JPH03214895A - 音響信号再生装置 - Google Patents

音響信号再生装置

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JPH03214895A
JPH03214895A JP2008514A JP851490A JPH03214895A JP H03214895 A JPH03214895 A JP H03214895A JP 2008514 A JP2008514 A JP 2008514A JP 851490 A JP851490 A JP 851490A JP H03214895 A JPH03214895 A JP H03214895A
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潔文 稲永
Yasuhiro Iida
康博 飯田
Hiroyuki Sagawa
寒川 博行
Susumu Yabe
矢部 進
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04SSTEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S1/00Two-channel systems
    • H04S1/002Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
    • H04S1/005For headphones

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Stereophonic System (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A 産業上の利用分野 本発明は、音響信号をヘッドホン装置により再生する音
響信号再生装lに関する。
B 発明の概要 本発明は、聴取者の頭部の動きに応した所定回転角度毎
の仮想音源から聴取者の両耳に至る伝達特性を示す伝達
特性情報を記憶手段に記憶しておき、上記記憶手段に記
憶されている伝達特性情報の分解能よりも高い分解能で
聴取者の頭部回転角度を検出手段により検出し、この検
出手段による検出出力により示される頭部回転角度近傍
の少なくとも2つの伝達特性情報を上記記憶手段から読
み出して、上記検出出力により示される頭部回転角度に
おける伝達特性情報を補間演算手段により補間演算し、
この補間演算手段により求められた伝達特性情報に基づ
いて、音響信号処理手段により左チャンネル及び右チャ
ンネルの音響信号をそれぞれ処理することによって、仮
想音源に対する適正なパイノーラル再生を行うことがで
きるようにしたものである。
C 従来の技術 従来、音響信号をヘソドホンユニットにより再生するヘ
ッ1ζホン装置のように、聴取者の頭部に装着されるこ
とにより両耳介近傍の対応して支持される一対のヘッド
ホンユニットによりを用いて音響信号の再生を行う場合
に、音像の方向感や頭外定位惑等を良好なものとする方
法として、パイノーラル方式が知られている。
このパイノーラル方式を採用した音響再生システムは、
例えば、特公昭53−283号公報に記載されているよ
うに、ヘッドホン装置により再生される音響信号に対し
て、予め所定の信号処理を施すものである。
ここで、音像の方向感や頭外定位感等は、左耳及び右耳
の聴取する音の音量差や時間差、位相差等により決定さ
れる。
上記信号処理とは、例えば聴取者から離間させて配置さ
れたスビーカ装置により音響再生を行う場合に、音源す
なわちスビーカ装置から聴取者の左右の耳までの距離を
差異及び聴取者の頭部近傍での反射や回折等により生ず
る音響効果と等化な音響効果が、ヘッドホン装置により
再生される音響出力において生ずるようにする信号処理
である。
このような信号処理は、例えば、左耳用及び右耳用の音
響信号に上記音響効果に対応するインパルスレスポンス
を畳込み積分する処理により行われる。
ところで、聴取者から離間させて配1されたスビ一方装
置により音響再生を行う場合には、聴取者が移動したり
頭部の方向を回転させても音像の絶対的な位置は変化し
