KR101589517B1 - 통합형 음향 위상 어레이 - Google Patents

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KR101589517B1
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사시칸스 마니파트루니
켈린 제이 쿤
데벤드라 말리크
존 씨 존슨
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Abstract

시스템은 프로세서 및 프로세서에 연결된 위상 어레이를 포함하며, 위상 어레이는 지향성 사운드 통신을 가능하게 하도록 음파에 대하여 어레이된 도파관을 갖는다.

Description

통합형 음향 위상 어레이{INTEGRATED ACCOUSTIC PHASE ARRAY}
본 개시물은 전반적으로 원격 사운드 통신을 구현하기 위한 메커니즘에 관한 것이다.
잡음 간섭(noise interference)을 보상하는 현재의 방법 및 시스템은 주변 간섭 잡음(interfering noise surrounding)을 감소시키는 수동적인 수단이다. 예를 들어, 컴퓨터 음성 인식은 시끄러운, 붐비는 환경에서 동작가능하지 않기 때문에, 음성 인터페이스(voice interfaces)는 전형적으로 붐비는 환경에서 이용가능하지 않다. 추가적으로, 일대일 개인 지향성 사운드 통신 메커니즘(one to one personal directional sound communication mechanisms)은 전화 접속을 사용하지 않고는 존재하지 않는다.
도 1은 음향 시스템에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 위상 어레이에 관한 실시예들을 도시한다.
도 3은 디스플레이 디바이스에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 4는 복수의 음성 제어형 컴퓨터 시스템을 갖는 붐비는 환경에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 5는 웨어러블 음향 위상 어레이에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 6은 붐비는 방/사무실에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 7은 음향 위상 어레이를 가진 음성 제어형 전자기기에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 8은 컴퓨터 시스템에 관한 일 실시예를 도시한다.
다음의 설명에서, 다양한 실시예들에 관한 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항이 개시된다. 그러나, 본 발명의 다양한 실시예들은 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다. 다른 경우에서, 본 발명의 특정 실시예들을 모호하게 하지 않도록 하기 위해 잘 알려진 방법, 절차, 컴포넌트, 및 회로는 상세히 설명되지 않는다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서에서의 참조는, 실시예와 함께 설명된 특정 피쳐, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 구현예에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 본 명세서 내 다양한 위치에서 "일 실시예에서"라는 문구의 등장은 모두 동일한 실시예를 참조하는 것일 수도 있고 아닐 수도 있다.
도 1은 음향 시스템(an acoustic system)(100)에 관한 일 실시예를 도시한다. 시스템(100)은 위상 어레이(a phased array)(120) 및 프로세서(110)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 프로세서(110)는 오퍼레이팅 시스템 환경에서 구동하는 애플리케이션을 지원하도록 설계된 애플리케이션 프로세서(예를 들어, 시스템 온 칩(system on a chip: SoC))이다. 따라서, 프로세서(110)는 음향 애플리케이션을 지원하는데 필요한 모든 시스템 능력뿐만 아니라, (예를 들어, 메모리 관리, 그래픽 프로세싱 및 멀티미디어 디코딩을 포함하는) 다른 컴퓨팅 애플리케이션을 위한 것들을 전달하는 자립형 오퍼레이팅 환경(a self-contained operating environment)을 제공한다. 다른 실시예들에서, 프로세서(110)는 주문형 반도체(ASIC)에 의해 구현될 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 어레이(120)는 지향성이고 향상된 범위의 사운드 통신을 가능하게 하는 음파(acoustic waves)에 대하여 어레이된 도파관을 포함한다. 따라서, 위상 어레이(120)는 사운드의 지향성 전송(a directional transmission)을 수행하는 전송 컴포넌트를 포함한다. 도 2a는 사운드의 지향성 전송을 위해 구현된 위상 어레이(205)에 관한 일 실시예를 도시한다.
도 2a를 참조하면, 위상 어레이(205)는 가변 위상 시프터(210) 및 마이크로 스피커(220)를 포함한다. 일 실시예에서, 각 위상 시프터(210)는 전송될 신호를 수신하고 위상 전파(phase propagation)의 방향을 튜닝(예를 들어, 파의 전파의 방향은 파면(a wavefront)에 의해 설정됨)하며, 여기서 파면은 이동 파(a moving wave) 내 동일한 위상의 점으로 정의된다. 위상 시프터(210)에 의한 위상 제어는 지향성 및 빔 시프트의 제어를 가능하게 한다. 또한, 각 위상 시프터(210)에 대한 가변 구성은 튜닝가능한 스티어링 각(a tunable steering angle)을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 위상 시프터(210)는 디지털 컴포넌트이다. 그러나, 아날로그 컴포넌트가 구현될 수 있다.
