EP0379528A1 - Anordnung für die stimmschulung - Google Patents

Anordnung für die stimmschulung

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EP0379528A1
EP0379528A1 EP89902219A EP89902219A EP0379528A1 EP 0379528 A1 EP0379528 A1 EP 0379528A1 EP 89902219 A EP89902219 A EP 89902219A EP 89902219 A EP89902219 A EP 89902219A EP 0379528 A1 EP0379528 A1 EP 0379528A1
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EP
European Patent Office
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pressure
arrangement according
pressure sensor
amplifier
zero
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89902219A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Jost
Erwin KLÖSCH
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Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/04—Speaking

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for voice training, in which measuring devices are provided at several parts of the student's body, namely on the flanks and on the chest for detecting dimensional changes and on the skull, which are connected to optical display devices.
  • a pressure sensor amplifier for the head resonance a pressure sensor amplifier for the tongue root pressure
  • a pressure sensor amplifier for the breast pressure a pressure sensor amplifier for the breast pressure
  • a pressure sensor amplifier for the flank pressure be connected directly to the respective display device via an analog multiplexer and a measuring device for the sound pressure are, the measuring device for the sound pressure being provided with a selectable muting which is dependent on the breast and flank pressure.
  • the invention makes it possible not only to carry out self-training, but language and singing teachers also have the opportunity to make the pupil aware of his mistakes and can give appropriate instructions for eliminating these mistakes. By recording and recording the measured values of the various parts of the body, it is possible to keep these errors in mind of the pupil, and corresponding improvements by overlaying or by comparative displays can also be demonstrated.
  • Fig.l shows a basic circuit diagram of the arrangement according to the invention, including the display option.
  • 2 shows a belt for measuring the breast or flank pressure and
  • FIG. 3 shows the sensor signals in which an automatic basic pressure adjustment has been carried out.
  • Fig.4 is a pressure sensor amplifier.
  • FIG.l the structure of the invention is shown schematically.
  • a pressure sensor 1 for registering the tongue root pressure, a pressure sensor 2 for registering the breast pressure and a pressure sensor 3 for registering the flank pressure are applied to the body of the student, each of which is connected to inputs of an analog multiplex system 5 via a pressure sensor amplifier 4.
  • the head resonance is recorded via an electret microphone 6 and a nostril adapter with a closed air column, which is also connected to an input of the multiplex system 5 via its own pressure sensor amplifier 7.
  • a display field 8 is now arranged on which display devices are provided. These display devices are assigned to the individual measuring devices and are also arranged at corresponding points on the display panel 8.
  • a dynamic microphone 16 is provided which is connected via a microphone amplifier 17 to a recording device, preferably a cassette recorder 18.
  • the light bars 11 and 13 are connected to the selection unit 15, which represents a mute control. This mute control is connected to an input of the microphone amplifier.
  • the cassette recorder 18 has a recording input 19, to which the microphone amplifier 17 is connected, and a playback output 20, which is connected to one or more loudspeakers 23 via a level controller 21 and a power amplifier 22.
  • the multiplex system is connected to a recording input 24 and to a recording playback selection 25, which acts on the drive of the cassette recorder 18.
  • a playback output 26 is connected to the multiplex system 5.
  • the signals recorded by elements 1, 2, 3 and 6 are converted into a common pulse signal in multiplex system 5 and stored on a track via input 21 of cassette recorder 18.
  • the signal of the microphone amplifier is recorded on a second track of the cassette recorder 18.
  • the four input signals from elements 1, 2, 3 and 6 are successively converted in size in the multiplex system and these are stored as alternating current pulse packets on the magnetic carrier, since the cassette recorder cannot directly transmit direct current quantities. When listening to the recording, this process then takes place in the reverse order, and a synchronous clock is inserted in order to be able to distinguish the channels. It should be expressly pointed out that there are no fixed cycle times, but, depending on the signal size, all four signals are transmitted continuously at maximum speed (fill writing) and the amplitudes and stabilities of the recording are fully compensated.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the pressure sensor belt 27 and this pressure sensor belt carries one or two pressure pads 28, which lead via a pressure line 29 to the actual pressure sensor 30, from where a signal leads to the pressure sensor amplifier 4 via a line 35
  • Such belts 27 may be used both for measuring the pressure chest and the edge pressure.
  • a pressure pad is sufficient . although two are shown in FIG.
  • the head resonance is determined by means of a simple pressure pad and a pressure sensor, which are known per se and need not be shown here.
  • the pressure sensor amplifier 4 or 7 has an automatic one Base pressure balance, which is shown schematically in Fig.l at 31.