ないので、聴取者の悪じる音像の相対的な方向及び位置
が変化する.これに対し、ヘッドホン装置を用いてパイ
ノーラル方式により音響再生を行う場合には、聴取者が
頭部の方向を回転させるとヘッドホン装置も該頭部とと
もに回転させられるので、聴取者の感じる音像の相対的
な方向及び位置は変化しない。
このようにヘッドホン装置を用いてパイノーラル再生を
行う場合には、聴取者の頭部の方向変化に対する音像の
変位状態の差異によって、音場が聴取者の頭部内に形成
されてしまい、音像を聴取者の前方に定位させることが
困難であり、しかも、その前方の音像は上昇してしまう
傾向がある.そこで、従来、特開昭42−227号公報
や特公昭54−19242号公報に記載されているよう
に、聴取者の頭部の方向変化を検出し、この検出結果に
基づいて上記信号処理の状態を変化させることにより、
ヘッドホン装置において良好な前方定位感が得られるよ
うにした音響信号再生システムが提案されている。この
ような音響信号再生システムにおいては、聴取者の頭部
に所謂ジャイロコンパスや磁針等の方向検出装置が配設
されている。そして、上記方向検出装置による検出結果
に基づき、音響信号を処理する上記レベル調整回路や遅
延回路等を制御するようにして、聴取者から離間されて
配置されたスビ一カ装置による音響再生と同様の音場感
を得ようとするものである。
D 発明が解決しようとする課題 ところで、上述の如きジャイロコンパス等による方同検
出装置をヘッドホン装1に設けた従来のパイノーラル再
生システムでは、聴取者の頭部の方向変化に応じて音響
信号に施す信号処理の内容を制御することにより、良好
な音像定位感を得ることができる. しかし、聴取者の頭部の方向変化に応じて音響信号に施
す信号処理の内容を制御するためには、左耳用及び右耳
用の音響信号に与える音響効果に対応するインパルスレ
スポンスすなわち伝達特性を予め所定角度毎に測定し、
その膨大な情報量の伝達特性情報を記憶手段に記憶して
おき、この記憶手段から頭部の方向変化に応じて読み出
して、必要な畳込み積分処理を音響信号に実時間で施す
必要がある。
そこで、本発明は、上述の如き従来の実情に鑑み、ヘッ
ドホン装置により音響信号のパイノーラル再生を行うの
に必要な仮想音源から聴取者の量耳に至る伝達特性情報
の情報量の削減を図り、記憶容量の小さな記憶手段を用
いる簡単な構成で、聴取者が移動した場合にもヘッドホ
ン装置により仮想音源位置が移動することのない極めて
自然な音像定位感の得られるパイノーラル再生を行うこ
とができる音響信号再生装置を提供することを目的とす
る。
E!f!題を解決するための手段 本発明に係る音響信号再生装置は、上述の目的を達成す
るために、聴取者の頭部の動きに応じた所定回転角度毎
の仮想音源から聴取者の両耳に至る伝達特性を示す伝達
特性情報を記憶した記憶手段と、上記記憶手段に記憶さ
れている伝達特性情報の分解能よりも高い分解能で聴取
者の頭部回転角度を検出する検出手段と、上記検出手段
による検出出力により示される頭部回転角度近傍の少な
くとも2つの伝達特性情報を上記記憶手段から読み出し
て、上記検出出力により示される頭部回転角度における
伝達特性情報を補間演算する補間演算手段と、上記補間
演算手段により求められた伝達特性情報に基づいて左チ
ャンネル及び右チャンネルの音響信号をそれぞれ処理す
る音響信号処理手段とを備え、上記音響信号処理手段を
介した音響信号をヘッドホン装置により再生することを
特徴とする。
F 作用 本発明に係る音響信号再生装置Hにおいて、記憶手段は
、聴取者の頭部の動きに応じた所定回転角度毎の仮想音
源から聴取者の両耳に至る伝達特性を示す伝達特性情報
を記憶しておく.検出手段は、上記記憶手段に記憶され
ている伝達特性情報の分解能よりも高い分解能で聴取者
の頭部回転角度を検出する.補間演算手段は、上記検出
手段による検出出力により示される頭部回転角度近傍の
少なくとも2つの伝達特性情報を上記記憶手段から読み
出して、上記検出出力により示される頭部回転角度にお
ける伝達特性情報を補間演算する.そして、音響信号処
理手段は、上記補間演算手段により求められた伝達特性
情報に基づいて左チャンネル及び右チャンネルの音響信
