(57)【要約】【課題】  聴取者の両耳間相関係数を調整して聴取者の嗜好に応じた良好な音場を提供できる簡易で安価な装置を提供する。【解決手段】  音場調整フィルタ５は左右チャンネルに対応する一対のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒを備え、音響信号の所望の周波数帯域を複数の周波数帯域に分け、音場調整信号を周波数帯域ごとに生成するように所定の通過特性を割り当て、音響信号の所望の周波数帯域全体に対し協働して所望のインバルス応答を設定する。通過特性は音響信号を分割周波数帯域ごとに時間遅れとゲインとを付加して調整する。音場調整フィルタ５は、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒにより生成した音場調整信号を相互に他チャンネルの音響信号に演算出力器４Ｌ，４Ｒによって付加し、ステレオスピーカ２側に出力する。音場調整信号の調整により聴取者に対する仮想スピーカの開き角を変更して、特定の拡散音場の両耳間相関係数に近似させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対のステレオチャンネルを有するスピーカに出力する音響信号に特定の音場特性を付与する音場調整信号を付加する音場調整フィルタにおいて、
左右両チャンネルの前記音響信号をそれぞれ受けて、音響信号の所定の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、各分割周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整して、音響信号の周波数帯域全体に対し協働して所望のインパルス応答を設定することにより、左右チャンネルに対応する前記音場調整信号を生成し、相互に他チャンネルに夫々出力する左右一対のフィルタ回路群を具備し、
前記周波数帯域ごとの通過特性を調整することにより、聴取者に対して所定位置に固定された前記一対のチャンネルを有するスピーカの開き角を変更可能な仮想スピーカを知覚させて、聴取者の嗜好に応じた受聴感を知覚できる両耳間相関係数に近似させることを特徴とする音場調整フィルタ。
【請求項２】
前記スピーカは、振動板を共通にするパネルスピーカであり、
中高音域の周波数帯の音響信号について一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカから出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域を分離して、他方のチャンネルに出力する左右一対の分離フィルタを具備し、
前記フィルタ回路群は、この分離フィルタから出力される音響信号に基づいて音場調整信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の音場調整フィルタ。
【請求項３】
前記スピーカは、振動板を共通にするパネルスピーカであり、
中高音域の周波数帯の音響信号について一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカから出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域のレベルを低減する低減フィルタを具備し、
前記フィルタ回路群は、低レベルに出力された周波数領域を復元するようにレベルを調整して、前記通過特性を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の音場調整フィルタ。
【請求項４】
前記フィルタ回路群を構成する複数のフィルタ回路は、通過特性を調整するために、複数の周波数帯域に分割するバンドパスフィルタと、分割周波数帯域の追加時間遅れを付加する時間遅れ設定手段と、分割周波数帯域の所定の追加ゲインを付加するゲイン設定手段とをそれぞれ具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の音場調整フィルタ。
【請求項５】
前記低減フィルタにおける特定の周波数領域の追加ゲインは、前記フィルタ回路群における特定の周波数領域のゲインの逆数に設定されることを特徴とする請求項４に記載の音場調整フィルタ。
【請求項６】
前記音響信号に、前記音場調整信号を生成するために要する遅延時間を付加する遅延回路と、
前記音響信号に前記音場調整信号を付加し、ステレオスピーカ側に出力する演算出力器とを具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の音場調整フィルタを用いた音場調整装置。
【請求項７】
左右一対のチャンネルを有するスピーカに供給する音響信号に所望の音場特性を付与する音場調整方法であって、
左右両チャンネルの前記音響信号をそれぞれ受けて、音響信号の所定の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、各分割周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整して、音響信号の周波数帯域全体に対し協働して所望のインパルス応答を設定することにより、左右チャンネルに対応する前記音場調整信号を生成して、相互に他チャンネルに夫々出力し、前記スピーカ間の開き角を変更した仮想スピーカを知覚させ、聴取者の嗜好に応じた受聴感を知覚させる両耳間相関係数に近似させる音場生成工程と、
