JP2017028420A - ノイズキャンセルヘッドホン - Google Patents

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Abstract

【課題】音質調整用の通気孔から漏れ出た音により、ドライバユニットから出力される音の音質が劣化するのを抑制する。【解決手段】ハウジングと、ハウジングに取り付けられるドライバユニット(7)と、ハウジングに形成された収納部に収納され外部音声を収音するマイクロホン(8)と、を有してなり、ハウジングには、ドライバユニットの背面側の空気室(S1)と、ハウジングの外部と、を連通させる通気孔(23)が形成され、通気孔からの放音音声は、マイクロホンに収音されることが抑制される、ことを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、ノイズキャンセルヘッドホン、特に、フィードフォワード方式のノイズキャンセルヘッドホンに関する。
ノイズキャンセル機能を備えたヘッドホン(ノイズキャンセルヘッドホン)は、マイクロホンとノイズキャンセル回路(以下「NC回路」という。)を備える。マイクロホンは、ヘッドホンの周囲の外部音声(以下「騒音」という。)を収音する。NC回路は、マイクロホンが収音した騒音に応じたキャンセル信号を生成する。ヘッドホンは、NC回路が生成したキャンセル信号に応じた音波を、ヘッドホンに接続された音楽プレーヤなどの音源からの再生信号に応じた音波と重ねてドライバユニットから出力する。すなわち、ヘッドホンは、騒音をキャンセル(消音)しながら、音源からの再生信号による楽音(以下「再生音」という。)を出力する。
キャンセル信号を生成する方式には、フィードバック方式(以下「FB方式」という。)と、フィードフォワード方式(以下「FF方式」という。)と、がある。
FB方式のヘッドホンに内蔵されるマイクロホンは、ヘッドホンのハウジング(イヤピース)の内部であって、ヘッドホンの使用者の耳元に近い位置に配置される。NC回路は、マイクロホンが収音した騒音の信号をリアルタイムで解析して、使用者の鼓膜の位置での騒音が最小になるようなキャンセル信号を生成する。FB方式のヘッドホンは、使用者の耳元に近い位置で騒音を収音するため、後述するFF方式のヘッドホンと比べて、騒音のキャンセル効果を高めることができ、また、変化する騒音成分への対応が可能である。
ただし、FB方式のヘッドホンは、内蔵されるマイクロホンが騒音と共に再生音を収音してキャンセル信号を生成してしまうと、出力される再生音の音質が劣化してしまう。また、FB方式のヘッドホンは、騒音のキャンセル効果を高めるために、使用者の頭部に装着された状態においてイヤピース内を密閉する必要がある。しかし、密閉されたイヤピース内では、ヘッドホンが出力する再生音がこもりがちになり、音質が劣化してしまう。そこで、FB方式のヘッドホンは、一般的に、再生音の音質を補正するためのフィルタを備える。
一方、FF方式のヘッドホンに内蔵されるマイクロホンは、ヘッドホンのハウジングの外部に配置される。NC回路は、マイクロホンが収音した騒音の信号を解析して、ヘッドホンの使用者の鼓膜に到達するまでの騒音の変化を予測し、この予測の結果に基づいてキャンセル信号を生成する。FF方式のヘッドホンは、スペースに制約のある使用者の耳元の近くにマイクロホンを配置する必要がない。そのため、FF方式のヘッドホンは、ヘッドホンの小型化に適している。また、FF方式のヘッドホンに内蔵されるマイクロホンは、ドライバユニットから離れた位置に配置される。そのため、FF方式のヘッドホンが出力する再生音は、FB方式のヘッドホンより騒音による影響を受けにくい。
ただし、FF方式のヘッドホンは、内蔵されるマイクロホンの配置場所により騒音のキャンセル効果に指向性が出やすく、風の影響も受けやすい。その結果、ノイズキャンセル機能が動作中のFF方式のヘッドホンは、使用者に違和感や不快感を与えてしまうことがある。
ここで、ノイズキャンセル機能の有無に関わらず、ヘッドホンのドライバユニットから出力される音波(音)の音質は、ドライバユニットの背面側の空気室の空気圧の影響を受ける。そのため、多くのヘッドホンは、ドライバユニットの背面側の空気室の空気圧を調整するための通気孔を備える。この音質調整用の通気孔は、ドライバユニットの背面側の空気室と、ヘッドホンのハウジングの外部と、を連通する。
これまでにも、ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、音質調整用の通気孔を設けたものは提案されている(例えば、特許文献1参照)。ただし、特許文献1に記載されているのは、FB方式のノイズキャンセルヘッドホンである。
