(57)【要約】【課題】信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることを課題とする。【解決手段】音声信号の入力波形において、所定の上限値または下限値を越えるクリップ部分を、上限値以上の波形および下限値以下の波形がセンターライン（無音のときに描かれる直線）から始まるように抽出したクリップ部分の音声信号と比較して波形の傾斜がなだらかな平滑化信号を生成する。そして、音声信号の入力波形に、生成した平滑化信号の逆位相を加算してクリップ部分の音声信号を抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制するクリップ抑制装置であって、
前記音声信号の入力波形において、前記上限値または下限値を越えた点から再度前記上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出されたクリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する平滑化手段と、
前記平滑化手段によって生成された平滑化信号を用いて、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する抑制手段と、
を備えたことを特徴とするクリップ抑制装置。
【請求項２】
前記抑制手段は、前記平滑化手段によって生成された平滑化信号の逆位相を前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制することを特徴とする請求項１に記載のクリップ抑制装置。
【請求項３】
前記抑制手段は、前記平滑化手段によって生成された平滑化信号を重み付けした上で、当該重み付けした平滑化信号の逆位相を前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制することを特徴とする請求項２に記載のクリップ抑制装置。
【請求項４】
入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制する方法をコンピュータに実行させるクリップ抑制プログラムであって、
前記音声信号の入力波形において、前記上限値または下限値を越えた点から再度前記上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する抽出手順と、
前記抽出手順によって抽出されたクリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する平滑化手順と、
前記平滑化手順によって生成された平滑化信号を用いて、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する抑制手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするクリップ抑制プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制するクリップ抑制装置およびクリップ抑制プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音の電気信号の信号波形に対して所定の処理を行う際に（例えば、スピーカで出力する、あるいは、デジタル化して記憶するなど）、その処理において表現できる上限値および下限値を超える部分が信号波形に生ずることを「信号がクリップする」と言われている。また、上限値または下限値を超えた部分（一旦上限値または下限値を超えてから再度上限値または下限値に戻るまでの部分）を指して「クリップ部分」と言われている。
【０００３】
そして、従来、信号の連続性を保ちつつ、このような信号のクリップを防止する技術が考案されている。具体的には、信号波形を一定の間隔（フレーム）で区切り、フレームごとに利得を制御してクリップを防止する。例えば、クリップ部分が複数のフレームにまたがって生じていた場合には、信号の連続性を保ちつつ（フレーム間の連続性を考慮して、利得が急激に下がらないように）、フレームごとに利得を設定して信号を減衰し、信号のクリップを防止する。
【０００４】
また、特許文献１では、デジタル信号で再現できる上限値または下限値を超える値を検知すると、検知した時刻から前後所定の期間にわたって、上限値または下限値と、当該期間内の各値との差で一意に決まる減衰係数に応じて、各値の減衰係数を決定し、当該期間内全体を減衰する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−８９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した技術では、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることができないという課題があった。つまり、従来の技術では、利得を突発的に下げてしまうと、フレーム間の連続性が保持できないため、ある程度しか信号を減衰せざるを得ず、結果として、クリップ部分を抑えることができなかった。また、特許文献１の技術を用いたとしても、所定の期間にわたって信号を減衰するので、同様に、クリップ部分を抑えることができなかった。
【０００７】
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることが可能なクリップ抑制装置、クリップ抑制プログラム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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制するクリップ抑制装置であって、前記音声信号の入力波形において、前記上限値または下限値を越えた点から再度前記上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出されたクリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する平滑化手段と、前記平滑化手段によって生成された平滑化信号を用いて、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する抑制手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、上記の発明において、前記抑制手段は、前記平滑化手段によって生成された平滑化信号の逆位相を前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、上記の発明において、前記抑制手段は、前記平滑化手段によって生成された平滑化信号を重み付けした上で、当該重み付けした平滑化信号の逆位