WO2023282349A1 - スピーカユニット - Google Patents

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WO2023282349A1
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優 土橋
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ヤマハ株式会社
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    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H04R1/2807Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
    • H04R1/2811Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements for loudspeaker transducers
    • HELECTRICITY
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    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
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    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1008Earpieces of the supra-aural or circum-aural type

Definitions

  • the present disclosure relates to a speaker unit suitable for headphones and the like.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose techniques for adjusting sound pressure frequency characteristics of headphones.
  • an equalizer having front sound holes formed over almost the entire area is arranged in front of the diaphragm of the headphone, and a side tone is provided between the equalizer and the diaphragm for acoustic correction. A hole is provided.
  • an equalizer that adjusts the characteristics of the high frequency range is arranged in front of the diaphragm.
  • sound holes are provided over almost the entire area of the equalizer (see FIG. 1).
  • an acoustic equalizer is arranged at a position facing the acoustic unit and close to the user's ear.
  • the acoustic equalizer is provided with holes and holes covered with a non-woven fabric.
  • DF is the sound pressure frequency characteristic of the radiated sound obtained by the microphone inside the dummy head when the dummy head is placed in a reverberation room and the speaker unit is placed in front of it. It is the sound pressure frequency characteristics of the radiated sound acquired by the microphone inside the dummy head when the dummy head is placed in a room and the speaker unit is placed in front of it.
  • These characteristics are sound field characteristics in extreme environments such as a reverberant room and an anechoic room, and are often considered as a starting point when designers tune the sound pressure frequency characteristics of headphones.
  • the DF curve and FF curve have significantly different characteristics in the high range of 1-2 kHz or higher.
  • a standing wave (acoustic mode) of sound is generated inside the headphone housing and in the space in front of the driver unit formed by the ear pads and the head.
  • a phenomenon in which the characteristics change occurs by generating a peak-dip in the frequency characteristics of the sound Therefore, when designing headphones with a DF curve or FF curve as a target, it is necessary to finely adjust sound pressure frequency characteristics targeting a specific high-frequency band.
  • Patent Documents 1 to 3 have the problem that it is difficult to adjust the high-definition sound pressure frequency characteristics targeting such a specific band.
  • the present disclosure has been made in view of the circumstances described above, and aims to enable high-definition adjustment of sound pressure frequency characteristics targeting a specific band in a speaker unit.
  • the present disclosure is a speaker unit including a diaphragm supported by a frame and a plate having an outer peripheral portion and having the outer peripheral portion supported by the frame, wherein the plate includes the plate and the diaphragm.
  • a speaker unit having a space surrounded by the outer periphery between .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a headphone driver that is one embodiment of a speaker unit according to the present disclosure
  • FIG. It is a top view which shows the structure of the plate in the same embodiment. It is a figure which shows the effect of the same embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a plate in another embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a plate in another embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a plate in another embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a headphone driver 100 that is one embodiment of a speaker unit according to the present disclosure.
  • 2 is a plan view of the plate 150 of the headphone driver 100 viewed from above in FIG.
  • Headphone driver 100 has diaphragm 110 , peripheral portion 111 , voice coil bobbin 112 , magnetic circuit 130 , housing 140 , frame 145 , plate 150 , and earpad 160 .
  • the housing 140 has a hollow cylindrical shape and has an opening 141 on the upper wall surface.
  • the outer periphery of a substantially annular frame 145 is fixed inside the opening 141 .
  • the inner circumference of this frame 145 is bent downward in FIG.
  • the diaphragm 110 has a dome shape.
  • the outer periphery of this dome-shaped portion is surrounded by a substantially annular peripheral portion 111 called an edge.
  • the outer circumference of the diaphragm 110 is supported on the upper surface of the frame 145 via the peripheral edge portion 111 .
  • a hollow cylindrical voice coil bobbin 112 facing downward is arranged on the outer circumference of the diaphragm 110 .
  • a voice coil is wound around the voice coil bobbin 112 (not shown).
  • the magnetic circuit 130 is fixed inside the housing 140 .
