JP2013153416A - ヘッドホン及びヘッドホンドライバー - Google Patents
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Abstract
【課題】振動板を製造する上で高い製造技術の工程を必要とせずに、安価に製造することができ、高い周波数での共振周波数を抑え、広い帯域で音質劣化なく、オーディオ信号を再生することができるヘッドホンを提供する。
【解決手段】２つのヘッドホンドライバーユニットと、ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つのヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、振動板に固定されたボイスコイルと、ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、ボイスコイルを介して磁石の反対側に設置されるヨークと、磁石と前記ヨークとを設置すると共に振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーを備え、振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型する。
【選択図】 図１
【解決手段】２つのヘッドホンドライバーユニットと、ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つのヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、振動板に固定されたボイスコイルと、ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、ボイスコイルを介して磁石の反対側に設置されるヨークと、磁石と前記ヨークとを設置すると共に振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーを備え、振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、ヘッドホン及びヘッドホンドライバーに関する。
ヘッドホンにおけるオーディオ信号を出力するベッドホンドライバーは、振動板と、ボイスコイル、ヨーク、磁石とからなる磁気回路、フレームを備える。一般的に、ヘッドホンドライバー用の振動板は、振動板の生産のしやすさ、ヘッドホンドライバー用に振動板を小型に成形することができることから、ポリエステルの材料で作られている。振動板の材料としては、ポリエステルの他に、ポリエーテルイミドや金属などの材料もあり、また、スピーカ用の大型の振動板の材料としては紙の材料などが用いられる。
ポリエステルなどを材料とした振動板は、小型化ができ、製造が容易であるという利点があるが、内部損失が紙を材料とした振動板より劣り、音圧周波数特性にピーク・ディップを持ってしまい、高音質が得られない、という欠点がある。
図５は、従来のヘッドホンドライバーにおけるポリエステルを材料とした振動板の振動領域を示す図である。
図５において、円内の色の濃い部分が振動の中心位置を示す。ポリエステルを材料とする振動板は、低い周波数の場合、振動板は、図５（ａ）に示すように、振動板一面が同じ動きをし、ひずみがなく振動する。周波数が高くなると、図５（ｂ）のように、振動板面上に2つの異なる振動面が発生し、さらに周波数が高くなると、図５（ｃ）のように、さらに振動板面上に複数の振動部分が発生する。このような高い周波数における振動面上の異なる振動面の発生が、振動板の周波数特性にピーク・ディップの歪を生じさせる原因になり、再生するオーディオ信号の音質に悪影響を及ぼす。
図５において、円内の色の濃い部分が振動の中心位置を示す。ポリエステルを材料とする振動板は、低い周波数の場合、振動板は、図５（ａ）に示すように、振動板一面が同じ動きをし、ひずみがなく振動する。周波数が高くなると、図５（ｂ）のように、振動板面上に2つの異なる振動面が発生し、さらに周波数が高くなると、図５（ｃ）のように、さらに振動板面上に複数の振動部分が発生する。このような高い周波数における振動面上の異なる振動面の発生が、振動板の周波数特性にピーク・ディップの歪を生じさせる原因になり、再生するオーディオ信号の音質に悪影響を及ぼす。
また、ポリエステルなどの材料を高分子フィルムに蒸着させる等の方法が考えられているが、それほど顕著に特性の改善につながらない、蒸着工程の増加により製造工程が複雑になる、振動板の価格増加にもつながり、ポリエステルは、振動板の材料として適していない。
一方、紙を材料に用いた振動板は、材料の扱いやすさ、また、内部損失の高さから共振周波数によるピーク・ディップが少なく音質がよいなどの点から、広く振動板に利用されている。しかし、紙の振動板を利用したヘッドホンドライバーは、振動板がフレームに直接固定されている場合、振動板のコンプライアンスが低くなり、最低共振周波数が高くなり、低い周波数での再生能力が低下することがある。
