JP3657340B2 - インパルス応答生成装置 - Google Patents
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め与えられたインパルス応答と類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成するインパルス応答生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音場制御方式の１つとして、スピーカウォールによる音場の能動制御方式が研究されている。この方式は、リスニングルームの壁一面に設置したアレイ状のスピーカによりコンサートホール等の音場の反射音を再生することにより、リスニングルーム内の広い聴取範囲で良好な音場を再生するものである。例えば、小野「スピーカーウォールについて」JAS JOURNAL Vol.32 No.9, pp.75-78, 日本オーディオ協会、1992年を参照されたい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような音場制御法においては、無響室において収録された音か、あるいは、音源に近接して設置されたマイクロホンにより収録された音等の、残響を含まない音源に、コンサートホール等の音場のインパルス応答を畳み込んで各スピーカから再生する方法が用いられている。
【０００４】
コンサートホール等の音場が拡散音場（各到来方向から音色が等しくかつ互いに無相関な音が到来する状態）に近いことを考えると、各スピーカから再生する音も同様に、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いことが望まれる。このような再生音の無相関化は、再生音の音色が聴取位置によって変化しないようにするためにも必要である。
【０００５】
このためには、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数得ることが必要となる。多数、例えば、数１０個以上のスピーカを用いる場合にはその数の無相関なインパルス応答を測定することが必要となる。このような多数のインパルス応答を実測により求めるには、互いに充分に離れた点でインパルス応答を測定することが必要となるため技術的に困難な点が多い。また、従来の残響付加装置では、与えられたインパルス応答と等しい音色を持つ出力を作ることが容易でない上、出力チャンネル数が２などの少ない数であることが問題である。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、予め与えられたインパルス応答と類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することができるインパルス応答生成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め与えられたインパルス応答を初期反射音部と残響音部とに分離する信号分離手段と、所定の有限長の時間窓をそれぞれ所定時間ｔｍ（１≦ｍ≦ｎ，０≦ｔ１≦ｔ２・・・≦ｔｎ）だけシフトして得られた時間窓を、前記信号分離手段により分離して得られた残響音部に対して乗ずる第１ないし第ｎ乗算手段と、時間シフト量をランダム時間系列で与える乱数発生手段と、該乱数発生手段のランダムな時間シフト量で、前記第１ないし第ｎ乗算手段の出力の時間軸をシフトする時間シフト手段と、該時間シフト手段の出力と、前記信号分離手段により分離して得られた初期反射音部とを全て加算する信号加算手段と、互いに異なる複数のランダム時間系列を発生させるように、前記乱数発生手段を制御する制御手段とを備え、複数の互いに相関の低いインパルス応答を生成することを特徴とする。
【０００８】
本発明によるアルゴリズムを利用すれば、１つのインパルス応答を測定することにより、それを基にそのインパルス応答と類似した音色を持ち、かつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することが可能になり、再生スピーカの数が増えてもインパルス応答の測定回数を増やす必要が無くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す。図１において、１は信号分離装置であり、インパルス応答を初期反射音部と残響音部とに分離するものである。２１，２２，・・・，２ｎは乗算装置であり、信号分離装置１の出力する残響音部に対し時間窓を乗じるものである。３１，３２，・・・，３ｎは時間シフト装置であり、乗算装置２１，２２，・・・，２ｎの出力を、時間軸をシフトして出力するものである。４１，４２，・・・，４ｍは乱数発生装置であり、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎの時間シフト量をランダムに与えるものである。５は信号加算装置であり、信号分離装置１の出力する初期反射音部と、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎの出力とを全て加算するものである。７はスイッチであり、乱数発生装置４１，４２，・・・，４ｍの異なる出力を選択するものである。８はスイッチであり、スイッチ７と連動しており、信号加算装置５からの信号を振り分けるものである。
【００１０】
６はアレイスピーカによる音場制御システムであり、リスニングルームの壁一面にアレイ状に配置したスピーカを有するとともに、信号加算装置５からスイッチ８を介して得られた信号に、音源９からの音源信号を畳み込む畳み込み装置１０１〜１０ｍを有する。畳み込み装置１０１〜１０ｍからの信号に基づきアレイスピーカにより音が再生される。畳み込みについては、例えば、城戸健一著、デジタル信号処理入門（丸善、昭和６０年７月発行）、p.83-87 を参照されたい。