마이크로 스피커(220)는 각 위상 시프터(210)로부터 수신된 전기 오디오 신호(electrical audio signals)에 응답하여 가청음(an audible sound)을 생성하도록 각 위상 시프터(210)에 연결된다. 마이크로 스피커(220)에 의해 생성된 사운드의 결과는 위상 어레이(205)에서 발생한 스티어링된 음파면(a steered acoustic wavefront)이다. 일 실시예에서, 마이크로 스피커(220)는, 전자기장(an electromagnetic field)이 피에조 응답(a piezo response)(예를 들어, 사운드를 생성하는 진동)을 생성하는, 압전 스피커(piezoelectric speakers)이다. 다른 실시예에서, 마이크로 스피커(220)는 다른 기술(예를 들어, 미세 자기 또는 미세전자기계 시스템(MEMES))을 통해 구현된다.
추가 실시예에서, 어레이된 도파관은 사용자 위치에서 주변 환경으로부터 잡음 소스(noise sources)를 선택적으로 제거하도록 구현된 수신 컴포넌트(an reception component)를 포함할 수 있다. 도 2b는 사운드의 지향성 수신을 위해 구현된 위상 어레이(207)에 관한 일 실시예를 도시한다. 그러한 일 실시예에서, 마이크로 스피커(220)는 마이크로 수신기(또는 마이크로 폰)(230)로 대체된다. 추가 실시예에서, 사운드를 전송하는 것보다 수신하는데 더 적은 전력이 필요하기 때문에, 마이크로 수신기(230)는 마이크로 스피커(220)보다 더 작을 수 있다.
방향 수신 실시예에서, 마이크로 수신기(230)는 가변 위상 시프터(210) 제어 지향성 및 빔 시프트에 의해 제어되고, 튜닝가능한 스테어링 각(a tunable starring angle)을 가능하게 한다. 마이크로 스피커(220)에 관하여 전술된 바와 같이, 마이크로 수신기(230)는 압전, 미세자기 또는 MEMS 컴포넌트를 사용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 어레이(120)(예를 들어, 205 및/또는 207)는 음향 신호의 3차원 각 제어를 위해 2차원 어레이를 형성하도록 모니터 또는 디스플레이 디바이스로 통합될 수 있다. 도 3은 위상 어레이(205 및 207)를 통합하는 디스플레이 디바이스(300)에 관한 일 실시예를 도시한다.
전자 디스플레이에 위상 어레이(120)를 통합하는 것은 또한 잡음 소거된 환경(noise cancelled environments)을 만들 수 있다. 잡음 소거된 환경은 컴퓨터 시스템과의 우수한 음성 인터페이스를 제공한다. 그러한 일 실시예에서, 통합형 위상 어레이(120)는 투명한 음향 전송기 및 투명한 음향 수신기를 포함한다. 주변 잡음은 위상 어레이(207)를 통해 감지되고 반대 위상 소거 사운드(an opposing phase cancellation sound)는 잡음 소거된 환경을 생성하도록 위상 어레이(205)를 사용하여 발생된다. 추가 실시예에서, 디지털 알고리즘은 원격 잡음 소스로부터 로컬 사운드(local sounds)를 분리하는데 사용된다.
일 실시예에서, 잡음 소거된 환경은 복수의 음성 제어형 컴퓨터 디바이스(multiple voice controlled computer devices)를 가지는 붐비는 환경의 구현을 가능하게 한다. 도 4는 복수의 음성 제어형 컴퓨터 시스템을 가지는 붐비는 환경에 관한 일 실시예를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 잡음 소거된 환경은 각 사용자에게 가상 음향 차단 박스(a virtual acoustic insulated box)를 효율적으로 제공한다.