号をそれぞれ処理し、処理済の音響信号をヘッドホン装
置に供給する。
G 実施例 以下、本発明に係る音響信号再生装置の一実施例につい
て、図面に従い詳細に説明する。
本発明に係る音響信号再生装置は、第1図に示すように
、ヘッドバンド(1)により聴取者の頭部(M)に装着
され該聴取者の左右両耳介の近傍に対応して一対のへッ
ドホンユニット(2L) , (2R)を支持するよう
にしたヘッドホン装1! (10)を備える。
このヘッドホン装置(10)の上記ヘッドバンド(1)
には、支持アーム(3L) , (3R)を突出形成し
た2個のスライダ(4L), (4R)が摺動自在に装
着されており、基準信号fl(l1)から送出される位
置検出用の基準信号を感受する一対の信号検出器(5L
) , (SR)が上記支持アーム(3L) , (3
R)の先端部分に設けられている.すなわち、上記一対
の信号検出器(5L) .(5R)は、上記ヘッドバン
ド(1)に摺動自在に装着されたスライダ(4L) ,
 (4R)に突出形成された支持アーム(3L) , 
(3R)の先端部分に設けられることにより、上記ヘッ
ドバンド(1)及び一対のヘッドホンユニッ} (2L
) , (2R)すなわちヘッドホン本体から離隔した
位置に上記支持アーム(3L) . (3R)により支
持されている。
この実施例において、上記基準信号源(11)は、超音
波信号源(12)と、この超音波信号源(l2)からの
超音波信号を基準信号として送出する超音波スピーカ(
13)とから構成されている.そして、上記基準・信号
を感受する一対の信号検出器(5L) , (5R)に
は、それぞれ超音波マイクロホンが用いられる。
上記超音波スビーカ(13)から送出される超音波すな
わち上記位置検出用の基準信号は、第2図のAに示すよ
うに、所定の時間毎に所定レベルの超音波が間歇的に送
出されるバースト波や、あるいは、所定周期でレベルが
所定の変動をするようになされた所謂レベル変調波等の
ように、位相検出が可能になされた超音波である。
上記ヘッドホン装置(10)に設けられた上記一対の信
号検出器(5L) . <51?)は、上記趙音波スビ
ーカ(13)から送出される超音波を用いた位置検出用
の基準信号を感受して、聴取者と上記超音波スビーカ(
13)との相対位置関係に応じた時間遅れを有する第2
区のB及びCに示すような各検出信号を出力する。
上記一対の信号検出器(51、).(5R)は、上記ヘ
ンドバンド(1)に摺動自在に装着されたスライダ(4
L) . (4R)に突出形成された支持アーム(3L
) . (3R)の先端部分に設けられ、上記ヘッドバ
ンド(1)及び一対のへソドホンユニッ} (2L) 
, (2R)すなわちヘンドホン本体を聴取者の頭部に
装着した状態で、ヘンドホン本体から離隔した位置に上
記支持アーム(3L) . (3R)により支持される
ので、聴取者が移動したり、頭部を回転させた場合にも
、聴取者の頭部の陰になることなく、上記超音波スピー
カ(13)から送出される超音波を極めて良好に怒受し
て、上記位置検出用の基準信号を安定に且つ正確に検出
することができる,また、上記一対の信号検出器(SL
) , (5R)は、上記ヘッドバンド(1)に沿って
上記スライダ(4L) , (4R)を摺動させて、上
記位置検出用の基準信号の検出に最適な位置に調整する
ことができる。例えば、上記へソドバンド(1)により
聴取者の頭部(M)に装着され該聴取者の左右両耳介の
近傍に対応して支持される上記ヘッドホンユニット(2
L) , (2R)の位置は、聴取者の頭部(M)の形
状や大きさに依存し、個人差があるので、上記ヘソドホ
ンユニット(2L) . (2R)の位置に対応するよ
うに上記一対の信号検出器(5L) , (5R)の位
置を調整する. これらの信号検出器(5L) , (5R)により得ら
れる各検出信号は、演算装置(14)に供給される.上
記演算装置(l4)は、上記位置検出用の基準信号の上
記各信号検出器(SL) , (5R)による各検出信
号が供給される第1及び第2のエッジ検出回路(15)
 . (16)と上記超音波信号i1t(12)からの
超音波信号すなわち上記位置検出用の基準信号が供給さ
れる第3のエッジ検出回路(17)を備える。