  • the sensor signal 32 is guided statically so slowly towards minus that this does not dynamically represent any significant measurement influence.
  • the drop in the measurement signal is designated 33.
  • the "zero level" pause
  • a rapid correction takes place, as a result of which the total pressure of the belt always settles to zero.
  • FIG. 4 One possibility for a pressure sensor amplifier with automatic zero adjustment and peak value storage is shown in Fig. 4.
  • Pressure sensors 36 based on pre-expansion resistance measuring bridges have the disadvantage of generating a relatively small output signal, but require a large operating voltage in relation to this, furthermore the bridge resistance values are defined by the manufacturer as only about -50%.
  • a precise zero adjustment (offset) is therefore absolutely necessary; the basic pressure is also variable in a special application and therefore, since only a relative measurement is desired, must also be compensated.
  • the operational amplifier 0P1 is the actual amplifier, its gain results from: Rl + bridge internal resistance to R2, the Cl acts as a 50 Hz filter (low-pass filter against network interference).
  • 0P3 + 4 form a "controlled integrator” (ie it only integrates up to the input level applied).
  • the integration time is different from positive and negative changes in the input due to the diode D1, which only connects the R3 to the integration resistor R4 in the event of positive changes.
  • C3 is the integration capacitor, the diode D3 with terminating resistor R7 prevents negative output signals, its on-state residual voltage is compensated for by the comparator 0P3.
  • 0P2 supplies the + operating voltage for the measuring bridge, it is partly an integrator / comparator through the C2, partly a "sample &hold" circuit in connection with the transistor T1.
  • the 0P4 cannot integrate minus D3 due to the diode, so it switches fully to -Ub.
  • the transistor T1 becomes conductive and, as a constant current source, controls the 0P2, which, as an integrator / comparator, slides to the point + until the pressure sensor is no longer in the range.
  • D4 is a counter voltage protection for Tl.
  • the 0P2 continuously receives a positive integration current via the (very high-resistance) R6, which causes it to slide very slowly towards one another, which causes the circuit to oscillate around zero with a very low amplitude.
  • R9 + 10 With a filter capacitor C4.
  • the function corresponds to the effect of R6. Since the 0P2 at node R6 / R10 / C1 / T1C must be zero, several channels can be corrected simultaneously with the same key without being influenced.
  • R9 + 10 should be selected so that the R8 has a lower impedance, so that the voltage cannot drop below zero volts since the Tl cancels the effect of the equalization key.
  • the "controlled integrator" works as a peak value sensor with a linear discharge flank.

Description

Anordnung für die Stimmschulung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Stimmschulung, bei der an mehreren Körperstellen des Schülers, nämlich an den Flanken und am Brustkorb zum Erfassen dimensioneller Veränderungen und am Schädel, Meßeinrichtungen vorgesehen sind, die mit optischen Anzeigeeinrich- tungen verbunden sind.
Einrichtungen zum Überwachen, insbesondere zur Selbstschulung, der Sprech- und Gesangstechnik sind bereits bekannt, da erwachsene Spre¬ cher oder Sänger sehr häufig nicht mehr ohne Schulung in der Lage sind, das Lautieren, d.h. jede Abgabe von Lauten, wie Sprechen, Sin¬ gen und dgl., so natürlich mit der Atemtechnik zu koordinieren, wie es bei Tieren oder insbesondere bei Kleinkindern der Fall ist. Bei den bekannten Einrichtungen werden Körperstellen eines Sprechers oder Sängers über Meßeinrichtungen mit optischen Anzeigeeinrichtungen ver- bunden und die Anzeigen erfolgen dann über Leuchten, die an bestimm¬ ten Stellen einer Tafel vorgesehen sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bisherigen Einrichtungen noch verbesserungswürdig sind und daß vor allen Dingen auch eine andere Aufteilung der Meßstellen am Körper geboten ist.