米国特許第6735316号明細書
一方、FF方式のヘッドホンに音質調整用の通気孔が形成された場合、ヘッドホンのハウジングの外部に配置されたマイクロホンが通気孔から漏れ出た音を収音し得る。マイクロホンが通気孔から漏れ出た音を収音すると、NC回路は通気孔から漏れ出た音に応じたキャンセル信号を生成する。その結果、ドライバユニットから出力される再生音の音質は、通気孔から漏れ出た音の影響を受ける。
このように、ノイズキャンセルヘッドホン、特に、FF方式のヘッドホンにおいては、音質調整用の通気孔を設けつつ、ドライバユニットから出力される音の音質を劣化させないことが求められる。
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、音質調整用の通気孔から漏れ出た音により、ドライバユニットから出力される音の音質が劣化するのを抑制することができるノイズキャンセルヘッドホンを提供することを目的とする。
本発明は、ハウジングと、ハウジングに取り付けられるドライバユニットと、ハウジングに形成された収納部に収納され外部音声を収音するマイクロホンと、を有してなり、ハウジングには、ドライバユニットの背面側の空気室と、ハウジングの外部と、を連通させる通気孔が形成され、通気孔からの放音音声は、マイクロホンに収音されることが抑制される、ことを特徴とする。
本発明によれば、音質調整用の通気孔から漏れ出た音により、ドライバユニットから出力される音の音質が劣化するのを抑制することができる。
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの左側のイヤピースの正面図である。 図1のイヤピースの正面視断面図である。 図1のイヤピースを構成するバッフル板の斜視図である。 図1のイヤピースを構成する第1ハウジングの斜視図である。 図1のイヤピースを構成するハウジングカバーの斜視図である。 イヤパッドが取り外された図1のイヤピースの正面図である。 図1のイヤピースを構成するハウジングの斜視図である。 本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの別の実施の形態におけるイヤピースの正面視断面図である。 本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの周波数特性を示すグラフである。 本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンのノイズキャンセル効果の比較結果を示すグラフである。 本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンのノイズキャンセル効果の比較結果を示す別のグラフである。 本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンのノイズキャンセル効果の比較結果を示すさらに別のグラフである。
以下、図面を参照しながら、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホン(以下「ヘッドホン」という。)の実施の形態について説明する。ヘッドホンは、左右一対のイヤピースを備える。左右一対のイヤピースは、ヘッドバンドで連結される。
図1は、本発明にかかるヘッドホンの左側のイヤピースの正面図である。イヤピース100は、イヤパッド1と、バッフル板2と、第1ハウジング3と、ハウジングカバー4と、第2ハウジング5と、を有してなる。以下、バッフル板2と第1ハウジング3とハウジングカバー4と第2ハウジング5の全部または一部を、ヘッドホンのハウジングという。
イヤパッド1は、イヤピース100と、ヘッドホンの使用者の頭部との間の緩衝材である。
バッフル板2は、ドライバユニットを保持する部材である。ドライバユニットは、音源からの音声信号を音波に変換して出力する。
第1ハウジング3は、バッフル板2の背面側に配置されて、ドライバユニットの背面側の空気室を形成する部材である。バッフル板2の背面側とは、バッフル板2に保持されたドライバユニットから音波が出力される面の反対側(紙面右側)である。
ハウジングカバー4は、第1ハウジング3の背面側に配置されて、ヘッドホンの周囲の外部音声(以下「騒音」という。)を収音するマイクロホンの収納部を形成する。騒音は、音源からの音声信号による楽音(以下「再生音」という。)以外の音である。マイクロホンの収納部については、後述する。
