ES2400389B1 - Altavoz poliédrico con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable. - Google Patents
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Abstract
Altavoz poliédrico con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable, comprendiendo un recinto acústico poliédrico (1) que dispone en sus caras (10) de una abertura con un amplificador (102) y una unidad de altavoz (103) formando un canal de audio (101); bus de audio digital (108); micrófono (104) interno con conversor analógico-digital (105); conversores digital-analógico (106) conectados a los canales de audio (101); entrada-salida de audio digital multicanal (111); pasarela (109), configurada para recibir señales de audio digitales provenientes de la entrada-salida de audio digital multicanal (111) y dirigirlas a los canales de audio (101) correspondientes a través del bus de audio digital (108); y recibir la señal digital proveniente del conversor analógico-digital (105) conectado al micrófono (104) y enviar dicha señal a un sistema de procesado de señal digital externo. El altavoz poliédrico permite obtener un patrón de radiación acústica autoajustable de manera independiente en cada unidad de altavoz.
Description
- Altavoz poliédrico con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable
- Campo de la invención
- La presente invención se relaciona con la industria de electroacústica, y más en
- 5
- concreto, con un altavoz poliédrico.
- Antecedentes de la invención
- Las mediciones de aislamiento acústico a ruido aéreo entre locales (norma
- UNE-EN ISO 140-3 y 140-4) y tiempo de reverberación (ISO 3382) requieren la
- 1 O
- generación omnidireccional de señales acústicas de test tales como ruido rosa o ruido
- blanco y para ello se utilizan altavoces omnidireccionales normalmente dodecaédricos.
- Sin embargo, la medición de aislamiento acústico a ruido aéreo de fachadas (norma
- UNE-EN ISO 140-5) requiere una fuente direccional que proporcione una cobertura
- uniforme en fachada, vale decir ya no es omnidireccional. Actualmente no existe
- 15
- ninguna fuente en el mercado que cumpla con ambos requisitos de direccionalidad, lo
- que obliga a las empresas que realizan ensayos de aislamiento a comprar dos fuentes
- diferentes, y a trasportarlas para realizar las medidas in-situ del edificio bajo estudio.
- Por otra parte, una fuente de directividad controlable puede tener aplicación en
- laboratorios de medidas acústicas, donde sea de interés por ejemplo minimizar el
- 20
- efecto de las reflexiones indeseadas captadas por un micrófono a caracterizar.
- En la actualidad, los altavoces poliédricos (tetraédricos, hexaédricos,
- octaédricos, icosaédricos, dodecaédricos, etc.) usualmente requieren de un sistema de
- amplificación externo (son pasivos), no permiten ajuste, ni calibración, son caros y
- 25
- generan patrones de radiación acústica fijos, normalmente omnidireccionales.
- En el estado del arte, existen algunas alternativas de altavoces poliédricos
- como por ejemplo, el altavoz divulgado en el documento de patente US 2005/0025319
- que consiste en un sistema de altavoz dodecaédrico formado por doce unidades de
- 30
- altavoces, un circuito ecualizador y un amplificador común para las doce unidades. Si
- bien, permite corregir bandas de frecuencias específicas según la voz emitida por el
- propio altavoz, dicho altavoz tiene el inconveniente de recibir una única señal
- amplificada de igual manera para todos los altavoces del sistema, por lo que no es
- multicanal, lo que limita el patrón de radiación acústica a uno aproximadamente
- 35
- omnidireccional, y no permite implementar funciones más o menos complejas para
cada altavoz, como por ejemplo un ecualizador independiente en cada altavoz como La presente invención se refiere a un altavoz poliédrico con un patrón de
- también un compresor, filtros de ancho de banda específicos, etc.
