ITRM20060637A1 - Guida d'onda acustica e sistema elettroacustico includente tale guida d'onda - Google Patents
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Description
I0124250/PLC Titolare: B&C Speakers S.p.A.
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda il settore tecnico dei sistemi di diffusione acustica e si riferisce in particolare ad una guida d'onda acustica come definita nel preambolo della prima rivendicazione.
Nel settore dei sistemi di diffusione acustica, particolarmente per uso professionale, è noto l'impiego di guide d'onda acustiche destinate ad essere accoppiate a rispettive sorgenti acustiche e provviste di opportuni mezzi atti a modificare i fronti d'onda di una radiazione acustica propagantesi all'interno della guida.
Ad esempio, sono note guide d'onda acustiche atte a ricevere al proprio ingresso radiazioni acustiche nella forma di onde piane con fronti d'onda circolari per fornire in uscita radiazioni acustiche nella forma di onde piane con fronti d'onda sostanzialmente rettangolari. Una guida d'onda di questo tipo è ad esempio descritta nella domanda di brevetto europeo pubblicata con il numero EP 0 331 566.
Tali guide acustiche sono generalmente destinate all'impiego in sistemi di diffusione sonora cosiddetti "line-array" in lingua anglosassone, in cui diffusori elettroacustici provvisti di tali guide acustiche sono Ing- Pierluigi CARANGELO
(in propriireper altri) impilati verticalmente in modo da formare nel loro insieme una sorgente lineare sostanzialmente coerente e dunque tale da ridurre la dispersione dell'energia acustica irradiata nel piano verticale, concentrando l'irradiazione dell'energia acustica in una porzione abbastanza limitata del piano verticale. In pratica, la radiazione irradiata in uscita dai sistemi di diffusione "line-array" è assimilabile ad un'onda cilindrica coerente .
La particolare guida d'onda acustica resa nota da EP 0 331 566 è formata essenzialmente da tre elementi distinti due dei quali sono simmetrici rispetto ad un piano verticale. Questi elementi simmetrici, se accoppiati fra loro, definiscono una regione interna di propagazione per le onde acustiche, o condotto guidante. All'interno del condotto guidante è ospitato il terzo elemento, preposto alla trasformazione dei fronti d'onda da sferici in ingresso a rettangolari in uscita.
I due elementi simmetrici ed il terzo elemento sono progettati in modo da rendere uniformi (cioè di lunghezza sostanzialmente uguale) i cammini acustici minimi all'interno del condotto guidante. Il terzo elemento, che è essenzialmente conformato come un diamante appiattito o come un cono appiattito, deve essere fissato con cura e con precisione all'interno del condotto guidante e questo
(in proprio^^per altri) certo non rende particolarmente semplice la realizzazione della guida d'onda acustica.
Un altro tipo di guida d'onda acustica includente al proprio interno mezzi per trasformare i fronti d'onda delle radiazioni acustiche è descritta nella domanda di brevetto statunitense n. 2003/0188920. In tale documento, è resa nota in particolare una guida d'onda acustica munita al proprio interno di una lente acustica preposta a trasformare i fronti d'onda delle radiazioni acustiche che si propagano all'interno della guida. Più in dettaglio, la lente acustica è formata da una pluralità di lamine trasversali di spessore relativamente contenuto, cioè sottili, atte a suddividere la regione di propagazione in una pluralità di cammini acustici di lunghezza sostanzialmente identica. Nel caso in cui tali lamine trasversali debbano essere realizzate per stampaggio, ad esempio in un materiale metallico, assieme alla parte restante della guida acustica, nel processo produttivo sorgono inconvenienti dovuti allo spessore relativamente contenuto di tali lamine.
Lo scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una guida d'onda acustica che realizzi un'alternativa alle guide acustiche sopra indicate con riferimento allo stato della tecnica nota e che al contempo sia realizzabile mediante un processo igi CARANGELO Scriz.ALBO UT
(inproprioeperaltri; produttivo particolarmente semplice ed economico.