第2ハウジング5は、ハウジングカバー4の背面側、すなわち、第1ハウジング3の背面側に配置されて、ノイズキャンセル回路(以下「NC回路」という。)が配置された回路基板を収納する。
イヤピース100は、アーム部材61と、スライダ62と、固定部材63と、ヘッドバンド64を介して、右側のイヤピースに連結される。
アーム部材61は、イヤピース100とスライダ62とを連結する。アーム部材61は、二股に分かれたアームを備える。二股の各アームの先端には、第2ハウジング5の正面(紙面手前側の面)と背面(紙面奥側の面)とに形成された軸受孔に対応する連結ピンが同軸的に設けられている。二股の各アームの先端の連結ピンが第2ハウジング5の軸受孔に挿入されると、イヤピース100は、連結ピン同士を結ぶ軸を回転中心として所定の角度の範囲内でアーム部材61に回動可能に支持される。
スライダ62は、ヘッドバンド64に対するイヤピース100の位置を調整する調整機構である。スライダ62の一端は、アーム部材61に固定される。スライダ62の他端は、固定部材63の長手方向の端に形成された開口部分からヘッドバンド64の内部空間に進入して、ヘッドバンド64の長手方向に進退可能に保持される。すなわち、イヤピース100は、スライダ62により、ヘッドバンド64の長手方向にスライド移動が可能である。
固定部材63は、スライダ62とヘッドバンド64を固定する。固定部材63は、スライダ62がヘッドバンド64から抜け落ちるのを防止する抜け落ち防止構造を備える。ヘッドバンド64の内部空間を進退可能に移動するスライダ62は、固定部材63の抜け落ち防止構造により、移動可能範囲の限界位置まで移動しても、ヘッドバンド64から抜け落ちない。
ヘッドバンド64は、アーム部材61とスライダ62と固定部材63とを介して、左右一対のイヤピースを連結する。ヘッドバンド64は、使用者の頭頂部や後頭部などに沿う形状に湾曲している。
ヘッドバンド64の内部には、板バネ状の弾性部材が配置されている。すなわち、ヘッドバンド64は、バネ性を有する。ヘッドバンド64の両端のイヤピース同士の距離は、ヘッドホンが使用者の頭部に装着されている時(装着時)と、ヘッドホンが使用者の頭部に装着されていない時(未装着時)とで異なる。すなわち、装着時のイヤピース同士の距離は、未装着時のイヤピース同士の距離より長い。装着時の各イヤピースには、バネ性を有するヘッドバンド64の復元力が働く。すなわち、装着時の各イヤピースは、互いに近づく方向に付勢される。各イヤピースは、ヘッドバンド64の復元力により、使用者の左右の耳に押し当てられて固定される。
図2は、イヤピース100の正面視断面図である。イヤパッド1は、環状に形成されていて、ヘッドホンが使用者の頭部に装着されているとき、使用者の耳の周りを取り囲む。イヤパッド1は、被覆材の内部に弾性材が詰め込まれて弾力性を有する。被覆材の材質は、例えば、レザーや化繊などの肌触りの良い材質である。弾性材の材質は、例えば、発泡ウレタン、綿、化学繊維などの弾力性のある材質である。
図3は、バッフル板2の斜視図である。バッフル板2は、平面視円形で、円板状の底面部20とフランジ部22とが側面部21で連結される。側面部21には、音質調整用の通気孔23が形成される。底面部20の平面視(バッフル板2の表裏方向、紙面下側から上側に見た方向)中央には、開口24が形成される。
開口24には、図2に示されるように、ドライバユニット7が取り付けられる。バッフル板2の周縁は、図2に示されるように、底面部20と側面部21とフランジ部22とで囲まれた、断面がU字状の溝部が形成される。イヤパッド1の被覆材の一部がバッフル板2の周縁に形成された溝部に覆い被されて、イヤパッド1がバッフル板2に係止される。
図4は、第1ハウジング3の斜視図である。第1ハウジング3は、平面視円形で、図2に示されるように、正面視断面がハット状である。第1ハウジング3は、底面部30と側面部31と受部32とフランジ部33とを備える。底面部30と側面部31の一部には、マイクロホン収納穴34が形成される。マイクロホン収納穴34については、後述する。
第1ハウジング3は、図2に示されるように、バッフル板2とドライバユニット7と共に、ドライバユニット7の背面側の空気室S1を形成する。空気室S1は、バッフル板2に形成された通気孔23を介して、バッフル板2や第1ハウジング3の外部、つまり、イヤピース100を構成するハウジングの外部と連通する。空気室S1の空気圧は、通気孔23の大きさなどにより調整される。つまり、ドライバユニットから出力される音の音質は、通気孔23の大きさなどにより調整される。
