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Grandi altoparlanti in piccoli box per auto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Conosciamo tutti da tempo il ruolo importante che il subwoofer svolge all'interno dell'auto. E non solo, tra l'altro, nel settore automobilistico. Nel normale soggiorno di un appartamento dotato di home theater, l'installazione del subwoofer gioca un ruolo altrettanto significativo. Ma ora tutto è completamente confuso: i cinema vengono messi nelle macchine. Questo però li fa smettere di essere casalinghi e diventare mobili, con tutte le circostanze che ne conseguono, ma non cambiano la loro essenza a sei canali (il sesto canale è esattamente quello che il subwoofer si è prefissato).

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

Nel frattempo, il problema dello spazio libero in macchina non è diventato meno urgente. In questo senso, i produttori di acustica si sono rivelati ben preparati, avendo insegnato alle testate dei sub-bassi a lavorare in casse di piccolo volume. Proviamo a ricostruire come ciò sia accaduto e allo stesso tempo ripetiamo l'anatomia della testa del woofer nell'attuale fase di sviluppo. Facciamo subito una prenotazione che nella prima parte (storica) di questa recensione parleremo non solo di cose puramente automatiche. Molte tecnologie di subwoofer sono arrivate nelle nostre auto da casa o anche dall'audio professionale, e questo fatto non può essere ignorato. Ma il secondo (anatomico) è interamente dedicato agli altoparlanti dell'auto.

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

Non ci vuole molta intelligenza per inserire un grande woofer in una piccola scatola. Un'altra questione è come fargli compiere i suoi compiti immediati: riprodurre quelli che comunemente vengono chiamati bassi profondi, chiari e ben articolati. Come sappiamo, quando un altoparlante funziona in modo acustico, l'aria all'interno dell'alloggiamento viene compressa. Sotto forte pressione, l'aria tende a fuoriuscire e, poiché cede, si comporta come una sorta di molla. Quanto più piccolo è il volume della scatola, tanto più rigida è la molla, maggiori sono le ragioni per il verificarsi di risonanze, perdite dei bassi e persino prerequisiti per danni all'altoparlante, che non è adatto a questo volume.

Negli ultimi 50 anni, le migliori menti del settore audio si sono concentrate sulla realizzazione di woofer adatti all'uso in piccoli involucri, aumentando la corsa del cono. Sono stati utilizzati vari metodi: dalla creazione di driver unici per l'epoca con una corsa maggiore del sistema di movimento alla progettazione di nuovi progetti acustici.

Nel 1954, Acoustic Research introdusse il primo subwoofer a lunga gittata, l'AR-1W, in grado di riprodurre in un volume chiuso relativamente piccolo. Allo stesso tempo, la sua frequenza limite inferiore era di 20 Hz, molto bassa per quel tempo (e non male per i nostri). Il concetto di gittata lunga prese piede e qualche anno dopo Acoustic Research utilizzò una tecnologia simile nel suo sistema stereo ad ampio raggio AR-3.

Va detto che un cambiamento radicale nel settore audio, compresa l'acustica, avvenne con l'avvento delle registrazioni stereofoniche alla fine degli anni '50. A questo fatidico evento seguì la diffusione della radio FM, funzionante anche in modalità stereo. L'audio non era più una cosa fai-da-te e si stava gradualmente evolvendo da un hobby con una vocazione ingegneristica a un settore con un potenziale grande futuro. Per riprodurre la musica, ora non era necessario un altoparlante, ma due, e preferibilmente di dimensioni non molto grandi, in modo da non occupare la metà dell'area utilizzabile di un appartamento di medie dimensioni. Questo era esattamente il punto in cui la tensione era elevata, poiché gli amplificatori di potenza allora non erano gli stessi di oggi. Il Dynaco da 60 watt e il McIntosh MC275 (due canali da 75 watt) sembravano dei mostri assoluti rispetto a tutti gli altri dell'epoca. Pertanto, quasi l'unica opzione erano gli altoparlanti enormi ma sensibili prodotti da JBL e Altec, di dimensioni non molto inferiori ai sistemi di altoparlanti dei cinema, in cui entrambe le società inizialmente si erano specializzate.