Tale scopo è raggiunto mediante una guida d'onda acustica come definita in generale nella annessa rivendicazione 1. Forme di realizzazione vantaggiose di una guida d'onda acustica secondo la presente invenzione sono definite nelle annesse rivendicazioni dipendenti.
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi di una guida acustica secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi non limitativi di realizzazione, in cui:
la figura 1 rappresenta una vista in prospettiva angolata di una guida d'onda acustica secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione ;
- la figura 2 rappresenta una vista in sezione verticale della guida d'onda acustica di figura 1;
- la figura 3 mostra in maggior dettaglio una parte della sezione rappresentata in figura 2;
la figura 4 mostra un grafico relativo a misure sperimentali effettuate sulla guida d'onda acustica di figura 1; e
la figura 5 mostra un sistema elettroacustico includente due guide d'onda acustiche del tipo rappresentato in figura 1.
Nelle figure, elementi uguali o simili saranno _ Ing,-Pjerluigi CAgANGFXO (in proprioévbr altri) indicati con gli stessi riferimenti numerici.
Con riferimento alle figure allegate, ed in particolare alle figure 1 e 2, con 1 si è indicata globalmente una guida d'onda acustica secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita della presente invenzione. Preferibilmente, ma non limitativamente, tale guida d'onda è pensata per l'impiego in sistemi di diffusione acustica cosiddetti "line-array" ed ha una risposta in frequenza con frequenza di taglio inferiore dell'ordine di 1 kHz.
La guida d'onda acustica 1 presenta un corpo principale 2 internamente cavo, munito di una apertura di ingresso 3, o gola, e di una apertura di uscita 4, o bocca. L'apertura di ingresso 3 consente di accoppiare alla guida acustica una radiazione acustica in ingresso. In una forma di realizzazione particolarmente preferita, l'apertura di ingresso 3 è una apertura essenzialmente circolare e tramite una apposita flangia 6, nell'esempio circolare, può essere operativamente collegata, preferibilmente in modo rimovibile, ad una sorgente acustica (non mostrata nelle figure). Ad esempio, tramite la flangia 6 è possibile collegare operativamente all'apertura d'ingresso 3 un driver a compressione, ad esempio tramite viti ed avvalendosi di opportuni fori 7 previsti nella flangia 6. In una forma di realizzazione _ — --dngi Pierluigi CAR^klG
(in proprio e particolarmente preferita, l'apertura d'ingresso 3 è una apertura circolare con diametro pari a circa 25 mm.
L'apertura d'uscita 4, cui ci si riferisce nel settore anche con il termine "bocca" , consente di diffondere all'esterno della guida d'onda acustica 2 la radiazione acustica accoppiata a tale guida d'onda. L'asse Y di tale apertura d'uscita 4 definisce normalmente la direzione di propagazione della radiazione acustica in uscita dalla guida d'onda acustica 1.
In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa l'apertura di uscita 4 presenta una forma sostanzialmente rettangolare, o "a fessura", avente due lati maggiori 4a, 4c verticali e due lati minori 4b, 4d orizzontali. Preferibilmente i lati maggiori 4a, e 4c hanno una dimensione almeno tre volte superiore rispetto alla dimensione dei lati minori 4b, 4d. Più preferibilmente i lati maggiori 4a, 4c hanno una dimensione almeno quattro volte superiore rispetto alla dimensione dei lati minori 4b, 4d.
Nel particolare esempio rappresentato, l'apertura d'uscita 4 è circondata da una piastra frontale 8, che consente il fissaggio della guida acustica 1 ad un pannello, o più preferibilmente ad una porzione terminale di tromba, usualmente indicata nel settore con il termine "campana". Come è noto, la funzione di una campana è
Ing. Pierluigi CARANGE (in proprio e-p3⁄4r litri) quella di influenzare la direttività orizzontale della guida d'onda acustica 1.
