进一步发展为具有观赏价值的玩具；③作为声音调试装置调节会场中音响的排放从而达到一个更好的声音传播效果；应用价值高，并且融入了最新的应用前沿技术，将抽象物体具体化便于理解其中机理，对应用测量和现象演示具有明确且直观的展示，在具体教学和实际测量及科普中具有实际性的意义。

具体是：音源：发出不同频率的声音。固定在旁侧可垂直上下伸缩的支架上，两侧相对放置的音源发声器可以发出两波中相互影响的声波，进而由拾音器感应并引起后续反应。

旁侧支架：由可以上下伸缩的金属材料制成。上下伸缩可以调整水平高度，便于实验的测量和效果的显示。单元连接插口：置于柱座两侧，用于连接各个单元。柱座就是各单元的柱座。内部放置核心部件，控制整体装置的正常工作产生作用。拾音器是空间音源感应器，用于接受由音源发出的不同频率的声音，感应后经由透明塑料管后传入柱座中的芯片中引起作用。柱体外壳：由有机玻璃管制成，作为放置和保护LED灯柱的外壳；透明的可视材料使LED 灯柱显示更为明显，由透明塑料管内部导线用于连接拾音器与柱座内部芯片。作为导线，连接拾音器与内部芯片，拾音器将接收到的信号经由导线传至内部芯片，经芯片作用后再经由导线将信号传到LED灯柱中，以光信号的方式显示出。LED 灯柱：以光柱的形式显示现象。根据传出的信号显示出不同的高度，进而反映出音源信号的强弱。声音防衰减层：使音源中发出的声音在此层中传播，更好的避免外界影响，从而探究声音的波形。

本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置采用“化无形为有形”的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱。1.声波转化为电信号。2.装置便携通过移动可接收空间各点的声波。3.灯柱排列立体直观，易于观察。4.不只是单一的显示，而是可根据实际情况组合拼接，调整可控。5.就实用而言，此装置可应用于教学演示、实际测量、生活装饰、商业应用、科普等，使人们的日常生活更富有创意。

采用上述技术方案后，本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置具有采用化无形为有形的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱，可应用于教学演示、实际测量、生活装饰、商业应用，科普等，使人们的日常生活更富有创意的优点。

附图说明

图1是本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置的电路原理图；图2是本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置的整体原理图；图3是本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置声场显示柱的结构示意图；图4是本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置的整体结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置包括多个并列成矩阵的声场显示柱，声场显示柱底部配置内置LED条形图显示驱动器的柱座1、中部配置LED条形图显示驱动器驱动的十段动态显示LED灯柱2、顶部配置控制LED条形图显示驱动器的拾音器3；声场显示柱矩阵外周配置声源支架，声源支架上部配置向声场显示柱矩阵顶部拾音器3播放声音的声源。

声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源；或者声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源，电源通过拾音器3电连LED条形图显示驱动器拾音信号输入端。各声场显示柱的LED条形图显示驱动器通过各自柱座1上的单元连接插口10连接电源。

LED条形图显示驱动器为用于电压模拟显示，电流模拟显示的LED十段电平显示专用芯片。柱座1向上固装顶部配置拾音器3的透明玻璃管5，柱座1内置的LED条形图显示驱动器的显示驱动输出端电连透明玻璃管5内置的十段动态显示LED灯柱2，LED条形图显示驱动器的拾音信号输入端电连拾音器3。所述声源是能对声音强度分布进行调整的声强分布可调声源。如图1所示，其电路原理是强度分布的音源向空间分布的拾音器传声，拾音器通过LED十段电平显示专用芯片进行显示驱动的环绕声场显示柱矩阵进行声场显示。

声源支架包括一个环绕声场显示柱矩阵外周的底环座6，底环座6向上固装竖向伸缩支架7，竖向伸缩支架7上端配置声源的音源发声器4。

竖向伸缩支架7上端配置圆管状隔音屏8，音源发声器4配置在隔音屏8内，隔音屏8用于隔绝环境声音对声场显示柱矩阵顶端拾音器3的影响。所述竖向伸缩支架7为对称分布的两根竖向伸缩柱，也可为周向均匀分布的三根或以上的多根竖向伸缩柱。竖向伸缩柱包括底环座向上固装的下管，下管内套向上伸出的上柱，下管上口与其内套的上柱之间配置手动伸缩固定锁定机构。手动伸缩固定锁定机构是下管上口固装上套座，上套座通过横向内丝孔配置外端带手柄、用于内向抵住上柱的丝杆。顺时针向里拧丝杆时，能使丝杆内尖端抵住上柱，锁定上柱；逆时针向外拧丝杆时，能使丝杆内尖端远离上柱，松开上柱，待上或下调整好上柱高度时，再顺时针向里拧丝杆，能使丝杆内尖端抵住上柱，锁定上柱。如图2所示，所述声源是从无线蓝牙或数字信号发生器获取声源信号的立体声源，立体声源通过左右金属膜喇叭和声音防衰减层屏形成声场作用管腔，声场作用管腔的声音被各个拾音器的高灵敏度动圈叭采集，各拾音器集的声音最终体现在各自十段动态显示上，这里十段动态显示具体是指各个LED十段电平显示专用芯片驱动的十段LED灯柱。