左右チャンネルにおいて前記音響信号に、前記音場調整工程における遅延時間を付加する遅延工程と、
左右チャンネルにおいて前記音響信号に時間遅れを伴った前記音場調整信号を付加する信号演算工程とを含むことを特徴とする音場調整方法。
【請求項８】
前記スピーカは、振動板を共通にするパネルスピーカであり、
前記音場生成工程の前に、中高音域の周波数帯の音響信号について一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカから出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域を、左右一対の分離フィルタにより分離して他方のチャンネルに出力する予備工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の音場調整方法。
【請求項９】
前記スピーカは、振動板を共通にするパネルスピーカであり、
前記音場生成工程の前に、中高音域の周波数帯の音響信号について一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカから出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域のレベルを低減フィルタにより低減する予備工程を含み、
前記音場生成工程において、低レベルに出力された周波数領域を復元した上で、通過特性を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の音場調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号に特定の音場特性を付与してステレオスピーカによる再生音場に良好な受聴感を提供する音場調整フィルタ及び音場調整置並びに音場調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、聴取者の両耳間相関係数を用いて楽音の拡がり感を定量的に表すことにより良好な拡がり感を知覚できる再生音場を提供する音場生成装置が提案されている(特許文献１参照)。この音場生成装置は、一の入力信号に対して第１，第２の一対の処理回路により残響音処理が施され、第１のフィルタによって第１の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を付与し、第２のフィルタによって第２の処理回路から出力される信号に対して所定の振幅特性を付与し、第１の処理回路から出力される信号、第１のフィルタから出力される信号及び第２のフィルタの反転出力信号が第１の加算器によって加算される一方、第２の処理回路から出力される信号、第１及び第２のフィルタから出力される信号とが第２の加算器によって加算され、第１の加算器から出力される加算信号により第１のスピーカが鳴動し、第２の加算器から出力される加算信号により第２のスピーカが鳴動する。第１及び第２のフィルタの振幅特性は、狭帯域な定常ランダム信号に対する両耳間相関係数の周波数特性を拡散音場（残響室）のそれに近似させるように調整して、左右スピーカの間に限られていた音像を拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平08-130799号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の音場生成装置にあっては、両耳間相関係数の制御を反射音発生回路と相関係数制御回路により行っている。原音に反射音が別途付加された上で相関係数を調整するため、目的とする音場や音質からずれてしまう。また、両耳間相関係数を全周波数帯域で拡散音場に近似させるには、ハード上負荷が大きく装置を安価に提供することが困難である。さらに、振動板を共通にするパネルスピーカにおいて中高音域の周波数帯の音響信号については、図７に示すように、一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカから出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａがあり、パネルスピーカにより出力生成する音場を乱す。
そこで、本発明は、聴取者の両耳間相関係数を嗜好に応じた音場に対応する値に容易に近似させることができ、さらにこれをパネルスピーカに適用する簡易で安価な装置及び音響処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明においては、上記課題を解決するため、左右一対のステレオスピーカ２に出力する音響信号に特定の音場特性を付与する音場調整信号を付与する音場調整フィルタ５において、左右両チャンネルの音響信号をそれぞれ受けて、音響信号の所定の周波数帯域を複数の周波数帯域に分割し、各分割周波数帯域ごとに時間遅れ及びレベルを調整して、音響信号の周波数帯域全体に対し協働して所望のインパルス応答を設定することにより、左右チャンネルに対応する音場調整信号を生成し、相互に他チャンネルに夫々出力する左右一対のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒを具備させる。周波数帯域ごとの通過特性を調整することにより、聴取者に対して所定位置に固定された一対のスピーカ２，２の開き角を変更可能な仮想スピーカ２’，２’を知覚させて、聴取者の嗜好に応じた受聴感を知覚できる両耳間相関係数に近似させる。
