DE2309293C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Vibratoeffekts bei Tonsignalen - Google Patents

Vorrichtung zur Erzeugung eines Vibratoeffekts bei Tonsignalen

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DE2309293C3 DE19732309293 DE2309293A DE2309293C3 DE 2309293 C3 DE2309293 C3 DE 2309293C3 DE 19732309293 DE19732309293 DE 19732309293 DE 2309293 A DE2309293 A DE 2309293A DE 2309293 C3 DE2309293 C3 DE 2309293C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vibratoreffekts bei Tonsignalen,
insbesondere für elektronische Orgeln mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch·: ΐ.
Wenn ein Tonsignal die Laufzeitkette durchläuft, ändert es dabei seine Amplitude und Phasenlage. Diese Änderung ist von der Frequenz des Tonsignals
«5 abhängig. Wenn nun verschiedene Punkte der Laufzeitkette periodisch abgetastet werden, ergibt sich infolge der Vielfältigkeit der in einer solchen Laufzeitkette möglichen Reflektionen, Resonanzen und Laufzeitverschiebungen ein komplexes Vibrato, bei dem Amplitu- denänderungen, Frequenzänderungen und Phasenänderungen eine Rolle spielen. Diese Vorrichtung hat einen Effekt ähnlich demjenigen eines mechanischen Vibrato, wie es durch rotierende Lautsprecher oder rotierende Schallumlenkblenden erzeugt werden kann, kommt aber mit einem wesentlich geringeren Volumen-, Gewichts- und Leislungsaufwand aus.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 09 923) werden die einzelnen Punkte der Laufzeitkette nacheinander mit Hilfe eines Drehkondensators abgetastet. Zu diesem Zweck sind die abzutastenden Punkte mit je einem feststehenden Kondensatorsegment verbunden, während der Ausgang an einer kontinuierlichen drehbaren Kondensatorplatte angeschlossen ist. Auch hierbei benötigt man einen
mechanischen Antrieb, dessen Drehzahl zur Änderung des Vibratos änderbar ist.
Bei einer weiteren bekannten Schaltung (US-PS 60 785} werden mindestens zwei Auseänee einer
LC-Laufzeitkette durch Röhrenschalter angesteuert, die mit einer sehr hohen, über dem Hörbereich liegenden Frequenz geschaltet werden, wobei die jeweilige Einschaltdauer in Abhängigkeit von einer Vibratofrequenz änderbar ist
Bekannt ist es ferner (DE OS 22 37 594), in einem elektronischen Musikinstrument eine Wellenform zur Tonerzeugung und -steuerung dadurch zu erzeugen, daß eine Anzahl vor. Feldeffekttransistoren vorhanden sind, deren drain-source-Strecken mit Widerständen unterschiedlicher Groß«, in Reihe liegen und die gates der Feldeffekttransistoren nacheinander von an Zählerausgängen abgenommenen Rechteckimpulsen angesteuert werden. Die Widerstände liegen über eine Ausgangsleitung und einen gemeinsamen Lastwiderscand einer Gleichspannung. An der Ausgangsleitung kann dann ein treppenförmiges Signal abgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der der komplexe Vibratoeffekt rein elektrisch erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dieser Vorrichtung werden die einzelnen Punkte der Laufzeitkette mittels der Abtastmatrix elektronisch abgetastet. Die Abtastimpulse dienen nicht nur dazu, den jeweils gewünschten Punkt anzuwählen, sondern außerdem zur allmählichen Ein- und Ausblendung des an dem angewählten Punkt anstehenden Tonsignals, wobei während des Ausblendens des an einem Punkt abgenommenen Tonsignals das am nächsten Punkt anstehende Tonsignal eingeblendet wird. Bei entsprechender Formung und Überlappung der Abtastimpulse ergibt sich ein Übergang der einzelnen Abtastvorgänge, der vom Ohr als kontinuierlich empfunden wird. Infolgedessen entsteht ein angenehm klingendes komplexes Vibrato ohne Überlagerung durch ein von der Umschaltfrequenz hervorgerufenes Grundgeräusch.