Ma, naturalmente, ciò non poteva continuare a lungo. All'inizio degli anni '70, il talentuoso ingegnere e matematico James Novak dell'azienda Jensen scoprì come insegnare agli altoparlanti a bassa frequenza a funzionare correttamente in un bass reflex. Utilizzando la nuova tecnologia, Jensen ha rilasciato diversi sistemi di altoparlanti compatti che erano ordini di grandezza più efficienti degli altoparlanti Acoustic Research, ma comunque inferiori ad essi nella profondità dei bassi. La ricerca nel campo del corpus è stata continuata dai noti scienziati Thiel e Small, nonché da Ashley e Benson. A proposito, i programmi per computer per il calcolo dei progetti acustici si basano sulle loro ricerche dell'epoca.

La ricerca ha dato i suoi frutti, ma i principali svantaggi del bass reflex sono rimasti. È noto che una custodia bass reflex è un ordine di grandezza più complessa di una scatola chiusa convenzionale. Il trucco principale qui è che per riprodurre le frequenze dalle profondità della gamma dei bassi, il tunnel del fotoinverter deve avere una grande lunghezza e un grande diametro. A volte, per ridurre la velocità dell'aria che passa attraverso il tunnel, la sua area deve essere addirittura maggiore del volume dell'alloggiamento stesso, il che, ovviamente, non è il caso. Qui venne in soccorso un certo Harry Olsen, che avanzò l'idea di utilizzare un radiatore passivo al posto di una porta bass reflex: un diffusore con sospensione, ma senza sistema magnetico. In questo caso, la massa del diaframma doveva essere equivalente alla massa d'aria che passa attraverso la porta in un bass reflex convenzionale.

JBL iniziò a produrre tali radiatori alla fine degli anni '60 e fu proposto di adattarli aumentando la massa utilizzando speciali anelli di acciaio fissati al parapolvere. Ma è stato molto difficile tradurlo in una produzione di massa. Una scatola chiusa è molto più semplice. E la ricerca del “Graal” è continuata.

Il fondatore di Cerwin Vega, Gene Czerwinski, ha dato il suo contributo allo sviluppo di subwoofer compatti con coni di grandi dimensioni (non da solo, ovviamente, insieme allo staff dell'azienda). Ha iniziato con la produzione di monitor professionali per concerti e club e solo 30 anni dopo ha realizzato il suo primo woofer domestico a lunga gittata per la rivoluzionaria acustica Infinity Servo-Static. Il subwoofer aveva una bobina servocomandata e un proprio amplificatore, e gli altoparlanti a banda larga erano una coppia di pannelli elettrostatici a dipolo. Ben presto fu lanciato il famoso Stroker, sempre prima per i professionisti, poi per l'uso domestico e infine per quello automobilistico. Le caratteristiche caratteristiche degli "stroker" erano bobine vocali allungate ed enormi rondelle di centraggio, il tutto a vantaggio della potenza, della chiarezza e della profondità degli infrasuoni. E, naturalmente, lo Stroker era dotato di potenti sospensioni in schiuma multistrato in grado di resistere a carichi estremi.

E i carichi continuavano a crescere. Electro Voice ha rilasciato testine per subwoofer domestici EVX da 15 e 18 pollici con oltre due pollici di corsa. È vero, all'epoca non erano ampiamente utilizzate: le tecnologie si rivelarono troppo avanzate, nel senso irragionevolmente costose.

JL Audio è stata una di quelle aziende che ha portato sull'auto tecniche di produzione comprovate per subwoofer domestici e professionali. Erano altoparlanti potenti, con diffusori pesanti e un'ampia corsa del sistema mobile. Allo stesso tempo, potevano suonare in volumi chiusi relativamente piccoli (per quel tempo). JL Audio non solo si è impegnata nell'implementazione pratica delle tecnologie di altri, ma ne ha anche inventate di proprie. Diciamo che, con lo stesso obiettivo di aumentare la corsa utile del diffusore, gli ingegneri dell'azienda hanno deciso di allontanare ulteriormente la rondella di centraggio dal corpo dell'altoparlante e allo stesso tempo aumentarne radicalmente il diametro. Sono stati inoltre effettuati lavori per aumentare la rigidità e la resistenza dei coni al fine di proteggere il diffusore dall'alta pressione all'interno dell'alloggiamento.