다른 실시예에서, 위상 어레이(120)는 사운드의 지향성 전송/수신을 가능하게 하도록 사용자 의복에 통합된다. 도 5는 일대일 통신을 가능하게 하도록 웨어러블 음향 위상 어레이가 셔츠에 통합된 일 실시예를 도시한다. 그러한 일대일 통신은 원격 휘스퍼링 시스템(a remote whispering system)에서 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 원격 휘스퍼링 시스템은, 일대일 통신이 사운드 수신 및 전송을 위한 위상 어레이를 사용하여 붐비는 방에서 두 사람 사이 또는 한 사람과 컴퓨터 시스템 사이에서 수립될 수 있는 개인 지향성 사운드 통신 방법(a personal directional sound communication method)을 가능하게 한다. 도 6은 위상 어레이(120)가 사용되는 붐비는 방/사무실에 관한 일 실시예를 도시한다. 그러한 일 실시예에서, 송신하는 시스템/사용자는 신호를 적절한 위치에 겨눈다. 또한, 시각 또는 전자 호닝 시스템(a visual or electronic honing system)은 적합한 위치에 사운드를 스티어링하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 호닝 시스템은 수동으로 제어되거나 사용자에 의해 동작되는 포인터를 사용한다.
위상 어레이(120)는 또한 홈 환경(a home environment) 내에 위치된 복수의 음성 제어형 전자기기에서 사용될 수 있다. 따라서, 사용자는 위상 어레이(120)를 통해 소비자 전자 디바이스와 직접 개인 사운드 통신(direct personal sound communication)을 할 수 있다. 도 7은 음향 위상 어레이(120)를 가진 음성 제어형 전자기기를 구비한 그러한 홈 환경에 관한 일 실시예를 도시한다.
본원에서 구체적으로 설명되지 않지만, 위상 어레이(120)는 사운드의 지향성 전송/수신을 제공하도록 다른 타입의 디바이스에 통합될 수 있다. 예를 들어, 위상 어레이(102)는 태블릿, 전화, GPS 등과 같은 작은 폼 팩터 모바일 컴퓨터에 포함될 수 있다.
전술된 메커니즘은 붐비는 잡음 환경에서 사람들 사이 또는 사람과 컴퓨터 사이의 일대일 사운드 통신을 가능하게 한다. 메커니즘은 또한 사운드 통신의 증가된 범위와 주소 지정 가능도(addressability)를 가능하게 하고, 많은 사용자가 컴퓨터 및 전자기기에 대한 음성 인터페이스를 사용할 수 있도록 할 뿐만 아니라, (주변 잡음의 제거를 통해) 스케일러블 잡음 제어형 환경(scalable noise controlled environments)을 생성한다.
도 8은 컴퓨터 시스템(800)에 관한 일 실시예를 도시한다. 컴퓨터 시스템(800)(또한 전자 시스템(800)으로 지칭됨)은 도시된 바와 같이 음향 시스템(100)을 이용할 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 넷북 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 무선 스마트폰과 같은 모바일 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 데스크톱 컴퓨터일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 핸드-헬드 리더기일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 서버 시스템일 수 있다. 컴퓨터 시스템(800)은 슈퍼컴퓨터 또는 고성능 컴퓨팅 시스템일 수 있다.
일 실시예에서, 전자 시스템(800)은 전자 시스템(800)의 다양한 컴포넌트들을 전기적으로 연결하기 위한 시스템 버스(820)를 포함하는 컴퓨터 시스템이다. 시스템 버스(820)는 다양한 실시예들에 따라 단일 버스이거나 버스들의 임의의 조합이다. 전자 시스템(800)은 집적 회로(810)에 전력을 제공하는 전압 소스(830)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전압 소스(830)는 시스템 버스(820)를 통해 전류를 집적 회로(810)에 공급한다.
집적 회로(810)는 시스템 버스(820)에 전기적으로 연결되고 실시예에 따라 임의의 회로, 또는 회로들의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 집적 회로(810)는 임의의 타입일 수 있는 프로세서(812)를 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 프로세서(812)는 임의의 타입의 회로, 예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 그래픽 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 또는 다른 프로세서를 의미할 수 있으나 이로 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 프로세서(812)는 본원에 개시된 바와 같은 프로세서(110)를 포함한다.
일 실시예에서, SRAM 실시예들은 프로세서의 메모리 캐시에서 발견된다. 집적 회로(810)에 포함될 수 있는 다른 타입의 회로는 주문형 회로(a custom circuit) 또는 주문형 집적 회로(ASIC), 예컨대, 휴대 전화, 스마트폰, 페이저, 휴대용 컴퓨터, 양방향 라디오, 및 유사 전자 시스템, 또는 서버를 위한 통신 회로와 같은 무선 디바이스에서의 사용을 위한 통신 회로(814)이다. 일 실시예에서, 집적 회로(810)는 정적 랜덤 액세스 메모리(static random-access memory: SRAM)와 같은 온-다이 메모리(on-die memory)(816)를 포함한다. 일 실시예에서, 집적 회로(410)는 내장형 동적 랜덤 액세스 메모리(embedded dynamic random-access memory: eDRAM)와 같은 내장형 온-다이 메모리(816)를 포함한다.