【００１１】
次に、図２を参照して信号処理過程を説明する。まず、連動するスイッチ７および８の各接片を接点▲１▼に設定する。予め与えられたインパルス応答ｈ（ｔ）（図２（ａ）参照）は信号分離装置１により、初期反射音部ｅ（ｔ）、すなわち、
【００１２】
【数１】
と残響音部r(t)、すなわち、
【００１３】
【数２】
とに分離され（図２（ｂ），（ｃ）参照）、残響音部ｒ（ｔ）は乗算装置２１，２２，・・・，２ｎにそれぞれ入力され、初期反射音部ｅ（ｔ）は信号加算装置５に入力される。
【００１４】
乗算装置２１，２２，・・・，２ｎでは、入力された残響音部ｒ（ｔ）に対して、それぞれ、時間窓ｗ1 （ｔ），ｗ2 （ｔ），・・・, ｗn （ｔ）を乗算し（図２（ｅ）〜（ｈ）参照）、信号ｒ1 （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗ1 （ｔ），ｒ2 （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗ2 （ｔ），・・・，ｒn （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗn （ｔ）を生成する（図３（ａ）〜（ｄ）参照）。時間窓ｗ1 （ｔ），ｗ2 （ｔ）, ・・・, ｗn （ｔ）は、例えば、ハニング窓、すなわち、
【００１５】
【数３】
【００１６】
を時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，・・・（０≦ｔ1 ≦ｔ2 ≦ｔ3 ・・・）だけシフトして得られるものである。
【００１７】
乗算装置２１，２２，・・・，２ｎからの信号ｒ1 （ｔ），ｒ2 （ｔ），・・・，ｒn （ｔ）は、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎに入力され、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎでは、乱数発生装置４１，４２，・・・，４ｍから送られるランダム時間系列ｓ1 (k)，ｓ2 (k)，・・・，ｓn (k)（ｋ＝１）に基づいて、ｒ1 (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓ1 (k)）×ｗ1 （ｔ−ｓ1 (k)）、ｒ2 (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓ2 (k)）×ｗ2 （ｔ−ｓ2 (k)），・・・，ｒn (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓn (k)）×ｗn （ｔ−ｓn (k)）（ｋ＝１）が生成される（図３（ｅ）〜（ｈ）参照）。
【００１８】
時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎにより生成されたｒ1 (k)（ｔ），ｒ2 (k)（ｔ），・・・，ｒn (k)（ｔ）は、全て、信号加算装置５により、信号分離装置１からの初期反射音部ｅ（ｔ）と加算され、インパルス応答
【００１９】
【数４】
【００２０】
が生成される。出力されたｈk （ｔ）（ｋ＝１）はスイッチ８により音場制御システム６の畳み込み装置１０１に送られ、畳み込み関数として設定される。
【００２１】
次に、連動するスイッチ７および８の接片を接点▲２▼に設定し、ｋ＝２としてｈｋ（ｔ）（ｋ＝２）を出力し、上述した手順と同様にして、これを音場制御システム６の畳み込み装置１０２に送る。
【００２２】
以下、上述した手順を、連動するスイッチ７および８と、ｋの値をｍまで連動させて行う。
【００２３】
その結果、ｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）が音場制御システム６の畳み込み装置１０ｋに送られ、全ての畳み込み装置１０１〜１０ｍの設定が完了する。ここで得られたｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）は、このように１つのインパルス応答ｈ（ｔ）に、ハニング窓のような窓の乗算による振幅周波数特性の変化の少ない時間窓を乗算した後、時間軸方向にランダムにシフトして得られたものであるので、ｈ（ｔ）と類似した音色を持つインパルス応答である。また、得られたｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）は、乱数発生装置が充分に離れたｎ種類の時間の中からランダムに１つの時間を出力するものとすれば、相互相関係数はおよそ１／ｎになると考えられ、ｎを充分に大きく取れば、得られた各インパルス応答の相互相関係数をゼロに近づけることが可能となる。
【００２４】
こうすることにより、予め与えられた１つのインパルス応答ｈ（ｔ）を基に、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答が多数生成され、各畳み込み装置に送り込むことができることになる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、窓の乗算による振幅周波数特性の変化の少ない窓として、ハニング窓を用いた例を説明したが、窓としてハミング窓、ブラックマン窓等を用いても、同様の効果を得ることができることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め与えられたインパルス応答をもとに、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することが可能となる。これらの多数のインパルス応答を用いて音場制御を行うことにより、リスニングルーム内の広い聴取範囲で良好な音場を再生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す各部の信号処理を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す各部の信号処理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 信号分離装置