振動板７ａを共通にするパネルスピーカ７に対して、中高音域の周波数帯の音響信号について一方のチャンネルに入力された音響信号に基づいて当該チャンネルのスピーカ７から出力される音圧レベルより他方のチャンネルの音圧レベルが高まる逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａを分離して、他方のチャンネルに出力する左右一対の分離フィルタ１０Ｌ，１０Ｒを具備させ、この分離フィルタ１０Ｌ，１０Ｒから出力される音響信号に基づいてフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒが音場調整信号を生成する。
逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａのレベルを低減する低減フィルタ１６Ｌ，１６Ｒを具備させ、低レベルに出力された周波数領域Ａを復元するようにフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒにレベルを調整した通過特性を割り当てる。
フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒを構成する複数のフィルタ回路５０ａ，５０ｂ・・・５０ｎは、通過特性を調整するために、複数の周波数帯域に分割するバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎと、分割周波数帯域の追加時間遅れを付加する時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎと、分割周波数帯域の所定の追加ゲインを付加するゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎとをそれぞれ具備する。
低減フィルタ１６Ｌ，１６Ｒにおける特定の周波数領域Ａの追加ゲインは、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒにおける特定の周波数領域Ａのゲインｋの逆数１／ｋに設定する。
音響信号に、音場調整信号を生成するために要する遅延時間を付加する遅延回路６Ｌ，６Ｒと、音響信号に音場調整信号を付加し、ステレオスピーカ２，２側に出力する演算出力器４Ｌ，４Ｒとを具備させて音場調整フィルタ５を用いた音場調整装置１を構成する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、ステレオスピーカに対する聴取者の両耳間相関係数を、仮想スピーカの開き角の変更のみで容易に調整することができ、拡散音場の生成のみならず、聴取者の嗜好に合致した音場を知覚させる値に近似させることができ、そのためのハード、ソフト上の負荷が小さく、したがって、簡易な装置で安価に提供できる。
また、左右チャンネルの振動板を共通にするパネルスピーカに特有の音圧レベルの逆転現象によって音場を乱されることなく調整できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る音場調整装置のブロック図である。
【図２】音場調整フィルタの概念図である。
【図３】音場調整の説明図である。
【図４】周波数に対するスピーカの開き角の対応表である。
【図５】他の実施例に係る音場調整装置のブロック図である。
【図６】さらに他の実施例に係る音場調整装置のブロック図である。
【図７】パネルスピーカの周波数特性を示すグラフである。
【図８】周波数に対する両耳間相関係数の変化を示すグラフである。
【図９】周波数に対する両耳間相関係数の変化について音場調整の信号処理の有無を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の一形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、左右独立した一対のステレオスピーカ２に音響信号を出力する音場調整装置１は、左右各チャンネルに対応する入力端子３Ｌ，３Ｒ、演算出力器４Ｌ，４Ｒ及び音場調整フィルタ５、遅延回路６Ｌ，６Ｒを備えている。入力端子３Ｌ，３Ｒにはデジタル化された音響信号が入力される。ただし、音響信号処理装置１がＡＤ変換器を内蔵し、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する構成としてもよい。
【０００９】
音場調整フィルタ５は、左右のチャンネルに対応する一対のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒで構成される。一方のフィルタ回路群５Ｌは、左チャンネルの入力端子３Ｌに入力された音響信号を音場調整信号に生成し、右チャンネルの演算出力器４Ｒに出力する。演算出力器４Ｒは、遅延回路６Ｒを通過した右チャンネルの音響信号と、音場調整フィルタ５Ｌにより生成した音場調整信号とを加算して出力する。同様に、他方のフィルタ回路群５Ｒは、右チャンネルの入力端子３Ｒに入力された音響信号を音場調整信号に生成し、左チャンネルの演算出力器４Ｌに出力する。演算出力器４Ｌは、遅延回路６Ｌを通過した左チャンネルの音響信号と、フィルタ回路群５Ｒにより生成した音場調整信号とを加算して出力する。遅延回路６Ｌ，６Ｒは、音場調整フィルタ５Ｌ，５Ｒの音場調整信号の生成による遅延時間を音響信号に付加する。