A metà degli anni '80 i prodotti Earthquake erano molto popolari. Il design delle teste LF delle automobili californiane si distingueva per potenti sospensioni, grandi rondelle di centraggio e magneti prefabbricati. Allo stesso tempo, l'azienda abbandonò la collaudata tecnologia di realizzazione di ondulazioni da più strati di schiuma: le sospensioni iniziarono a essere realizzate da uno spesso strato della stessa schiuma, ma con caratteristiche migliori. Inoltre, la loro geometria è cambiata: l'altezza e la larghezza sono aumentate, il che ha contribuito anche ad aumentare la lunghezza della corsa di lavoro del diffusore. È interessante notare che i metodi sviluppati sugli altoparlanti delle auto sono stati poi utilizzati nella produzione dei subwoofer compatti domestici dell’azienda. Uno dei pionieri nella produzione di subwoofer è SoundSrtream, che nel 1993 ha realizzato l'altoparlante a lunga gittata SS-10R.

Non puoi ignorare il primo periodo di Velodyne. All'inizio degli anni '80 l'azienda si è fatta un nome con il subwoofer home theater da 18 pollici ULD-18 dalle prestazioni eccellenti. Inoltre, l'altoparlante funzionava in un volume estremamente piccolo e completamente chiuso per le sue dimensioni, circa la metà del minimo consentito. E tutto grazie al sistema di servocontrollo High Gain/Ultra Low Distortion. È noto che l'idea di utilizzare una scatola chiusa è piaciuta ai produttori di sistemi di altoparlanti, soprattutto perché, rispetto alle casse bass reflex, la linearità dell'altoparlante è migliorata in un volume chiuso. Ma questo è se il volume è adeguato ai parametri della testa. In caso contrario, non si può parlare di linearità. Nell'ULD-18 sulla bobina mobile è stato installato un sensore speciale che monitorava la posizione della bobina e la correggeva. Velodyne si ritrovò presto tra i leader del settore e la tecnologia del servocontrollo fu trasferita agli altoparlanti delle auto dell'azienda.

In generale, la tendenza ad aumentare la corsa di lavoro del diffusore e a ridurre il volume di lavoro dell'alloggiamento continua ancora oggi. Il che si riflette di conseguenza nel design degli altoparlanti. E' tempo di parlarne. Se non ti dispiace, procederemo dall'alto verso il basso. Per ogni evenienza, forniamo gli equivalenti inglesi.

Labbro di tenuta (guarnizione)

È chiaro per definizione che il bordo serve per un contatto più intimo con la superficie di installazione. Agli albori della costruzione dei subwoofer, come materiali sigillanti venivano utilizzati principalmente carta pressata e sughero. Ora il materiale principale è la gomma. Sono disponibili anche schiuma e varie plastiche. Nell'opzione di installazione classica - all'interno dell'alloggiamento - è incollato lungo il piano superiore del bordo dell'alloggiamento dell'altoparlante. Un distanziale lungo il bordo inferiore per montare l'altoparlante “verso l'esterno” è meno comune. A volte, per facilitare le cose agli installatori, con l'altoparlante viene inclusa una guarnizione aggiuntiva. Succede anche il contrario: a quanto pare, per ragioni di design, molti produttori hanno recentemente smesso del tutto di dotare i loro prodotti di guarnizioni, oppure esiste un lato in quanto tale, ma serve a scopi puramente decorativi.

Circondare

Attualmente per realizzare sospensioni vengono utilizzati gomma butilica, poliuretano espanso e santoprene. I primi due materiali sono più comuni, hanno una resistenza sufficiente e resistono bene ai carichi di temperatura. Inoltre, ognuno di essi ha i suoi vantaggi. La gomma è più morbida, da qui la bassa frequenza di risonanza del subwoofer, ma anche un volume equivalente elevato. Cioè, chi parla ha bisogno di spazio per “cantare” a piena voce. La schiuma di poliuretano è un materiale meno durevole, più suscettibile alla temperatura e alle radiazioni ultraviolette rispetto alla gomma, ma è più rigido e leggero, e quindi è in grado di fornire, anche se non radicalmente, una maggiore linearità di movimento, importante oggigiorno. La sospensione fa proprio questo (più di una, ovviamente), monitorando la linearità delle oscillazioni del cono e impedendo alla bobina mobile di uscire dal traferro e di entrare in collisione con il circuito magnetico.