Infolge des hohen Eingangswiderstands des verwendeten Feldeffekttransistors erfolgt eine gute Trennung zwischen Abtastimpulsen und Tonsignalen. Damit der Feldeffekttransistor trotz seiner nichtlinearen Kennlinie in der Steuerstufe verwendet werden kann, ist eine Rückführung vorgesehen, mit der sich eine lineare Abhängigkeit vom Augenblickswert der Abtastspannung und vom Dämpfungsfaktor ergtot. Die nichtlinearen Verzerrungen (Klirrfaktor) sind auf ein Mindestmaß reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß auf der dem ersten Eingang zugewandten Seite dieses Transistors eine zum gemeinsamen Ausgang führende Verstärkerstufe abzweigt. Solange kein Abtastimpuls vorhanden ist, wird das an dem betreffenden Punkt der Laufzeitkette anstehende Tonsignal an der Verstärkerstufe vorbei abgeleitet. Sobald aber der Transistor vom Abtastsignal allmählich in den sperrenden Zustand überführt wird, steigt die Spannung am Eingang der Verstärkerstufe, so daß die Amplitude des dem Ausgang zugeführten Tonsignals entsprechend ansteigt.
Mit besonderem Vorzug weist die Verstärkerstufe einen Transistor auf, der über einen Emitterwiderstand an derselben Versorgungsspannungsleitung, wie der eine Anschluß der drain-source-Strecke des Feldeffekttransistors liegt und dessen Emitter über einen der Rückführung dienenden Widerstand mit dem gate des Feldeffekttransistors ver'wnden ist, dem der Abtastimpuls über einen Vorwiderstand zuleitbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Impulsformungsteil den Abtastimpulsen entsprechende Treppenkurven aus zeitlich aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen unterschiedlicher Größe zusammensetzbar. Mit einer größeren Zahl von Rechteckimpulsen lassen sich Abtastimpulse jeder gewünschten Form sehr genau anpassen. Man kommt aber auch mit einer geringeren Zahl von Rechteckimpulsen pro Abtastimpuls aus, z. B. mit drei Rechteckimpulsen, wenn der
ίο Impulsformungsteil eine Glättungsschaltung aufweist, mit deren Hilfe die Ranken der Treppenkurven glättbar sind.
Mit besonderem Vorteil sind die Rechteckimpulse den Ausgängen eines elektronischen Zählers entnehm bar, dessen Eingang von einem Taktgenerator gespeist ist
Der Taktgenerator kann Stellglieder zum manuellen oder automatischen Verstellen der Taktfrequenz aufweisen. Je prößer die Taktfrequenz ist um so rascher werden die Punkte der Laufzeitkette ibgetastet Einen Anlaufeffekt, ähnlich wie bei einem von kleiner auf große Drehzahl umgeschalteten rotierenden Lautsprecher, erhält man, wenn man die Taktfrequenz automatisch, beispielsweise mit Hilfe eines sich aufladenden oder entladenden Kondensators verändert
In vielen Fällen empfiehlt es sich, an die Ausgänge des elektrischen Zählers Ober je einen Belastungswiderstand eine über der Ausgangsspannung des Zählers liegende Hilfsspannung anzuschließen. Auf diese Weise liegt an den Ausgängen normalerweise die Hilfsspannung, der sich die Abtastimpulse im negativen Sinn überlagern. Dies erlaubt es, auch Steuerstufen, die eine verhältnismäßig hohe Steuerspannung haben, mit Sicherheit in den voll leitenden Zustand zu bringen.
J5 Im einzelnen kann der elektronische Zähler eine größere Zahl von Ausgängen als der Impulsformungsteil haben und es können in der Widerstandsmatrix einseitig an einen Zählerausgang angeschlossene Widerstände gruppenweise den Ausgängen des Impuls-
<to formungsteils zugeordnet sein. Wenn die Zählerausgänge nacheinander leitend werden, ergeben sich in Abhängigkeit von der Größe der Widerstände unterschiedlich große Rechtecksignale, die durch die gruppenweise Zusammenfassung zu einem Abcastsignal führen.
Mit besonderem Vorteil sind die Widerstandsgruppen den Ausgängen des Impulsformungsteils derart zugeordnet, daß bei einem Durchgang des Zählers die Ausgänge des Impulsformungsteils einmal vorwärts und
so rückwärts hintereinander belegt, sind. Dies ergibt bei einer Kleinstzahl voti abzutastenden Punkten auch an den Extrempunkten kontinuierliche Übergänge, so daß sich der Effekt eines rotierenden Lautsprechers oder einer rotierenden Schallumlenkblende mit minimalem
Aufwand erreichen 13Bt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Vibratovorrichtung Umschalter zugeordnet, mit deren Hilfe einzelne Teile der Orgel (Obermanual, Untermanual, Pedal) wahlv eise über sie oder direkt an den
w) Orgelausgarg schaltbar sind.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeirpiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer mit der erfindungsge mäßen Vibratovorricbtung ausgestatteten elektroni schen Orgel in vereinfachter Darstellung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vibratovorrichtune.
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Verknüpfungsschaltung und
Fig.4 einen Teil-Schaltplan der erfindungsgemäßen Vibrato vorrich tung.