所述隔音屏8是能使发出的声音在此层中传播，有利于避免外界环境声音影响，从而有利于探究声音波形的声音防衰减层屏。声音防衰减层屏为竖圆管形，竖圆管形声音防衰减层屏固定在竖向伸缩支架7上端，竖圆管形声音防衰减层屏内周配置两个相对分布的音源发声器4，也可以是多个周向均匀分布的内向音源发声器。音源发声器4为金属膜喇叭。或者隔音屏是向下遮罩声场显示柱矩阵的半球壳形穹罩，穹罩内面配置有与音源发声器滑配的圆周向弧形轨道，音源发声器与圆周向弧形轨道滑配的同时，还通过手动锁定机构与圆周向弧形轨道锁定。底环座内周配置用于支撑柱座1的吸音底板。所述声源是从无线蓝牙或数字信号发生器获取声源信号的立体声源，立体声源通过左右金属膜喇叭和声音防衰减层屏形成声场作用管腔，声场作用管腔的声音被各个拾音器的高灵敏度动圈叭采集，各拾音器采集的声音最终体现在各自十段动态显示上，这里十段动态显示具体是指各个LED十段电平显示专用芯片驱动的十段LED灯柱。

总之，随着近几年来科学技术的快速发展，3D 技术的研发与应用已经走过了几十年的前期摸索阶段，其技术的成熟度、完善度、易用性、人性化、经济性等都已经取得了巨大的突破。3D 显示由于其存在的深度信息，能够实现很多 2D 显示所不具备的功能。就应用方面而言，三维世界的当下，对于 3D 视觉的需求是极为庞大的。可以说，空间多点声场LED 可变色光显示装置正是 2D 到 3D 的平滑过渡的实践。本实用新型空间多点声场 LED可变色光柱显示装置采用“化无形为有形”的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱，从而更加直观的显示三维空间声场强度的变化情况。

本实用新型20点空间声场强度分布 LED 可变色光柱动态显示装置，可以满足物理教学时向学生更加直观展示比较抽象的声波干涉和声波衍射的现象，直观、动态地显示出不同频率、不同幅度和不同传播方向的声音在空间中产生的的声场叠加分布。本装置属于物理声学干涉演示实验领域。为了在物理声学教学中更加形象地展示管腔中两音源声场干涉叠加的空间分布的功能，我们借助了现代电子和LED显示技术，设计了专用的功能组合电路，以保证此发明产品的功能独特性和使用稳定性和可靠性，将二维电路进行20路重叠构建，实现空间声场强度分布LED可变色光柱动态显示。

通过蓝牙收音装置驱动管腔两端的金属模动圈喇叭，可将管腔中调控发出不同频率和强度的声波，利用在管腔壁内周等间距安装的20只高灵敏度动圈麦克采集管腔内各对应点的声场强度信号，并通过对应的竖直排列立体三维灯柱的显示高度的变化，动态展现管腔中对应点位的声场强度的空间分布。

此演示装置的各路LED灯柱单元可独立运行，也可以自由组合成用户需要的特定空间声场强度分布显示阵列，实现快速的自由空间声场分布的动态显示和采集。

本发明能够更加直观的显示出在空间中不同位置的声场强度分布情况，使声学研究中涉及的比较抽象的“空间叠加”和“相消干涉”现象能够以对应位置的“LED 灯柱显示幅度的动态变化”更令人易于接受的视觉直观形式展现出来。

音源连接电源 Vcc，与装置的负极连接端一起形成电路，给装置供电。当音源发出不同频率的声音后，由传感器感应出声音的空间分布状态。经由导线传至下端十段电平处，经芯片作用后再原路返回传至有机玻璃中的 LED 灯柱显示驱动。 音频之间的影响和作用大小通过 LED 灯柱的亮、灭高低反映出来。

我们采用基础电路的实现方式，避免了由于单片机等模块加入后而产生的各种干扰、不兼容、对装置其它部件产生干扰的问题。利用最基本经济的原材料尽量实现比较理想的功能，使其产生稳定可观的动态演示现象。外观上采用便于人们理解与观赏的柱状灯柱显示方法，增强其美观性；底座方面采用可以滑动的方式，可以实现装置的多种组合形式，使装置具有整体性。

