(57)【要約】【課題】実際に音響空間においてハウリングを発生させずに、ハウリングが発生する周波数帯域を正確に検出して、当該ハウリングを抑制することができるハウリングキャンセラを提供する。【解決手段】  拡声装置１は、各スイッチを切り替えて、第１のループ（スピーカＳＰ、マイクＭ、インパルス応答測定部１１）と第２のループ（フィルタ１６、ＦＩＲフィルタ１２）を形成する。拡声装置１は、第１のループにて、スピーカＳＰからマイクへ至る音響帰還系の伝達関数を模擬するＦＩＲフィルタ１２を設定し、第２のループにて、測定信号を発生してハウリングが発生する周波数帯域を検出し、当該周波数帯域のゲインを抑制するフィルタ１６を設定する。拡声装置１は、各スイッチを切り替えて、第３のループ（マイクＭ、増幅器１４、フィルタ１６、スピーカＳＰ）を形成し、マイクＭに入力された音声信号をフィルタ１６を介してスピーカＳＰへ出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカからマイクに至る音響帰還系に起因するハウリングを抑制する抑制手段を備えたハウリングキャンセラであって、
前記音響帰還系のインパルス応答を測定する測定手段と、
前記測定手段が測定したインパルス応答を模擬する擬似ループ系と、前記音響帰還系とを、音声信号の経路において切り替える切替手段と、
前記切替手段により前記音響帰還系を前記擬似ループ系に切り替えて、測定信号を発生させ、該測定信号を該擬似ループ系へ複数回通してハウリングを発生させる擬似ハウリング発生手段と、
前記抑制手段に前記擬似ハウリング発生手段により発生したハウリングの周波数帯域に応じて、ループゲインを抑制するパラメータを設定する制御手段と、
を備えたハウリングキャンセラ。
【請求項２】
前記抑制手段に供給する音声信号を増幅する増幅手段と、
前記抑制手段のパラメータを記憶する記憶手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記増幅手段の増幅量を段階的に変化させて、前記擬似ハウリング発生手段に擬似的にハウリングを発生させ、前記記憶手段は、前記増幅手段の増幅量と対応付けて前記抑制手段のパラメータを記憶し、
前記増幅手段の増幅量に応じて、前記記憶手段に記憶されたパラメータを前記抑制手段に設定する請求項１に記載のハウリングキャンセラ。
【請求項３】
ハウリングを検出する検出手段を、更に備え、
前記制御手段は、前記切替手段により前記音声信号の経路が前記音響帰還系に切り替えられた後に、前記検出手段がハウリングを検出すると、検出した周波数帯域のハウリングを更に抑制するパラメータを前記抑制手段に設定する請求項１又は請求項２に記載のハウリングキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、拡声装置等に用いられるハウリングキャンセラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピーカからマイクに至る音響帰還系に生じる回帰音に基づいてハウリングを抑制するハウリングキャンセラが各種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、残差信号を遅延させるディレイ回路と、適応フィルタを有する。ハウリングキャンセラは、スピーカからマイクに至る音響帰還系のインパルス応答のパワースペクトルに応じて、ディレイ回路の遅延量や、適応フィルタのタップ数を設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７０３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、インパルス応答のパワースペクトルのみに基づいてハウリング周波数を測定しているため、ハウリングが発生しない環境（例えば、パワースペクトルが強くても位相が異なる環境）においても、ハウリングが発生していると誤検出してしまう。このため、特許文献１に記載のハウリングキャンセラでは、ハウリングが発生しない周波数帯域のゲインを抑制してしまい、音質が悪くなってしまうといった問題があった。