Die in F i g. I schematisch dargestellte Orgel besitzt einen Tongenerator 1, der 96 Einzeltöne erzeugt. Diese stehen am Obermanual 2, am Untermanual 3 und am Pedal 4 zur Verfügung. Den Orgelteilen 2 bis 4 sind Umschalter 5, 6 und 7 zugeordnet, mit denen die Töne dem Endverstärker ti und dem Lautsprecher 9 direkt to oder über die erfindungsgemäDe Vibratovorrichtung 10 zugeführt werden können. Hierbei ist es möglich, beispielsweise das Untermanual 3 über die Vibratovorrichtung 10, das Obermanual 2 und das Pedal 4 aber direkt auf den Endverstärker 8 wirken zu lassen, π Daneben können noch spezielle Effekte, hier eine Perkussionsschaltung 11 von einem Orgelteil auf den Endverstärker 8 geleitet werden.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Vibratovorrichtung 10 veranschaulicht. Ein Tonsignal Sl wird über einen Aufsprechverstärker 12 einer L-C-Laufzeitkette 13 zugeleitet. Diese hat 9 Ausgänge A 1 bis A 9, an denen in einem vorgegebenen Zeitpunkt jeweils unterschiedliche Tonsignale zur Verfügung stehen. Jeder dieser Ausgänge ist mit einem ersten Eingang £1 ir-> bis £9 einer Abtast-Matrix 14 verbunden, der über 9 zweite Eingänge FlO bis £18 Abtastsignale T zuführbar sind. Über einen gemeinsamen Ausgang A 10 ist ein mit Vibratoeffekt versehenes Tonsignal 52 über einen Ausgangsverstärker 15 abnehmbar.
Zur Bildung der Abtastimpulse Γ ist ein Taktgenerator 16 vorgesehen, dessen Taktfrequenz von Hand oder automatisch einstellbar ist. Er gibt Taktimpulse U an einen elektronischen Zähler 17 mit 32 Ausgängen A 11 bis A 42, an denen nacheinander Rechteckimpulse V auftreten. Nach jedem Durchgang beginnt der Zähler 17 wieder von vorn zu zählen. Die Zählerausgänge sind mit 32 Eingängen E19 bis £50 eines Impulsformungsteils 18 verbunden, in welchem durch zweckentsprechende Zusammensetzung unterschiedlich großen Rechteck- ίο spannungen und anschließende Flankenglättung an den Ausgang ist über einen Belastungswiderstand R 1 mit einer Sammelleitung 22 verbunden, die mit einer Hilfsspannung + U1 gespeist wird, die größer ist als die normale Ausgangsspannung des Zählers 17. Des weiteren sind die Ausgänge mit Widerständen R 2 und R 3 verbunden, die jeweils zu Gruppen zusammengefaßt sind. Jede Gruppe hat eine gemeinsame Ausgangsleitung 23. Diese Ausgangsleitungen werden über Querwiderstände R 4 auch noch mit Nachbargruppen verbunden. Wenn nacheinander an den Ausgängen des Zählers 17 negative Ein/elimpulse zur Verfügung stehen, ergibt sich in der Leiiung 23 ein Signal X. dessen Treppenkurve Vdem Abtastsignal entspricht. Mit Hilfe der Siebkondensatoren Cl und CT. sowie des Widerstandes /7 5 werden die Flanken der Treppenkurve Kabgeschliffen, so daß sich am Steiiereingang £11 der betrachteten Verknüpfungsschaltung der Abtastmatrix 14 das gewünschte Abtastsignal Tergibt.
In der Abtastmatrix sind neun derartige Leitungen 23 vorgesehen, die jeweils zu einem der Eingänge £ 10 bis £18 führen. An ihnen entsteht nacheinander je ein Abtastimpuls, wobei sich diese Impulse mehr oder weniger stark überlappen. Wie es durch die Verbindungsleitung 24 angedeutet ist, wird der Eingang £11 durch zwei Gruppen der Widerstände Rl und R3 versorgt. Infolgedessen können bei einem Durchlauf des Zählers 17 von »1« bis »32« die Steuereingänge £10 bis £18 in dieser Reihenfolge und anschließend wieder zurück von £18 bis £10 mit Abtasiimpulsen versorgt werden, wobei die Eingänge £11 bis £17 jeweils doppelt belegt sind.
Die Ausgänge A\ bis /4 9 der Laufzeitkette 13 werden direkt mit Knotenpunkten zwischen den Drosseln und Kondensatoren verbunden.