相を前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る発明は、入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制する方法をコンピュータに実行させるクリップ抑制プログラムであって、前記音声信号の入力波形において、前記上限値または下限値を越えた点から再度前記上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する抽出手順と、前記抽出手順によって抽出されたクリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する平滑化手順と、前記平滑化手順によって生成された平滑化信号を用いて、前記音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する抑制手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１または４の発明によれば、音声信号の入力波形において、上限値または下限値を越えた点から再度上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出し、クリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成し、当該生成した平滑化信号を用いて、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制するので、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることが可能となる。また、クリップ部分のみを処理対象とするので、処理負担を軽減することも可能となる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、平滑化信号の逆位相を音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制するので、加算処理という簡易な処理でクリップ部分を抑えることが可能となる。
【００１４】
また、請求項３の発明によれば、平滑化信号を重み付けした上で、当該重み付けした平滑化信号の逆位相を音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制するので、クリップ部分に重み付けを行わずにクリップ部分を抑える手法に比較して、より確実にクリップ部分を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るクリップ抑制装置、クリップ抑制プログラムの実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る音声処理装置の概要および特徴、音声処理装置の構成および処理を順に説明し、実施例１の効果を説明した後に、他の実施例を実施例２として説明する。
【実施例１】
【００１６】
［音声処理装置の概要および特徴］
図１を用いて、実施例１に係る音声処理装置の概要および特徴を説明する。図１は、実施例１に係る音声処理装置の概要および特徴を説明するための図である。なお、図１では、横軸を時間、縦軸を振幅とした座標上で音声信号全体の波形が示されている。また、以下では、無音のときに描かれる直線で、横軸に平行な直線をセンターラインと呼称する。
【００１７】
実施例１に係る音声処理装置の概要は、マイクロフォンから入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制しつつ、スピーカより音声を出力するというもの（例えば、多地点による音声会議に用いられる）であり、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることを可能にしている点に主たる特徴がある。
【００１８】
この主たる特徴について説明すると、音声処理装置は、音声信号の入力波形において、上限値または下限値を越えた点から再度上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する。具体的に例を挙げて説明すると、図１の（Ａ）や（Ｂ）に示すように、音声処理装置は、音声信号の入力波形において、横軸に平行な２本の点線（所定の上限値または下限値を示す）を越えるクリップ部分を、上限値以上の波形および下限値以下の波形がセンターラインから始まるように抽出する。
【００１９】
そして、音声処理装置は、クリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する。具体的に例を挙げて説明すると、図１の（Ｂ）や（Ｃ）に示すように、音声処理装置は、抽出したクリップ部分の音声信号と比較して波形の傾斜がなだらかな平滑化信号を生成する。
【００２０】
そして、音声処理装置は、生成した平滑化信号を用いて、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する。具体的に例を挙げて説明すると、図１の（Ｄ）に示すように、音声処理装置は、音声信号の入力波形に、生成した平滑化信号の逆位相を加算してクリップ部分の音声信号を抑制する。
【００２１】
こうすることによって、実施例１に係る音声処理装置は、上記した主たる特徴のとおり、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることが可能となる。
【００２２】
［音声処理装置の構成］
次に、図２を用いて、音声処理装置１０の構成を説明する。図２は、音声処理装置１０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、音声処理装置１０は、複数のマイクロフォン２０ａ１〜２０ａｎと、音声多重部３０と、クリップ抽出部４０と、フィルタリング部５０と、出力信号生成部６０と、スピーカ７０とから構成される。なお、クリップ抽出部４０は、特許請求の範囲に記載の「抽出手段」に対応し、フィルタリング部７０は、同じく「平滑化手段」に対応し、出力信号生成部６０は、同じく「抑制手段」に対応する。
【００２３】
マイクロフォン２０ａ１〜２０ａｎは、音を音声信号に変換する。具体的には、マイクロフォン２０ａ１〜２０ａｎは、発話者などから声を受け取ると、それを音声信号に変換して後述する音声多重部３０に出力する。
【００２４】