Molti moderni woofer a lunga escursione hanno ondulazioni rigide con raggio maggiore e altezza maggiore (sebbene non sia un dato di fatto che un'ampia ondulazione sia la chiave per una corsa ampia). Talvolta la sospensione ha un'area quasi pari all'area del diffusore stesso. Il che, innanzitutto, influisce su due parametri importanti: la lunghezza della corsa di lavoro (Xmax) del sistema in movimento (aumenta) e la sensibilità (diminuisce). Quest'ultima, come è noto, dipende in gran parte dall'area della superficie radiante del diffusore. Dato che la potenza assorbita dall'altoparlante non è più un problema, c'è la tendenza a sacrificare la sensibilità a favore dell'aumento di Xmax.

Parapolvere

Anche qui la funzione principale è nel nome. Il cappuccio antipolvere si trova al centro del diffusore, sopra la bobina mobile (spesso incollata ad essa) e impedisce la penetrazione di particelle estranee, in particolare polvere, nello spazio magnetico. Queste particelle possono influenzare negativamente il movimento del cono e danneggiare la bobina mobile. Se prima queste parti del design del subwoofer avevano inevitabilmente una forma convessa, ora la tradizione viene sempre più violata. Sempre più woofer appaiono con tappi piatti o concavi o addirittura senza di essi. Esiste un altro estremo: la calotta parapolvere (la parola “tappo” in questo caso non è adatta) occupa quasi tutta la superficie radiante. Gli esperimenti sono stati dettati dal desiderio dei produttori di aumentare con qualsiasi mezzo la rigidità del diffusore, che è un fattore particolarmente importante quando si opera a potenze elevate. Inoltre, si ritiene che la forma concava, che continua la geometria del cono, contribuisca alla formazione di onde sonore più regolari e alla riduzione delle distorsioni non lineari. Tuttavia, va detto che rispetto agli altoparlanti medio-bassi e medi, l'effetto nella gamma di frequenze ultra-basse è meno evidente. Per quanto riguarda i materiali, i cappucci antipolvere sono spesso realizzati con lo stesso materiale del cono dell'altoparlante. Anche la plastica è comune.

Diffusore

Qui c'è il campo della sperimentazione da parte dei produttori, e il campo è già adeguatamente arato. Naturalmente, lo scopo del diffusore rimane lo stesso per tutti: nella sua essenza è un pistone, muove l'aria e crea onde sonore. Ma in termini di geometria e materiali le soluzioni possono essere molto diverse. Se i cappucci antipolvere erano solo convessi, i diffusori erano solo concavi, cioè conici, da qui il nome inglese cono. Ora tutto non è così semplice. Sebbene le forme coniche continuino a prevalere, un certo numero di aziende, per aumentare la rigidità del “pistone” e ridurre le distorsioni non lineari, realizzano il suo lato anteriore sotto forma di diaframma piatto. L’altra “fila” fa la stessa cosa, anzi, lavora per aumentare la curvatura del cono. Entrambi riescono abbastanza spesso.

Un paio di anni fa, l’americana Still Water Designs è stata la prima a invadere lo status quo “rotondo” decennale dell’acustica automobilistica. Questa invasione è stata espressa nella creazione dei woofer quadrati Kicker Solobaric L7. L'azienda dell'Oklahoma ha motivato questo “sacrilegio” con il desiderio di aumentare la superficie emittente. Ha raggiunto il suo obiettivo: l'aumento è stato del 30%, il che ha avuto un effetto positivo soprattutto sulla quantità di potenza non distorta che gli L7 erano in grado di fornire. Finora l’iniziativa Still Water Designs non ha trovato un’ampia risposta. Secondo le informazioni in nostro possesso, anche gli altoparlanti subwoofer quadrati sono prodotti da Power Akoustic, e dallo scorso anno le testine esagonali per le basse frequenze vengono prodotte con il noto marchio Xtant. Gli altri stanno esaminando più da vicino, quindi è troppo presto per trarre conclusioni.