Erfindungsgemäß wird jetzt vorgeschlagen, daß ein Drucksensorverstär¬ ker für die Kopfresonanz, ein Drucksensorverstärker für den Zungenwurzel' druck, ein Drucksensorverstärker für den Brustdruck und ein Druck¬ sensorverstärker für den Flankendruck über einen Analogmultiplexer und eine Meßeinrichtung für den Schalldruck direkt mit der jeweiligen Anzeigeeinrichtung verbunden sind, wobei die Meßeinrichtung für den Schalldruck mit einer vom Brust- und Flankendruck abhängigen, wähl¬ baren Stummschaltung versehen ist. Durch die Erfindung ist es möglich,nicht nur eine Selbstschulung durch¬ zuführen, sondern Sprach- und Gesangslehrer haben auch eine Möglichkeit, dem Schüler seine Fehler vor Augen zu führen und können entsprechende Anweisungen zur Beseitigung dieser Fehler geben. Durch die Erfassung und die Aufzeichnung der Meßwerte der verschiedenen Körperstellen ist es möglich, dem Schüler diese Fehler immerwieder vor Augen zu führen, und es können auch entsprechende Verbesserungen durch Überlagerung bzw. durch Vergleichsanzeigen nachgewiesen werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Fig.l zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung samt der Anzeigemögl chkeit. Fig.2 stellt einen Gürtel zur Messung des Brust¬ bzw. Flankendruckes dar und Fig.3 zeigt die Sensorsignale, bei denen ein automatischer Grunddruckabgleich erfolgt ist. Fig.4 ist ein Drucksensor- Verstärker.
In Fig.l ist schematisch der Aufbau der Erfindung wiedergegeben. Auf dem Körper des Schülers werden ein Drucksensor 1 zur Erfassung des Zungen¬ wurzeldruckes, ein Drucksensor 2 zur Erfassung des Brustdruckes und ein Drucksensor 3 zur Erfassung des Flankendruckes aufgebracht, die jeweils über einen Drucksensorverstärker 4 mit Eingängen eines Analogmultiplex- systems 5 verbunden sind. Die Erfassung der Kopfresonanz erfolgt über ein Elektretmikrophon 6 und einen Nasenlochadapter mit geschlossener Luftsäule, der über einen eigenen Drucksensorverstärker 7 ebenfalls mit einem Eingang des Multiplexsystems 5 verbunden ist. Es wird nun ein Anzeigefeld 8 angeordnet, auf dem Anzeigeeinrichtungen vorgesehen sind. Diese Aπzeigeeinrichtungen sind den einzelnen Meßeinrichtungen zugeordnet und auch an entsprechenden Stellen des Anzeigenfeldes 8 angeordnet. Es gibt somit also einen Leuchtbalken 9 für die Kopfresonanz, einen Leuchtbalken 10 für den Zungenwurzeldruck, einen geteilten Leucht¬ balken 11, 12 für den Brustdruck, einen weiteren geteilten Leuchtbalken 13, 14 für den Flankendruck und ferner noch eine Wahleinheit 15, die im folgenden noch erklärt wird. Zur Messung des Schalldruckes, also der Stimme, wird ein dynamisches Mikrophon 16 vorgesehen, das über einen Mikrophonverstärker 17 an ein Aufzeichnungsgerät, vorzugsweise einen Cas- settenrecorder 18, angeschlossen ist. Die Leuchtbalken 11 und 13 sind an die Wahleinheit 15 angeschlossen, die eine Stumrnkontrolle darstellt.Diese Stummkontrolle ist mit einem Eingang des Mikrophonverstärkers verbunden. Der Cassettenrecorder 18 hat einen Aufnahmeeingang 19, mit dem der Mikrophonverstärker 17 verbunden ist,und einen Wiedergabeausgang 20, der über einen Pegelregler 21 und einen Endverstärker 22 an einen oder mehrere Lautsprecher 23 angeschlossen ist. Weiters ist das Multiplexsystem an einen Aufnahmeeingang 24 und an eine Aufnahmewiedergabeselektion 25 angeschlossen, die auf das Laufwerk des Cassettenrecorders 18 einwirkt. Ein Wiedergabeausgang 26 ist mit dem Multiplexsystem 5 verbunden.
Die von den Elementen 1, 2, 3 und 6 aufgenommenen Signale werden in dem Multiplexsystem 5 in ein gemeinsames Impulssignal umgewandelt und über den Eingang 21 des Cassettenrecorders 18 auf einer Spur gespeichert. Auf einer zweiten Spur des Cassettenrecorders 18 wird das Signal des Mikro¬ phonverstärkers festgehalten. Die vier Eingangssignale von den Elemen- ten 1, 2, 3 und 6 werden nacheinander im Multiplexsystem in der Größe entsprechende Zeiten umgewandelt und diese werden als Wechselstromim- pulspakete auf dem Magnetträger gespeichert, da der Cassettenrecorder Gleichstromgrößen nicht direkt übertragen kann. Beim Abhören der Aufnah¬ me erfolgt dann dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge, und um die Kanäle unterscheiden zu können, ist noch ein Synchrontakt eingefügt. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß keine festen Taktzeiten vor¬ handen sind, sondern es wird je nach Signalgröße aller vier Signale kontinuierlich mit maximaler Geschwindigkeit (Füllschrift) übertragen und die Amplituden und Stabilitäten der Aufzeichnung werden voll kom- pensiert.