  • the magnetic circuit 130 has an annular shape and has an annular magnetic gap AG on its surface in the direction of sound emission.
  • a voice coil bobbin 112 is inserted in this magnetic gap AG.
  • a substantially annular ear pad 160 is arranged on the upper surface of the casing 140 outside the opening 141 .
  • a lower end portion of an outer peripheral portion 151 that protrudes downward from the outer periphery of the plate 150 is arranged on the upper surface near the outer periphery of the frame 145 inside the opening 141 .
  • the plate 150 has an outer peripheral portion 151 supported by the frame 145 and has a space BS surrounded by the outer peripheral portion 151 between the diaphragm 110 and the plate 150 .
  • the plate 150 has a circular shape and has a center Op on a central axis Ox passing through the center Ov of the diaphragm 110 .
  • the plate 150 also has an elliptical opening 152 centered on the center Op.
  • a space BS between the plate 150 and the diaphragm 110 communicates with this opening 152 .
  • a circular protective portion 155 is arranged in the center of the opening 152 of the plate 150 .
  • the protective portion 155 is supported on the plate 150 by four bridges 156 around its perimeter.
  • the protective portion 155 has a role of adjusting the radiated sound volume and a role of protecting the diaphragm 110 from foreign objects such as the user's finger.
  • the voice coil of the voice coil bobbin 112 when the voice coil of the voice coil bobbin 112 is energized with current based on the audio signal, the voice coil bobbin 112 and the diaphragm 110 vibrate vertically along the central axis Ox. As a result, sound waves are radiated from the diaphragm 110 in the sound emitting direction (upward direction in FIG. 1) and pass through the opening 152 of the plate 150 . At that time, in this embodiment, resonance is excited in the section from the edge of the opening 152 of the space BS between the plate 150 and the diaphragm 110 to the outer peripheral portion 151 . Specifically, this resonance occurs at a frequency at which the distance L from the edge of the opening 152 in the plate 150 to the outer peripheral portion 151 is a quarter wavelength.
  • a first sound wave that is, a sound wave that excites resonance
  • this first sound wave propagate through the space BS to the outer peripheral portion 151
  • the phase of the second sound wave reflected at the portion 151 and returned to the opening 152 is reversed, and the sound pressure of the sound radiated from the opening 152 is reduced.
  • the distance L from the edge of the opening 152 to the outer peripheral portion 151 is determined based on the target sound pressure frequency characteristics.
  • L 42 mm to 17 mm.
  • the distance L from the edge of the opening 152 to the outer peripheral portion 151 is changed by the angle ⁇ around the center Op of the plate 150 .
  • the distance L between the edge of the opening 152 and the outer peripheral portion 151 is continuously changed as the angle around the center of the plate 150 changes. Specifically, it is as follows. In FIG. 2, let L be the length from the edge of the opening 152 (first intersection point 153) to the outer circumference portion 151 (second intersection point 154) in the direction from the center Ov toward the outer circumference of the plate. In the example shown in FIG.
  • the distance L between the edge of the opening 152 and the outer periphery 151 increases continuously as the angle around the center of the plate 150 changes from 0° to 90°.
  • FIG. 3 is a diagram explaining the effect of this embodiment.
  • the horizontal axis is the frequency
  • the vertical axis is the sound pressure level of the headphone.
  • FIG. 3 shows the sound pressure frequency characteristics P0 when the plate 150 is not provided in this embodiment, and the sound pressure frequency characteristics P1 when the plate 150 is provided with the above L set to 15 mm.
  • the plate 150 has an elliptical opening 152 in the above embodiment, the shape of the opening is not limited to this.
  • the plate 150 may be, for example, a plate 150a having a star-shaped opening 152a, as shown in FIG.
  • a plate 150b having an oval opening 152b may be used.
  • the shape of the opening need not be an elliptical shape, and may be a line-symmetrical or point-symmetrical shape.
  • the distance L from the edge of the opening to the outer periphery is the center of the plate 150c. Since it changes depending on the angle around Op, the same effect as in the above embodiment can be obtained.
  • the distance between the edges of the openings 152b, 152c shown in FIGS. 5 and 6 and the perimeter increases continuously as the angle about the center of the plates 150b, 150c changes from 0° to 90°. are doing.
  • oval opening 152b shown in FIG. 5 and the circular opening 152c shown in FIG. increases continuously as is changed from 0° to 90°. 4 to 6 omit illustration of the protection portion 155 of the above-described embodiment, but the protection portion may or may not be provided.
  • the speaker unit enables high-definition sound pressure frequency characteristic adjustment targeting a specific band.
  • Headphone driver 110 Diaphragm 111
  • Periphery 112 Voice coil bobbin 130
  • Magnetic circuit 140 Housing 145 Frames 150, 150a, 150b, 150c Plate 160 Ear pads 141, 152, 152a, 152b, 152c Opening AG Magnetic gap 151 Periphery 155 Protection 156 Bridge