Als Steuerstufe dient hier ein Feldeffekttransistor 7Ί, dessen source mit einer Versorgungsleitung 25, dessen drain über einen Widerstand /?6 mit dem Eingang £2 und dessen gate über einen Vorwiderstand R 7 mit dem Eingang £11 verbunden ist. An der Versorgungsleitung liegt eine Versorgungsspannung + t/2, die durch einen Kondensator C3 stabilisiert ist. An einem Punkt 26
nacheinander und unter teilweiser Überlappung erscheinen.
In F i g. 3 ist schematisch eine Verknüpfungsschaltung veranschaulicht, mit der ein Paar von ersten und zweiten Eingängen £2 und £11 in der Abtastmatrix 14 miteinander verknüpft sind.
Die Verknüpfungsschaltung weist eine elektronische Sieuerstufe 19 auf, die, wenn ein Abtastsignal am so Eingang £11 vorhanden ist, das am Eingang £2 anstehende Tonsignal zum Ausgang A 10 hindurchläCt. Hierbei ergibt sich ein Tonsignal 53, dessen Amplitude in Abhängigkeit von der Augenblicksspannung des Abtastsignals Γ abhängig ist In die Ausgangsleitung ist ein Schaltelement 20 gelegt mit dessen Hilfe ein Rückführsignal W gewonnen wird, das dem geregelten Tonsignal 53 proportional ist Dieses Rückführsignal W wird in einer Mischschaltung 21 mit dem Abtastsignal T gemischt, wodurch sich ein linearer Betrieb auch bei nichtlinearen Gliedern in der Regelstufe ergibt.
Aus Fig.4 wird zunächst der Abtastimpulsgeber betrachtet Der Taktgenerator 16 versorgt einen aus zwei Teilen bestehenden Zähler 17. Jeder Teil besteht aus einem handelsüblichen Dekodier-ICI und -IC2 (beispielsweise ein 4-bit-Binär-Dekoder SN 74154). Die Ausgänge A 11 bis A 42 dieses Zählers sind zusätzlich mit ihrem numerischen Wert J bis 32 bezeichnet. Jeder
Z.WI3CIICII uiatn uitu TTiuciaiailu IWl lsi uuci enteil
Kondensator CA die Basis eines Transistors T2 angeschlossen. Dessen Emitter liegt über einen Wirierstand RS an der Versorgungsleitung 25, sein Kollektor über einen Widerstand R 9 an Masse. Am Kollektor zweigt die gemeinsame Ausgangsleitung A 10 ab, die auch von den Transistoren der anderen Verknüpfungsschaitungen der Matrix 14 gespeist wird. Zwischen den Emitter des Transistors 72 und das gate des Feldeffekttransistors Ti ist ein Rückführwiderstand R 10 geschaltet. Der Arbeitspunkt der Transistoren 7Ί und ΤΪ wird mit Hilfe eines Potentiometers PX eingestellt das in Reihe mit einem Widerstand R11 an der Versorgungsspannung t/2 liegt Die so abgegriffene Steuerhilfsspannung + U3 wird mit einem Kondensator C5 stabilisiert und über Vorwiderstände R 12 und R 13 weitergeleitet
Im Normalfall liegt am gate des Feldeffekttransistors Ti eine hohe Spannung; dieser ist deshalb voll leitend. Das am Eingang £2 anstehende Tonsignal wird daher abgeleitet Wenn die Spannung infolge des Abtastimpulses Γ sinkt nimmt die Leitfähigkeit des Transistors Tl ab. Die Spannung am Punkt 26 sinkt und es wird ein entsprechender Teil des Tonsignals an die Basis des Transistors T2 gelegt. Wenn der Transistor Π ganz sperrt hat dieses geregelte Tonsignal seine größte Amplitude. Durch die Rückkopplung über die Wider-
Standskombination RS — R 10 — R 7 wird die nicht lineare Kennlinie des Feldeffekttransistors Ti kompensiert.