In Fig.2 ist eine Ausbildungsform des Drucksensorgürtels 27 dargestellt und dieser Drucksensorgürtel trägt ein oder zwei Druckpolster 28, die über eine Druckleitung 29 mit dem eigentlichen Drucksensor 30 führen, von wo ein Signal über eine Leitung 35 zum Drucksensorverstärker 4 geführt
* wird.Ein derartiger Gürtel 27 kann sowohl zur Messung des Brustdruckes als auch des Flankendruckes verwendet werden. Es genügt dabei ein Druckpolster. obwohl in der Fig.2 zwei dargestellt sind. Die Kopfresoπanz wird mittels eines einfachen Druckpolsters und eines Druckgebers bestimmt, die jedoch an und für sich bekannt sind und hier nicht dargestellt werden müssen. Der Drucksensorverstärker 4 bzw. 7 hat einen automatischen Grunddruckabgleich, der in Fig.l schematisch bei 31 dargestellt ist.
Aus Fig.3 kann man erkennen, daß das Sensorsignal 32 statisch so lang¬ sam gegen minus geführt wird, daß dies dynamisch keine wesentliche Meß- beeinflussung darstellt. Der Abfall des Meßsignales ist mit 33 bezeich¬ net. Sinkt jedoch der "Nullpegel" (Pause) unter Null, wie dies bei 34 dargestellt ist, so erfolgt eine rasche Korrektur, wodurch sich der Ge¬ samtdruck des Gürtels immer auf Null einpendelt.
Eine Möglichkeit für einen Drucksensorverstärker mit automatischem Nullabgleich und Spitzenwertspeicherung ist in Fig.4 dargestellt. Druck¬ sensoren 36 auf der Basis vorv Dehnungswiderstandsmeßbrücken haben den Nachteil, ein relativ kleines Ausgangssignal zu erzeugen, aber eine in Relation dazu große Betriebsspannung zu benötigen, weiters sind die Brückenwiderstandswerte vom Hersteller nur mit etwa -50% definiert. Daher ist ein genauer Nullabgleich (Offset) unbedingt not¬ wendig; auch ist im speziellen Anwendungsfall der Grunddruck variabel und muß daher, da nur eine relative Messung gewünscht wird, auch kom¬ pensiert werden. Ein weiteres Problem ergibt sich durch die nachfolgende Multiplexspei- cherung, die aus dem Signal nur sehr kurze Momentanwerte entnimmt und daher bei schnellen SignalSchwankungen nicht unbedingt ein repräsenta¬ tives Ergebnis liefert.
Funktion:
Der Operationsverstärker 0P1 ist der eigentliche Verstärker, seine Verstärkung ergibt sich aus: Rl + Brückeninnenwiderstand zu R2, der Cl wirkt als 50 Hz-Filter (Tiefpaß gegen Netzeinstreuungen). 0P3 + 4 bilden einen "kontrollierten Integrator" (d.h. er integriert nur bis zum angelegten Eingangspegel). Die Integrationszeit ist Tür positive und negative Änderungen des Eingangs verschieden durch die Diode Dl, die den R3 nur bei positiven Änderungen parallel zum Inte¬ grationswiderstand R4 legt. C3 ist der Integrationskondensator, die Diode D3 mit Abschlußwiderstand R7 verhindert negative Ausgangssignale, ihre Durchlaßrestspannung wird vom Ko parator 0P3 kompensiert. 0P2 liefert die +Betriebsspannung für die Meßbrücke, er ist teils ein Integrator/Komparator durch den C2, teils in Verbindung mit dem Tran¬ sistor Tl eine "Sample & Hold"-Schaltung.
Wird die Anordnung eingeschaltet, ist der C2 entladen und der 0P2 lie¬ fert Null Volt, wodurch die Meßbrücke und somit der 0P1 auf Minus geht. Der 0P4 kann durch die Diode D3 Minus aber nicht integrieren, daher schaltet er voll auf -Üb. Dadurch wird der Transistor Tl leitend und steuert als Konstantstro quelle den 0P2, der als Integrator/Kompara- tor so weit nach + gleitet, bis der Drucksensor nicht mehr im -Bereich ist. Nun kann der 0P3/4 normal arbeiten, wodurch der Tl gesperrt wird (Hold-Funktion für 0P2). D4 ist ein Gegenspannungsschutz für Tl.
