DE1110229B - Wiedergabegeraet fuer stereophonische Tonuebertragung - Google Patents

Description

Es sind bereits verschiedene stereophonische Tonübertragungssysteme bekannt. Bei einem dieser Systeme werden zwei Tonfrequenzsignale übertragen, von denen das eine gleich der Summe der von zwei Richtmikrophonen abgeleiteten Signale und das andere gleich der Differenz dieser Signale ist. Ein Nachteil eines solchen Stereophonischen Tonübertragungssystems besteht darin, daß mindestens zwei Übertragungskanäle mit einer Bandbreite erforderlich sind, die zur Aufnahme des ganzen zu übertragenden Tonfrequenzbereichs ausreicht. Dabei muß also die gesamte Bandbreite dieser Kanäle mindestens doppelt so groß sein wie die Bandbreite, die für die Übertragung monophonischer Signale notwendig ist. Dieser Nachteil ist besonders groß, wenn die stereophonisehen Signale auf einer Schallplatte aufgenommen oder durch den Rundfunk übertragen werden sollen.

Zur Behebung dieses Nachteils ist es bereits bekannt, Signale auf eine solche Weise über einen einzigen Kanal zu übertragen, daß bei der Wiedergabe dieser Signale ein stereophonischer Effekt auftritt. Die übertragenen Signale enthalten dabei ein Tonfrequenzsignal von relativ großem Frequenzbereich, das die zu übertragenden Töne darstellt, und ein Steuersignal, das die Richtung der Tonquelle angibt und im wesentlichen unabhängig von der Lautstärke der Tone ist. Mit diesem Steuersignal können in einem Tonwiedergabegerät die Ausgangspegel von zwei Wiedergabeverstärkern geregelt werden, denen das Tonfrequenzsignal parallel zugeführt wird, so daß die Ausgangssignale der Verstärker, wenn sie zur Speisung von voneinander getrennten Lautsprechern verwendet werden, eine stereophonische Wiedergabe der Töne ergeben.

In der Praxis ergeben sich jedoch bei der Verwendung von zwei Wiedergabeverstärkern, deren Ausgangspegel in Abhängigkeit von dem Steuersignal geregelt werden, erhebliche Schwierigkeiten. Zur Erzielung eines stereophonischen Effektes müßten die Ausgangspegel der beiden Verstärker in komplementärer Weise derart variiert werden, daß die kombinierten Ausgangssignale dem Pegel des ursprünglichen Tonfrequenzsignals, d.h. der Lautstärke der ursprünglichen Töne, entsprechen; Es kann beispielsweise ein Verstärker zur Multiplikation des empfan- genen Tonfrequenzsignals mit dem Steuersignal verwendet werden, während ein anderer Verstärker zur Multiplikation des empfangenen Tonfrequenzsignals mit dem Komplement des Steuersignals benutzt wird, wobei das Komplement durch Abziehen des Steuer-Signals von einer festen, den Einheitswert darstellenden Vorspannung, erhalten wird. Mit dieser Anord-Wiedergabegerät
für stereophonische Tonübertragung

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr_v K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarlu 10/1,1

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 6. Juli und 4. Oktober 1957

William Spencer Percival, London,
ist als Erfinder genannt worden

nung muß die Verstärkungsregelung der beiden Verstärker, wenn die Ausgangspegel der beiden Verstärker in komplementärer Weise variiert werden sollen, in solcher Weise geschehen, daß die Arbeitspunkte der Verstärker in komplementärer Weise entlang identischen Kennlinien wandern. Es ist jedoch äußerst schwierig, zwei Verstärker mit identischen Kennlinien herzustellen. Selbst wenn Verstärker hergestellt werden können, deren Kennlinien anfänglich identisch sind, verändern sich diese auf Grund des Alterns der Schaltelemente oder auf Grund anderer Faktoren in unterschiedlicher Weise.