In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, come rappresentato nelle figure allegate, i lati maggiori verticali 4a, 4c si sviluppano sostanzialmente lungo quasi tutta l'estensione verticale della piastra frontale 8. Solo per fare un possibile esempio coerente con la guida d'onda acustica 1 rappresentata nelle figure, l'altezza della piastra 8 è pari a circa 110,6 mm, il lato maggiore 4a dell'apertura d'uscita 4 è pari a circa 102 mm, il lato minore 4b dell'apertura di uscita 4 è pari a circa 25mm (si osservi il rapporto 1:4 rispetto al lato maggiore 4a).
Il corpo principale cavo 2 definisce, fra l'apertura d'ingresso 3 e l'apertura d'uscita 4, un condotto acustico svasato 9 atto a propagare la radiazione acustica ricevuta attraverso l'apertura 3 verso l'apertura d'uscita 4. Tale condotto acustico 9 è visibile in figura 2, in cui la guida d'onda acustica 1 di figura 1 è rappresentata in una sua sezione secondo un piano verticale passante per l'asse Y di figura 1.
Nella forma di realizzazione particolarmente preferita rappresentata nelle figure, tale condotto acustico svasato 9 presenta una sezione che inizialmente è circolare e che gradualmente diventa rettangolare .
Preferibilmente, tale condotto acustico svasato 9 è tale da raccordare l'apertura d'ingresso circolare 3 ai lati maggiori 4a, 4c dell'apertura di uscita 4 mediante due pareti opposte (di cui in figura 2 è visibile solo la parete 11) e fra loro essenzialmente parallele e che preferibilmente in prossimità dell'apertura di ingresso 3 si inflettono lievemente verso l'interno del condotto acustico 9 per determinarne una lieve strozzatura. Inoltre, il condotto acustico svasato 9 è tale da raccordare l'apertura d'ingresso 3 ai lati minori dell'apertura d'uscita 4 mediante due pareti 12, 13 inclinate fra loro e che, dopo una regione di rastremazione prospiciente all'apertura 3, diventano sostanzialmente perpendicolari alle pareti opposte e parallele 11 che invece sono raccordate ai lati maggiori 4a e 4c dell'apertura d'uscita 4.
Come è possibile osservare in figura 2, la guida d'onda acustica 1 include all'interno del condotto acustico 9 una pluralità di elementi di discontinuità acustica Li,...,Lnatti ad interferire con la radiazione acustica propagantesi all'interno del condotto acustico 9. Vantaggiosamente, come visibile in figura 2, la pluralità di elementi di discontinuità acustica LI,...,LNcomprende una schiera di pioli 5 fra loro spaziati e disposti trasversalmente al condotto acustico 9.
(in proprio e^pir altr3⁄4
Ai fini della presente descrizione, per elemento di discontinuità acustica si intende un qualsiasi corpo che presenti caratteristiche fisiche (forma, dimensioni, materiale) che consentano a tale corpo, se investito da un'onda acustica propagantesi nel condotto acustico 9, di modificare il percorso propagativo di tale onda acustica.
In una forma di realizzazione particolarmente preferita, i pioli 5 sono distribuiti secondo file Llf...,LNdi pioli. Ad esempio, si può osservare in figura 2 come i pioli 5 siano disposti lungo N file (nell'esempio N=7) , di cui la prima fila Lxinclude nove pioli ed di cui l'N-sima fila LN(che è in pratica una fila "degenere") include un solo piolo. Più preferibilmente, le file LI,.../LNdi pioli 5 sono parallele fra loro.
Nella forma di realizzazione particolarmente preferita di figura 2, le file di pioli Ι^,...,ΙιΝpresentano un numero di pioli 5 crescente muovendosi da dall'apertura d'ingresso 3 verso l'apertura d'uscita 4.