２１，２２，・・・，２ｎ 乗算装置
３１，３２，・・・，３ｎ 時間シフト装置
４１，４２，・・・，４ｍ 乱数発生装置
５ 信号加算装置
６ 音場制御システム
７，８ スイッチ
９ 音源
１０１〜１０ｍ 畳み込み装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め与えられたインパルス応答と類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成するインパルス応答生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音場制御方式の１つとして、スピーカウォールによる音場の能動制御方式が研究されている。この方式は、リスニングルームの壁一面に設置したアレイ状のスピーカによりコンサートホール等の音場の反射音を再生することにより、リスニングルーム内の広い聴取範囲で良好な音場を再生するものである。例えば、小野「スピーカーウォールについて」JAS JOURNAL Vol.32 No.9, pp.75-78, 日本オーディオ協会、1992年を参照されたい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような音場制御法においては、無響室において収録された音か、あるいは、音源に近接して設置されたマイクロホンにより収録された音等の、残響を含まない音源に、コンサートホール等の音場のインパルス応答を畳み込んで各スピーカから再生する方法が用いられている。
【０００４】
コンサートホール等の音場が拡散音場（各到来方向から音色が等しくかつ互いに無相関な音が到来する状態）に近いことを考えると、各スピーカから再生する音も同様に、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いことが望まれる。このような再生音の無相関化は、再生音の音色が聴取位置によって変化しないようにするためにも必要である。
【０００５】
このためには、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数得ることが必要となる。多数、例えば、数１０個以上のスピーカを用いる場合にはその数の無相関なインパルス応答を測定することが必要となる。このような多数のインパルス応答を実測により求めるには、互いに充分に離れた点でインパルス応答を測定することが必要となるため技術的に困難な点が多い。また、従来の残響付加装置では、与えられたインパルス応答と等しい音色を持つ出力を作ることが容易でない上、出力チャンネル数が２などの少ない数であることが問題である。
【０００６】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、予め与えられたインパルス応答と類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することができるインパルス応答生成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め与えられたインパルス応答を初期反射音部と残響音部とに分離する信号分離手段と、所定の有限長の時間窓をそれぞれ所定時間ｔｍ（１≦ｍ≦ｎ，０≦ｔ１≦ｔ２・・・≦ｔｎ）だけシフトして得られた時間窓を、前記信号分離手段により分離して得られた残響音部に対して乗ずる第１ないし第ｎ乗算手段と、時間シフト量をランダム時間系列で与える乱数発生手段と、該乱数発生手段のランダムな時間シフト量で、前記第１ないし第ｎ乗算手段の出力の時間軸をシフトする時間シフト手段と、該時間シフト手段の出力と、前記信号分離手段により分離して得られた初期反射音部とを全て加算する信号加算手段と、互いに異なる複数のランダム時間系列を発生させるように、前記乱数発生手段を制御する制御手段とを備え、複数の互いに相関の低いインパルス応答を生成することを特徴とする。
【０００８】
本発明によるアルゴリズムを利用すれば、１つのインパルス応答を測定することにより、それを基にそのインパルス応答と類似した音色を持ち、かつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することが可能になり、再生スピーカの数が増えてもインパルス応答の測定回数を増やす必要が無くなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す。図１において、１は信号分離装置であり、インパルス応答を初期反射音部と残響音部とに分離するものである。２１，２２，・・・，２ｎは乗算装置であり、信号分離装置１の出力する残響音部に対し時間窓を乗じるものである。３１，３２，・・・，３ｎは時間シフト装置であり、乗算装置２１，２２，・・・，２ｎの出力を、時間軸をシフトして出力するものである。４１，４２，・・・，４ｍは乱数発生装置であり、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎの時間シフト量をランダムに与えるものである。５は信号加算装置であり、信号分離装置１の出力する初期反射音部と、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎの出力とを全て加算するものである。７はスイッチであり、乱数発生装置４１，４２，・・・，４ｍの異なる出力を選択するものである。８はスイッチであり、スイッチ７と連動しており、信号加算装置５からの信号を振り分けるものである。