Durch die Erfindung werden diese aufgezeigten Nachteile beseitigt. Die Erfindung geht aus von einem Wiedergabegerät für stereophonische Tonübertragung, welchem ein die wiederzugebenden Töne darstellendes Tonfrequenzsignal und ein schmalbandiges, die Richtungsinformation darstellendes und von der Gesamtlautstärke praktisch unabhängiges Steuersignal zugeführt wird und in welchem aus dem Tonsignal über zwei mit gegebenenfalls räumlich voneinander entfernt angeordneten Lautsprechern verbundene Kanäle zwei Endsignale abgeleitet werden, deren relative Amplituden durch das Steuersignal geregelt werden.

Die Erfindung kennzeichnet sich durch eine Multiplikationsvorrichtung zum Erzeugen eines Produktsignals aus dem Tonsignal und dem Steuersignal oder einem daraus abgeleiteten Signal sowie durch eine Schaltung zum Einspeisen eines Teiles des nichtmulti-

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plizierten Tonsignals in den Ausgang der Multiplikationsvorrichtung, wobei die beiden Endsignale aus dem Produktsignal und aus dem sich durch das Einspeisen ergebenden Signal abgeleitet werden. -

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an'Hand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen stellt dar

Fig. 1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Wiedergabegerätes für stereophonische Tonübertragung zur Wiedergabe von auf einer Schallplatte aufgezeichneten Signalen in Blockform und

Fig. 2 eine Schaltungseinzelheit des in Fig. 1 gezeigten Gerätes.

Das in den Zeichnungen gezeigte Wiedergabegerät ist für die Wiedergabe von Signalen einer Schallplatte 50 bestimmt. Auf der Schallplatte ist ein Tonfrequenzsignal V_A aufgezeichnet, das die durch Richtmikrophone aufgenommenen Töne darstellt und sowohl zur Stereophonischen Wiedergabe mittels des nachfolgend beschriebenen Wiedergabegerätes als auch für monophonische Wiedergabe in üblichen Tonwiedergabegeräten geeignet ist. Die Aufzeichnung auf der Schallplatte enthält außerdem eine Trägerwelle von 15 kHz, die von einem Steuersignal frequenzmoduliert ist, das die Richtung der Tonquelle angibt, von der das Signal V_A abgeleitet wird. Das Steuersignal stellt das Verhältnis

Vr" + V_L"

dar, wobei V_L" und V_R" jeweils Signale sind, die von den Hüllkurven der Tonfrequenzsignale zweier Richtmikrophone abgeleitet sind. Das Verhältnis

V_L"

ist im wesentlichen unabhängig von der Lautstärke der durch das Signal V_A dargestellten Töne das Tonsignal F₄ kann beispielsweise einen Frequenzbereich besitzen, der sich bis 12 kHz erstreckt, während das Steuersignal, bevor es die Trägerwelle moduliert, auf ein relativ schmales Band mit niedrigen Frequenzen beschränkt ist, sich aber in den Tonfrequenzbereich hinein erstrecken kann. Die Einrichtungen zur Ableitung des Tonsignals und des Steuersignals brauchen an dieser Stelle nicht näher beschrieben zu werden. Die auf der Schallplatte 50 aufgezeichneten Signale werden von einem Wiedergabekopf 51 abgenommen und parallel zwei Verstärkern 52 und 53 zugeführt, von denen der eine mit dem Tonsignalteil und der andere mit dem Steuersignalteil der Wiedergabeeinrichtung verbunden ist. An den Verstärker 52 schließt sich ein Kathodenverstärker 53 a und ein Tiefpaß 54 an, welcher die mit dem Steuersignal modulierte Trägerwelle unterdrückt und lediglich das Tonsignal V_A zu einem Klangregler 55 und einem Verstärker 56 durchläßt. Danach wird das Tonsignal V_Ä auf eine Trägerwelle von beispielsweise 850 kHz in einem Gegentaktmodulator 59 auf moduliert, der so ausgebidelt ist, daß die. Trägerwelle in dem Ausgang des Modulators unterdrückt.ist. Die Trägerwelle kann von einem Oszillator 60 geliefert werden. Die Seitenbandkomponenten aus dem Modulator 59 werden parallel zwei Hochfrequenzverstärkern 61 und 104 zugeführt, wobei der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 61 durch Signale;. geregelt wird, die von dem Steuersignal abgeleitet werden.

