EP0677978B1 - Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher - Google Patents

Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher Download PDF

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EP0677978B1 EP95105163A EP95105163A EP0677978B1 EP 0677978 B1 EP0677978 B1 EP 0677978B1 EP 95105163 A EP95105163 A EP 95105163A EP 95105163 A EP95105163 A EP 95105163A EP 0677978 B1 EP0677978 B1 EP 0677978B1
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers

Definitions

  • the invention relates to a device for signal transmission from an amplifier to a speaker according to the preamble of claim 1.
  • a speaker cable is said to be that supplied by the amplifier Signal in all frequency ranges is unadulterated transfer. Because HiFi power amplifiers, however, basically Voltage amplifier with higher current carrying capacity are and have an output resistance that is about 0 ohms, but the speaker is a voice coil current generate proportional sound signal the electrical properties of the line connection essential.
  • the electrical properties a speaker cable can be through the Resistance covering, the dissipation covering, the inductance covering and describe the capacity.
  • the ohmic resistance of the cable is due to the conductivity of the conductor material and its geometric Dimensions determined. The derivative is based on the dielectric Losses attributed to inductive Resistance of the cable is a consequence of the through the electrical current flow-establishing magnetic field. The inductive resistance increases with increasing frequency and leads to a phase shift between current and tension.
  • phase errors cause one Blur locability both in width and even in the depth of the room. Because the ear is oriented not just the intensity differences, but also on the phase relationship between the basic and Overtones. In this respect, the transmission behavior high demands are placed on speaker cables.
  • the invention has for its object a device for signal transmission from an amplifier to create a speaker with which the signals can be transmitted almost unadulterated.
  • the device according to the invention shows in its simplest Embodiment an outgoing conductor for the outgoing line of the electrical signals and a return conductor for the return of the electrical signals on the form a cable harness.
  • a forward and return conductor in the device according to the invention from a common Enclosed ferrite sheathing so that the Stray field residues due to the high magnetic coupling the conductor compensate. It has been in listening tests shown that the transmission properties of the device audibly improved by the magnetic coupling become. This manifests itself in an improved location and a warmer sound.
  • the sheathing advantageously consists of a chain of ferrite cores that are on the wiring harness or are lined up on the cable harnesses. If that Cables can only have one cable harness, tube cores find use as sheathing. In a preferred one Embodiment with two cable strands are the Strands through the two openings of ferrite double-hole cores guided.
  • a the tendency of the amplifier to vibrate suppressing attenuator on the speaker side End of the cable is provided.
  • the Attenuator loads the series resonant circuit ohmic with increasing frequency, so the quality value is strong is lowered (Q ⁇ 1) and self-excitation no longer can be stimulated.
  • Q ⁇ 1 Quality of the amplifier
  • the attenuator on the load side Cable end can be used a cable that a low inductance and a high one Has capacitance without the amplifier under certain operating conditions could become unstable. Therefore, long cable lengths are too special lead high capacity in the invention Device harmless.
  • the attenuator is preferably an R / C series link. It should be dimensioned so that it is for the critical frequency range of 1-5 MHz, in which the Amplifier due to the phase shift an oscillator-like Behavior can show like a low-resistance Load acts and the series resonant circuit stronger dampened. To increase security will be advantageous several R / C series links connected in parallel used with different corner frequencies.
  • a tuner that consists of a Series inductance L and / or a series resistor R exists.
  • the device for signal transmission from an amplifier to a speaker consists of a cable 1 with a sheath 2 made of magnetically conductive Material and a tuning member 3 on the amplifier side End of the cable and an attenuator 4 on speaker end of the cable.
  • Fig. 1 shows the cable 1 with the connection housings 5,6, which the tuning member 3rd and absorb the attenuator 4. From the junction boxes 5.6 protrude short connection cables 7.8 with suitable Plugs 9,10 for connecting the amplifier or Speaker.
  • the cable 1 has two wire harnesses 11, 11 ', each of which three leads 12, 12 'for the lead of the electrical Signals and three return lines 13, 13 'for the Return of the electrical signals exist.
  • the forward and return conductors 12, 12 ', 13, 13' are made of strands ninety twisted enamelled copper wires each. Because the conductors consist of a large number of individual conductors the surface of the ladder is enlarged, which reduces the skin effect. At the same time compensate for those arising from each individual line Magnetic fields and thereby reduce the inductance.