- Otra alternativa de altavoz poliédrico se divulga en la patente US 6.961.438,
- 5
- que describe un sistema altavoz que tiene característica de direccionalidad amplia que
- comprende un cuerpo de altavoz de forma poliédrica, de preferencia dodecaédrica y
- una pluralidad de altavoces en las superficies externas tal que líneas axiales de dos
- altavoces adyacentes se intersectan en un determinado ángulo. Un filtro correctivo es
- operativamente conectado a los altavoces, y el filtro correctivo provee un valor
- 1 O
- correctivo para obtener una presión sonora plana desde baja hasta alta frecuencias
- alrededor del cuerpo de altavoz. Adicionalmente, comprende un circuito de
- compensación para una configuración de 3 canales, por lo que se tienen 3 conexiones
- en paralelo de 4 altavoces en serie. Si bien, este altavoz poliédrico tiene varios
- canales, está limitado a obtener un sonido aproximadamente omnidireccional, por lo
- 15
- que no permite variar el patrón de radiación acústica libremente aplicando funciones
- más o menos complejas para cada altavoz, como por ejemplo un ecualizador o
- compresor independiente en cada altavoz.
- Los altavoces poliédricos del arte previo presentan el inconveniente de generar
- un patrón de radiación acústico fijo y no consideran las variaciones del entorno en
- 20
- donde son utilizados. Es decir, según se ubique un altavoz poliédrico en el centro de
- una sala circular o en una esquina de una sala cuadrada, el patrón de radiación
- acústico será afectado diferentemente por las reflexiones generadas en el entorno y se
- producirán interferencia con el resultado deseado. Por otra parte, la radiación acústica
- de los altavoces poliédricos del arte previo están limitados a generar una radiación
- 25
- omnidireccional y con una respuesta en frecuencia plana, lo que impide su uso en
- aplicaciones que requieran patrones de radiación acústica variable, como por ejemplo
- generar una radiación en fachada para una medición de aislamiento acústico.
- En vista de las limitaciones señaladas, se propone un altavoz poliédrico con un
- patrón de radiación acústica configurable y autoajustable de manera independiente en
- 30
- cada unidad de altavoz.
- Descripción de la invención
radiación acústica totalmente variable y configurable de manera independiente en cada unidad de altavoz.
El altavoz poliédrico comprende un recinto acústico poliédrico que dispone en una pluralidad de sus caras de una abertura y comprende adicionalmente: -en cada abertura, un amplificador y una unidad de altavoz fijados a dicho recinto acústico poliédrico y formando un canal de audio;
- -
- un bus de audio digital;
- -
- un micrófono ubicado en el interior de dicho recinto acústico poliédrico;
- -
- un conversor analógico-digital conectado a dicho micrófono y al bus de audio digital;
- -
- por cada canal de audio, un conversor digital-analógico conectado al correspondiente canal de audio y al bus de audio digital;
- -
- una entrada-salida de audio digital multicanal;
- -
- una pasarela, configurada para:
- •
- recibir señales de audio digitales provenientes de la entrada-salida de audio digital multicanal y dirigirlas a los canales de audio correspondientes a través del bus de audio digital;
- •
- recibir la señal digital proveniente del conversor analógico-digital conectado al micrófono y enviar dicha señal a un sistema de procesado de señal digital externo.
El altavoz poliédrico puede comprender un separador situado entre cada unidad de altavoz y su correspondiente amplificador, con funciones de aislante eléctrico y acústico.
El recinto acústico poliédrico puede ser cualquier poliedro. En una realización preferida el altavoz es dodecaédrico y dispone de tantas aberturas y canales de audio como caras tiene dicho recinto acústico poliédrico.
El altavoz poliédrico puede comprender una entrada de audio analógico, preferentemente monotónica, y un conversor analógico-digital conectado a dicha entrada de audio analógico y al bus de audio digital.
El altavoz puede comprender también una entrada de audio analógica multicanal y un módulo conversor analógico-digital conectado a dicha entrada de audio analógica multicanal y al bus de audio digital.