일 실시예에서, 집적 회로(810)는 후속 집적 회로(811)로 보완된다. 유용한 실시예들은 듀얼 프로세서(813) 및 듀얼 통신 회로(815) 및 듀얼 온-다이 메모리(817)(예컨대, SRAM)를 포함한다. 일 실시예에서, 듀얼 집적 회로(810)는 내장형 온-다이 메모리(417)(예컨대, eDRAM)를 포함한다.
일 실시예에서, 전자 시스템(800)은 또한 RAM 형태의 메인 메모리(842), 하나 이상의 하드 드라이브(844), 및/또는 탈착가능 매체(846)(예컨대, 디스켓, CD, DVD, 플래시 메모리 드라이브, 및 본 기술분야에 알려진 다른 탈착가능 매체)를 다루는 하나 이상의 드라이브와 같이, 특정 애플리케이션에 적합한 하나 이상의 메모리 요소를 차례로 포함할 수 있는 외부 메모리(840)를 포함한다. 일 실시예에 따라, 외부 메모리(840)는 또한 내장형 메모리(848)(예컨대, 내장형 TSV 다이 스택 내 제 1 다이)일 수 있다.
일 실시예에서, 전자 시스템(800)은 또한 디스플레이 디바이스(850), 음성 출력(860)을 포함한다. 일 실시예에서, 전자 시스템(800)은 키보드, 마우스, 트랙볼, 게임 컨트롤러, 마이크, 음성 인식 디바이스, 또는 전자 시스템(800)에 정보를 입력하는 임의의 다른 입력 디바이스일 수 있는 컨트롤러(870)와 같은 입력 디바이스를 포함한다. 일 실시예에서, 입력 디바이스(870)는 카메라이다. 일 실시예에서, 입력 디바이스(870)는 디지털 사운드 레코더이다. 일 실시예에서, 입력 디바이스(870)는 카메라와 디지털 사운드 레코더이다.
본원에 도시된 바와 같이, 집적 회로(810)는 음향 시스템을 포함하는 많은 상이한 실시예들에서 구현될 수 있다. 요소, 재료, 기하학 구조, 치수, 및 동작 시퀀스는, 열적 인터페이스 유닛 및 이들의 균등물과 함께 패키징된 다수의 개시된 반도체 다이 중 임의의 것에 따라 프로세서 장착 기판에 내장된 미세 전자 다이(a microelectronic die)를 위한 어레이 컨택트 구성, 어레이 컨택트 카운트를 포함하는 특정 I/O 커플링 조건에 적합하도록 모두 변경될 수 있다. 기초 기판(a foundation substrate)은 도 8의 점선으로 표시된 바와 같이 포함될 수 있다. 수동 디바이스는 또한 도 8에 도시된 바와 같이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 구조적 피쳐 및/또는 방법론적 동작에 대한 특정 언어로 설명되었으나, 특허청구된 청구 대상은 설명된 특정 피쳐 및 동작으로 한정되지 않을 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 특정 피쳐 및 동작은 특허청구된 청구 대상을 구현하는 간단한 형태로서 개시된다.