  • Fig. 3 shows a section through the double-hole ferrite cores 16 on the two cable runs 11, 11 ' are lined up and the casing 2 made of magnetic form conductive material.
  • the ferrite cores 16 have a substantially rectangular profile on and are provided with two parallel recesses 15, 15 ', which the cable harnesses with the outgoing and return conductors take up.
  • Fig. 5 shows the block diagram of the device for Signal transmission from an amplifier 17 to one Loudspeakers 22.
  • the contacting of the forward and return conductors 12, 12 ', 13, 13' takes place with contacting elements 18.18 'in the amplifier and speaker side Junction boxes 5.6 are provided.
  • the speaker-side connection housing 6 also contains the attenuator 4. This is necessary to ensure stable operation of the amplifier 17 with the low-inductance cable 1 of the device.
  • the attenuator 4 consists of a parallel connection of two R / C series members 19, 19 ', which are each connected in parallel to the contacting elements 18, 18'.
  • the resistors R 1 and R 2 have a resistance which is approximately between 3 and 8 ohms.
  • the inductance of the capacitors C 1 and C 2 is greater than 0.1 ⁇ F.
  • the attenuator 4 has the task of ohmic load the cable 1 at high frequencies in the order of 1-5 MHz and thus to prevent series resonance due to the inductive effect of the amplifier due to the cable capacitance.
  • the amplifier-side connection housing 5 contains the tuning element 3.
  • the tuning element 3 consists of a series inductance lying between the amplifier output and the forward line of the cable 1. This is formed by the series connection of the two coils L 1 and L 2 from a few wire turns with an inductance of approximately 0.1-1 ⁇ H. With a wire bridge 20, which is provided with plug-in elements, the level of the series inductance can be adapted to the amplifier 17. The coils can also be short-circuited.
  • the tuning member 5 also has a series resistance. This is formed by the series connection of the two resistors R 3 and R 4 , which can also be bridged individually with the wire bridge 21. This allows you to change the character of the sound and to adjust the cable for different cable lengths of the left and right channels.
  • the device only a speaker-side attenuator on.
  • the cable can shorter lengths but also without a tuning link and Attenuator are operated.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Lautsprecherkabel soll das vom Verstärker gelieferte Signal in allen Frequenzbereichen unverfälscht übertragen. Da HiFi-Leistungsverstärker jedoch grundsätzlich Spannungsverstärker mit höherer Strombelastbarkeit sind und einen Ausgangswiderstand haben, der gegen 0 Ohm geht, Lautsprecher aber ein dem Schwingspulenstrom proportionales Schallsignal erzeugen, sind die elektrischen Eigenschaften der Leitungsverbindung von wesentlicher Bedeutung. Die elektrischen Eigenschaften eines Lautsprecherkabels lassen sich durch den Widerstandsbelag, den Ableitungsbelag, den Induktivitätsbelag und den Kapazitätsbelag beschreiben. Der ohmsche Widerstand des Kabels wird durch die Leitfähigkeit des Leitermaterials sowie dessen geometrische Abmessungen bestimmt. Die Ableitung ist auf die dielektrischen Verluste zurückzuführen, während der induktive Widerstand des Kabels eine Folge des sich durch den elektrischen Stromfluß aufbauenden Magnetfelds ist. Der induktive Widerstand nimmmt mit steigender Frequenz zu und führt zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung.
Aufgrund der Höreigenschaften des menschlichen Ohrs sind Phasenfehler bei der Übertragung eines Signalspektrums besonders kritisch. Phasenfehler verursachen ein Verschwimmen der Ortbarkeit sowohl in der Breite als auch in der Tiefe des Raums. Denn das Ohr orientiert sich nicht nur an den Intensitätsunterschieden, sondern auch an der Phasenbeziehung zwischen den Grund- und Obertönen. Insofern werden an das Übertragungsverhalten von Lautsprecherkabeln hohe Anforderungen gestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher zu schaffen, mit der sich die Signale nahezu unverfälscht übertragen lassen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist in ihrer einfachsten Ausführungsform einen Hinleiter für die Hinleitung der elektrischen Signale und einen Rückleiter für die Rückleitung der elektrischen Signale auf, die einen Kabelstrang bilden. Hin- und Rückleiter werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung von einer gemeinsamen Ferrit-Ummantelung umschlossen, so daß sich die Streufeldreste aufgrund der hohen magnetischen Kopplung der Leiter kompensieren. Es hat sich in Hörversuchen gezeigt, daß die Übertragungseigenschaften der Vorrichtung durch die magnetische Kopplung hörbar verbessert werden. Dies äußert sich in einer verbesserten Ortbarkeit und einem wärmeren Klangbild.