Über eine von R5 vorgespannte Diode D2 bekommt der 0P2 über den (sehr hochohmigen) R6 laufend einen positiven Integrationsstrom, der ihn ver¬ anlaßt, ganz langsam gegen - zu gleiten, was bewirkt, daß die Schaltung mit sehr geringer Amplitude um Null pendelt.
Ändert sich der Grunddruck nach -, wird er schnell, nach +, wird er langsam korrigiert, d.h., bei länger dauernden Signalen ist die Be¬ einflussung der Meßgröße nur gering, doch selbst bei kurzen Pausen wird eine negative Abweichung korrigiert.
Ist der Grunddruck weit im +, wird die Korrektur (lästig) lange dauern, daher wurde ein Schnellabgleich vorgesehen durch R9+10 mit einem Fil¬ terkondensator C4. Die Funktion entspricht der Wirkung von R6. Da am Knoten R6/R10/C1/T1C durch den 0P2 Null sein muß, können mehrere Kanäle mit der selben Taste ohne Beeinflussung gleichzeitig korrigiert werden. R9+10 sind so zu wählen, daß der R8 niederoh iger ist, dadurch können Null Volt nicht unterschritten werden, da der Tl die Wirkung der Ab¬ gleichtaste aufhebt.
Ist der R3 gegenüber R4 sehr klein, arbeitet der "kontrollierte Inte¬ grator" als Spitzenwertaufnehmer mit linearer Entladungsflanke.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die einzelnen, für die Selbstschulung und die Schulung mit Hilfe eines Instruktors wich¬ tigen Werte direkt anzuzeigen und auch abzuspeichern, so daß auch späterhin jederzeit eine Anzeige auf dem Anzeigefeld 8 erfolgen kann. Es ist somit möglich, Fehler des Schülers sofort festzustellen und späterhin entsprechende Fortschritte anhand des Vergleiches mit höhe¬ ren Aufnahmen herzustellen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Anordnung für die Stimmschulung, bei der an mehreren Körperstellen des Schülers, nämlich an den Flanken und am Brustkorb zum Erfassen di ensioneller Veränderungen, und am Schädel, Meßeinrichtungen vorge¬ sehen sind, die mit optischen Anzeigeeinrichtungen verbunden sind, 5 dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensorvers^tärker für die Kopfreso¬ nanz,ein Drucksensorverstärker für den Zungenwurzeldrαck, ein Druck¬ sensorverstärker für den Brustdruck und ein Drucksensorverstärker für den Flankendruck über einen Analogmultiplexer und eine Meßeinrich¬ tung für den Schalldruck direkt mit der jeweiligen Anzeigeeinrichtung 10 verbunden sind, wobei die Meßeinrichtung für den Schalldruck mit einer vom Brust- und Flankendruck abhängigen , wählbaren Stummschaltung ver¬ sehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksen- 15 sorverstärker für die . Kopfresonanz mit einem Elektret ikrofon und einem Nasenadapter mit geschlossener Luftsäule für beide Nasenlöcher versehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der 20 Multiplexer mit einem Eingang und einem Ausgang an eine Speicherein¬ richtung (Cassettenrecorder) verbunden ist, die auch an die Meßein¬ richtung für den Schalldruck angeschlossen ist und mit einer Wieder¬ gabeeinrichtung verbunden ist.
254. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Drucksensorverstärker einen automatischen Grunddruck- abgleich bzw. Nullabgleich sowie einen Spitzenwertanalogspeicher haben,
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- 0 zeichnet, daß die Drucksensorverstärker für Brust- und Flankendruck mit einem oder mehreren Drucksensoren an einem Gürtel verbunden ist, wobei die vorzugsweise al s Druckpol ster ausgebi ldeten Drucksensoren über einen Schlauch an den gemeinsamen Drucksensor angeschl ossen sind.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Drucksensorverstärker so ausgebildet ist, daß das Sensorsignal nach der Zei t schwach fal lend ist und bei Absi nken des Nul l egel s unter Null eine Schnel l korrektur vorhanden ist, so daß sich der Grunddruck des Gürtel s immer auf Null einpendel t.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Eingangssignale des Analogmultiplexers nacheinander in entsprechende Zeiten umgewandelt und diese als Wechselstrom-Puls¬ pakete auf dem Magnetträger gespeichert sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Analog¬ multiplexers keine festen Taktzeiten vorhanden sind, sondern diese je nach Signalgröße der eingebrachten Signale mit maximaler Geschwindig¬ keit übertragen werden und Amplituden und Stabilitäten der Aufzeich- nung voll kompensiert sind.
EP89902219A 1988-02-17 1989-02-15 Anordnung für die stimmschulung Withdrawn EP0379528A1 (de)

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