In figura 3 è rappresentata, secondo una differente angolazione, una parte della sezione mostrata in figura 2 in modo da rendere meglio visibile un esempio particolarmente preferito, ma non limitativo, di disposizione dei pioli 5 nella schiera LI,...,LH. Come è possibile osservare in tale esempio, pioli 5 appartenenti
(in proprio e pér altri)
ad una fila (ad esempio L2) sono sfalsati rispetto a pioli 5 appartenenti una fila adiacente (ad esempio, rispetto ai pioli delle file L3ed Li adiacenti alla fila L2) . Più preferibilmente, pioli 5 appartenenti ad una fila (ad esempio L2) sono intercalati rispetto a pioli 5 appartenenti una fila adiacente (ad esempio, rispetto ai pioli delle file L3ed Lxadiacenti alla fila L2) . Inoltre, vantaggiosamente, nella schiera Li,...,LNla dimensione Δρ delle sezioni dei pioli 5 di una fila lungo l'asse di detta fila è sostanzialmente pari alla distanza minima fra pioli di una fila di pioli adiacente.
In una forma di realizzazione vantaggiosa, i pioli 5 presentano un perimetro esterno formato da due archi che si intersecano in due vertici. Preferibilmente tali pioli presentano una sezione trasversale essenzialmente conformata a "mandorla" .
E possibile comunque prevedere per i pioli differenti tipi di forme: ad esempio i pioli potrebbero avere una sezione circolare, ellittica o romboidale.
La disposizione dei pioli 5 può essere progettata in modo tale per cui la schiera di pioli L1,...,LNindividua all'interno del condotto acustico, fra l'apertura d'ingresso 3 e l'apertura d'uscita 4, una pluralità di cammini acustici di lunghezza sostanzialmente identica.
Si osservi che la regione del condotto acustico 9 in -4ng.PierluigiCAji-ANGELO —^MAséùz.AI3⁄401114P proprio e per cui è localizzata la schiera di pioli L1,„.,LHè approssimabile, grazie alla presenza di discontinuità acustiche rappresentate dagli stessi pioli, ad una regione di condotto acustico 9 in cui la velocità di propagazione delle onde acustiche è più lenta rispetto alla velocità di propagazione di tali onde nella parte restante del condotto acustico. Preferibilmente, il rapporto fra tali velocità è compreso nell'intervallo [ 1,1 - 1,4] . Più preferibilmente, la velocità di propagazione delle onde nella parte restante del condotto è circa 1,13 volte maggiore rispetto alla velocità di propagazione nella regione di condotto occupata dalla schiera LI,...,Ln.
Misure sperimentali hanno provato che una schiera di pioli del tipo sopra descritto è in grado di definire all'interno del condotto acustico una lente acustica, in particolare una lente acustica tale da trasformare fronti d'onda della radiazione acustica in ingresso da sferici (quali ad esempio quelli di una radiazione acustica fornita in uscita da un driver a compressione) a sostanzialmente piani o cilindrici. E' possibile comunque prevedere, in base a particolari esigenze, disposizioni di pioli che realizzino una lente acustica tale da applicare ai fronti d'onda della radiazione acustica propagantesi all'interno del condotto acustico 9
^_ Ing;Pierluigi CA
isqrfz. AtBt
<~~>(inproprio e^ trasformazioni differenti dal particolare tipo di trasformazione sopra descritto.
Con riferimento alle figure 1 e 2, in una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il corpo principale (2) della guida acustica (1) può essere realizzato in due pezzi essenzialmente conformati a guscio, sostanzialmente identici, fra loro accoppiati. Ciascuno di tali pezzi ad esempio corrisponde sostanzialmente alla sezione di guida d'onda acustica 1 rappresentata in figura 2. In tal caso, ciascuno dei pioli 5 può essere formato da una prima semiporzione di piolo collegata ad uno di detti pezzi e da una seconda semiporzione di piolo collegata all'altro di detti pezzi.