図６は、従来のヘッドホンドライバーにおける周波数特性を示す図である。
図６において、当該周波数特性では、最低共振周波数が６０Ｈｚ周辺に位置していることから、信号レベルは、６０Ｈｚ周辺から徐々に低下している。このことは、周波数が低くなるにしたがって信号レベルが小さくなるため、オーディオ信号においては、低音域での音質の低下につながる。
図６において、当該周波数特性では、最低共振周波数が６０Ｈｚ周辺に位置していることから、信号レベルは、６０Ｈｚ周辺から徐々に低下している。このことは、周波数が低くなるにしたがって信号レベルが小さくなるため、オーディオ信号においては、低音域での音質の低下につながる。
このような振動板全体における最低共振周波数が高くなるのを改善する方法として、振動板とフレームとの間に、振動板と別の素材を用いたエッジ部を設けること方法がある。
前述したような振動板の性能、また、振動板の低音域の周波数特性を向上させる技術として、特許文献１にカーボン繊維を混入した材料を用いて振動板を形成し、また、振動板とフレームとをエッジにより固定する技術が開示されている。
特許文献１に開示されているエッジを介して振動板とフレームが固定されるヘッドホンドライバーにおいて、紙にカーボン繊維を混入する振動板は、製造工程においてカーボン繊維を精度よく計量し、紙と混合する必要がある。カーボン繊維の混合量が適正値から外れると、振動板の特性に悪影響を与え、音質の劣化に繋がる。このため、紙に混合するカーボン繊維の混合利用の精密な管理が必要になる。特に、振動板の周波数特性には、エッジの素材の特性、エッジと振動板を組み合わせた状態での特性が最良となるように振動板を製造するする必要があるため、カーボン繊維の計量が重要となる。
また、紙とカーボン繊維を混合する工程においても、紙とカーボン繊維とが均一に混ざるように十分な注意が必要になる。したがって、振動板の製造工程において、高い製造技術を必要とする。
また、高い製造技術を有する製造工程において、使用する装置等も精度の高いものが必要になり整備に費用がかかる。また、カーボン繊維も高価であることから、振動板自体の価格の向上につながる。
本発明は、オーディオ信号を出力するヘッドホンドライバー及びヘッドホンにおいて、振動板を製造する上で高い製造技術の工程を必要とせずに、安価に振動板を製造することができ、高い周波数での共振周波数を抑え、広い帯域で音質劣化なく、オーディオ信号を再生することができる振動板を有するヘッドホン及びヘッドホンドライバーを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本願発明のヘッドホンは、オーディオ信号に基づいて音響信号を出力する２つのヘッドホンドライバーユニットと、前記ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つの前記ヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、前記ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置すると共に前記振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーを備え、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンは、オーディオ信号に基づいて音響信号を出力する２つのヘッドホンドライバーユニットと、前記ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つの前記ヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、前記ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置するフレームと、前記振動板を前記フレームに固定するエッジとを備えるヘッドホンドライバーを備え、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンは、前記エッジは、前記振動板と異なる材料であり、且つ、エストラマー素材で形成されることを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンは、前記振動板は、紙素材に対してナノファイバー素材が２０〜３０％の割合で混合されることを特徴とする。
本願発明のヘッドホンドライバーは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置すると共に前記振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーにおいて、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンドライバーは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置するフレームと、前記振動板を前記フレームに固定するエッジとを備えるヘッドホンドライバーにおいて、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンドライバーは、前記エッジは、前記振動板と異なる材料であり、且つ、エストラマー素材で形成されることを特徴とする。