図5は、ハウジングカバー4の斜視図である。ハウジングカバー4は、平面視円形で、図2に示されるように、正面視断面がハット状である。ハウジングカバー4は、底面部40と側面部41とフランジ部42とを備える。底面部40には、マイクロホン挿入孔43が形成される。側面部41には、収音孔44が形成される。
収音孔44は、図2に示されるように、イヤピース100を構成するハウジングの上方、つまり、ヘッドホンが使用者の頭部に装着されている時の使用者の頭頂部側に形成(配置)される。
ハウジングカバー4と第1ハウジング3とは、ハウジングカバー4のフランジ部42が第1ハウジング3の受部32に当接して位置決めされる。第1ハウジング3の背面側に配置されたハウジングカバー4のマイクロホン挿入孔43は、図2に示されるように、第1ハウジング3のマイクロホン収納穴34と連通する。
ハウジングカバー4に形成された収音孔44は、第1ハウジング3のマイクロホン収納穴34と連通する。マイクロホン収納穴34には、マイクロホン8が配置される。マイクロホン8は、例えば、無指向性のマイクロホンである。
マイクロホン8は、例えば、その収音面が収音孔44に対向する向き、つまり、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時、収音面が上方を向くようにマイクロホン収納穴34内に配置される。このようなマイクロホン8と収音孔44との配置により、ヘッドホンのハウジングの外部からの風圧による騒音の発生を低減することができる。
収音孔44は、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時、アーム部材61、スライダ62、固定部材63、ヘッドバンド64の下方に位置する。これらアーム部材61などは、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時、収音孔44を塞ぐことはない。つまり、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時、マイクロホン8は常にハウジングの外部(の空気層)に接して、騒音を収音可能である。その結果、ヘッドホンは、常に騒音のキャンセル効果を発揮する。
第2ハウジング5は、平面視円形で、図2に示されるように、正面視断面がカップ状である。第2ハウジング5は、底面部50と側面部51とを備える。第2ハウジング5は、ハウジングカバー4の背面側に配置される。第2ハウジング5は、ハウジングカバー4と共に、ハウジングカバー4の背面側に空気室S2を形成する。空気室S2には、マイクロホン8が収音した騒音に応じたキャンセル信号を生成するNC回路が配置される。
ヘッドホンのハウジングを構成する第1ハウジング3と第2ハウジング5とは、図2に示されるように、音響的に分離される。すなわち、第1ハウジング3で画定される音響部としての空気室S1と、第2ハウジング5で画定される回路部としての空気室S2とは、音響的に分離される。よって、空気室S2内に配置されたマイクロホン8は、ドライバユニット7から出力されて空気室S1内に放出された音を収音してキャンセル信号を生成することはない。つまり、ドライバユニット7が出力する音の音質は、空気室S1に放出されたドライバユニット7が出力する音で劣化しない。
図6は、イヤパッド1が取り外されたイヤピース100の正面図である。バッフル板2の側面部21に形成された通気孔23は、イヤピース100の正面側(紙面手前側)に位置する。
図7は、イヤパッド1と第2ハウジング5とが取り外された状態のイヤピース100、つまり、一体化されたバッフル板2と第1ハウジング3とハウジングカバー4との斜視図である。ハウジングカバー4に囲まれた第1ハウジング3のマイクロホン収納穴34は、マイクロホン8の収納部を構成する。マイクロホン8の収納部は、ハウジングカバー4のマイクロホン挿入孔43と収音孔44のそれぞれと連通する。マイクロホン8は、挿入口としてのマイクロホン挿入孔43からマイクロホン収納穴34内に収納される。マイクロホン挿入孔43は、第2ハウジング5により閉鎖される。よって、マイクロホン8の収納部は、収音孔44のみを介して、ハウジングの外部と連通する。換言すれば、マイクロホン8は、収音孔44を通過して収納部に進入した音波のみを収音する。
ハウジングカバー4に形成された収音孔44は、前述のとおり、イヤピース100を構成するハウジングの上方に形成される。バッフル板2に形成された通気孔23は、イヤピース100を構成するハウジングの前方、つまり、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時の使用者の顔面側に形成される。