本申请的优点或有益效果：此装置采用“化无形为有形”的手法，将不可观物体转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱。通过空间LED灯柱的摆放，实现将空间中抽象物体分布演示出来的效果，LED灯柱则帮助我们以三维形式体现其分布及大小，效果更加直观，让人更易理解抽象物体在空间中的运动状态及传播。①本装置可作为教学演示装置在中小学进行推广，可有助于理解空间声场的干涉相消现象以及声场在空间的分布；②基于本装置的美观娱乐性可进一步发展为具有观赏价值的玩具；③作为声音调试装置调节会场中音响的排放从而达到一个更好的声音传播效果；应用价值高，并且融入了最新的应用前沿技术，将抽象物体具体化便于理解其中机理，对应用测量和现象演示具有明确且直观的展示，在具体教学和实际测量及科普中具有实际性的意义。

具体是：音源：发出不同频率的声音。固定在旁侧可垂直上下伸缩的支架上，两侧相对放置的音源发声器可以发出两波中相互影响的声波，进而由拾音器感应并引起后续反应。

旁侧支架：由可以上下伸缩的金属材料制成。上下伸缩可以调整水平高度，便于实验的测量和效果的显示。单元连接插口：置于柱座两侧，用于连接各个单元。柱座就是各单元的柱座。内部放置核心部件，控制整体装置的正常工作产生作用。拾音器是空间音源感应器，用于接受由音源发出的不同频率的声音，感应后经由透明塑料管后传入柱座中的芯片中引起作用。柱体外壳：由有机玻璃管制成，作为放置和保护LED灯柱的外壳；透明的可视材料使LED 灯柱显示更为明显，由透明塑料管内部导线用于连接拾音器与柱座内部芯片。作为导线，连接拾音器与内部芯片，拾音器将接收到的信号经由导线传至内部芯片，经芯片作用后再经由导线将信号传到LED灯柱中，以光信号的方式显示出。LED 灯柱：以光柱的形式显示现象。根据传出的信号显示出不同的高度，进而反映出音源信号的强弱。声音防衰减层：使音源中发出的声音在此层中传播，更好的避免外界影响，从而探究声音的波形。

本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置采用“化无形为有形”的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱。1.声波转化为电信号。2.装置便携通过移动可接收空间各点的声波。3.灯柱排列立体直观，易于观察。4.不只是单一的显示，而是可根据实际情况组合拼接，调整可控。5.就实用而言，此装置可应用于教学演示、实际测量、生活装饰、商业应用、科普等，使人们的日常生活更富有创意。

本实用新型空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置具有采用化无形为有形的手法，将无形声波转化为可易于观察强弱、大小的有形光柱，可应用于教学演示、实际测量、生活装饰、商业应用，科普等，使人们的日常生活更富有创意的优点。

Claims (10)

1.一种空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于包括多个并列成矩阵的声场显示柱，声场显示柱底部配置内置LED条形图显示驱动器的柱座、中部配置LED条形图显示驱动器驱动的多段动态显示LED灯柱、顶部配置控制LED条形图显示驱动器的拾音器；声场显示柱矩阵外周配置声源支架，声源支架上部配置向声场显示柱矩阵顶部拾音器播放声音的声源。

2.根据权利要求1所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源；或者声场显示柱的LED条形图显示驱动器和声源连接电源，电源通过拾音器电连LED条形图显示驱动器拾音信号输入端。

3.根据权利要求2所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于各声场显示柱的LED条形图显示驱动器通过各自柱座上的单元连接插口连接电源。

4.根据权利要求1所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于LED条形图显示驱动器为用于电压模拟显示，电流模拟显示的LED十段电平显示专用芯片。

5.根据权利要求1所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于柱座向上固装顶部配置拾音器的透明玻璃管，柱座内置的LED条形图显示驱动器的显示驱动输出端电连透明玻璃管内置的LED灯柱，LED条形图显示驱动器的拾音信号输入端电连拾音器。

6.根据权利要求1所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于所述声源是能对声音强度分布进行调整的声强分布可调声源。

7.根据权利要求1所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于声源支架包括一个环绕声场显示柱矩阵外周的底环座，底环座向上固装竖向伸缩支架，竖向伸缩支架上端配置声源的音源发声器。

8.根据权利要求7所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于竖向伸缩支架上端配置隔音屏，音源发声器配置在隔音屏内，隔音屏用于隔绝环境声音对声场显示柱矩阵顶端拾音器的影响。

9.根据权利要求8所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于所述隔音屏是能使发出的声音在此层中传播，有利于避免外界环境声音影响，从而有利于探究声音波形的声音防衰减层屏。

10.根据权利要求8所述空间多点声场 LED 可变色光柱显示装置，其特征在于隔音屏是向下遮罩声场显示柱矩阵的半球壳形穹罩，穹罩内面配置有与音源发声器滑配的圆周向弧形轨道，音源发声器与圆周向弧形轨道滑配的同时，还通过手动锁定机构与圆周向弧形轨道锁定。

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