そこで、この発明は、音響空間においてハウリングを実際に発生させずにシミュレーションを行うことで、ハウリングが発生している周波数帯域を正確に検出して、当該周波数帯域のハウリングを抑制することができるハウリングキャンセラを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のハウリングキャンセラは、スピーカからマイクに至る音響帰還系に起因するハウリングを抑制する抑制手段（例えば、ノッチフィルタやディップフィルタやオールパスフィルタ等）を備える。ハウリングキャンセラは、音響帰還系のインパルス応答を測定し、当該インパルス応答を模擬する擬似ループ系を構成する。この擬似ループ系は、音響帰還系を含まず、電気回路やソフトウェア等により構成される。
【０００７】
ハウリングキャンセラは、音声信号の経路として、音響帰還系と擬似ループ系とを切り替える。音声信号の経路を擬似ループ系に切り替えると、ハウリングキャンセラは、測定信号（例えば、インパルス信号）を発生させ、測定信号を擬似ループ系へ複数回通過させる。測定信号は、擬似ループ系を通過するとインパルス応答が畳み込まれるため、擬似ループ系複数回通過することで、ハウリングが発生する周波数帯域の強度が強くなる。このように測定信号を擬似ループ系へ複数回通過させることで、擬似的にハウリングを発生させている。そして、ハウリングキャンセラは、擬似的に発生させたハウリングを抑制するパラメータを抑制手段に設定する。すなわち、ハウリングキャンセラは、音響帰還系にて発生するであろうハウリングを抑制するパラメータを抑制手段に設定する。
【０００８】
これにより、ハウリングキャンセラは、実際に音響空間においてハウリングを発生させなくても、内部的にハウリングを発生させることで、ハウリングが発生する周波数帯域を正確に検出することができる。そして、ハウリングキャンセラは、当該周波数帯域のハウリングを抑制することができる。よって、この発明のハウリングキャンセラを拡声装置に適用すると、音質を劣化させずに、放音することができる。
【０００９】
また、この発明のハウリングキャンセラは、測定信号の増幅量を段階的に変化させて、擬似的にハウリングを発生させ、増幅量と抑制手段のパラメータとを対応付けて記憶しておく。そして、ハウリングキャンセラは、マイクに入力される音声信号に対する増幅量に応じて、抑制手段の設定を切り替える構成としてもよい。
【００１０】
これにより、ハウリングキャンセラは、音声信号の増幅量に応じて変化するハウリングを抑制することができる。
【００１１】
更に、この発明のハウリングキャンセラは、音声信号の経路が音響帰還系である際（すなわち、マイクから入力された音声信号をスピーカから放音している際）にも、ハウリングの発生を検出して、当該ハウリングを更に抑制する構成としてもよい。
【００１２】
これにより、万が一ハウリングが発生してしまった場合でも、発生したハウリングを即座に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のハウリングキャンセラは、実際に音響空間においてハウリングを発生させずに、ハウリングが発生する周波数帯域を正確に検出して、当該周波数帯域のハウリングを抑制することができる。すなわち、この発明のハウリングキャンセラは、ハウリングが発生することを予め防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】拡声装置１の機能、構成を示すブロック図である。
【図２】抑制態様テーブルの一例を示す図である。
【図３】初期設定時における拡声装置の機能、構成を示すブロック図である。
【図４】フィルタ設定時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】利用時における拡声装置の機能、構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の実施形態に係る拡声装置１について、図を参照して説明する。拡声装置１は、本発明のハウリングキャンセラに相当する。この拡声装置１は、ユーザにより、居室や講堂等に設置され、初期設定が行われる。この初期設定では、ハウリングの発生をシミュレーションすることで、マイクＭから入力された音声信号のハウリングを抑制するフィルタ１６の設定を行う。その後、拡声装置１は、マイクＭから入力された音声をフィルタ１６を介してスピーカＳＰから放音する。