Per quanto riguarda i materiali, recentemente, a seguito di un'intensa ricerca di un compromesso aureo tra tre fattori - rigidità, leggerezza e resistenza - ce ne sono stati così tanti che difficilmente ha senso elencarli tutti, ma probabilmente vale la pena nominare i principali . È interessante notare che l'elenco dei leader include ancora la cellulosa (e non solo nei modelli economici), poiché secondo l'opinione consolidata è considerata un materiale molto “musicale”. È chiaro che in questi giorni non è incrociato con nulla.

Il polipropilene è molto comune, proprio così e con vari rivestimenti e impregnazioni (nichel, titanio), che servono ancora ad aumentare la rigidità del diffusore e migliorare la rimozione del calore dalla bobina. I materiali compositi che utilizzano fibra di carbonio e vetro non sono rari, così come i coni a tre strati con anima a nido d'ape. I diaframmi in alluminio, creati da Alumapro, hanno attecchito abbastanza bene, anche se non così bene come la carta e il polipropilene. Il Kevlar (Eton, Focal, Power Acoustik) ha ricevuto approssimativamente lo stesso grado di prevalenza. Non ci impegniamo a prevedere quando verrà derivata la formula del “diffusore d’oro”. Tuttavia, a giudicare dagli opuscoli pubblicitari, molti produttori lo lanciano ogni anno.

Cestino

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

Viene spesso chiamato anche “telaio”, ma in realtà è l'alloggiamento dell'altoparlante in cui si trovano i suoi componenti. È chiaro che ai livelli di pressione sonora che i moderni subwoofer sono in grado di riprodurre, i cestelli sono più esigenti. La cosa principale è la libertà dalle risonanze. Si ritiene che i telai in alluminio pressofuso siano meno rumorosi, quindi la fusione è il metodo principale per realizzare costosi modelli di woofer. Inoltre, il cestello è in un certo senso il dissipatore di calore dell'altoparlante e l'alluminio è un campione in termini di dissipazione del calore. Tra i subwoofer molto purosangue, invece, ci sono i cestelli in acciaio stampato e rivestiti con uno speciale composto per ridurre le risonanze, che non suonano affatto e funzionano come dovrebbero. Talvolta lo smorzamento delle risonanze è facilitato dalla forma del corpo e dalla presenza di rinforzi nel cestello. Anche di recente hanno cominciato ad apparire cestini realizzati in compositi di plastica.

Terminali

Anche qui non c'è uniformità, ma si può affermare che sempre più produttori cercano di non lesinare sui contatti. Ora anche i modelli abbastanza economici hanno solidi morsetti a vite e la placcatura in oro è diventata un rivestimento abbastanza standard. Un'alternativa alle “viti” sono i morsetti a molla, che forniscono anche un collegamento affidabile alle uscite dell'amplificatore. E, ovviamente, nessuno vieta (anche se sconsiglia) l'uso delle tradizionali spatole nei subwoofer per ridurre il costo del prodotto, ma per calibri più grandi sono comunque preferibili morsetti a vite o a molla.

Rondella di centraggio (Spider)

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

In inglese: ragno, cioè ragno. In apparenza ricorda anche un insetto a otto zampe, come del resto è il prodotto della sua attività. La rondella di centraggio è tradizionalmente posizionata direttamente sotto il cono ed è responsabile della linearità della corsa della bobina mobile, e quindi della linearità dei movimenti dell'intero sistema di movimento. Questa parte dell'altoparlante è solitamente realizzata in cotone, misto cotone/polimero (conex) o Nomex. A volte i conduttori in striscia di metallo vengono intrecciati nelle rondelle ondulate, progettate per aumentarne la resistenza e la durata. Tipicamente, una grande dimensione della rondella di centraggio indica una grande corsa meccanica del diffusore.