上記第1及び第2のエッジ検出回路(15) . (1
6)は、上記各信号検出器(SL) . (5R)によ
る各検出信号の各立ち上がりエッジを検出して、上舵立
ち上がりエッジに対応する第2図のD及び巳に示すよう
な各パルス信号を出力する。上記第1及び第2のエッジ
検出回路(15) , (16)により得られる各パル
ス信号は、距離算出回路(18)及び両耳時間差検出回
路(19)に供給される。また、上記第3のエッジ検出
回路(l7)は、上記趙音波信号ifi(12)からの
超音波信号の立ち上がりエノジを検出して、上記立ち上
がりエッジに対応する第2図のFに示すようなパルス信
号を出力する。上記第3のエッジ検出回路(17)によ
り得られるパルス信号は、上記距!I算出回路(18)
に供給される。
上記距離算出回路(l8)は、第2図中のΔT,で示す
上記第3のエッジ検出回路(17)により得られパルス
信号と上記第1のエノジ検出回路(15)により得られ
パルス信号における対応するパルス間の時間差t1と、
第2図中にΔT2で示す上記第3のエッジ検出回路(l
7)により得られパルス信号と上記第2のエッジ検出回
路(16)により得られパルス信号における対応するパ
ルス間の時間差t2とを検出する。そして、これら各時
間差1,,1.と音速Vとに基づき、第3図中に矢印e
0で示す、上記超音波スビーカ(13)と上記聴取者の
頭部(?I)の中心との距離!。を算出する。
なお、上記音速■は、予めこの距離算出回路(18)に
定数として設定しておいてもよく、また、気温、湿度、
気圧等の変動に伴って変更されるようにしておいてもよ
い。また、上記距離iの算出に際しては、上記各信号検
出器(5L) . (5R)と上記頭部(M)の中心と
の位置関係や、上記頭部(M)の形状や大きさに基づく
補正を行うようにしてもよい. 上記距M!。及び上記各時間差L+,Lxを示す信号は
、角度算出回路(20)に送られる.上記両耳時間差検
出回路(19)は、第2図中にΔT,で示す上記第1の
エッジ検出回路(l5)のパルス信号と上記第2のエッ
ジ検出回路(15)のパルス信号における対応するパル
ス間の時間差t3を検出する。この時間差t,を示す信
号は、上記角度算出回路(20)に送られる。
上記角度算出回路(20)では、上記各時間差tt2.
t,、上記距Mi. 、上記音速■及び上記頭部(M)
の半径rとを用いて、第3図中に矢印θ。
で示す、上記頭部(M)の方向を示す角度θ。を算出す
る。上記角度θ。は、例えば、 θg ’isin −’ (V”(t+ + Lx) 
Lx / 4 r fl・・・・・・・・(第1式) により求めることができる。そして、上記超音波スビー
カ(13)の位置を仮想音源の基準位置として、この基
準位置と聴取者の頭部(M)との相対位置関係を示す上
記角度θ。及び距離l0の情報から、所望の仮想音源位
置に対する頭部(M)の上記頭部の回転角度θ位置及び
仮想音源からの相対距離2を算出する。
上記角度算出回路(20)により得られる聴取者の角度
位置情報は、補間演算処理回路(21)に供給される. 二の実施例の音響信号再生装置において、上記演算装置
(14)は、上記角度算出回路(20)で算出される聴
取者の角度位置情報よりも粗い所定角度毎に仮想音源か
ら聴取者の両耳に至る伝達特性を示す伝達特性情報を記
憶した記憶回路(22)を備えている。
そして、上記補間演算処理回路(21)は、上記角度算
出回路(20)で算出された現在の角度位置情報に基づ
いて、この角度位置情報により示される頭部回転角度近
傍の2つの伝達特性情報を上記記憶回路(22)から読
み出して、例えば直線補間処理によって上記現在の頭部
回転角度における伝達特性情報を演算する. なお、上記補間演算処理回路(21)は、上記直線補間
処理以外に、例えば角度位置情報により示される現在の
頭部回転角度近傍の3つ以上の伝達特性情報を上記記憶
回路(22)から読み出して、2次補間の処理を行うよ
うにしてもよい。
そして、上記補間演算処理回路(21)により得られる
現在の頭部回転角度における伝達特性情報は、音響信号
処理回路(23)に供給される。
上記音響信号処理回路(23)には、音響信号供給tA
(24)から出力される左チャンネル及び右チャンネル