【００１６】
まず、拡声装置１の機能、構成について、図１，図２を参照して説明する。図１は、拡声装置１の機能、構成を示すブロック図である。図１に示すように、拡声装置１は、マイクＭ、スピーカＳＰ、制御部１０、インパルス応答測定部１１、ＦＩＲフィルタ１２、測定信号発生部１３、増幅器１４、加算器１５、フィルタ１６（本発明の抑制手段に相当する。）、ハウリング検出部１７、フィルタ係数生成部１８、及びスイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ４（本発明の切替手段に相当する。）を備える。
【００１７】
マイクＭは、周囲の音声を収音して音声信号を生成する。スピーカＳＰは、入力された音声信号に基づく音声を放音する。
【００１８】
制御部１０は、メモリ（不図示）を備え、操作部（不図示）からの入力に基づいて、拡声装置１の構成を制御する。メモリには、図２に示す抑制態様テーブルが記憶されている。図２は、抑制態様テーブルの一例を示す図である。抑制態様テーブルには、増幅器１４の増幅量毎に、抑制態様（フィルタ１６のフィルタ係数）が登録されている。抑制態様テーブルの抑制態様は、制御部１０により、初期設定時に登録され、利用時に参照される。制御部１０の処理の詳細については、後述する。
【００１９】
インパルス応答測定部１１は、スピーカからマイクに至る音響帰還系のインパルス応答を測定する。インパルス応答測定部１１は、スピーカＳＰに対して、テスト信号（例えば、ＴＳＰ信号やホワイトノイズ信号等の全周波数が含まれる信号である。）を出力し、スピーカＳＰから放音させる。また、インパルス応答測定部１１は、マイクＭが収音したテスト信号が入力されると、当該テスト信号と、スピーカＳＰに対して出力したテスト信号の相互相関係数を求めて、インパルス応答を測定する。
【００２０】
ＦＩＲフィルタ１２には、インパルス応答測定部１１が測定したインパルス応答がフィルタ係数として設定される。よって、ＦＩＲフィルタ１２は、スピーカからマイクに至る音響帰還系の伝達関数を模擬するフィルタになる。
【００２１】
測定信号発生部１３は、ＦＩＲフィルタ１２のフィルタ係数が設定されると、測定信号（例えば、インパルス信号）を生成する。また、測定信号発生部１３は、カウンタを備える。このカウンタの利用方法については、後述する。
【００２２】
増幅器１４は、入力された音声信号を増幅する。増幅量は、測定信号発生部１３により設定される。
【００２３】
加算器１５は、測定信号発生部１３からの測定信号、及び増幅器１４からの出力信号をフィルタ１６へ出力する。測定信号発生部１３が測定信号を発生した直後は、加算器１５には、測定信号発生部１３から測定信号が入力されるが、増幅器１４から出力信号が入力されないため、測定信号をフィルタ１６へ出力する。それ以外は、加算器１５には、測定信号発生部１３から測定信号が入力されないため、増幅器１４からの出力信号をフィルタ１６へ出力する。
【００２４】
フィルタ１６は、例えば、ノッチフィルタやディップフィルタであり、加算器１５の出力信号からハウリングが発生する周波数帯域のゲインを抑制する。
【００２５】
ハウリング検出部１７は、ハウリングの発生の有無を検出する。具体的には、ハウリング検出部１７は、入力された信号に対して瞬時周波数分析やゼロクロスカウンタ係数或いはＦＦＴ解析等の分析を行い、各周波数帯域が所定の強度を超えたか否かを判断することで、ハウリングの発生の有無を検出している。この所定の強度を超えた周波数帯域を、ハウリングが発生する周波数帯域とする。ハウリング検出部１７は、ハウリングの発生を検出すると、ハウリングが発生している周波数帯域をフィルタ係数生成部１８へ出力する。
【００２６】
フィルタ係数生成部１８は、ハウリング検出部１７から入力された周波数帯域に対して、ゲインを抑制するようにフィルタ１６のフィルタ係数を設定する。