Esistono rondelle concave e piatte. I primi sono meno diffusi, soprattutto negli altoparlanti economici, e la forma concava in questo caso viene utilizzata per limitare la corsa della bobina mobile. Molto più comuni nei subwoofer a corsa lunga sono le rondelle piatte con un numero e una geometria di pieghe attentamente calcolati, che garantiscono un'elevata linearità della corsa della bobina mobile. Con la crescente popolarità degli altoparlanti a lunga gittata, vengono sempre più utilizzate rondelle con un profilo ondulato progressivo (con passo crescente dal centro verso la periferia), nonché rondelle a doppia centratura. Sono noti casi in cui negli altoparlanti subwoofer con sistema magnetico invertito sono state posizionate rondelle di centraggio sul lato anteriore del diffusore.

Bobina

Forse l'elemento più importante dell'oratore. La bobina mobile è situata in uno spazio magnetico, fissata al cono diffusore e alla rondella di centraggio; sotto l'influenza di un campo magnetico li fa muovere, il che alla fine si traduce nella formazione di energia acustica. La bobina mobile è un filo avvolto su un telaio. Il diametro standard è di 2 pollici. Il telaio è solitamente realizzato con materiali con buona conduttività termica: alluminio, mylar, fibra di vetro e Kapton. Di grande importanza per la lunghezza della corsa di lavoro del diffusore e la potenza massima fornita dall'amplificatore è la lunghezza dell'avvolgimento e il calibro del filo (solitamente in rame o alluminio).

Un altro fattore da non sottovalutare è la qualità della colla che viene utilizzata per incollare il filo al caracas. L'impedenza standard della bobina di un subwoofer per auto è di 4 ohm, ma, come si suol dire, sono possibili variazioni. Inoltre, recentemente si sono verificati casi più frequenti di rilascio di altoparlanti con bobine a doppio avvolgimento. Solitamente sono collegati in parallelo per massimizzare il potenziale dell'amplificatore. È chiaro che all’aumentare della potenza aumentano anche le temperature. Pertanto, i moderni altoparlanti ad alta potenza utilizzano vari trucchi per ventilare la bobina mobile: da un foro terminale nel circuito magnetico inferiore a sistemi complessi con alette di raffreddamento o persino filtri dell'aria.

Circuito magnetico superiore (piastra superiore)

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

Si attacca (bulloni o colle a pressione) direttamente al fondo del cestello. Il compito del "coperchio superiore" è dirigere il flusso magnetico nello spazio magnetico. Questo componente strutturale è realizzato in acciaio, necessariamente a basso contenuto di carbonio, poiché riduce la forza del campo magnetico. Ma questo non è un problema: l’acciaio senza carbonio è più economico.

Magnete

Grandi altoparlanti in piccoli box per auto

Molto spesso, un altoparlante subwoofer viene giudicato in base al peso e all'altezza del sistema magnetico. Il che è comprensibile in linea di principio. Soprattutto ora, quando il desiderio di forzare la testata delle basse frequenze a suonare in un cabinet angusto ha portato ad un aumento radicale del peso del sistema mobile e, di conseguenza, ad una diminuzione della sensibilità. L'unico modo per compensare il peso elevato del sistema mobile è aumentare il peso del sistema magnetico. Questo è il motivo per cui le moderne "macchine a corsa lunga" sono solitamente dotate di pesanti magneti di doppia o addirittura tripla altezza. Recentemente sono apparse strutture prefabbricate da diverse “pile” di rondelle di ferrite di piccole dimensioni disposte attorno a un cerchio: si ritiene che in questo modo sia possibile ottenere una maggiore uniformità del campo magnetico. La ferrite è ancora il materiale più comune. Recentemente, tuttavia, diverse aziende hanno mostrato subwoofer con un magnete in terre rare "anteriore" in miniatura (come nei tweeter), ma è ancora troppo presto per parlare di tendenza.

Circuito magnetico posteriore (Back Plate)

La “copertura posteriore” del sistema magnetico, come la copertura anteriore, è realizzata in acciaio a basso tenore di carbonio. Quasi ovunque nel circuito magnetico posteriore dei moderni altoparlanti subwoofer a lunga gittata è presente uno sfiato per raffreddare la bobina mobile. E molto spesso non solo un buco, ma un sistema di ventilazione ben congegnato. Inoltre, per aumentare la corsa della bobina mobile, non è raro utilizzare ispessimenti conici all'estremità dell'altoparlante.

Pubblicazione: 12voltsmagazine.com

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Andrew
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