音響信号SL,S.が供給される.なお、上記音響信号
供給源(24)は、所定の左チャンネル及び右チャンネ
ル音響信号SL,SRを出力する装置であって、例えば
、各種の記録ディスク再生装置、記録テープ再生装置、
又は、電波受信装置等である。
上記音響信号処理回路(23)は、上記音響信号供給t
A(24)から送られる上記左チャンネル及び右チャン
ネル音響信号SL,Sつに仮想音源から聴取者の両耳に
至る所定の伝達特性を与える信号処理を行う回路であり
、上記補間演算処理回路(21)により得られる現在の
頭部回転角度における伝達特性情報が供給される第1乃
至第4の信号処理部(25a) , (25b) , 
(25c) , (25d)を備えてなる。これら各信
号処理部(25a) . (25b) , (25c)
 , (25d)では、上?伝達特性情報に基づいて、
聴取者に対向して離間されて設置された左チャンネル用
及び右チャンネル用の一対のスピ一カ装置を仮想音源と
して左チャンネル及び右チャンネル音響信号SL,3m
を再生する場合の該聴取者の各耳に対する伝達特性を表
現するインパルスレスポンスが設定される.すなわち、
上記第1の信号処理部(25a)は、右チャンネル音響
信号S8が再生された音響の右耳に対する伝達特性を表
現するインパルスレスポンス{h■(1,  θ)}を
設定する.上記第2の信号処理部(25b)は、右チャ
ンネル音響信号S,が再生された音響の左耳に対する伝
達特性を表現するインパルスレスポンス{hxt(j,
θ)lt−,f9定する。上記第3の信号処理部(25
c)は、左チャンネル音響信号S,が再生された音響の
右耳に対する伝達特性を表現するインパルスレスポンス
[ht*(t.  θ)}を設定する。上記第4の信号
処理部(25d)は、左チャンネル音響信号Stが再生
された音響の左耳に対する伝達特性を表現するインパル
スレスポンス(htL(t,  θ))を設定?る. この音響信号処理回路(23)において、上記右チャン
ネル音響信号S8は、上記第1及び第2の信号処理部(
25a) , <25b)に送られる。上記第1の信号
処理部(25a)では、上記インパルスレスポンス{h
■(L,  θ)}の畳み込み積分よる信号処理を上記
右チャンネル音響信号Sつに施す.また、上記第2の信
号処理部(25b)では、上記インパルスレスポンスt
hat(L,  θ)}の畳み込み積分よる信号処理を
上記右チャンネル音響信号Sえに施す。
さらに、上記左チャンネル音響信号S,は、上記第3及
び第4の信号処理部(25c) , (25d)に送ら
れる。上記第3の信号処理部(25c)では、上記イン
パルスレスポンス(hL*D.  θ)}の畳み込み積
分よる信号処理を上記左チャンネル音響信号SLに施す
。また、上記第2の信号処理部(25cl)では、上記
インパルスレスポンスfhtt(tθ)}の畳み込み積
分よる信号処理を上記左チャンネル音響信号SLに施す
そして、上記l及び第3の信号処理部(25a),(2
5c)の出力信号は、右側用加算器(26R)に供給さ
れ互いに加算される.この右側用加算器(26R)の出
力信号は、右側増幅器(28R)を介して右耳用音響信
号E8として上記右側ヘッドホンユニット(2R)に送
られて再生される。また、上記2及び第4の信号処理部
(24b) , (24d)の出力信号は、左側用加算
器(26L)に供給され互いに加算される。この左側用
加算器(26L)の出力信号は、左側増幅器(28L)
を介して右耳用音響信号E,として上記左側ヘッドホン
ユニット(2L)に送られて再生される。
上述のように構成されてなる実施例の音響信号再生装置
においては、上記角度算出回路(20)で算出された現
在の角度位置情報に基づいて、この角度位置情報により
示される頭部回転角度近傍の2つの伝達特性情報を上記
記憶回路(22)から読み出して、例えば直線補間処理
によって上記現在の頭部回転角度における伝達特性情報
を上記補間演算回路(2l)により演算し、この伝達特
性情報に基づいて、聴取者の移動及び頭部(M)の回転
に伴う伝達特性の変化に実時間で対応させる信号処理を
上記音響信号処理回路(23)により行うことによって