Zur Erzeugung dieser Verstärkungsregelungssignale für den Verstärker 61 wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 53, dessen Durchlaßkurve bei 15 kHz ein Maximum besitzt, an ein Bandpaßfilter 63 gelegt, das alle Komponenten des Tonsignals V_A beseitigt. Das Ausgangssignal des Filters 63 wird über einen Verstärker 100 geführt und dann in einem Demodulator 65 demoduliert, so daß ein Ausgangssignal der Form

T/ "

V_R" + V_L"

erhalten wird. Aus diesem Ausgangssignal wird dann in einer mit Loggerkreis 67 bezeichneten Logarithmierschaltung ein Steuersignal der Form

log

V_R" + V_L"

erzeugt, das zur Regelung des Verstärkungsfaktors des Hochfrequenzverstärkers 61 benutzt wird. Dieser Verstärker besitzt eine exponentiell Aussteuercharakteristik, so daß sein Ausgangssignal das Produkt

Vr"

V_L

darstellt, wobei zu berücksichtigen ist, daß das Signal V_A die Form von Seitenbändern der Trägerwelle von 850 kHz besitzt. Die Kopplungskreise des Verstärkers 61 können keine Frequenzkomponenten übertragen, die dem Steuersignal als solchem entsprechen.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 61 wird in einem weiteren Verstärker 70 mit der Trägerwelle aus dem Oszillator 60 kombiniert. Diese Trägerwelle läuft über einen Verstärker 72, der mit Einrichtungen zur einstellbaren Phasenverschiebung der Trägerschwingungen versehen ist, um sicherzustellen, daß die Schwingungen an dem Verstärker 70 für die Kombination mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 61 in richtiger Phase liegen. Hierdurch wird die Trägerwelle wieder in das verstärkungsgeregelte Hochfrequenzsignal aus dem Verstärker 61 eingeführt. Das erhaltene Signal wird darauf in einem Demodulator 74 demoduliert und dann als Tonfrequenzsignal über die Verstärker 103 und 76 einer Wiedergabevorrichtung 78 zugeführt. Der Demodulator 74 ist vorzugsweise ein Vollweggleichrichter. Wie bereits erwähnt, wird das Ausgangssignal des Modulators 59 außer dem Verstärker 61 auch dem Verstärker 104 zugeführt, der mit dem Verstärker 61 identisch ist, jedoch keine automatische Verstärkungsregelung besitzt. Statt dessen kann eine Verstärkungsregelung von Hand mittels einer Vorspannungsregelvorrichtung 105 vorgenommen werden, durch die bei Inbetriebnahme ein Abgleich zwischen den beiden Wiedergabekanälen möglich ist. Der Verstärker 104 stellt außerdem sicher, daß die Signale in beiden Kanälen vor dem Differenzkreis 107 um gleiche Beträge verzögert werden. Die Trägerfrequenz wird dem Ausgangssignal des Verstärkers 104 über einen dem Verstärker 72 entsprechenden Verstärker 73 einstellbarer Phasenverschiebung in einem-Verstärker 71 zugefügt und das Tonfrequenzsignal V_A wird aus der Ausgangsspannung dieses Verstärkers 71 durch Demodulation in einem Demodulator 75 wiedergewonnen. Dieses Signal wird dann über einen Kathodenverstärker 106 zu dem Differenzkreis 107 geführt. In diesem Diffe-

renzkreis wird von dem letzteren' Signal V_A die das keil behoben, die Verstärkungsregelungschärakteristik

Signal ' ■ ' von zwei verschiedenen Kanälen aneinander anzu-

y " ■ · passen.