Es también objeto de la presente invención un sistema de reproducción de
- audio con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable, que comprende
- cualquiera de las realizaciones del altavoz poliédrico descritas anteriormente y el
- sistema de procesado de señal digital externo a dicho altavoz poliédrico, encargado de
- 5
- enviar señales de audio digitales a la entrada-salida de audio digital multicanal del
- altavoz poliédrico, según un patrón de direccionalidad, potencia y respuesta en
- frecuencia determinado.
- El sistema de procesado de señal digital externo está preferentemente
- configurado para recibir la señal digital proveniente del conversor analógico-digital
- 1 O
- conectado al micrófono del altavoz poliédrico y, en función de dicha señal, adaptar las
- señales de audio digitales enviadas al altavoz poliédrico.
- El sistema de procesado de señal digital externo puede estar configurado para
- obtener la respuesta al impulso de cada canal medida con el micrófono para
- caracterizar cada canal.
- 15
- El sistema de procesado de señal digital externo puede estar así mismo
- configurado para, utilizando la caracterización de cada canal, realizar la calibración del
- sistema mediante un proceso de deconvolución y el ajuste del sistema mediante un
- proceso de convolución de la señal de cada canal con su respuesta al impulso
- correspondiente.
- 20
- La presente invención tiene las siguientes ventajas sobre el arte previo:
- Ofrece un canal por cada conjunto amplificador-altavoz.
- El número máximo de canales depende del número de caras del recinto.
- Genera cualquier patrón de radiación acústico; incluido el
- 25
- omnidireccional.
- Genera cualquier respuesta en frecuencia; incluida la plana.
- Calibra y ajusta cada canal mediante un sistema de procesado digital de
- señal externo.
- Incluye un micrófono de medida en su interior.
- 30
- Comunica con el sistema de procesado digital de señal externo en el
- dominio digital por lo que la aumenta la relación señal-ruido porque el recorrido de la
- señal analógica es despreciable y la comunicación digital garantiza la transmisión de
- señales libres de error.
- Es de bajo costo.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La figura 1 ilustra un diagrama que muestra las partes fundamentales de un altavoz poliédrico multicanal autoamplificado de doce caras. La figura 2 ilustra un diagrama en bloque que muestra las partes y conexiones fundamentales del altavoz. La figura 3 ilustra un diagrama del conjunto amplificador-altavoz.
Descripción detallada de la invención
Según se ilustra en la figura 1, se puede apreciar el altavoz poliédrico de acuerdo a la presente invención con un recinto acústico poliédrico (1) y unidades de altavoz (103) en sus caras (10) y un micrófono de medida (104) en su interior.
Según se ilustra en la figura 2, se pueden apreciar los componentes del altavoz poliédrico de acuerdo a la presente invención, en donde las flechas con líneas continuas indican señales analógicas y las flechas con líneas discontinuas indican señales digitales. A continuación se describe el altavoz poliédrico de la presente invención con referencia a la figura 1 y 2.
La presente invención consiste en un altavoz poliédrico con un patrón de radiación acústica configurable y autoajustable de manera independiente en cada unidad de altavoz que comprende:
- -
- un recinto acústico poliédrico (1 ), disponiendo en una pluralidad de sus caras (1 O) de una abertura; -en cada abertura, un amplificador (1 02) y una unidad de altavoz (1 03) fijados en dicho recinto acústico y formando un canal de audio analógico (1 01 );
- -
- un bus de audio digital (1 08);
- -
- un micrófono de medida (104) ubicado en el interior, preferentemente en el centro, de dicho recinto acústico; -un conversor analógico-digital (105) conectado a dicho micrófono (104) y al bus de audio digital (1 08);
- -
- una entrada-salida de audio digital multicanal (111 );
-un módulo pasarela (1 09) encargado de transportar correctamente las señales de audio proveniente de la entrada-salida de audio digital multicanal (111) y el
- bus de audio digital (1 08); configurado para transportar las señales digitales de cada