Durch entsprechende Wahl der Form und der Überlappung der Abtastimpulse hat man es in der Hand, einen Vibratoeffekt zu erzeugen, der den Eindruck eines kontinuierlichen Übergangs vom Tonsignal einer Steuerstufe zum Tonsignal einer benachbarten Regelstufe erweckt. In den Vibratoeffekt kann auf vielfache
Weise eingegriffen werden, sei es durch Veränderung der Taktfrequenz des Generators 16, sei es durch Veränderungen an der Laufzeitkette 13.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich nicht nur zur Erzeugung eines Vibratoeffekts bei elektronischen Orgeln, sondern auch bei anderen Musikinstrumenten mit elektronischem Ausgang, also überall dort, wo Tonsignale verarbeitet werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    1. Verrichtung zur Erzeugung eines Vibratoeffekts bei Tonsignalen, insbesondere für elektronische Orgeln, bei der die Ausgangssignale durch zeitlich aufeinanderfolgendes, überlappendes Abtasten von mehreren Punkten einer durch die Tonsignale gespeisten LC-Laufzeitkette gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ausgangsseitig verbundene Verknüpfungsschaltungen, die je zwei Eingänge (ExIE10, E2IExx ... E9IE18) aufweisen, mit dem einen Eingang (Ex bis E9) an jeweils einem Abtastpunkt der Laufzeitkette (13) und mit dem anderen Eingang (Exo bis E]8) über jeweils eine einem Impulsformungsteil (18) zugehörende Widerstandsmatrix an jeweils mehrere aufeinanderfolgende Ausgänge (Ά« bis Aa) eines Abtastimpulsgebers (16, 17) angeschlossen sind, dessen Ausgänge .rucheinander mit einem Rechteckimpuls belegt sind, wobei die Widerstandsmatrizen so ausgebildet sind, daß das jeweils einem der anderen Eingänge (Ex0 bis Fj8) der Verknüpfungsschaltungen zugeleitete Signal einen allmählich ansteigenden und allmählich abfallenden Abtastimpuls (T) bildet und sich die jeweils aufeinanderfolgenden anderen Eingängen (Ex0 bis Ei8) zugeleiteten Abtastimpulse f7} zeitlich überlappen, und daß jede Verknüpfungsschaltung eine das dem einen Eingang (E1 bis E9) zugeführte Tonsignal mit einer Augenblicksamplitude nach M?3gabe der Augenblicksamplitude des dem anderen Eingang (Exo bis Ei8) zugeführten Abtastimpulses (7) zum Ausgai.g (A10) durchlassende Steuerstufe mit sinem Feldeffekttransistor (TX) aufweist, von dem ein Anschluß <jate) mit dem einen Eingang und ein zweiter Anschluß (drain) mit dem anderen Eingang verbunden ist und der mit einer Rückführung zur Linearisierung seiner Kennlinie versehen ist.
    2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem ersten Eingang (Ex bis E9) zugewandten Seite des Feldeffekttransistors (Ti) eine zum gemeinsamen Ausgang (A10) führende Verstärkerstufe (T2) abzweigt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkerstufe einen Transistor (T2) aufweist, der über einen Emitterwiderstand (R 8) an derselben Versorgungsspannungsleitung (23) wie der eine Anschluß der drain-source-Strecke des Feldeffekttransistors (TX) liegt und dessen Emitter über einen der Rückführung dienenden Widerstand (R 10) mit dem gate des Feldeffekttransistors verbunden ist. dem der Abtastimpuls (7) über einen Vorwiderstand (R 7) zuleitbar ist.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Impulsformungsteil (18) mittels der Widerstandsmatrix den Abtastimpulsen entsprechende Treppenkurven (Y) aus zeitlich aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen unterschiedlicher Größe zusammensetzbar sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformungsteil (18) eine Glättungsschaltung CCl, C2) aufweist, mit deren Hilfe die Flanken der Treppenkurve (Y) glättbar sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckimpulse den Ausgängen (Aw bis An) eines elektronischen Zählers
    (17) entnehmbar sind, dessen Eingang von einem Taktgenerator (16) gespeist ist,
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (16) Stellglieder
    zum manuellen oder automatischen Verstellen der Taktfrequenz aufweist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgänge (An bis A42) des elektronischen Zählers (17) über je einen Belastungswiderstand (R X) eine über der Ausgangsspannung des Zählers liegende Hilfsspannung (U X) angeschlossen ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Zähler (17) eine größere Zahl von Ausgängen als der Impulsformungsteil (18) hat und daß in der Widerstandsmatrix einseitig an einen Zählerausgang (>4ιι bis A42) angeschlossene Widerstände (R2, A3) gruppenweise den Ausgängen (Ά43 bis A51) des
    Impulsformungsteils zugeordnet sind
    !0. Vorrichtung nach Ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsgruppen den Ausgängen (A43 bis A51) des Impulsformungsteils (18) derart zugeordnet sind, daß bei einem Durchgang des Zählers (17) die Ausgänge des Impulsformungsteils einmal vorwärts und rückwärts hintereinander belegbar sind.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Umschalter (5, 6, 7) zugeordnet sind, mit deren Hilfe einzelne Teile der Orgel (Obermanual 2, Untermanual 3, Pedal 4) wahlweise über sie oder direkt an den Orgelausgang (8,9) schaltbar sind.
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