、例えば、第4図のA,B.Cに仮想音源と聴取者との
相対位置関係を示すように、聴取者(P)に対向するよ
うに離間して前方に設置された一対のスピーカ装置(s
i.) , (sR)により音響信号を再生する場合と
同様に仮想音源が移動することのない良好な頭外定位感
及び前方定位感が得られる。
ここで、第4図には、聴取者(P)が一対のスビーカ装
置(SL) , (SR)すなわち仮想音源に対してA
に示すように位置している状態から仮想音源に近づいた
状態をBに示し、さらに、聴取者(P)が頭部(一)を
右スピーカ装置(SR)側に回転した状態をCに示して
ある。本発明に係る音響信号再生装置では、上述のよう
に聴取者の移動及び頭部(?I)の回転に伴う伝達特性
の変化に実時間で対応させた信号処理を行うことにより
、仮想音源が移動することのない良好な頭外定位感及び
前方定位惑が得られ、上記第4図のA,B,Cのいずれ
の状態にも対応するパイノーラル再生を行うことができ
る。
H 発明の効果 上述のように、本発明に係る音響信号再生装1装置では
、記憶手段に記憶されている伝達特性情報の分解能より
も高い分解能で聴取者の頭部回転角度を検出する検出手
段による検出出力により示される頭部回転角度近傍の少
なくとも2つの伝達特性情報を上記記憶手段から読み出
して、上記検出出力により示される頭部回転角度におけ
る伝達特性情報を補間演算手段により補間演算するので
、上舵記憶手段に記憶しておく伝達特性情報の情報量を
少なくすることができる。そして、音響信号処理手段は
、上記補間演算手段により求められた伝達特性情報に基
づいて左チャンネル及び右チャンネルの音響信号をそれ
ぞれ処理し、処理済の音響信号をヘッドホン装置に供給
するので、聴取者が移動した場合にも仮想音源位置が移
動することのない極めて自然な音像定位感の得られる適
正なパイノーラル再住を行うことができる,
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る音響信号再生装置の構成を模式的
に示すブロック図、第2図は上記音響信号再生装置の演
算装置に供給される信号の状態を概略的に示すタイムチ
ャート、第3図は上記音響信号再生装置の演算装置によ
り算出される距離及び角度を示す模式図、第4図は上記
音響信号再生装置によるパイノーラル再生の動作を説明
するための仮想音源と聴取者との相対位置関係を示す平
面図である。 (2L) , (2R)  ・・・・・・(5L)  
(5R)  ・・・・・・(10)  ・・・・・・・
・・・・ (l1)・・・・・・・・・・・ (l4)・・・・・・・・・・・ (20)  ・・・・・・・・・・・ (21)・・・・・・・・・・・ (22)・・・・・・・・・・・ (23)・・・・・・・・・・・ ヘッドホンユニット 信号検出器 ヘッドホン装置 基準信号源 演算装置 角度算出回路 補間演算回路 記憶回路 音響信号処理回路 (24) 音響信号供給源 特 許 出 願 人 ソニー株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 聴取者の頭部の動きに応じた所定回転角度毎の仮想音源
    から聴取者の両耳に至る伝達特性を示す伝達特性情報を
    記憶した記憶手段と、 上記記憶手段に記憶されている伝達特性情報の分解能よ
    りも高い分解能で聴取者の頭部回転角度を検出する検出
    手段と 上記検出手段による検出出力により示される頭部回転角
    度近傍の少なくとも2つの伝達特性情報を上記記憶手段
    から読み出して、上記検出出力により示される頭部回転
    角度における伝達特性情報を補間演算する補間演算手段
    と、 上記補間演算手段により求められた伝達特性情報に基づ
    いて左チャンネル及び右チャンネルの音響信号をそれぞ
    れ処理する音響信号処理手段とを備え、 上記音響信号処理手段を介した音響信号をヘッドホン装
    置により再生することを特徴とする音響信号再生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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