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Abstract

ヘッドホンドライバ(100)は、フレーム(145)に支持された振動板(110)と、外周部(151)を有し、フレーム(145)に該外周部(151)が支持されたプレート(150)とを含む。プレート(150)は、当該プレート(150)と振動板(110)との間に外周部(151)により囲まれた空間(BS)を有し、プレート(150)の中央に開口部(152)を有し、開口部(152)のエッジと外周部(151)との距離Lが8mm~42mmの範囲である。

Description

スピーカユニット
 本開示は、ヘッドホン等に好適なスピーカユニットに関する。
 特許文献1~3にはヘッドホンの音圧周波数特性を調整するための技術が開示されている。特許文献1に開示された技術では、ほぼ全域に亙って正面音孔の形成されたイコライザがヘッドホンの振動板の前面に配され、このイコライザと振動板との間に音響補正を行う側音孔が設けられる。また、特許文献2に開示された技術では、高音域の特性を調整するイコライザが振動板の前面に配置される。この特許文献2の技術においても、イコライザのほぼ全域に亙って音孔が設けられる(第1図参照)。また、特許文献3に開示された技術では、音響ユニットに対向し、かつ、ユーザの耳に接近した位置に音響イコライザが配置される。この音響イコライザには、孔と、不織布により覆われた孔が設けられる。
日本国実願昭55-123969号のマイクロフィルム(実開昭57-48777号公報)
日本国特開昭56-156099号公報
日本国特開平10-32892号公報
 ヘッドホン等のスピーカユニットの設計において、音圧周波数特性の指標として、拡散音場カーブ(Defused field curve)と自由音場カーブ(Free field curve)が活用される(以下、DF/FFという)。大まかに言えば、DFはダミーヘッドを残響室に置き、正面にスピーカユニットを置いた際のダミーヘッド内部のマイクで取得される放射音の音圧周波数特性であり、FFはダミーヘッドを無響室に置き、正面にスピーカユニットを置いた際のダミーヘッド内部のマイクで取得される放射音の音圧周波数特性である。これらの特性は残響室/無響室といった、両極端な環境での音場特性であり、設計者がヘッドホンの音圧周波数特性をチューニングする際の起点として考えられることが多い。
 DFカーブとFFカーブは、1~2kHz以上の高域において大きく異なった特性になる。このDFカーブとFFカーブの差が大きくなる高域では、ヘッドホンの筐体内部や、イヤパッドと頭部とで形成されるドライバユニット前面空間に音の定在波(音響モード)が発生し、放射音の周波数特性にピークディップを発生させることで特性が変化する現象が起きる。そこで、DFカーブやFFカーブを目標としてヘッドホンを設計する際には、周波数の高い特定の帯域を対象とした高精細な音圧周波数特性の調整が必要になる。
 しかしながら、上述した特許文献1~3の技術には、このような特定の帯域を対象とした高精細な音圧周波数特性の調整が困難であるという問題がある。
 本開示は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、スピーカユニットにおいて、特定の帯域を対象とした高精細な音圧周波数特性の調整を可能にすることを目的とする。
 本開示は、フレームに支持された振動板と、外周部を有し、前記フレームに該外周部が支持されたプレートとを含むスピーカユニットであって、前記プレートは、当該プレートと前記振動板との間に前記外周部により囲まれた空間を有し、中央に開口部を有し、前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が8mm~42mmの範囲であるスピーカユニットを提供する。
本開示によるスピーカユニットの一実施形態であるヘッドホンドライバの構成を示す断面図である。 同実施形態におけるプレートの構成を示す平面図である。 同実施形態の効果を示す図である。 本開示の他の実施形態におけるプレートの構成を示す平面図である。 本開示の他の実施形態におけるプレートの構成を示す平面図である。 本開示の他の実施形態におけるプレートの構成を示す平面図である。
 以下、図面を参照し、本開示の実施形態を説明する。
 図1は、本開示によるスピーカユニットの一実施形態であるヘッドホンドライバ100の構成を示す断面図である。また、図2はヘッドホンドライバ100のプレート150を図1における上方向から見た平面図である。ヘッドホンドライバ100は、振動板110と、周縁部111と、ボイスコイルボビン112と、磁気回路130と、筐体140と、フレーム145と、プレート150と、イヤパッド160とを有する。
 図1では上方向が放音方向である。筐体140は、中空円筒状をなしており、上側の壁面に開口部141を有している。この開口部141の内側には、略円環状のフレーム145の外周が固定されている。このフレーム145の内周は、図1における下方に折れ曲がっている。
 振動板110は、ドーム形状をなしている。このドーム形状をなしている部分の外周はエッジと呼ばれる略円環状の周縁部111により取り囲まれている。振動板110の外周は、この周縁部111を介してフレーム145の上面に支持されている。
 振動板110の外周には、下方向を向いた中空円筒状のボイスコイルボビン112が配置されている。このボイスコイルボビン112にはボイスコイルが巻回されている(図示略)。
 磁気回路130は、筐体140内に固定されている。この磁気回路130は、円環状をなしており、その放音方向の面に円環状の磁気ギャップAGを有する。ボイスコイルボビン112はこの磁気ギャップAGに挿入されている。
 筐体140における開口部141の外側の上面には略円環状のイヤパッド160が配置されている。また、開口部141の内側のフレーム145の外周付近の上面には、プレート150の外周において下方に突出した外周部151の下端部が配置されている。プレート150は、その外周部151がフレーム145に支持されており、振動板110とプレート150との間に外周部151により囲まれた空間BSを有する。
 図1および図2に示すように、プレート150は、円形をなしており、振動板110の中心Ovを通過する中心軸Ox上に中心Opを有する。また、プレート150は、中心Opを中心とする楕円形の開口部152を有する。プレート150と振動板110との間の空間BSは、この開口部152に連通している。