【００２７】
スイッチＳＷ１〜スイッチＳＷ４は、ループのパスを切り替えるスイッチである。スイッチＳＷ１は、スピーカＳＰの接続先を、インパルス応答測定部１１及びスイッチＳＷ３に切り替える。スイッチＳＷ２は、マイクＭの接続先を、インパルス応答測定部１１及びスイッチＳＷ４に切り替える。スイッチＳＷ３は、フィルタ１６の接続先を、ＦＩＲフィルタ１２及びスイッチＳＷ１に切り替える。スイッチＳＷ４は、ハウリング検出部１７及び増幅器１４の接続先を、ＦＩＲフィルタ１２及びスイッチＳＷ２に切り替える。
【００２８】
次に、拡声装置１の動作、及び処理の流れについて、図２〜図５を参照して説明する。まず、拡声装置１の初期設定について、図２〜図４を参照して説明する。図３は、初期設定時における拡声装置の機能、構成を示すブロック図である。図４は、フィルタ設定時の処理の流れを示すフローチャートである。
【００２９】
図３に示すように、制御部１０は、スイッチＳＷ１を切り替えて、スピーカＳＰにインパルス応答測定部１１を接続し、スイッチＳＷ２を切り替えて、マイクＭにインパルス応答測定部１１を接続する。この結果、拡声装置１は、スピーカＳＰ、マイクＭ、及びインパルス応答測定部１１により第１のループを形成する。第１のループには、マイクＭで収音したテスト信号を再びスピーカＳＰへ出力するような信号経路がない開ループである。このため、スピーカＳＰからテスト信号を音響空間に放音しても、第１のループでハウリングが発生することはない。
【００３０】
また、制御部１０は、スイッチＳＷ３を切り替えて、フィルタ１６にＦＩＲフィルタ１２を接続し、スイッチＳＷ４を切り替えて、ハウリング検出部１７及び増幅器１４にＦＩＲフィルタ１２を接続する。この結果、拡声装置１は、フィルタ１６、及びＦＩＲフィルタ１２により第２のループ（本発明の擬似ループ系に相当する。）を形成する。
【００３１】
まず、第１ステップとして、拡声装置１は、第１のループにおいて、スピーカＳＰからマイクＭへ至る音響帰還系の伝達関数を模擬するＦＩＲフィルタ１２の設定を行う。具体的には、インパルス応答測定部１１は、制御部１０の指示に基づいて、テスト信号をスピーカＳＰへ出力する。スピーカＳＰは、テスト信号を放音する。マイクＭは、テスト信号を収音して、インパルス応答測定部１１へ出力する。インパルス応答測定部１１は、マイクＭが収音したテスト信号と、スピーカＳＰへ出力したテスト信号と、の相互相関係数に基づいてインパルス応答を測定して、ＦＩＲフィルタ１２へ出力する。ＦＩＲフィルタ１２は、当該インパルス応答を自身のフィルタ係数として設定する。以上より、拡声装置１は、ＦＩＲフィルタ１２の設定が完了する。
【００３２】
次に、第２ステップとして、拡声装置１は、第２のループにおいて、ハウリングが発生する周波数帯域のゲインを抑制するフィルタ１６の設定を行う。第２のループは、電気回路やソフトウェアにより実現される閉ループである。このため、第２のループで発生させるハウリングは、擬似的なものであり、音響空間においてハウリングが発生するものではない。
【００３３】
具体的には、図４に示すように、測定信号発生部１３は、制御部１０の指示に基づいて、測定信号を生成して、加算器１５により第２のループへ出力する（Ｓ１１）。この際、測定信号発生部１３は、カウンタをリセットする（カウンタｔ＝０）（Ｓ１２）。このカウンタは、測定信号が第２のループ内を通過する回数をカウントするのに用いられる。
【００３４】
フィルタ１６は、第２のループへ出力された測定信号をフィルタ処理する（Ｓ１３）。そして、ＦＩＲフィルタ１２は、フィルタ１６から入力された測定信号をＦＩＲ処理（インパルス応答測定部１１が測定したインパルス応答を畳み込む）する（Ｓ１４）。なお、フィルタ１６は、ハウリング検出部１７がハウリングの発生を検出するまでは、入力信号がそのまま出力されるフィルタ係数が設定されている。
【００３５】
ハウリング検出部１７は、ＦＩＲフィルタ１２を通過した測定信号に対して、ハウリングの発生の有無を検出する（Ｓ１５）。この際、ハウリング検出部１７は、ハウリングが発生する周波数帯域も検出する。