- canal hacia el bus de audio digital y la señal digital proveniente del micrófono de
- medida (1 04), a través del conversor analógico-digital (1 05); la entrada-salida de audio
- digital multicanal (111 ), tal como por ejemplo una conexión de fibra óptica (S/PDIF),
- 5
- conexión co-axial, Ethernet, Wifi, USB, Firewire, Bluetooth, etc., permite la conexión de
- dicho altavoz poliédrico con un sistema de procesado de señal digital externo, tal como
- por ejemplo un ordenador, un DSP, etc. El sistema de procesado de señal digital
- externo genera las respuestas al impulso correspondientes al patrón de radiación
- acústica deseable, según configuración, y convoluciona la señal de cada canal con su
- 1 O
- respuesta al impulso correspondiente; la señal del micrófono la utiliza para autocalibrar
- el sistema; proceso que consiste en conocer la respuesta al impulso de cada canal de
- audio analógico (1 01) y deconvolucionarla del canal correspondiente para aplicar
- determinada respuesta. Para calcular la respuesta al impulso a la salida del sistema se
- aplica una delta a su entrada, aunque en realidad no se aplica tal cual porque la señal
- 15
- delta es ideal y no se puede generar físicamente; en su lugar se utilizan señales cuya
- autocorrelación es una delta y se calcula la respuesta al impulso indirectamente a
- través de la relación entre la autocorrelación de las señales de entrada/salida y la
- correlación cruzada entre ambas. La señal del micrófono es proporcional a la señal
- capturada por un micrófono de medida en condiciones anecoicas;
- 20
- -un conversor digital-analógico (1 06) conectado a cada canal de salida para
- cada canal de audio (1 01 );
- -opcionalmente, una entrada de audio (11 O) analógico mono y un conversor
- analógico-digital (1 07) conectado a dicha entrada de audio (11 O) y al bus de audio
- digital (1 08).
- 25
- Una implementación de la pasarela (1 09) puede consistir, por ejemplo, en un
- concentrador digital de señal (como el McASP, Multichannel Audio Serial Port, de
- Texas lnstruments), útil para gestionar flujos TDM (time-division multiplexing,
- multiplexación por división de tiempo), protocolos 1 2S (lntegrated lnterchip Sound), e
- intercomponentes DIT (digital audio interface transmitter), conectado un DSP (digital
- 30
- signal processor, procesador digital de señales) de la familia TMS320C6000™
- programado para encaminar todas las señales. La conexión entre el conversor digital-
- analógico (1 06) y analógico-digital (1 05) y (1 07) y la pasarela (1 09) se puede realizar,
- por ejemplo, mediante un bus 1 2S (1 08). Las señales que llegan a través de la entrada
- de audio digital multicanal (111) son demultiplexadas y enrutadas hacia el canal de
- 35
- audio (1 01) correspondiente. La señal que llega desde el conversor analógico-digital
- (1 07) correspondiente a la señal monotónica (11 O) es encaminada a todos los canales
- (1 01 ), vía el conversor digital-analógico (1 06) correspondiente, simultáneamente. La
- señal del micrófono (1 04) desde el conversor analógico-digital (1 05) es encaminada a
- la digital de audio digital multicanal (111 ). La comunicación entre la pasarela (1 09) y la
- 5
- entrada/salida de audio digital multicanal se realiza mediante una conexión serie
- estándar. Es importante resaltar que la pasarela (1 09) descrita es sólo una realización
- no limitativa, ya que se puede considerar cualquier otra implementación de pasarela,
- con distintos componentes, con tal que cumpla la función descrita.
- La entrada-salida de audio digital multicanal (111) puede ser cualquiera que
- 1 O
- provea de una comunicación serie estándar (112), que puede ser cualquiera existente
- actualmente (S/PDIF, conexión de fibra óptica, conexión co-axial, Ethernet, Wifi, USB,
- Firewire, Bluetooth) o desarrollada en un futuro.
- Como puede apreciarse adicionalmente en la figura 1, en una realización
- preferente se dispone cada unidad de altavoz (1 03) en cada cara (1 O) del recinto
- 15
- acústico poliédrico (1 ), de manera que se tiene tantos canales de audio (1 01)
- independientes como caras (1 O) de dicho recinto acústico poliédrico (1 ). En otras
- realizaciones alguna de las caras podría no disponer de unidad de altavoz (1 03).