音声多重部３０は、音声信号を多重化する。具体的には、音声多重部３０は、各マイクロフォン２０ａ１〜２０ａｎから音声信号を受け取ると、多重化して後述するクリップ抽出部４０に出力する。ここで、音声多重部３０は、音声信号を多重化する際、多重化された音声信号がクリップしないようにビット拡張を行うことが望ましい。例えば、図３に示すように、音声処理装置１０が２つのマイクロフォン２０ａ１〜２０ａ２を備える場合には、音声多重部３０は、各マイクロフォン２０ａ１〜２０ａ２の音声信号の所定値が１６ビットであるなら、多重化した音声信号の所定値を３２ビットにビット拡張する。なお、図３は、音声多重部の処理を説明するための図であり、横軸を時間、縦軸を振幅とした座標上で音声信号全体の波形が示されている。
【００２５】
クリップ抽出部４０は、音声信号の入力波形において、上限値または下限値を越えた点から再度上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出する。具体的には、図４に示すように、クリップ抽出部４０は、上述した音声多重部３０から多重化された音声信号を一定時間受け取り、当該一定時間ごとに、当該音声信号において所定値（例えば、１６ビットで表される正の値）以上の値を全て同じ値に、また、所定値（例えば、１６ビットで表される負の値）以下の値を全て同じ値にした（点線で表される値を実線で表される値へ算出）音声信号を生成する。そして、クリップ抽出部４０は、もとの音声信号と、当該生成した音声信号との差をとることで、所定値以上の波形および所定値以下の波形がセンターラインから始まるようにクリップ部分を抽出する。そして、クリップ抽出部４０は、抽出したクリップ部分の音声信号を後述するフィルタリング部５０に出力する。なお、図４は、クリップ抽出部の処理を説明するための図であり、横軸を時間、縦軸を振幅とした座標上で音声信号全体の波形が示されている。
【００２６】
フィルタリング部５０は、クリップ抽出部４０によって抽出されたクリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成する。具体的には、フィルタリング部５０は、上述したクリップ抽出部４０からクリップ部分の音声信号を受け取ると、ＬＰＦ（Low Pass Filter）によって高周波成分を除去し、クリップ部分の音声信号と比較して波形の傾斜がなだらかな平滑化信号を生成する。そして、フィルタリング部５０は、生成した平滑化信号を後述する出力信号生成部６０に出力する。
【００２７】
ここで、ＬＰＦによる処理の詳細を説明すると、フィルタリング部５０は、抽出されたクリップ部分の音声信号の振幅を時間の関数でｘｃｌｉｐ（ｔ）と表し、同じく平滑化された音声信号の振幅を時間の関数でｘfil（ｔ）と表した場合に、図５で示した式１よりｘfil（ｔ）を算出する（ＬＰＦ（ｉ）は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ係数であり、Ｍは、ＦＩＲフィルタの次数である）。例えば、図６に示すように、フィルタリング部５０は、概形が横軸「タップ数」、縦軸「フィルタ係数」の座標軸上で表されるＬＰＦ（ｉ）を用いて、点線で表される曲線ｘclip（ｔ）を、実線で表される曲線ｘfil（ｔ）へ変換する。なお、図６は、フィルタリング部の処理を説明するための図であり、同図右の座標では横軸を時間、縦軸を振幅として音声信号の波形が示されている。
【００２８】
出力信号生成部６０は、フィルタリング部５０によって生成された平滑化信号の逆位相を音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制する。具体的には、図７に示すように、出力信号生成部６０は、フィルタリング部５０から平滑化信号を受け取ると、音声多重部３０によって多重化された音声信号と、当該平滑化信号を逆位相にした音声信号との和をとることで、クリップ部分を抑制した音声信号を算出する。そして、出力信号生成部６０は、クリップ部分を抑制した音声信号を後述するスピーカ７０に出力する。なお、このとき、出力信号生成部６０は、図６で示した概形のフィルタ係数を用いることで生成された平滑化信号によって、上記した算出を行う場合には、音声多重部３０によって多重化された音声信号を（Ｍ−１）／２秒だけ遅らせることで、平滑化信号に位相を合わせる。なお、図７は、出力信号生成部の処理を説明するための図であり、横軸を時間、縦軸を振幅とした座標上で音声信号全体の波形が示されている。
【００２９】
スピーカ７０は、音声信号を音に変換する。具体的には、スピーカ７０は、上述した出力信号生成部６０から音声信号を受け取ると、音声として出力する。
【００３０】
［音声処理装置による処理］
次に、図８を用いて、音声処理装置１０による処理を説明する。図８は、音声処理装置による処理の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
図８に示すように、音声処理装置１０は、マイクロフォン２０ａ１〜２０ａｎによって音声信号が入力されると（ステップＳ８０１肯定）、一定時間ごとに音声信号におけるクリップ部分を抽出する（ステップＳ８０２）。
【００３２】
そして、音声処理装置１０は、クリップ部分をフィルタリングし（ステップＳ８０３）、フィルタリングによって得られた平滑化信号を用いて、クリップ部分の音声信号を抑制した出力信号を生成し（ステップＳ８０４）、スピーカ７０から音声として出力する（ステップＳ８０５）。
【００３３】
［実施例１の効果］
上記したように、実施例１によれば、音声信号の入力波形において、上限値または下限値を越えた点から再度上限値または下限値に到達する点までの部分であるクリップ部分を抽出し、クリップ部分の音声信号を平滑化して平滑化信号を生成して得られた平滑化信号を用いて、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制するので、信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることが可能となる。また、クリップ部分のみを処理対象とするので、処理負担を軽減することも可能となる。
【００３４】
図９は、実施例１の効果を説明するための図であり、以下では、図９を用いて具体的に本発明の効果を説明する。図９において、（１）、（３）、（５）では、本発明を適用せずに音声の多重化を行った波形を示し、（２）、（４）、（６）では、本発明を適用してクリップ部分を抑制した波形を示す。（１）および（２）における波形は、横軸を時間、縦軸を振幅としたときの信号全体の波形であり、（３）および（４）における波形は、全体の波形の一部を拡大した波形、（５）および（６）における波形は、拡大した波形を周波数分析し、横軸を周波数、縦軸を振幅としたときの波形である。（３）と（４）の比較を行うと、（３）では、信号がクリップして上限で張り付いているのに対し、（４）では、クリップ部分が抑制されて、信号の連続性が保持されている。また、（５）と（６）の比較を行うと、（５）に比べ（６）には高域にエネルギーがなくなっている。これは、信号が不連続になることを防ぎ、インパルス的なノイズを防止できていることを示している。