【００１０】
６はアレイスピーカによる音場制御システムであり、リスニングルームの壁一面にアレイ状に配置したスピーカを有するとともに、信号加算装置５からスイッチ８を介して得られた信号に、音源９からの音源信号を畳み込む畳み込み装置１０１〜１０ｍを有する。畳み込み装置１０１〜１０ｍからの信号に基づきアレイスピーカにより音が再生される。畳み込みについては、例えば、城戸健一著、デジタル信号処理入門（丸善、昭和６０年７月発行）、p.83-87 を参照されたい。
【００１１】
次に、図２を参照して信号処理過程を説明する。まず、連動するスイッチ７および８の各接片を接点▲１▼に設定する。予め与えられたインパルス応答ｈ（ｔ）（図２（ａ）参照）は信号分離装置１により、初期反射音部ｅ（ｔ）、すなわち、
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】
乗算装置２１，２２，・・・，２ｎでは、入力された残響音部ｒ（ｔ）に対して、それぞれ、時間窓ｗ1 （ｔ），ｗ2 （ｔ），・・・, ｗn （ｔ）を乗算し（図２（ｅ）〜（ｈ）参照）、信号ｒ1 （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗ1 （ｔ），ｒ2 （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗ2 （ｔ），・・・，ｒn （ｔ）＝ｒ（ｔ）×ｗn （ｔ）を生成する（図３（ａ）〜（ｄ）参照）。時間窓ｗ1 （ｔ），ｗ2 （ｔ）, ・・・, ｗn （ｔ）は、例えば、ハニング窓、すなわち、
【００１５】
【数３】
を時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，・・・（０≦ｔ1 ≦ｔ2 ≦ｔ3 ・・・）だけシフトして得られるものである。
【００１７】
乗算装置２１，２２，・・・，２ｎからの信号ｒ1 （ｔ），ｒ2 （ｔ），・・・，ｒn （ｔ）は、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎに入力され、時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎでは、乱数発生装置４１，４２，・・・，４ｍから送られるランダム時間系列ｓ1 (k)，ｓ2 (k)，・・・，ｓn (k)（ｋ＝１）に基づいて、ｒ1 (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓ1 (k)）×ｗ1 （ｔ−ｓ1 (k)）、ｒ2 (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓ2 (k)）×ｗ2 （ｔ−ｓ2 (k)），・・・，ｒn (k)（ｔ）＝ｒ（ｔ−ｓn (k)）×ｗn （ｔ−ｓn (k)）（ｋ＝１）が生成される（図３（ｅ）〜（ｈ）参照）。
【００１８】
時間シフト装置３１，３２，・・・，３ｎにより生成されたｒ1 (k)（ｔ），ｒ2 (k)（ｔ），・・・，ｒn (k)（ｔ）は、全て、信号加算装置５により、信号分離装置１からの初期反射音部ｅ（ｔ）と加算され、インパルス応答
【００１９】
【数４】
が生成される。出力されたｈk （ｔ）（ｋ＝１）はスイッチ８により音場制御システム６の畳み込み装置１０１に送られ、畳み込み関数として設定される。
【００２１】
次に、連動するスイッチ７および８の接片を接点▲２▼に設定し、ｋ＝２としてｈｋ（ｔ）（ｋ＝２）を出力し、上述した手順と同様にして、これを音場制御システム６の畳み込み装置１０２に送る。
【００２２】
以下、上述した手順を、連動するスイッチ７および８と、ｋの値をｍまで連動させて行う。
【００２３】
その結果、ｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）が音場制御システム６の畳み込み装置１０ｋに送られ、全ての畳み込み装置１０１〜１０ｍの設定が完了する。ここで得られたｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）は、このように１つのインパルス応答ｈ（ｔ）に、ハニング窓のような窓の乗算による振幅周波数特性の変化の少ない時間窓を乗算した後、時間軸方向にランダムにシフトして得られたものであるので、ｈ（ｔ）と類似した音色を持つインパルス応答である。また、得られたｈk （ｔ）（ｋ＝１，２，・・・，ｍ）は、乱数発生装置が充分に離れたｎ種類の時間の中からランダムに１つの時間を出力するものとすれば、相互相関係数はおよそ１／ｎになると考えられ、ｎを充分に大きく取れば、得られた各インパルス応答の相互相関係数をゼロに近づけることが可能となる。
【００２４】