【００１０】
音場調整フィルタ５を構成するフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒは、図２に示すように、複数のフィルタ回路５０ａ，５０ｂ・・・５０ｎを具備する。これらのフィルタ回路５０ａ，５０ｂ・・・５０ｎは、協働して所望の周波数帯域をカバーするバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎと、各バンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎに所定の追加時間遅れτ１，τ２・・・τｎを付加する時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎと、所定の追加ゲインＫ１・・・Ｋｎを付加するゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎとを具備する。フィルタ回路５０ａ，５０ｂ・・・５０ｎの各周波数帯域の合成出力の位相は反転器５４により反転される。フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒのインパルス応答は、時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎ、及びゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎを介して各バンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎの周波数帯域ごとに調整されて合算され、所望の通過特性を設定可能である。
なお、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒは、上記と同様なインパルス応答を有するＦＩＲフィルタを適用してもよい。
【００１１】
ところで、ステレオスピーカによる再生音場の良好な空間的拡がり感は、音響環境を整えた残響室（拡散音場）における聴取者の聴取位置の両耳間相関係数に近似させることにより実現できる。しかし、両耳間相関係数は、通常の左右スピーカを開き角（聴取者を中心とする各スピーカの方向角θOP）６０°に配置した再生音場では、図９の三角点に示すように、特に拡散音場の両耳間相関係数に対して中音域以上において拡散音場のそれ（図９の破線）と比較して大きく異なる。そこで、周波数帯を狭小帯域に分割して、狭小帯域ごとに個別に両耳間相関係数を調整することにより、拡散音場の両耳間相関係数に近似させることとする（図９の黒丸点）。この両耳間相関係数を調整するために、両耳間相関係数に対応するスピーカ位置を仮想的に変更する。この仮想スピーカの位置は、図３に示すように、聴取者に対する一対のスピーカの開き角θOPを物理量として表す。
拡散音場の両耳間相関係数ρd は、ρd ＝ｓｉｎ（ｋｒ）／ｋｒで表される。
但し、ｋ＝ω／ｃ＝２πｆ／ｃであり、ｋ：波長定数、ｃ：音速、ｒ：等価両耳間距離３１．５ｃｍとする。
スピーカの再生音場における聴取位置での両耳間相関係数ρｌｒは
【数１】
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で表される。
但し、ＡおよびＡ’：振幅値、τｌｒ：両耳間時間差、Φ１１（τｌｒ）：信号の自己相関関数、Φ１２（τｌｒ）：左右信号間の相互相関関数である。
ここで、信号間相関係数は無相関であるので、上式において項（Ａ'２＋Ａ２）Φ１２（０）＝０、２ＡＡ’Φ１２（τｌｒ）＝０  となり、
ρｌｒ  は、Φ１１（τｌｒ）により決定され、両耳間時間差τｌｒは、スピーカの方向により定まる。
上記の推定値は実測値とはほぼ一致し、周波数に対するスピーカの開き角は、図４の表に示すようになる。したがって、表中の周波数を帯域中央値とする周波数帯に分割して、対応する開き角にスピーカ位置を調整すれば、拡散音場の両耳間相関係数に調整することができる。
【００１２】
以上を前提として、仮想スピーカの開き角の調整を音場調整フィルタにより制御する。すなわち、音場調整フィルタ５は、分割した周波数帯域毎にバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎのインパルス応答を予め設定して、これに左右各チャンネルの音響信号を通過させることにより音場調整信号を生成し、他チャンネルの音響信号から位相を反転して加算することにより、聴取者に対して所定位置に固定された前記一対のステレオスピーカの開き角を変更した仮想スピーカの音場により、拡散音場の両耳間相関係数に近似させることができる。
【００１３】
音場調整フィルタ５のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒは、図２に示す各帯域のバンドパスフィルタ５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎごとの通過特性を時間遅れ設定手段５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎの追加時間遅れτ１・・・τｎ及びゲイン設定手段５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎの追加ゲインＫ１・・・Ｋｎにより調整することにより所望のインパルス応答に設定でき、図３に示すように、聴取者Ｐを中心としスピーカ２までの距離を半径とする円弧上の所定位置に配置するように、仮想スピーカ２’の開き角θOPを調整することができる。したがって、スピーカ２，２による再生音場が聴取者の周囲を包み込むように良好な拡がり感を実現でき、拡散音場のみならず、聴取者の受聴感を嗜好に応じて変更することができる。