Tali pezzi possono essere ad esempio realizzati per stampaggio, utilizzando un materiale metallico, ad esempio una lega leggera di alluminio. Alternativamente, tali pezzi possono essere realizzati, sempre per stampaggio, in materiale plastico. I due pezzi possono poi essere uniti ad esempio tramite appositi mezzi di fissaggio, o possono essere saldati o incollati fra loro. Ai fini del funzionamento della guida acustica, nel caso in cui, come sopra descritto, ciascun piolo sia formato da due semi-porzioni di piolo, possono anche essere tollerati anche piccoli interspazi fra le due semiporzioni di piolo, in modo che non sia richiesto un Ing. Pierluigi CAgANGTlLO .Mriscriz.
(in propri o ffrir ai tri)<<>— processo di stampaggio di elevata precisione per la realizzazione dei due pezzi.
Prove sperimentali hanno dimostrato che una guida d'onda acustica in accordo alla presente invenzione consente, dal punto di vista funzionale, di fornire una valida alternativa alle guide d'onda sopra descritte con riferimento allo stato dell'arte, al contempo richiedendo un processo produttivo particolarmente semplice ed economico, quale ad esempio lo stampaggio di due pezzi sostanzialmente uguali ed il loro successivo incollaggio.
In figura 4 è rappresentato un grafico relativo a misure sperimentali in cui si è misurata la differenza di fase massima (in ordinate, espressa in gradi), al variare della frequenza (in ascisse, espressa in Hz), fra le onde acustiche giungenti in otto punti distinti ed equidistanti disposti di fronte all'apertura di uscita 4 della guida acustica 1 e nella regione di campo vicino. Tale misura rappresenta una deviazione dalla condizione di planarità dei fronti d'onda in uscita dalla guida d'onda acustica 1. Come si può dedurre dalla curva di figura 4, si è riusciti ad ottenere una differenza massima di fase contenuta entro i 90° sino a circa 15 kHz. Si fa presente come il criterio di differenza di fase massima contenuta entro i 90° rappresenti uno dei requisiti per consentire l'impiego di una guida d'onda
<’>ng. Pierluigi CARPII GELO (in proprio per aitri).
acustica in sistemi di tipo line-array.
Infine, in figura 5 è mostrato a titolo di esempio un sistema elettroacustico 30 includente:
due guide d'onde acustiche 1 in accordo alla presente invenzione;
due driver a compressione 31 operativamente accoppiati ad una rispettiva guida d'onda acustica 1;
- una campana 32 fissata al lato frontale delle guide d'onda acustiche 1.
II sistema elettroacustico 30 può ad esempio essere munito in di una cassa di risonanza per formare un diffusore elettroacustico (eventualmente includente in aggiunta altoparlanti di tipo differente) per l'impiego in un sistema di diffusione di tipo line-array.
Ovviamente un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti alla guida d'onda acustica sopra descritta, modifiche e varianti tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Ing. Pierluigi CARANGELO Z^N.Jscrìz.AI^ECPlìMB
Claims (22)
16
RIVENDICAZIONI
1. Guida d'onda acustica (1) includente:
- un corpo principale (2) internamente cavo, munito di una apertura (3) per l'ingresso di una radiazione acustica e di una apertura d'uscita (4) per la diffusione di detta radiazione all'esterno di detta guida (1), il corpo principale (2) definendo un condotto acustico svasato (9) per la propagazione di detta radiazione acustica fra l'apertura d'ingresso (3) e l'apertura d'uscita (4),
una pluralità di elementi di discontinuità acustica (L1,...,LN) previsti nel condotto acustico (9) fra l'apertura d'ingresso (3) e l'apertura d'uscita (4) ed atti ad interferire con detta radiazione acustica nella sua propagazione all'interno del condotto acustico (9), caratterizzata dal fatto che:
detta pluralità di elementi di discontinuità acustica comprende una schiera di pioli (5) fra loro spaziati e trasversali al condotto acustico (9).
2. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta schiera comprende pioli (5) distribuiti secondo file di pioli (LI,...,Ln).
3. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 2, in cui tali file di pioli (Lx,...,LN) jng, Pierluigi CARANGELG AL^3⁄4iTÌ]4B (in pfoprio «q3⁄4craHf$== sono parallele fra loro.