Zur Verringerung des Induktivitätsbelags besteht das Kabel vorteilhafterweise aus mehreren Strängen, die parallel geschaltet sind. Vorzugsweise besteht jeder Kabelstrang wiederum aus mehreren Hin- und Rückleitern, die an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden sind. Die einzelnen Hin- und Rückleiter sollten dicht nebeneinander angeordnet sein. Eine zusätzliche Verseilung oder Verdrillung der Leiter führt zu einer weiteren Induktivitätsverringerung. Besonders vorteilhaft verhält sich hier lackisolierter Kupferdraht (Hochfrequenz-Litze).
Damit das Kabel seine Flexibilität weitgehend beibehält, besteht die Ummantelung vorteilhafterweise aus einer Kette von Ferritkernen, die auf dem Kabelstrang bzw. auf den Kabelsträngen aufgereiht sind. Sofern das Kabel nur einen Kabelstrang aufweist, können Rohrkerne als Ummantelung Verwendung finden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit zwei Kabelsträngen werden die Stränge durch die beiden Öffnungen von Ferrit-Doppellochkernen geführt.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein Kabel mit einem niedrigen Induktivitätsbelag und einem durch den Kabelaufbau bedingten hohen Kapazitätsbelag zu einer Instabilität des Verstärkers führen kann. Wenn nämlich ein Kabel mit einer relativ großen Kapazität an einen Verstärker angeschlossen wird, ändert sich das Gegenkopplungsverhalten des Verstärkers (Phasenreserve). Die Gegenkopplung wird zur Rückkopplung, so daß der Verstärker zu schwingen beginnt. Die Schwingfrequenz bestimmt sich aus der Kabelkapazität und der Restinduktivität des Kabels sowie dem induktiven Beiwert des Verstärkers als Serienresonanz des hieraus gebildeten Schwingkreises (Q > 1). Die hochfrequenten Schwingungen sind meist ungedämpft, verursachen starke Verzerrungen und können sogar zur Zerstörung des Verstärkers führen.
Um einen stabilen Betrieb des Verstärkers zu gewährleisten, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise ein die Schwingungsneigung des Verstärkers unterdrückendes Dämpfungsglied auf, das an dem lautsprecherseitigen Ende des Kabels vorgesehen ist. Das Dämpfungsglied belastet den Serienschwingkreis ohmisch mit zunehmender Frequenz, so daß der Gütewert stark abgesenkt wird (Q << 1) und Selbsterregung nicht mehr angeregt werden kann. Mit dem Dämpfungsglied am lastseitigen Kabelende läßt sich ein Kabel einsetzen, das einen niedrigen Induktivitätsbelag und einen hohen Kapazitätsbelag aufweist, ohne daß der Verstärker unter bestimmmten Betriebsbedingungen instabil werden könnte. Daher sind auch große Kabellängen, die zu einer besonders hohen Kapazität führen, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung unbedenklich.
Das Dämpfungsglied ist vorzugsweise ein R/C-Serienglied. Es sollte so dimensioniert sein, daß es für den kritischen Frequenzbereich von 1-5 MHz, in dem der Verstärker infolge der Phasenverschiebung ein oszillatorähnliches Verhalten zeigen kann, wie eine niederohmsche Last wirkt und den Serienschwingkreis stärker bedämpft. Zur Erhöhung der Sicherheit werden vorteilhafterweise mehrere parallelgeschaltete R/C-Serienglieder mit unterschiedlichen Eckfrequenzen verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher am verstärkerseitigen oder lautsprecherseitigen Kabelende ein Abstimmglied auf, das aus einer Serieninduktivität L und/oder einem Serienwiderstand R besteht. Durch Veränderung der Widerstands- und Induktivitätswerte kann die Vorrichtung an den Verstärker bzw. den Lautsprecher angepaßt werden. Hierdurch können die Übertragungseigenschaften des Kabels durch Veränderung der Stromanstiegszeitkonstanten τ=L/R nochmals verbessert werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
die aus einem Kabel sowie einem Abstimmglied am verstärkerseitigen Kabelende und einem Dämpfungsglied am lautsprecherseitigen Kabelende bestehende Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher,
Fig. 2
die auf das Kabel aufgereihten Doppellochkerne der Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher,
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2,
Fig. 4
den Aufbau des aus zwei parallelgeschalteten Kabelsträngen bestehenden Kabels, und
Fig. 5
das Blockschaltbild der Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher.