: Vχ ■ Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine

^{Λ L} ■ 5 Vergrößerung der wiedergabeseitig wahrgenommenen

darstellende Ausgangsspannung des Kathodenver- Ortungsbreite der Tonquellen in einfacher Weise

stärkers 103 abgezogen. Der Differenzkreis 107 durch gegenseitige Abstimmung des relativen Pegels

erzeugt somit ein Ausgangssignal entsprechend der Signale V_L" und V_R" erreicht werden kann. Die

τ/ ")__ύ/ ._v " Steuerung hierzu hat in solcher Weise zu erfolgen,

Va-Va- = " daß die Summe von V_L" und V_R" konstant-bleibt,

Vr + Vι Vr+ Vl _und di_e angestrebte Wirkung wird beim Steuern des

_ V{' - Pegels des Verstärkungsregelungssignals für den

⁼ Va ' γ,, _|_ γ α · Verstärker 61 durch Erzeugung komplementärer Veränderungen der Pegel V_L" und V_R" automatisch

Dies ist das erforderliche Ausgangssignal für den 1-5 erhalten. Es können auch Einrichtungen zum Be-

zweiten Kanal; es wird über den Tonfrequenzverstär- grenzen des Spreizungsgrades vorhanden sein, und in

ker 77 einer zweiten Tonwiedergabevorrichtung 79 einigen Fällen braucht die Spreizungsregelung auch

zugeführt, die von der Wiedergabevorrichtung 78 nicht linear zu sein.

räumlich getrennt angeordnet ist, so daß sich eine Wie in Fig. 2 gezeigt, kann der Gegentaktmodustereophonische Wiedergabe der ursprünglichen Töne 20 lator 59 aus Fig. 1 eine Brückenschaltung mit vier ergibt. Die Summe der beiden Signale, die den Ton- Dioden 130, 131,132 und 133 enthalten. Das Trägerwiedergabevorrichtungen 78 und 79 zugeführt wer- frequenzsignal aus dem Oszillator 60 wird im Gegenden, ist, wie erforderlich, gleich V_A. Beide Wieder- takt an die konjugierten Punkte 134 und 135 der gabevorrichtungen 78 und 79 können aus einer Gruppe Brückenschaltung gelegt. Der Abgleich der Brücke von Lautsprechern bestehen. 25 wird durch die Kapazität 140 und die Widerstände

Das einzelne Steuersignal, das auf der Platte 50 141 und 142 eingestellt. Die Kapazitäten 137 und aufgezeichnet ist, wird somit zur Steuerung der Aus- 138 sind Abstimmkapazitäten und die Kapazitäten gangspegel beider Tönwiedergabevorrichtungen 78 136 und 139 Sperrkäpazitäten. Das Tonfrequenz- und 79 zur Stereophonischen Wiedergabe der ur- signal wird vom Verstärker 56 über eine Hochsprünglichen Töne benutzt. Das gezeigte Gerät kann 30 frequenzdrossel 145 zugeführt und einer Vorspanauch in Abhängigkeit von einem Steuersignal arbei- nung überlagert, die so eingestellt ist, daß beim Fehlen ten, das sich in den Tonfrequenzbereich hinein des Tonfrequenzsignals aus dem Verstärker 56 kein erstreckt, ohne dabei selbst aus den Tonwiedergabe- Ausgangssignal zwischen den konjugierten Punkten vorrichtungen wahrgenommen zu werden. Durch ein 143 und 144 erzeugt wird. Im Betriebszustand des solches Steuersignal läßt sich ein realistischer Ein- 35 Modulators erlaubt das Tonfrequenzsignal den Durchdruck einer Vielzahl von getrennten, gleichzeitig gang des Trägersignals zu der Ausgangsbelastung 146 tönenden Tonquellen erhalten, wie sie beispielsweise des Modulators mit einer Größe und einem Vorbei einem Orchester vorhanden sind. zeichen, die von Größe und Vorzeichen des Ton-

Obgleich das Steuersignal in dem beschriebenen frequenzsignals abhängen. Die Ausgangsbelastung

Wiedergabegerät als Logarithmus des jeweiligen 40 146 ist von üblicher Art.