収音孔44と通気孔23は、図7に示されるように、ハウジングの少なくとも90°周方向に離間して形成される。このように、収音孔44と通気孔23とが離間して形成される構成により、通気孔23から漏れ出た楽音(以下「放音音声」という。)が収音孔44を通過してマイクロホン8に収音されるのが抑制される。
なお、収音孔と通気孔とのハウジング上の形成位置は、放音音声が収音孔を通過してマイクロホン8に収音されるのが抑制される位置であればよい。すなわち、例えば、通気孔は、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時に、使用者の後頭部側、つまり、ハウジングの後方に配置されてもよい。
また、収音孔と通気孔とのハウジング上の形成位置の別の例として、収音孔と通気孔とがハウジングの周方向に対向する位置に形成されてもよい。すなわち、例えば、図8に示されるように、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時、収音孔44は使用者の頭頂部側で、通気孔23aは使用者の足元側に形成されてもよい。
図9は、本発明にかかるヘッドホンの周波数特性を示すグラフである。図中、実線は、ノイズキャンセル機能がオン、つまり、マイクロホン8が収音した騒音に応じたキャンセル信号をNC回路が生成可能な状態のときのヘッドホンの周波数特性であり、点線は、ノイズキャンセル機能がオフ、つまり、マイクロホン8が収音した騒音に応じたキャンセル信号をNC回路が生成不可能な状態のときのヘッドホンの周波数特性である。同図に示されるように、本発明にかかるヘッドホンは、ノイズキャンセル機能がオンのときとオフのときとで周波数特性に大きな相違はない。すなわち、同図は、本発明にかかるヘッドホンにおいては、通気孔23から漏れ出た音が収音孔44を通過してマイクロホン8に収音されるのが抑制されていることを示す。
マイクロホン8の収納部であるマイクロホン収納穴34は、ヘッドホンが使用者の頭部に装着された時に、ヘッドホンのハウジングの上方、例えば、図2に示されるように、ドライバユニット7よりも上方に形成される。マイクロホン8の収納部がハウジングの上方に形成される、つまり、収音孔44がハウジングの上方に形成されることで、騒音のキャンセル効果の指向性が低減される。
図10、図11、図12は、ヘッドホンに対する騒音の発生方向の違いによる、ヘッドホンの騒音のキャンセル効果の比較結果を示すグラフである。図10は、ヘッドホンの上方(図1の紙面上側)に配置された場合である。図11は、ヘッドホンの正面(図1の紙面手前側)に配置された場合である。図12は、ヘッドホンの側面(図1の紙面左側)に配置された場合である。各図は、ヘッドホンに対する騒音の発生方向が90度、180度、270度、360度のときの騒音のキャンセル効果を示す。
図11は、300Hz−2kHz付近で方向ごとのばらつきが大きく、騒音の発生方向によりキャンセル効果に差があることを示している。このように、マイクロホンが正面に配置されたヘッドホンは、キャンセル効果の高い方向と低い方向とが存在して、使用者に違和感を与えてしまうことがある。
図12は、図11に比べて方向ごとのばらつきは小さいが、1kHz付近でのキャンセル効果には大きな差があり、また、90度のときのキャンセル効果が大きいことを示している。このように、マイクロホンが側面に配置されたヘッドホンは、一方向(90度方向)のキャンセル効果が他の方向に比べて高いため、使用者に違和感を与えてしまうことがある。
一方、図10は、図11や図12に比べて、方向ごとのキャンセル効果の差が小さい。したがって、例えば、使用者がヘッドホンを装着したまま移動していて、使用者の移動方向が変わりヘッドホンに対する騒音の発生方向が変化したとしても、キャンセル効果は大きく異なることがない。このように、マイクロホンが上方に配置されたヘッドホンは、騒音の発生方向の違いにより使用者に与える違和感を軽減することができる。
以上説明した実施の形態によれば、通気孔23から漏れ出た音が収音孔44を通過してマイクロホン8に収音されるのが抑制されるため、ドライバユニット7から出力される音の音質が通気孔23から漏れ出た音により劣化するのが抑制される。
1 イヤパッド
2 バッフル板
20 底面部
21 側面部
22 フランジ部
23 通気孔
24 開口
3 第1ハウジング
30 底面部
31 側面部
32 受部
33 フランジ部