【００３５】
また、実施例１によれば、平滑化信号の逆位相を音声信号の入力波形におけるクリップ部分に加算して、音声信号の入力波形におけるクリップ部分の音声信号を抑制するので、加算処理という簡易な処理でクリップ部分を抑えることが可能となる。
【実施例２】
【００３６】
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下に示すように、（１）〜（４）にそれぞれ区分けして異なる実施例を説明する。
【００３７】
（１）クリップ部分の抑制
上記の実施例１では、平滑化信号の逆位相をもとの音声信号に加算することでクリップ部分を抑制する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、クリップ部分を抑制する際に、平滑化信号を用いる手法であればいかなるものであってもよく、例えば、もとの音声信号と、平滑化信号との差をとるなどしてもよい。
【００３８】
（２）重み付け
また、上記の実施例１では、平滑化信号の逆位相に対して重み付けを行わずにもとの音声信号に加算する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、平滑化信号の逆位相に対して重み付けを行った後、もとの音声信号に加算することでクリップ部分を抑制するようにしてもよい。こうすることで、クリップ部分に重み付けを行わずにクリップ部分を抑える手法に比較して、より確実にクリップ部分を抑えることが可能となる。
【００３９】
（３）システム構成等
また、図示した装置（音声処理装置１０）の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、例えば、音声多重部３０とクリップ抽出部４０とを統合するなど、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【００４０】
（４）音声処理プログラム
ところで、上記の実施例１では、ハードウェアロジックによって各種の処理を実現する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータで実行することによって実現するようにしてもよい。そこで、以下では、図１０を用いて、上記の実施例１に示した音声処理装置１０と同様の機能を有する音声処理プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１０は、音声処理プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【００４１】
同図に示すように、コンピュータ８０は、マイクロフォン８１、スピーカ８２、ＣＰＵ８３、ＲＯＭ８４、ＨＤＤ８５およびＲＡＭ８６をバス８７などで接続して構成される。
【００４２】
ＲＯＭ８４には、上記の実施例１に示した音声処理装置１０と同様の機能を発揮する音声処理プログラム、つまり、図１０に示すように、音声多重プログラム８４ａと、クリップ抽出プログラム８４ｂと、フィルタリングプログラム８４ｃと、出力信号生成プログラム８４ｄとが予め記憶されている。なお、これらのプログラム８４ａ〜８４ｄについては、図１０に示した音声処理装置１０の各構成要素と同様、適宜統合または分散してもよい。
【００４３】
そして、ＣＰＵ８３が、これらのプログラム８４ａ〜８４ｄをＲＯＭ８４から読み出して実行することで、図１０に示すように、各プログラム８４ａ〜８４ｄは、音声多重プロセス８３ａ、クリップ抽出プロセス８３ｂ、フィルタリングプロセス８３ｃ、出力信号生成プロセス８３ｄとして機能するようになる。なお、各プロセス８３ａ〜８３ｄは、図２に示した音声多重部３０と、クリップ抽出部４０と、フィルタリング部５０と、出力信号生成部６０とにそれぞれ対応する。そして、ＣＰＵ８３は、ＲＡＭ８６に種々のデータを読み書きすることで音声処理を実行する。
【００４４】
なお、上記した各プログラム８４ａ〜８４ｄについては、必ずしも最初からＲＯＭ８４に記憶させておく必要はなく、例えば、コンピュータ８０に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＤＶＤディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」、または、コンピュータ８０の内外に備えられるＨＤＤなどの「固定用の物理媒体」、さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ８０に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などに各プログラムを記憶させておき、コンピュータ８０がこれらから各プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係るクリップ抑制装置およびクリップ抑制プログラムは、入力された一連の音声信号が所定の上限値または下限値を越えないように、当該音声信号を抑制することに有用であり、特に信号の連続性を保持しつつ、クリップ部分を抑えることに適する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１に係る音声処理装置の概要および特徴を説明するための図である。
【図２】実施例１に係る音声処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】音声多重部の処理を説明するための図である。
【図４】クリップ抽出部の処理を説明するための図である。
【図５】クリップ部分の音声信号とフィルタリングされた音声信号の関係を示す図である。
【図６】フィルタリング部の処理を説明するための図である。
【図７】出力信号生成部の処理を説明するための図である。
【図８】実施例１に係る音声処理装置による処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】実施例１の効果を説明するための図である。
【図１０】音声処理プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  式
１０  音声処理装置
２０ａ１〜２０ａｎ  マイクロフォン
３０  音声多重部
４０  クリップ抽出部
５０  フィルタリング部
６０  出力信号生成部
７０  スピーカ
【図１】
2008236268.tif 000003
【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】
2008236268.tif 000011
【図１０】
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