Hüllkurvenamplitudenverhältnisses benutzt wird, Bei der beschriebenen Anordnung ist es möglich,

wird es vorgezogen, das Steuersignal auf der Platte daß eine zu schnelle Änderung des Steuersignals die

einfach als das Verhältnis selbst aufzuzeichnen, da Wellenform der niedrigeren Tonfrequenzen verzerrt,

dieses die allgemein am besten anwendbare Form des indem sich der Verstärkungsfaktor bereits in einer

Steuersignals darstellt, die leicht in Empfängern 45 einzigen Periode ändert. Eine solche Verzerrung tritt

mit irgendwelcher beliebiger Verstärkungsregelungs- selbstverständlich bei den höheren Tonfrequenzen

charakteristik verwandt werden kann. Es können nicht auf. Dieser Effekt kann deshalb durch Aufteilen

befriedigende Ergebnisse mit handelsüblichen Ton- des Tonsignals in jedem Kanal in zwei oder mehr

Wiedergabegeräten mit dem Steuersignal in einfacher Teilfrequenzbänder, die in getrennten verstärkungs-

Verhältnisform erreicht werden, wenn auch die loga- 50 geregelten Verstärkern verstärkt werden, vermieden

rithmische Form in Verbindung mit einer exponen- werden, wobei die Änderungsgeschwindigkeit für das

tiellen Verstärkungsregelungscharakteristik den Vor- Steuersignal dann beim höheren Tonfrequenzband

teil einer sehr linearen Verstärkungsregelung besitzt. oder den höheren Tonfrequenzbändern größer sein

Der Loggerkreis 67 in dem Wiedergabegerät besitzt kann.

eine Charakteristik, die komplementär zu der Aus- 55 Eine weitere Schwierigkeit kann auftreten, wenn Steuercharakteristik des Verstärkers 61 mit veränder- das Steuersignal eine relativ große Bandbreite von barem Verstärkungsfaktor ist, und ergibt dadurch beispielsweise bis zu 200Hz besitzt, da dann die eine Verstärkungsregelung, die im Gesamtbereich Seitenbänder in dem Verstärker 61 als Trägerwellen praktisch linear ist, da es im allgemeinen einfacher für höhere Frequenzen des Steuersignals wirken und ist, einen Verstärker mit einer genau bestimmten 60 hierdurch Komponenten des Steuersignals in den exponentiellen Charakteristik herzustellen, als einen Tonsignalausgang einführen, die dort eine Verzerrung Verstärker mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen hervorrufen. Diese Verzerrung kann dadurch vermie-Charakteristik über einen beträchtlichen Bereich den werden, daß Amplituden der tieferen Tonlinear ist und über lange Zeit stabil bleibt. frequenzkomponenten vor der Modulation in dem

In dem in Fig. 1 gezeigten Gerät wird nur die Ver- 65 Gegentaktmodulator 59 abgeschwächt und nach der

Stärkung eines der zu den Tonwiedergabevorrichtun- Wiedereinführung des Trägers in die Verstärker 70

gen 78 und 79 führenden Kanäle durch ein Steuer- und 71 um einen entsprechenden Betrag wieder ver-

signal geregelt. Auf diese Weise wird die Schwierig- stärkt werden.

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Die Maßnahme, mit einem Tonfrequenzsignal eine Trägerwelle zu modulieren und die Trägerwelle vor dem Steuern des Tonfrequenzsignals nach Maßgabe des Verstärkungsregelungssignals zu unterdrücken, ist auch da vorteilhaft, wo die nominale Bandbreite des Steuersignals auf Frequenzen unterhalb der niedrigsten Tonfrequenz beschränkt ist. Beispielsweise sei bei einer durch einen Amplitudenabfall von z. B. 6 db definierten Bandbreite des Steuersignals diese Bandbreite 25 Hz; falls dann nämlich der Abfall des Steuersignals nicht mehr als 6 db pro Oktave beträgt, würde die Amplitude des Steuersignals bei 1600Hz erst um 42 db abgesunken und damit noch ausreichend sein, eine Störung innerhalb des Ton-=" bereiches zu verursachen. Darüber hinaus können auch andere Maßnahmen für eine Steuerung unter Verhinderung einer Tonbildung durch das Steuersignal verwendet werden.