- Como puede apreciarse en la figura 3, se dispone la unidad de altavoz (1 03)
- 20
- conectada a un amplificador (1 02) con un separador (202) entre ambos. El separador
- es un aislante eléctrico y acústico. La ganancia de cada amplificador es fija y debe
- garantizar un nivel de volumen determinado a 20 mV de entrada (por ejemplo 90 dBA).
- El volumen de cada canal se regula digitalmente alterando el rango dinámico de la
- señal.
- 25
- A continuación, se detalla un modo de operación preferido del portavoz
- poliédrico de la presente invención.
- El portavoz poliédrico de acuerdo a la presente invención, consta de tres
- modos de trabajo: caracterización, configuración y reproducción. El objetivo de la
- 30
- caracterización es la medida de los parámetros electroacústicos. En la configuración
- se realiza la calibración y el ajuste. El proceso de calibración garantiza el
- comportamiento quot;idealquot; del altavoz mientras que el proceso de ajuste permite
- establecer quot;determinadoquot; comportamiento. La función de la reproducción es amplificar
- y radiar como fuente polifónica.
En el modo caracterización se mide la respuesta al impulso de cada canal
según la norma correspondiente (en curso ISO 3745:2003) y la respuesta al impulso de cada canal con el micrófono interno. La estimación de la relación que caracteriza ambas respuestas permite estimar la respuesta al impulso de cada canal según norma
5 a partir de la medida de la respuesta al impulso con el micrófono interno; lo que permite mantener caracterizado electroacústicamente el sistema sin los requerimientos que la norma establece.
En el modo configuración se realiza la calibración y el ajuste según:
• La calibración utiliza la respuesta al impulso que caracteriza cada canal para
1 O quot;compensarquot; el sistema adaptativamente a una situación ideal: respuesta en frecuencia plana, patrón de radiación omnidireccional, potencia máxima, etc. La calibración se produce mediante un proceso de deconvolución.
• El ajuste es un proceso que permite establecer o imponer determinada
respuesta mediante procesos de convolución. Tales respuestas imponen 15 determinado patrón de direccionalidad, potencia y respuesta en frecuencia.
• Ambos procesos, calibración y ajuste, se realizan en un sistema de procesado externo que puede almacenar las respuestas al impulso reales del altavoz (en cada proceso de calibración) y simular las respuestas deseadas; en el resto de los modos de operación sólo serán necesarios procesos de convolución en
20 tiempo real sobre las señales multicanal a amplificar por el altavoz.
En el modo reproducción la radiación acústica del altavoz poliédrico, como fuente polifónica, puede ser fija o adaptativa. Esta última permite variar los parámetros electroacústicos del altavoz en tiempo real.
• La reproducción fija convoluciona respuestas al impulso de trabajo, que
25 caracterizan determinado comportamiento y aplica factores de ganancia pre-establecidos sobre la señal, almacenados en una base de respuestas y parámetros.
• La reproducción adaptativa modifica las respuestas al impulso de cada canal según algún proceso de minimización o aplica factores de ganancia variable y
30 modifica, con ello, el comportamiento deseado de la fuente polifónica. Por ejemplo, la configuración de determinado patrón de radiación. Normalmente para realizar la reproducción adaptativa se llevan a cabo operaciones de filtrado, que se traducen en procesos convolutivos. Son adaptativos cuando el
sistema de procesado externo recibe una realimentación del sistema mediante la señal de micrófono de medida interno.