Die Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher besteht aus einem Kabel 1 mit einer Ummantelung 2 aus magnetisch leitendem Material sowie einem Abstimmmglied 3 am verstärkerseitigen Ende des Kabels und einem Dämpfungsglied 4 am lautsprecherseitigen Kabelende. Fig. 1 zeigt das Kabel 1 mit den Anschlußgehäusen 5,6 , die das Abstimmglied 3 und das Dämpfungsglied 4 aufnehmen. Aus den Anschlußgehäusen 5,6 ragen kurze Anschlußkabel 7,8 mit passenden Steckern 9,10 zum Anschluß des Verstärkers bzw. des Lautsprechers.
Der Aufbau der Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fign. 2 bis 4 beschrieben. Das Kabel 1 weist zwei Kabelstränge 11,11' auf, die jeweils aus drei Hinleitern 12,12' für die Hinleitung der elektrischen Signale und drei Rückleitern 13,13' für die Rückleitung der elektrischen Signale bestehen. Die Hinleiter 12,12' und die Rückleiter 13,13' jedes Kabelstrangs 11,11' sind jeweils paarweise angeordnet und in einer gemeinsamen Schlagrichtung um einen Textilfaden gewickelt. An ihren Enden sind die Hinleiter 12,12' der beiden Kabelstränge 11,11' miteinander elektrisch verbunden und die Rückleiter 13,13' der beiden Kabelstränge 11,11' sind an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden.
Die Hin- und Rückleiter 12,12',13,13' sind Litzen aus jeweils neunzig verdrillten lackisolierten Kupferdrähten. Da die Leiter aus einer Vielzahl von Einzelleitern bestehen, wird die Oberfläche der Leiter vergrößert, wodurch sich der Skineffekt verringert. Gleichzeitig kompensieren sich die von jeder Einzelleitung entstehenden Magnetfelder und reduzieren hierdurch die Induktivität.
Die verseilten Hin- und Rückleiter 12,12',13,13' der beiden Kabelstränge 11,11' sind durch die beiden Öffnungen 15,15' von Doppelloch-Ferritkernen 16 geführt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Doppelloch-Ferritkerne 16, die auf den beiden Kabelsträngen 11,11' aufgereiht sind und die Ummantelung 2 aus magnetisch leitendem Material bilden. Die Ferrit-Kerne 16 weisen ein im wesentlichen rechteckförmiges Profil auf und sind mit zwei parallelen Ausnehmungen 15,15' versehen, die die Kabelstränge mit den Hin- und Rückleitern aufnehmen.
Da die Hin- und Rückleiter 12,12',13,13' des Kabels 1 dicht nebeneinander liegen, kompensieren sich die gegenphasigen Magnetfelder von Hin- und Rückleiter.
Daraus ergibt sich ein relativ niedriger Induktivitätsbelag. Dieser liegt zwischen 0,02 und 0,2 µH/m. Der Kapazitätsbelag des Kabels 1 ist hingegen relativ hoch. Dieser liegt zwischen 1 und 5 nF/m.
Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild der Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker 17 auf einen Lautsprecher 22. Die Kontaktierung der Hin- und Rückleiter 12,12',13,13' erfolgt mit Kontaktierungselementen 18,18' die in den verstärker- und lautsprecherseitigen Anschlußgehäusen 5,6 vorgesehen sind. Die Kabelenden der gemeinsamen Hinleiter 12,12' sind mit den Kontaktierungselementen 18 und die Kabelenden der gemeinsamen Rückleiter 13,13' sind mit den Kontaktierungselementen 18' elektrisch miteinander verbunden.