Bei der Beschreibung wurde von einem Übertragungssystem ausgegangen, bei dem die Signale auf ao einer Schallplatte aufgezeichnet sind. Es können jedoch auch andere Aufzeichnungsmittel, wie beispielsweise Magnetbänder, verwendet werden. Es ist auch möglich, die Übertragung durch Draht oder Funk zu bewirken. Weiterhin können bei einer Aufzeichnung die Tonfrequenzsignale und das Steuersignal in getrennten Spuren aufgezeichnet sein, beispielsweise im Fall einer Schallplatte das Tonfrequenzsignal in Seitenschrift und das Steuersignal in Tiefenschrift. Es können jedoch auch andere Arten von komplexen Tonspuren verwandt werden. Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf die beschriebene spezielle Form des Steuersignals oder des Tonfrequenzsignals.

Wenn das Steuersignal zum Modulieren einer Trägerwelle benutzt wird, bevor die Aufzeichnung auf einem Aufzeichnungsmittel oder die Übertragung stattfindet, kann jede gewünschte Modulation, entweder Amplituden- oder Frequenzmodulation, verwendet werden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Wiedergabegerät für stereophonische Tonübertragung, dem ein die wiederzugebenden Töne darstellendes Tonfrequenzsignal und ein schmalbandiges, die Richtungsinformation darstellendes und von der Gesamtlautstärke praktisch unabhängiges Steuersignal zugeführt wird und in welchem aus dem Tonsignal über zwei mit gegebenenfalls räumlich voneinander entfernt angeordneten Lautsprechern verbundene Kanäle zwei Endsignale abgeleitet werden, deren relative Amplituden durch das Steuersignal geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplikationsr Vorrichtung (59, 60,61,70,72,74,103) zum Erzeugen eines Produktsignals aus dem Tonsignal und dem Steuersignal oder einem daraus abgeleiteten Signal sowie eine Schaltung (71,73,75, 104, 106) zum Einspeisen eines Teiles des nicht multiplizierten Tonsignals in den Ausgang der Multiplikationsvorrichtung vorgesehen ist und daß die beiden Endsignale aus dem Produktsignal und aus dem sich durch das Einspeisen ergebenden Signal abgeleitet werden.

2. Wiedergabegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der Endsignale direkt aus dem Produktsignal abgeleitet wird, während das zweite Endsignal über eine Differenzschaltung unter Subtraktion des Produktsignals von dem Tonsignal gebildet wird.

3. Wiedergabegerät nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Steuersignal auf ein relativ schmales Band tiefer Frequenzen im Vergleich zum Tönfrequenzbereich beschränkt ist, sich jedoch bis in diesen Bereich hinein erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal als solches oder ein daraus abgeleitetes Signal in dem Ausgang der Multiplikationsvorrichtung unterdrückt ist.

4. Wiedergabegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Multiplikationsvorrichtung eine Trägerwelle mit dem Tonsignal so moduliert wird, daß die Trägerwelle unterdrückt wird und die entstehenden Seitenbandkomponenten auf ein Frequenzband oberhalb desjenigen des Steuersignals begrenzt werden, daß die Seitenbandkomponenten an einen Verstärker (61) mit regelbarem Verstärkungsfaktor angelegt werden, dessen Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit vom Steuersignal oder eines daraus abgeleiteten Signals geregelt wird, daß die Trägerwelle am Ausgang des Verstärkers wieder eingeführt und der sich ergebende Wellenzug demoduliert wird.

5. Wiedergabegerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen des Pegels des zum Regeln des Verstärkungsfaktors des Verstärkers dienenden Steuersignals.

6. Wiedergabegerät nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung mit regelbarem Verstärkungsfaktor in einem Verstärker mit exponentieller Charakteristik durchgeführt wird, dem das Steuersignal in der Form einer logarithmierten Funktion zweier Richtungssignale zugeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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