 また、図2に示すように、プレート150の開口部152の中央には円形状の保護部155が配置されている。この保護部155は、その周囲が4本のブリッジ156によりプレート150に支持されている。この保護部155は、放射音量を調整する役割と、ユーザの指等の外来物から振動板110を保護する役割を果たす。
 本実施形態において、音声信号に基づく電流がボイスコイルボビン112のボイスコイルに通電されると、ボイスコイルボビン112および振動板110が中心軸Oxに沿って上下方向に振動する。これにより振動板110から放音方向(図1の上方向)に音波が放射され、プレート150の開口部152を通過する。その際、本実施形態では、プレート150と振動板110との間の空間BSの開口部152のエッジから外周部151までの区間に共鳴が励起される。具体的には、この共鳴は、プレート150における開口部152のエッジから外周部151までの距離Lが1/4波長となる周波数において発生する。この共鳴の発生時、振動板110から開口部152に到来する第1の音波(すなわち、共鳴を励起する音波)と、この第1の音波が空間BSを介して外周部151まで伝搬し、外周部151において反射されて開口部152に戻る第2の音波とが逆相になり、開口部152からの放射音の音圧が低下する。
 本実施形態において、開口部152のエッジから外周部151までの距離Lは、目標とする音圧周波数特性に基づいて決定される。DF特性を目標とする場合、大凡2KHzから5kHzの帯域の放射音レベルを低下させる(放射音の周波数特性における大凡2KHzから5kHzの帯域にディップを形成する)必要があるため、L=42mm~17mmとするのが好ましい。また、FF特性を目標とする場合、大凡5KHzから10kHzの帯域の放射音レベルを低下させる(放射音の周波数特性における大凡5KHzから10kHzの帯域にディップを形成する)必要があるため、L=17mm~8mmとするのが好ましい。従って、本実施形態において、開口部152のエッジから外周部151までの距離Lの好ましい範囲は、8mm~42mmの範囲となる。
 また、本実施形態では、開口部152のエッジから外周部151までの距離Lをプレート150の中心Op廻りの角度θにより変化させている。例えば、開口部152のエッジと外周部151との間の距離Lを、プレート150の中心廻りの角度の変化に従って連続的に変化させている。具体的には、次の通りである。図2において、中心Ovからプレート外周部に向かう方向における開口部152のエッジ(第1交点153)から外周部151(第2交点154)までの長さをLとする。図2に示す例において、第1交点153および第2交点154間の長さLは、θ=0°、180°の場合に最小値となり、θ=90°、270°の場合に最大値となり、それ以外の角度θでは、最大値と最小値の間の長さとなる。図2に示す例では、開口部152のエッジと外周部151との間の距離Lが、プレート150の中心廻りの角度が0°から90°に変化するに従って、連続的に増加している。
 このように距離Lをプレート150の中心Op廻りの角度θにより変化させると、音圧周波数特性において音圧レベルが低下する周波数範囲を広くすることができる。
 図3は本実施形態の効果を説明する図である。図3において横軸は周波数であり、縦軸はヘッドホンの音圧レベルである。図3には本実施形態においてプレート150を設けない場合の音圧周波数特性P0と、上記Lを15mmとしたプレート150を設けた場合の音圧周波数特性P1が示されている。L=15mmである場合、このL=15mmが1/4波長となる音の周波数は約5800Hzとなる。このため、L=15mmであるプレート150を設けると、図3に示す音圧周波数特性P1において、5800Hz付近にディップが発生し、FF特性に近い音圧周波数特性が実現される。
 以上のように本実施形態によれば、スピーカユニットにおいて、特定の帯域を対象とした高精細な音圧周波数特性の調整が可能になる。
<他の実施形態>
 以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
 上記実施形態においてプレート150は、楕円形の開口部152を有していたが、開口部の形状はこれに限定されるものではない。プレート150は、例えば図4に示すように、星形の開口部152aを有するプレート150aであってもよい。また、例えば図5に示すように、卵形の開口部152bを有するプレート150bであってもよい。これらの態様によれば、開口部のエッジから外周部までの距離Lがプレートの中心Op廻りの角度により変化するので、音圧周波数特性において音圧レベルが低下する周波数範囲を広くすることができる。また、開口部の形状は楕円形等のような形状でなくてもよく、線対称または点対称の形状であってもよい。例えば図6に示すプレート150cのように、中心がプレート150cの中心Opからずれていれば、円形の開口部152cであっても、開口部のエッジから外周部までの距離Lがプレート150cの中心Op廻りの角度により変化するので、上記実施形態と同様な効果が得られる。また、図5に示す卵形の開口部152bでは、開口部152bのエッジと外周部との間の距離は、θ=0°、180°の場合に最小値となる。また、図5及び図6に示す開口部152b、152cのエッジと外周部との間の距離は、プレート150b、150cの中心廻りの角度が0°から90°に変化するに従って、連続的に増加している。また、図5に示す卵形の開口部152b及び図6に示す円形の開口部152cでは、開口部152b、152cのエッジと外周部との間の距離が、プレート150b、150cの中心廻りの角度が0°から90°に変化するに従って、連続的に増加している。
 なお、図4~図6に示す態様では、上記実施形態の保護部155に相当するものの図示が省略されているが、この保護部は設けてもよく、設けなくてもよい。
 本開示は、2021年7月8日出願の日本出願(特願2021-113261)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 以上説明したように、本開示の一態様に係るスピーカユニットは、特定の帯域を対象とした高精細な音圧周波数特性の調整を可能にする。
100 ヘッドホンドライバ
110 振動板
111 周縁部
112 ボイスコイルボビン
130 磁気回路
140 筐体
145 フレーム
150,150a,150b,150c プレート
160 イヤパッド
141,152,152a,152b,152c 開口部
AG 磁気ギャップ
151 外周部
155 保護部
156 ブリッジ