4. Guida d'onda acustica (1) secondo le rivendicazioni 2 o 3, in cui tali file di pioli (L1,...,LH) presentano un numero di pioli (5) crescente muovendosi da detta apertura d'ingresso (3) a detta apertura d'uscita (4).
5. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui, in dette file di pioli (Li,...,Lh), pioli (5) appartenenti ad una fila sono sfalsati rispetto a pioli (5) appartenenti una fila adiacente .
6. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui, in dette file di pioli (LI,...,Ln), pioli (5) appartenenti ad una fila sono intercalati rispetto a pioli (5) appartenenti ad una fila adiacente .
7. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 6, in cui la dimensione (Δρ) delle sezioni dei pioli di una fila lungo l'asse di detta fila è sostanzialmente pari alla distanza minima (Δρ) fra pioli di una fila adiacente.
8. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti pioli (5) presentano un perimetro esterno formato da due archi che si intersecano in due vertici. Τησ ΡίρτΙπίθΊ Γ<1>ÀP ÀN^llT.O
p
9. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detti pioli (5) presentano una sezione trasversale essenzialmente conformata a mandorla.
10. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la schiera di pioli individua all'interno del condotto acustico (9), fra detta apertura d'ingresso (3) e detta apertura d'uscita (4), una pluralità di cammini acustici di lunghezza sostanzialmente identica.
11. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la regione di detto condotto acustico (9) in cui è localizzata detta schiera è approssiinabile ad una regione di condotto in cui la velocità di propagazione delle onde acustiche è più lenta rispetto alla velocità di propagazione di tali onde nella parte restante del condotto acustico.
12. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 11, in cui il rapporto fra la velocità di propagazione delle onde acustiche nella parte restante di condotto acustico e la velocità di propagazione di tali onde nella regione in cui è localizzata detta schiera è compreso nell'intervallo [1,1-1,4] .
13. Guida d'onda acustica secondo la rivendicazione 12, in cui tale rapporto è all'incirca pari a 1,13.
14. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta schiera di pioli definisce all'interno del condotto acustico una lenta acustica.
15. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 14 in cui detta lente acustica è tale da trasformare fronti d'onda della radiazione acustica in ingresso da sferici a sostanzialmente piani o cilindrici.
16. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo principale è formato da due pezzi conformati a guscio, sostanzialmente identici, fra loro accoppiati.
17. Guida d'onda acustica (1) secondo la rivendicazione 16, in cui ciascuno dei pioli (5) è formato da una prima semiporzione di piolo collegata ad uno di detti pezzi e da una seconda semiporzione di piolo collegata all'altro di detti pezzi.
18. Guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta apertura d'uscita (4) è una apertura rettangolare includente due lati minori (4b,4d) e due lati maggiori (4a,4c) ed in cui detti pioli (5) sono perpendicolari a detti lati maggiori (4a,4c) .
19. Guida d'onda acustica secondo la rivendicazione 18, in cui detto corpo principale (2) include due pareti _ _ Ing. Pierluigi CÀJLA3⁄4G£LO _A—^^qN^^^iiiScriiz:.-AÈSDl114B _ interne opposte (11) che in vicinanza di detta apertura d'uscita (4) sono sostanzialmente piane e parallele e rispettivamente collegate a detti lati maggiori (4a,4c), ed in cui detti pioli si estendono fra dette pareti interne opposte e sono a queste collegati.
20. Sistema elettroacustico includente un trasduttore elettroacustico caratterizzato dal fatto di includere una guida acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, detta guida acustica (1) avendo detta apertura di ingresso (3) operativamente accoppiata a detto trasduttore elettroacustico.
21. Sistema di diffusione sonora di tipo "linearray", includente una pluralità di guide acustiche (1) allineate verticalmente e realizzate secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 19.
22. Uso, in un sistema di diffusione sonora di tipo "line array", di una guida d'onda acustica (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 19.
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