Claims (7)
- REIVINDICACIONES1.-Altavoz poliédrico con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable, comprendiendo un recinto acústico poliédrico (1) que dispone en una pluralidad de sus caras (1 O) de una abertura,caracterizado por que dicho altavoz comprende adicionalmente:en cada abertura, un amplificador (1 02) y una unidad de altavoz (1 03) fijados a dicho recinto acústico poliédrico (1) y formando un canal de audio (1 01 );un bus de audio digital (1 08);un micrófono (1 04) ubicado en el interior de dicho recinto acústico poliédrico (1 );un conversor analógico-digital (1 05) conectado a dicho micrófono (1 04) y al bus de audio digital (1 08);por cada canal de audio (1 01 ), un conversor digital-analógico (1 06) conectado al correspondiente canal de audio (1 01) y al bus de audio digital (1 08);una entrada-salida de audio digital multicanal (111 );una pasarela (1 09), configurada para:
- •
- recibir señales de audio digitales provenientes de la entrada-salida de audio digital multicanal (111) y dirigirlas a los canales de audio (1 01) correspondientes a través del bus de audio digital (1 08);
- •
- recibir la señal digital proveniente del conversor analógico-digital (1 05) conectado al micrófono (1 04) y enviar dicha señal a un sistema de procesado de señal digital externo.
- 2.-Un altavoz poliédrico de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un separador (202) situado entre cada unidad de altavoz (1 03) y su correspondiente amplificador (1 02), con funciones de aislante eléctrico y acústico.
- 3.-Un altavoz poliédrico de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el recinto acústico poliédrico (1) dispone de tantas aberturas y canales de audio (1 01) como caras (1 O) tiene dicho recinto acústico poliédrico (1 ).
- 4.-Un altavoz poliédrico de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una entrada de audio analógico (11 O) y un conversor analógico-digital (1 07) conectado a dicha entrada de audio analógico (11 O) y al bus de audio digital (1 08).
- 5.-Un altavoz poliédrico de acuerdo a la reivindicación anterior, caracterizado 5 por que la entrada de audio analógico (11 O) es monotónica.
- 6.-Un altavoz poliédrico de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una entrada de audio analógica multicanal y un módulo conversor analógico-digital conectado a dicha entrada de audio1 O analógica multicanal y al bus de audio digital (1 08).
- 7.-Sistema de reproducción de audio con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable, que comprende: -el altavoz poliédrico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y15 -un sistema de procesado de señal digital externo a dicho altavoz poliédrico, encargado de enviar señales de audio digitales a la entrada-salida de audio digital multicanal (111) del altavoz poliédrico, según un patrón de direccionalidad, potencia y respuesta en frecuencia determinado.20 8.-Sistema de reproducción de audio según la reivindicación anterior, donde el sistema de procesado de señal digital externo está configurado para recibir la señal digital proveniente del conversor analógico-digital (1 05) conectado al micrófono (1 04) del altavoz poliédrico y, en función de dicha señal, adaptar las señales de audio digitales enviadas al altavoz poliédrico.25 9.-Sistema de reproducción de audio según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, donde el sistema de procesado de señal digital externo está configurado para obtener la respuesta al impulso de cada canal medida con el micrófono (1 04) para caracterizar cada canal.30 10.-Sistema de reproducción de audio según la reivindicación anterior, donde el sistema de procesado de señal digital externo está configurado para, utilizando la caracterización de cada canal, realizar la calibración del sistema mediante un proceso de deconvolución y el ajuste del sistema mediante un proceso de convolución de la35 señal de cada canal con su respuesta al impulso correspondiente.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201030626A ES2400389B1 (es) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | Altavoz poliédrico con patrón de radiación acústica configurable y autoajustable. |
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| ES2400389A1 ES2400389A1 (es) | 2013-04-09 |
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|---|---|
| ES (1) | ES2400389B1 (es) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2252023B (en) * | 1991-01-21 | 1995-01-18 | Mitsubishi Electric Corp | Acoustic system |
| FR2736499B1 (fr) * | 1995-07-03 | 1997-09-12 | France Telecom | Procede de diffusion d'un son avec une directivite donnee |
-
2010
- 2010-04-28 ES ES201030626A patent/ES2400389B1/es active Active
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|---|---|
| ES2400389A1 (es) | 2013-04-09 |
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