【００３６】
ハウリング検出部１７がハウリングの発生を検出すると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、フィルタ係数生成部１８は、ハウリングが発生している周波数帯域のゲインを抑制するフィルタ係数を、フィルタ１６に設定する（Ｓ１６）。そして、測定信号発生部１３は、カウンタをリセットして（カウンタｔ＝０）（Ｓ１７）、Ｓ１９の処理に進む。すなわち、拡声装置１は、ハウリングの発生を検出すると、カウンタをリセットして、ハウリングの発生の有無を引き続き検出する。
【００３７】
また、ハウリング検出部１７がハウリングの発生を検出しない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、測定信号発生部１３は、カウンタをカウントアップして（カウンタｔ＝カウンタｔ＋１）（Ｓ１８）、Ｓ１９の処理に進む。
【００３８】
Ｓ１９にて、測定信号発生部１３は、カウンタが上限値（例えば、１０）を超えているか否かを調べる。カウンタが上限値（例えば、１０）を超えていない場合は（Ｓ１９：Ｎｏ）、Ｓ１３の処理に進む。すなわち、拡声装置１は、カウンタが上限値を超えるまで（複数回繰り返し）、測定信号を第２のループ内に通過させ、ハウリングの発生の有無を検出する。
【００３９】
また、制御部１０は、測定信号発生部１３のカウンタが上限値を超えると（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、フィルタ１６のフィルタ係数を制御部１０のメモリに記憶する（Ｓ２０）。測定信号発生部１３は、増幅器１４にて測定信号のゲインを増幅する（Ｓ２１）。そして、測定信号発生部１３は、増幅量が上限値を超えているか否かを調べる（Ｓ２２）。測定信号の増幅量が上限値を超えていない場合は（Ｓ２２：Ｎｏ）、Ｓ１２の処理に進む。すなわち、拡声装置１は、測定信号の増幅量が上限値を超えるまで、測定信号を段階的に増幅して、第２のループ内に通過させ、ハウリングの発生の有無を検出するとともに、増幅量の各段階におけるフィルタ１６のフィルタ係数を記憶する。
【００４０】
また、測定信号発生部１３は、測定信号の増幅量が上限値を超えると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、処理を終了する。例えば、測定信号発生部１３は、測定信号を段階的に１ｄＢずつ増幅して、１２ｄＢまで増幅した時点で、処理を終了する。
【００４１】
以上のように、拡声装置１は、まずスピーカからマイクに至る音響帰還系のインパルス応答を測定する。そして、拡声装置１は、測定したインパルス応答を用いて、装置の内部でハウリングが発生する周波数帯域を検出し、当該周波数帯域のゲインを抑制するようフィルタ１６を設定する。これにより、拡声装置１は、実際に音響空間においてハウリングを発生させずにシミュレーションを行い、内部的にハウリングを発生させることで、ハウリングが発生する周波数帯域を正確に検出することができる。
【００４２】
また、拡声装置１は、ハウリングの発生を検出してフィルタ係数を設定した後、カウンタをリセットして、ハウリングの発生の有無を再度検出しなおす。ハウリングが発生する周波数帯域のゲインを抑制するようにフィルタ１６にフィルタ係数を設定すると、稀にゲインを抑制する周波数帯域付近の位相が変化して、新たなハウリングが発生する可能性がある。そこで、拡声装置１は、フィルタ係数を設定した後も、新たなハウリングを検出するために、カウンタをリセットして、再度ハウリングの発生の有無を検出している。これにより、拡声装置１は、より正確にハウリングが発生する周波数帯域を検出することができる。
【００４３】
更に、拡声装置１は、カウンタが上限値を超えるまで（複数回繰り返し）、測定信号を第２のループ内に通過させる。これは、測定信号は、ＦＩＲフィルタを通過するとインパルス応答が畳み込まれ、ＦＩＲフィルタを複数回通過することで、ハウリングが発生する周波数帯域の強度が強くなるためである。拡声装置１は、測定信号をＦＩＲフィルタ（第２のループ内）に複数回通過させることで、ハウリングが発生している周波数帯域を正確に検出することができる。