また、本願発明のヘッドホンドライバーは、前記振動板は、紙素材に対してナノファイバー素材が２０〜３０％の割合で混合されることを特徴とする。
以上により、本願発明は、振動板を製造する上で高い製造技術の工程を必要とせずに、安価に振動板を製造することができ、高い周波数での共振周波数を抑えることにより、広い帯域で音質劣化なく、オーディオ信号を再生することができるヘッドホン及びヘッドホンドライバーを提供することができる。
図１は、本実施形態のヘッドホン及びヘッドホンドライバーの概略構成を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態のヘッドホンの概略図であり、図１（ｂ）は、本実施形態のヘッドホンドライバーを示す概略断面図である。
図１（ａ）に示すヘッドホン１０は、２つのヘッドホンドライバーユニット２０と、それぞれのヘッドホンドライバーユニット２０に備えられたイヤーパッド３０と、２つのヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンド４０とを備える。ヘッドホン１０は、頭部にヘッドホンバンド４０が当接し、また、２つのイヤーパッド３０が耳に当接し、ヘッドホン１０が頭部に装着される。
図１（ａ）に示すヘッドホン１０は、２つのヘッドホンドライバーユニット２０と、それぞれのヘッドホンドライバーユニット２０に備えられたイヤーパッド３０と、２つのヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンド４０とを備える。ヘッドホン１０は、頭部にヘッドホンバンド４０が当接し、また、２つのイヤーパッド３０が耳に当接し、ヘッドホン１０が頭部に装着される。
ヘッドホンドライバーユニット２０は、内部にヘッドホンドライバー２１を備える。ヘッドホンドライバー２１は、図１（ｂ）に示すとおり、振動板５０、ボイスコイル６０、フレーム７０、磁石８０、ヨーク９０、エッジ１００を備える。
振動板５０は、略円錐形の形状をし、中央部に振動板中央部５１を有する。また、振動板５０は、振動板中央部５１の反対側に、後述するボイスコイル６０を設置するための振動板円筒部５２を有する。振動板５０は、後述するように紙を主材料とし、紙にナノファイバーが混合され、一体成型され製造される。ボイスコイル６０は、振動板円筒部５２に固定される。
振動板円筒部５２に設置されたボイスコイル６０を挟むように、振動板円筒部５２の内側に磁石８０がフレーム７０に設置され、また、振動板円筒部５２の外側にヨーク９０がフレーム７０に設置される。なお、振動板円筒部５２に対する磁石８０とヨーク９０の配置は、逆の配置でもあってもよい。
振動板５０とフレーム７０は、ポリウレタン、シリコンゴム等のエストラマー素材により形成されたエッジ１００により接続される。エッジ１００は、環状であり、その断面が逆Ｕ字状の形状になる。エッジ１００の一端が振動板５０と接続し、他端がフレーム７０と接続する。
なお、エッジ１００は、断面がＵ字状、波状など他の形状のものであってもよい。エッジ１００を断面がＵ字状になるように形成した場合、ヘッドホンドライバー２１の振動板５０の上側方向への突出部がなくなるため、ヘッドホンドライバー２１の薄型化が図れる。
また、エッジ１００を断面が波状になるように形成した場合、波部分により振動板５０の振動に対する剛性の余裕度が高まり、より柔らかく振動板５０が振動するようになる。すなわち、低音域での周波数特性が更に向上する。
また、エッジ１００を断面が波状になるように形成した場合、波部分により振動板５０の振動に対する剛性の余裕度が高まり、より柔らかく振動板５０が振動するようになる。すなわち、低音域での周波数特性が更に向上する。
フレーム７０に固定された磁石８０とヨーク９０により磁気回路を構成し、磁石８０とヨーク９０との間に配置されたボイスコイル６０に、オーディオ信号に基づく電気信号が流れることにより、ボイスコイル６０が設置された振動板５０が振動する。この振動により音波が発生し、オーディオ信号が出力される。
本発明の振動板５０について説明する。
図２は、本実施形態のヘッドホンドライバーの振動板の材料を説明する図である。図２（ａ）は、紙の材料の拡大図であり、図２（ｂ）は、ナノファイバーの材料の拡大図である。
本発明の振動板５０は、図２（ａ）に示す紙の材料を基本とし、図２（ｂ）に示すナノファイバーを混合し、一体成型により振動板５０を製造する。図２（ａ）において、紙の材料は、幅１０〜５０μｍの幅の繊維素材である。図２（ｂ）において、ナノファイバーは、幅３０〜９０ｎｍ幅の繊維素材である。これらを混合し、一体的な振動板５０を製造する。
図２は、本実施形態のヘッドホンドライバーの振動板の材料を説明する図である。図２（ａ）は、紙の材料の拡大図であり、図２（ｂ）は、ナノファイバーの材料の拡大図である。