Claims (14)

  1.  フレームに支持された振動板と、
     外周部を有し、前記フレームに該外周部が支持されたプレートと、
     を含むスピーカユニットであって、
     前記プレートは、
     当該プレートと前記振動板との間に前記外周部により囲まれた空間を有し、中央に開口部を有し、前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が8mm~42mmの範囲であるスピーカユニット。
  2.  前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が、前記プレートの中心廻りの角度により異なる、請求項1に記載のスピーカユニット。
  3.  前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が、前記プレートの中心廻りの角度の変化に従って連続的に変化する、請求項2に記載のスピーカユニット。
  4.  前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が、前記プレートの中心廻りの角度が0°から90°に変化するに従って、連続的に増加する、請求項3に記載のスピーカユニット。
  5.  前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が、前記プレートの中心廻りの角度が0°及び180°の場合に最小値となり、90°及び270°の場合に最大値となる、請求項2から4のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  6.  前記開口部は楕円形状である、請求項1から5のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  7.  前記開口部は星形の形状である、請求項1から3のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  8.  前記開口部は卵形の形状である、請求項1から4のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  9.  前記開口部は線対称または点対称の形状であり、前記開口部の中心が前記プレートの中心からずれているように前記開口部が設けられている、請求項1から4のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  10.  前記開口部は円形状である、請求項9に記載のスピーカユニット。
  11.  外来物の接触から前記振動板を保護する保護部が前記開口部に設けられた、請求項1から10のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  12.  前記プレートは、前記保護部材と前記開口部のエッジとを接続し、前記保護部材を支持するブリッジを有する、請求項11に記載のスピーカユニット。
  13.  放射音の周波数特性において約2KHzから5kHzの帯域の放射音レベルを低下させるように前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が42mm~17mmの範囲である、請求項1から12のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
  14.  放射音の周波数特性において約5KHzから10kHzの帯域の放射音レベルを低下させるように前記開口部のエッジと前記外周部との間の距離が17mm~8mmの範囲である、請求項1から12のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
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