こうすることにより、予め与えられた１つのインパルス応答ｈ（ｔ）を基に、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答が多数生成され、各畳み込み装置に送り込むことができることになる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、窓の乗算による振幅周波数特性の変化の少ない窓として、ハニング窓を用いた例を説明したが、窓としてハミング窓、ブラックマン窓等を用いても、同様の効果を得ることができることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め与えられたインパルス応答をもとに、類似した音色を持ちかつ互いに相関の低いインパルス応答を多数生成することが可能となる。これらの多数のインパルス応答を用いて音場制御を行うことにより、リスニングルーム内の広い聴取範囲で良好な音場を再生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す各部の信号処理を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す各部の信号処理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 信号分離装置
２１，２２，・・・，２ｎ 乗算装置
３１，３２，・・・，３ｎ 時間シフト装置
４１，４２，・・・，４ｍ 乱数発生装置
５ 信号加算装置
６ 音場制御システム
７，８ スイッチ
９ 音源
１０１〜１０ｍ 畳み込み装置
Claims (1)
- 予め与えられたインパルス応答を初期反射音部と残響音部とに分離する信号分離手段と、
所定の有限長の時間窓をそれぞれ所定時間ｔｍ（１≦ｍ≦ｎ，０≦ｔ１≦ｔ２・・・≦ｔｎ）だけシフトして得られた時間窓を、前記信号分離手段により分離して得られた残響音部に対して乗ずる第１ないし第ｎ乗算手段と、
時間シフト量をランダム時間系列で与える乱数発生手段と、
該乱数発生手段のランダムな時間シフト量で、前記第１ないし第ｎ乗算手段の出力の時間軸をシフトする時間シフト手段と、
該時間シフト手段の出力と、前記信号分離手段により分離して得られた初期反射音部とを全て加算する信号加算手段と、
互いに異なる複数のランダム時間系列を発生させるように、前記乱数発生手段を制御する制御手段とを備え、
複数の互いに相関の低いインパルス応答を生成することを特徴とするインパルス応答生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03491096A JP3657340B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インパルス応答生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03491096A JP3657340B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インパルス応答生成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09230877A JPH09230877A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3657340B2 true JP3657340B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=12427368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03491096A Expired - Fee Related JP3657340B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インパルス応答生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3657340B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
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| KR100769990B1 (ko) * | 2004-07-20 | 2007-10-25 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 입체음향의 공간감 및 거리감 제어를 위한 공간 임펄스응답 제어 장치 |
| KR101601196B1 (ko) | 2009-09-07 | 2016-03-09 | 삼성전자주식회사 | 지향성 음향 생성 장치 및 방법 |
| JP6027873B2 (ja) * | 2012-12-05 | 2016-11-16 | 日本放送協会 | インパルス応答生成装置、インパルス応答生成システム及びインパルス応答生成プログラム |
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| JP6348773B2 (ja) * | 2014-05-19 | 2018-06-27 | 日本放送協会 | インパルス応答生成装置、インパルス応答生成方法、インパルス応答生成プログラム |
| WO2019176244A1 (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | ソニー株式会社 | 残響付加装置、残響付加方法及び残響付加プログラム |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP03491096A patent/JP3657340B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09230877A (ja) | 1997-09-05 |
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