本発明の振動板５０は、図２（ａ）に示す紙の材料を基本とし、図２（ｂ）に示すナノファイバーを混合し、一体成型により振動板５０を製造する。図２（ａ）において、紙の材料は、幅１０〜５０μｍの幅の繊維素材である。図２（ｂ）において、ナノファイバーは、幅３０〜９０ｎｍ幅の繊維素材である。これらを混合し、一体的な振動板５０を製造する。
紙素材へのナノファイバー素材の混合比は、紙素材のみ(ナノファイバー０％)から、順次ナノファイバー素材の混合比を増やし、ナノファイバー素材のみ(ナノファイバー１００％)の混合比で振動板５０を作成し、それぞれの振動板５０によりオーディオ信号を再生し、音質の劣化を確認した場合、紙素材にナノファイバー素材を２０〜３０％の比率で混合した振動板５０が、他の混合比の振動板５０に比べ、聴感上の高い周波数における音質の劣化がなく、低い周波数からの高い周波数にわたって音質の良いオーディオ信号の再生ができた。
図３は、本実施形態のヘッドホンドライバーの振動板の歪特性を説明する図である。図３（ａ）は、従来のポリエステル素材の振動板の歪特性を示す図であり、図３（ｂ）は、本実施形態の紙の素材とナノファイバーの素材を混合した振動板の歪特性を示す図である。
ポリエステル素材のみで製造した振動板の場合、当該振動板の歪特性は、図３(ａ)の特性のとおり、３ｋＨｚ周辺の歪特性にピークが発生し、このピークが音質の劣化に繋がる。
ポリエステル素材のみで製造した振動板の場合、当該振動板の歪特性は、図３(ａ)の特性のとおり、３ｋＨｚ周辺の歪特性にピークが発生し、このピークが音質の劣化に繋がる。
一方、紙素材にナノファイバー素材を混合した本実施形態の振動板５０の場合、当該振動板５０の周波数特性は、図３（ｂ）のとおり、３ｋＨｚ周辺にピークが発生せず、平坦に特性となり、音質の劣化なく、低い周波数から高い周波数まで音質の劣化なく、オーディオ信号を再生することができる。特に、ナノファイバー素材を２０〜３０％の割合で混合した振動板５０は、より聴感上の音質がよく聞こえた。以上の結果から、紙素材とナノファイバー素材の混合比は、ナノファイバー素材が２０〜３０％の混合比が適当である。
図４は、本実施形態のヘッドホンドライバーの周波数特性を説明する図である。図４（ａ）は、従来の振動板とフレームとの間にエッジが備えられていないヘッドホンドライバーの周波数特性を示す図であり、図４（ｂ）は、本実施形態のエッジを備えたヘッドホンドライバーの周波数特性を示す図である。
振動板５０とフレーム７０とがエストラマー素材で形成されたエッジ１００で接続されることにより、エッジ１００を含む振動板５０全体の最低共振周波数が低くなる。図４（ａ）は、エッジが用いられていない振動板が直接フレームに接続された場合の周波数特性であり、この周波数特性においては、最低共振周波数は、約９５Ｈｚ周辺に位置する。図４（ｂ）は、振動板５０とフレーム７０とがエストラマー素材で形成されたエッジ１００で接続した場合の周波数特性であり、この周波数特性においては、最低共振周波数は、約１８Ｈｚ周辺に位置する。
振動板５０とフレーム７０とがエストラマー素材で形成されたエッジ１００で接続されることにより、エッジ１００を含む振動板５０全体の最低共振周波数が低くなる。図４（ａ）は、エッジが用いられていない振動板が直接フレームに接続された場合の周波数特性であり、この周波数特性においては、最低共振周波数は、約９５Ｈｚ周辺に位置する。図４（ｂ）は、振動板５０とフレーム７０とがエストラマー素材で形成されたエッジ１００で接続した場合の周波数特性であり、この周波数特性においては、最低共振周波数は、約１８Ｈｚ周辺に位置する。
このように、エストラマー素材により形成されたエッジ１００により振動板５０とフレーム７０が接続されることにより、ヘッドホンドライバー２１の最低共振周波数が低い周波数に移動することにより、低い周波数での信号レベルの低下が抑えられる。このことにより、低音域でのオーディオ信号の再生能力が向上し、広い帯域で音質劣化なく、オーディオ信号を再生することができる。
以上のように、本発明は、ヘッドホン１０に用いるヘッドホンドライバー２１の振動板５０において、紙素材を主材料とし、その紙素材にナノファイバー素材を混合することにより、振動板５０の高い周波数での共振周波数を抑えることができる。このことにより、高い周波数での共振周波数が原因で生じる劣化を低減することができる。
また、紙素材に混合するナノファイバー素材は、カーボンなどの他の素材と異なり、材料の入手が容易であり、カーボン等の特殊素材に比べてコストが安くてすむ。
さらに、振動板５０の製造工程においても、カーボン素材を使用しないために、カーボン素材の混合比率の細かな管理、或いは、2つの材料を十分に混合するための工程など、複雑な工程を追加することなく振動板５０の製造をすることができる。すなわち、振動板５０の製造する工程において、紙素材とナノファイバー素材を混合することにより、簡単に2つの材料を混ぜ合わせることができる。その混合した材料を抄紙することにより、振動板５０の元となる材料を生成することができる。その材料を用いて振動板５０の形状に一体成型することにより、振動板５０を製造できる。このように、複雑な工程を追加することなく、通常のパルプによる振動板５０の製造工程で製造することができる。製造工程を追加する必要がないため、製造コストも安くてすむ。