34 マイクロホン収納穴
4 ハウジングカバー
40 底面部
41 側面部
42 フランジ部
43 マイクロホン挿入孔
44 収音孔
5 第2ハウジング
50 底面部
51 側面部
61 アーム部材
62 スライダ
63 固定部材
64 ヘッドバンド
7 ドライバユニット
8 マイクロホン
100 イヤピース



Claims (12)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングに取り付けられるドライバユニットと、
    前記ハウジングに形成された収納部に収納され外部音声を収音するマイクロホンと、
    を有してなり、
    前記ハウジングには、前記ドライバユニットの背面側の空気室と、前記ハウジングの外部と、を連通させる通気孔が形成され、
    前記通気孔からの放音音声は、前記マイクロホンに収音されることが抑制される、
    ことを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。
  2. 前記ハウジングには、前記収納部と、前記ハウジングの外部と、を連通させる収音孔が形成され、
    前記収音孔は、前記通気孔からの放音音声が前記マイクロホンに収音されるのが抑制される位置に形成される、
    請求項1記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  3. 前記収音孔と前記通気孔とは、前記ハウジングの少なくとも90°周方向に離間して形成される、
    請求項2記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  4. 前記収音孔と前記通気孔とは、前記ハウジングの周方向に対向する位置に形成される、
    請求項2記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  5. 前記収音孔は、前記ハウジングの上方に形成され、
    前記通気孔は、前記ハウジングの前方または後方に形成される、
    請求項2記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  6. 前記収音孔は、前記ハウジングの上方に形成され、
    前記通気孔は、前記ハウジングの下方に形成される、
    請求項2記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  7. 前記ハウジングは、
    前記ドライバユニットが取り付けられるバッフル板と、
    前記バッフル板の背面側に配置される第1ハウジングと、
    前記第1ハウジングの背面側に配置される第2ハウジングと、
    を備え、
    前記空気室は、前記第1ハウジングにより画定され、
    前記第1ハウジングと、前記第2ハウジングと、は音響的に分離される、
    請求項1乃至6のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  8. 前記ハウジングは、前記第1ハウジングの背面側を覆うハウジングカバーを備え、
    前記収納部は、前記第1ハウジングと前記ハウジングカバーとで形成され、
    前記収音孔は、前記ハウジングカバーに形成される、
    請求項7記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  9. 前記マイクロホンは、前記ハウジングカバーに形成された挿入口から前記収納部に収納され、
    前記挿入口は、前記第2ハウジングにより閉鎖される、
    請求項8記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  10. 前記通気孔は、前記バッフル板に形成される、
    請求項7乃至9のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  11. 前記マイクロホンが収音した外部信号からキャンセル信号を生成する回路基板、
    を備える、
    請求項7乃至10のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
  12. 前記回路基板は、前記第1ハウジングと前記第2ハウジングとの間に配置される、
    請求項11に記載のノイズキャンセルヘッドホン。


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