【００１４】
他の実施例の音響処理装置を図５に示す。なお、以下において先の実施例と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を省略する。
音響処理装置８における音場調整フィルタ９は、振動板７ａを共通にするパネルスピーカ７について適用される。音場調整フィルタ９は、一対のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒに加えて、各チャンネルに対応する分離フィルタ１０Ｌ，１０Ｒ及び演算出力器１１Ｌ，１１Ｒを具備する。音響信号は、１，０００Ｈｚ以下の中低域周波数帯では、先の実施例のように両耳間相関係数の変化の傾向に沿ってフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒに追加時間遅れτ１・・・τｎ及び追加ゲインＫ１・・・Ｋｎを設定できるが、１，４１４Ｈｚ以上の中高域周波数帯では、両耳間相関係数が負になる傾向にあり、左右の耳への互いに他方側のチャンネルのスピーカの音圧レベルが高まる逆転現象が生じる（図７の領域Ａ）。分離フィルタ１０Ｌ，１０Ｒは、音響信号のうち逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａを分離して、他方のチャンネルに出力する抽出フィルタ１２Ｌ，１２Ｒと、逆転現象が起きていない周波数帯域を当該チャンネルに通過させる透過フィルタ１３Ｌ，１３Ｒとを具備する。演算出力器１１Ｌ，１１Ｒは、互いに他方のチャンネルの抽出フィルタ１０Ｒ，１０Ｌにより分離された特定の周波数領域Ａの音響信号を当該チャンネルの音響信号と合成するものである。従って、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒは、演算出力器１１Ｌ，１１Ｒから出力される音響信号に基づいて音場調整信号を生成する。すなわち、分離フィルタ１０Ｌ，１０Ｒの抽出フィルタ１２Ｒ，１２Ｌにより分離された特定の周波数領域Ａの音響信号が他方のチャンネルに合成され、この合成された音響信号に基づいて音場調整信号が生成される。これによって、スピーカ７において逆転現象が回避され、先の実施形態における同様に、仮想スピーカ７’の開き角θOPを調整して、拡散音場の両耳間相関係数に近似させることができる。
【００１５】
さらに他の実施例の音響処理装置を図６に示す。
音響処理装置１４における音場調整フィルタ１５は、振動板７ａを共通にするパネルスピーカ７について適用される。音場調整フィルタ１５は、一対のフィルタ回路群５Ｌ，５Ｒに加えて、各チャンネルに対応する低減フィルタ１６Ｌ，１６Ｒを具備する。低減フィルタ１６Ｌ，１６Ｒは、音響信号のうち逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａのみのレベルを低減し、この周波数領域を除く帯域はそのまま通過させる。一方、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒは、低レベルに出力された周波数領域Ａの音響信号を復元するようにレベルを調整した上で、所定の通過特性が割り当てられる。例えば逆転現象が発生する特定の周波数領域Ａの音響信号を低減フィルタ１６Ｌ，１６Ｒにおいてゲインをｋ（０＜ｋ＜１）に設定し、フィルタ回路群５Ｌ，５Ｒにおける特定の周波数領域Ａの追加ゲインを逆数１／ｋに設定して復元し、音場調整信号を生成する。これによって、スピーカ１４において逆転現象が回避され、先の実施形態における同様に、仮想スピーカ７’の開き角θOPを調整して、拡散音場の両耳間相関係数に近似させることができる。
【符号の説明】
【００１６】
１    音場調整装置
２    スピーカ
３Ｌ  入力端子
３Ｒ  入力端子
４Ｌ  演算出力器
４Ｒ  演算出力器
５    音場調整フィルタ
５Ｌ  フィルタ回路群
５Ｒ  フィルタ回路群
６Ｌ  遅延回路
６Ｒ  遅延回路
７    スピーカ
７ａ  振動板
８    音場調整装置
９    音場調整フィルタ
１０Ｌ  分離フィルタ
１０Ｒ  分離フィルタ
１１Ｌ  演算出力器
１１Ｒ  演算出力器
１２Ｌ  抽出フィルタ
１２Ｒ  抽出フィルタ
１３Ｌ  透過フィルタ
１３Ｒ  透過フィルタ
１４    音場調整装置
１５    音場調整フィルタ
１６Ｌ  低減フィルタ
１６Ｒ  低減フィルタ
５０ａ，５０ｂ・・・５０ｎ  フィルタ回路
５１ａ，５１ｂ・・・５１ｎ  バンドパスフィルタ
５２ａ，５２ｂ・・・５２ｎ  時間遅れ設定手段
５３ａ，５３ｂ・・・５３ｎ  ゲイン設定手段
５４    反転器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2014104039.tif 000013
2014104039.tif 000014