【００４４】
加えて、拡声装置１は、測定信号の増幅量が上限値を超えるまで、測定信号を段階的に増幅して、ハウリングが発生している周波数帯域を検出する。そして、拡声装置１は、各段階におけるフィルタ１６のフィルタ係数を記憶する。これにより、拡声装置１は、マイクから入力された音声信号の増幅量に応じて、フィルタ１６のフィルタ係数を適切に設定することができ、ハウリングが発生する周波数帯域のゲインを適切に抑制することができる。
【００４５】
次に、拡声装置１の利用方法について、図５を参照して説明する。図５は、利用時における拡声装置の機能、構成を示すブロック図である。
【００４６】
図５に示すように、制御部１０は、スイッチＳＷ１を切り替えて、スピーカＳＰにスイッチＳＷ３を接続し、スイッチＳＷ３を切り替えて、フィルタ１６にスイッチＳＷ１を接続する。また、拡声装置１は、スイッチＳＷ２を切り替えて、マイクＭにスイッチＳＷ４を接続し、スイッチＳＷ４を切り替えて、ハウリング検出部１７及び増幅器１４にスイッチＳＷ２を接続する。この結果、拡声装置１は、マイクＭ、増幅器１４、フィルタ１６、及びスピーカＳＰにより第３のループを形成する。第３のループは、スピーカＳＰからマイクＭへ至る音響帰還系が含まれる閉ループである。
【００４７】
第３ステップとして、拡声装置１は、マイクＭから音声信号が入力されると、増幅器１４により音声信号を増幅する。そして、拡声装置１は、フィルタ１６によりハウリングが発生する周波数帯域のゲインを抑制して、スピーカＳＰから当該音声信号に基づく音声を放音する。この際、拡声装置１は、抑制態様テーブルを参照して、音声信号の増幅量に応じた抑制態様（フィルタ１６のフィルタ係数）を取得し、抑制態様に基づいて抑制する周波数帯域を設定する。
【００４８】
また、マイクＭから入力された音声信号は、ハウリング検出部１７にも入力される。すなわち、拡声装置１は、マイクＭから入力された音声信号に基づいて、ハウリングの発生の有無を検出する。そして、拡声装置１は、ハウリングが発生した周波数帯域のゲインを抑制するフィルタ１６を設定する。拡声装置１は、常にハウリングの発生の有無を検出しているため、万が一ハウリングが発生してしまった場合でも、発生したハウリングを即座に抑制することができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、フィルタ１６として、ハウリングが発生している周波数帯域のゲインを抑制するノッチフィルタやディップフィルタを用いた。しかし、フィルタ１６として、ハウリングが発生している周波数帯域の位相を回転させるオールパスフィルタを用いて、ハウリングを抑制してもよい。拡声装置１は、フィルタ１６のゲイン特性又は位相特性を制御することで、第２のループ又は第３のループの閉ループゲインを抑制し、ハウリングの発生を防止することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、測定信号の増幅量を段階的に増幅してハウリングが発生している周波数帯域を検出したが、測定信号の増幅量を上限値から段階的に減衰させてハウリングが発生している周波数帯域を検出もよい。なお、通常、音響技師がハウリング検出を手動で行う際には、測定信号を段階的に増幅して行っている。このため、拡声装置１は、音響技師が手動でハウリング検出を行うように、測定信号を段階的に増幅する方が好ましく、音響技師が手動で行うハウリング検出と同等の結果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…拡声装置，１０…制御部，１１…インパルス応答測定部，１２…ＦＩＲフィルタ，１３…測定信号発生部，１４…増幅器，１５…加算器，１６…フィルタ，１７…ハウリング検出部，１８…フィルタ係数生成部，Ｍ…マイク，ＳＰ…スピーカ，ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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