Das lautsprecherseitige Anschlußgehäuse 6 enthält ferner das Dämpfungsglied 4. Dieses ist erforderlich um einen stabilen Betrieb des Verstärkers 17 mit dem niederinduktiven Kabel 1 der Vorrichtung zu gewährleisten. Das Dämpfungsglied 4 besteht aus einer Parallelschaltung von zwei R/C-Seriengliedern 19,19', die jeweils parallel zu den Kontaktierungselementen 18,18' geschaltet sind. Die Widerstände R1 und R2 haben einen Widerstand, der etwa zwischen 3 und 8 Ohm liegt. Die Induktivität der Kondensatoren C1 und C2 ist größer als 0,1 µF. Das Dämpfungsglied 4 hat die Aufgabe, das Kabel 1 bei hohen Frequenzen in der Größenordnung von 1-5 MHz ohmisch zu belasten und damit Serienresonanz aufgrund der induktiven Wirkung des Verstärkers durch die Kabelkapazität zu verhindern.
Das verstärkerseitige Anschlußgehäuse 5 enhält das Abstimmglied 3. Das Abstimmglied 3 besteht aus einer zwischen dem Verstärkerausgang und der Hinleitung des Kabels 1 liegenden Serieninduktivität. Diese wird durch die Reihenschaltung der beiden Spulen L1 und L2 aus wenigen Drahtwindungen mit einer Induktivität von etwa 0,1-1 µH gebildet. Mit einer Drahtbrücke 20, die mit Steckelementen versehen ist, kann die Höhe der Serieninduktivität an den Verstärker 17 angepaßt werden. Die Spulen können aber auch kurzgeschlossen werden. Das Abstimmglied 5 weist ferner einen Serienwiderstand auf. Dieser wird durch die Reihenschaltung der beiden Widerstände R3 und R4 gebildet, die sich mit der Drahtbrücke 21 ebenfalls einzeln überbrücken lassen. Hiermit läßt sich der Klangcharakter verändern und bei unterschiedlichen Kabellängen des linken und rechten Kanals eine Kabelanpassung vornehmen. Beide Effekte beruhen auf der Tatsache, daß in einem stromtransportierenden Leiter die Stromanstiegsgeschwindigkeit durch τ=L/R definiert ist. Die variablen L- und R-Werte in dem verstärkerseitigen oder auch lautsprecherseitigen Abstimmglied 3 erlauben es, die Stromanstiegszeitkonstante τ gezielt zu verkürzen bzw. zu verlängern.
In einer vereinfachten Ausführungsform weist die Vorrichtung nur ein lautsprecherseitiges Dämpfungsglied auf. Das verstärkerseitige Anschlußgehäuse enthält lediglich die Anschlußvorrichtung. Das Kabel kann bei geringeren Längen aber auch ohne Abstimmglied und Dämpfungsglied betrieben werden.
Es hat sich in Hörversuchen gezeigt, daß das Übertragungsverhalten durch die Ferrit-Ummantelung hörbar verbessert wird. Das verbesserte Übertragungsverhalten äußerst sich durch eine bessere Auflösung des Klangbilds und einen wärmeren Klangcharakter.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Signalübertragung von einem Verstärker auf einen Lautsprecher, mit mindestens einem Kabelstrang (11,11') bestehend aus
    mehreren Hinleitern (12,12') für die Hinleitung der elektrischen Signale und mehreren Rückleitern (13,13') für die Rückleitung der elektrischen Signale, wobei die Hinleiter (12,12') an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden sind und die Rückleiter (13,13') an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hinleiter (12,12') und die Rückleiter (13,13') von einer gemeinsamen Ferrit-Ummantelung (2) umschlossen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (2) aus einer Kette von Ferritkernen (16) besteht, die auf dem Kabelstrang (11) bzw. den Kabelsträngen (11,11') aufgereiht sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an ihren Enden parallelgeschaltete Kabelstränge (11,11') vorgesehen sind, und daß die Kerne Doppellochkerne (16) sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinleiter (12,12') und Rückleiter (13,13') jedes Kabelstrangs (11,11') miteinander verseilt sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter (12,12',13,13') aus einer Vielzahl von isolierten Einzeldrähten besteht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte lackisolierte Kupferdrähte sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem lautsprecherseitigen Kabelende ein die Schwingungsneigung des Verstärkers unterdrückendes Dämpfungsglied (4) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (4) ein R/C-Serienglied (19) oder eine Parallelschaltung aus mehreren R/C-Seriengliedern (19,19') ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem verstärkerseitigen oder lautsprecherseitigen Kabelende ein Abstimmglied (3) vorgesehen ist, das eine Serieninduktivität (L) und/oder einen Serienwiderstand (R) aufweist.
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