Claims (30)

  1. 프로세서와,
    상기 프로세서에 연결되고, 지향성 사운드 통신(directional sound communication)을 가능하게 하도록 음향 신호(acoustic signals)에 대하여 어레이된 컴포넌트를 가지는, 위상 어레이(a phased array)를 포함하되,
    상기 위상 어레이는,
    사운드의 지향성 전송을 수행하기 위한 전송 컴포넌트와 사운드의 지향성 수신을 수행하기 위한 수신 컴포넌트를 포함하고,
    상기 수신 컴포넌트를 통하여 주변의 잡음을 감지하고, 상기 전송 컴포넌트를 이용하여 잡음을 제거하여 잡음이 소거된 환경 (a noise cancelled environment)을 제공하는
    음향 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송 컴포넌트는,
    하나 이상의 위상 시프터(phase shifter)와,
    상기 하나 이상의 위상 시프터의 각 위상 시프터에 연결된 마이크로 스피커(a micro speaker)를 포함하는
    음향 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각 위상 시프터는 전송될 신호를 수신하고 위상 전파의 방향의 튜닝을 행하는
    음향 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 튜닝가능한 스티어링 각(a tunable steering angle)을 가능하게 하기 위한 가변 구성을 가지는
    음향 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    각 마이크로 스피커는 각 위상 시프터로부터 수신된 전기 오디오 신호(electrical audio signals)에 응답하여 사운드를 생성하는
    음향 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로 스피커에 의해 생성된 상기 사운드는 스티어링된 음파면(a steered acoustic wavefront)인
    음향 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 컴포넌트는,
    하나 이상의 위상 시프터와,
    상기 하나 이상의 위상 시프터의 각 위상 시프터에 연결된 마이크로 수신기를 포함하는
    음향 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 위상 시프터는 각 마이크로 수신기로부터 신호를 수신하는
    음향 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 튜닝가능한 스티어링 각을 가능하게 하기 위한 가변 구성을 가지는
    음향 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 위상 어레이의 상기 전송 컴포넌트 및 상기 수신 컴포넌트는 음향 신호의 3차원 각 제어를 위한 2차원 어레이를 형성하도록 디스플레이 디바이스에 통합되는
    음향 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 위상 어레이의 상기 전송 컴포넌트 및 상기 수신 컴포넌트의 상기 디스플레이 디바이스로의 통합에 의해 상기 잡음 소거된 환경(a noise cancelled environment)이 생성되는
    음향 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 위상 어레이의 상기 전송 컴포넌트 및 상기 수신 컴포넌트는 사운드의 지향성 전송/수신을 가능하게 하도록 의복에 통합되는
    음향 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 사운드의 지향성 전송/수신은 붐비는 방(a crowded room)에서 일대일 통신을 수립하는 것을 가능하게 하는
    음향 시스템.
  16. 지향성 사운드 통신을 가능하게 하도록 음파에 대하여 어레이된 도파관을 생성하기 위한 하나 이상의 위상 시프터와,
    사운드의 지향성 전송을 수행하기 위한 전송 컴포넌트와,
    사운드의 지향성 수신을 수행하기 위한 수신 컴포넌트를 포함하며,
    상기 수신 컴포넌트를 통하여 주변의 잡음을 감지하고, 상기 전송 컴포넌트를 이용하여 잡음을 제거하여 잡음이 소거된 환경 (a noise cancelled environment)을 제공하는
    위상 어레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 튜닝가능한 스티어링 각을 가능하게 하기 위한 가변 구성을 가지는
    위상 어레이.
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 전송 컴포넌트는 상기 하나 이상의 위상 시프터의 각 위상 시프터에 연결된 마이크로 스피커를 포함하는
    위상 어레이.
  20. 제 19 항에 있어서,
    각 위상 시프터는 전송될 신호를 수신하고 위상 전파의 방향의 튜닝을 행하는
    위상 어레이.
  21. 삭제
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 수신 컴포넌트는 상기 하나 이상의 위상 시프터의 각 위상 시프터에 연결된 마이크로 수신기를 포함하는
    위상 어레이.
  23. 제 22 항에 있어서,
    각 위상 시프터는 각 마이크로 수신기로부터 신호를 수신하는
    위상 어레이.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 디지털, 아날로그 또는 혼합 신호 전자기기 중 하나를 사용하여 구현되는
    위상 어레이.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 마이크로 스피커는 미세기계(micromechanical) 또는 미세자기(micromagnetic) 기술 중 하나로 구성되는
    위상 어레이.
  26. 하나 이상의 위상 시프터에서 신호를 수신하는 단계와,
    지향성 사운드 통신을 가능하게 하기 위해 음파에 대하여 어레이된 도파관을 생성하는 단계를 포함하며,
    상기 어레이 도파관은 사운드의 지향성 전송을 수행하기 위한 전송 컴포넌트와, 사운드의 지향성 수신을 수행하기 위한 수신 컴포넌트를 포함하고, 상기 수신 컴포넌트를 통하여 주변의 잡음을 감지하고, 상기 전송 컴포넌트를 이용하여 잡음을 제거하여 잡음이 소거된 환경 (a noise cancelled environment)을 제공하는
    사운드 통신 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 위상 시프터는 2차원 또는 3차원으로 튜닝가능한 스티어링 각을 가능하게 하기 위한 가변 구성을 가지는
    사운드 통신 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 위상 시프터는 상기 어레이된 도파관을 생성하기 전에 전송될 신호를 수신하는
    사운드 통신 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    스티어링된 음파면을 생성하도록 각 위상 시프터로부터 마이크로 스피커로 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는
    사운드 통신 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 위상 시프터는 마이크로 수신기로부터 신호를 수신하는
    사운드 통신 방법.
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