したがって、本願発明は、振動板を製造する上で高い製造技術の工程を必要とせずに、安価に振動板を製造することができ、高い周波数での共振周波数を抑えることにより、広い帯域で音質劣化なく、オーディオ信号を再生することができるヘッドホン及びヘッドホンドライバーを提供することができる。
本実施形態のヘッドホンドライバー２１は、紙素材にナノファイバー素材を混合した振動板５０とエッジ１００を備える構成としたが、ヘッドホンドライバー２１のより小型化を図る場合には、エッジを備えずに紙素材にナノファイバー素材を混合した振動板５０のみを備える構成としてもよい。
本発明は、ヘッドホンに有用に用いることができる。
１０・・・ヘッドホン
２０・・・ヘッドホンドライバーユニット
２１・・・ヘッドホンドライバー
３０・・・イヤーパッド
４０・・・ヘッドホンバンド
５０・・・振動板、５１・・・振動板中央部、５２・・・振動板円筒部
６０・・・ボイスコイル
７０・・・フレーム
８０・・・磁石
９０・・・ヨーク
１００・・・エッジ
２０・・・ヘッドホンドライバーユニット
２１・・・ヘッドホンドライバー
３０・・・イヤーパッド
４０・・・ヘッドホンバンド
５０・・・振動板、５１・・・振動板中央部、５２・・・振動板円筒部
６０・・・ボイスコイル
７０・・・フレーム
８０・・・磁石
９０・・・ヨーク
１００・・・エッジ
Claims (8)
- オーディオ信号に基づいて音響信号を出力する２つのヘッドホンドライバーユニットと、前記ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つの前記ヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、前記ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置すると共に前記振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーを備え、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とするヘッドホン。
- オーディオ信号に基づいて音響信号を出力する２つのヘッドホンドライバーユニットと、前記ヘッドホンドライバーユニットに備えられたイヤーパッドと、２つの前記ヘッドホンドライバーユニットを接続するヘッドホンバンドとを備えるヘッドホンにおいて、前記ヘッドホンドライバーユニットは、振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置するフレームと、前記振動板を前記フレームに固定するエッジとを備えるヘッドホンドライバーを備え、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とするヘッドホン。
- 請求項２に記載のヘッドホンにおいて、前記エッジは、前記振動板と異なる材料であり、且つ、エストラマー素材で形成されることを特徴とするヘッドホン。
- 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヘッドホンにおいて、前記振動板は、紙素材に対してナノファイバー素材が２０〜３０％の割合で混合されることを特徴とするヘッドホン。
- 振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置すると共に前記振動板の外周部が固定されるフレームとを備えるヘッドホンドライバーにおいて、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とするヘッドホンドライバー。
- 振動板と、前記振動板に固定されたボイスコイルと、前記ボイスコイルに隣接して設置される磁石と、前記ボイスコイルを介して前記磁石の反対側に設置されるヨークと、前記磁石と前記ヨークとを設置するフレームと、前記振動板を前記フレームに固定するエッジとを備えるヘッドホンドライバーにおいて、前記振動板は、紙素材にナノファイバー素材を混合して成型することを特徴とするヘッドホンドライバー。
- 請求項６に記載のヘッドホンドライバーにおいて、前記エッジは、前記振動板と異なる材料であり、且つ、エストラマー素材で形成されることを特徴とするヘッドホンドライバー。
- 請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のヘッドホンドライバーにおいて、前記振動板は、紙素材に対してナノファイバー素材が２０〜３０％の割合で混合されることを特徴とするヘッドホンドライバー。
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