(57)【要約】  【課題】  妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度な音響特性変動検出装置を提供すること。  【解決手段】  音響空間(部屋１１）の音響伝達特性を継続的に推定して音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性情報生成部１２１と、音響伝達特性の推定の推定精度を劣化させる妨害音の有無を検出して妨害音情報を生成する妨害音検出部１２４と、音響伝達特性情報および妨害音情報に基づいて音響空間（部屋１１）の音響伝達特性の変動を検出する音響伝達特性変動検出部１２３とを備え、音響伝達特性変動検出部１２３は、妨害音がない状態で音響空間（部屋１１）の音響伝達特性の変動を検出する構成を有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響空間の音響伝達特性を継続的に推定して音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性情報生成部と、前記音響伝達特性の推定の推定精度を劣化させる妨害音の有無を検出して妨害音情報を生成する妨害音検出部と、前記音響伝達特性情報および前記妨害音情報に基づいて前記音響空間の音響伝達特性の変動を検出する音響伝達特性変動検出部とを備え、前記音響伝達特性変動検出部は、前記妨害音がない状態で前記音響空間の音響伝達特性の変動を検出するようにしたことを特徴とする音響特性変動検出装置。
【請求項２】
前記音響伝達特性情報生成部は、所定の信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号に応じた音を発生させるスピーカと、前記音響空間における音を収音して収音信号を生成するマイクと、前記信号発生器が発生した信号および前記マイクが生成した収音信号に基づいて、前記音響空間の音響伝達特性を推定して前記音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性推定部とを有することを特徴とする請求項１に記載の音響特性変動検出装置。
【請求項３】
前記音響伝達特性推定部は、適応フィルタを有し、前記適応フィルタが生成したフィルタ係数を含むように前記音響伝達特性情報を生成すると共に、前記音響伝達特性情報に含まれる推定した前記フィルタ係数を用いて前記収音信号中の前記スピーカから発生された音の成分のスピーカ音成分信号を推定し、前記音響伝達特性変動検出部は、前記フィルタ係数、前記スピーカ音声成分信号と前記収音信号との差である誤差信号、および、前記妨害音検出部が生成した妨害音情報に基づいて、前記音響伝達特性の変動を検出するようにしたことを特徴とした請求項２に記載の音響特性変動検出装置。
【請求項４】
前記音響伝達特性情報生成部は、前記スピーカを複数有し、各前記スピーカに前記信号発生器が発生する信号に応じた音を発生させるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の音響特性変動検出装置。
【請求項５】
前記音響特性変動検出装置は、前記音響伝達特性推定部と前記妨害音検出部とを含むユニットを複数有し、前記音響伝達特性情報生成部は、前記マイクを複数有し、前記マイクは、前記ユニット毎に設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の音響特性変動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宅内や店舗内などの音響空間の音響特性の変動を継続的に監視し、侵入者や物体の移動を検出する音響特性変動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、監視対象の部屋にスピーカとマイクを設置し、信号発生器から継続してスピーカに信号を出力し、その監視対象の部屋の音響伝達特性を推定し、音響伝達特性の変動を検出する音響特性変動検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図７は、特許文献１に開示された従来の音響特性変動検出装置の構成を示す概念図である。
【０００３】
図７において、信号発生器２１から継続して出力される信号は、部屋１１の上部に設けられたスピーカ１２に入力され、スピーカ１２によって音に変換されて部屋１１内に出力され、マイク１３によって収音されて収音信号が生成される。マイク１３が生成した収音信号は、部屋１１の音響伝達特性を推定する音響伝達特性推定部２２に入力され、障害物１４、物体１５、妨害音発生物１６を含めた部屋１１全体の音響伝達特性が推定される。
【０００４】
音響伝達特性推定部２２によって推定された音響伝達特性は音響伝達特性変動検出部２３に入力され、音響伝達特性の変動量が大きい場合は、物体１５が移動したものと判定する。すなわち障害物１４によってスピーカ１２から物体１５の見通しがきかない場所にある場合などでも、物体１５が移動すると部屋１１全体の音響伝達特性が変動することから、物体（例えば侵入者など）１５が移動したと判定することができる。
【特許文献１】特開平７−１４６９８８号公報（４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来の音響特性変動検出装置では、音響伝達特性変動検出部が、音響エコーキャンセラから出力された誤差信号の大きさのみに基づいて音響伝達特性変動を検出するようになっているため、例えば電話やインターホンなどの妨害音発生物１６からの報知音などの妨害音１７や、部屋の外部からの突発音（例えば車、電車などの走行音）などの妨害音１８が発生した場合も、音響エコーキャンセラの誤差出力が増加し、物体１５が移動して音響伝達特性が変動したと誤判定してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度な音響特性変動検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の音響特性変動検出装置は、音響空間の音響伝達特性を継続的に推定して音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性情報生成部と、前記音響伝達特性の推定の推定精度を劣化させる妨害音の有無を検出して妨害音情報を生成する妨害音検出部と、前記音響伝達特性情報および前記妨害音情報に基づいて前記音響空間の音響伝達特性の変動を検出する音響伝達特性変動検出部とを備え、前記音響伝達特性変動検出部は、前記妨害音がない状態で前記音響空間の音響伝達特性の変動を検出するようにした構成を有している。
【０００８】
この構成により、妨害音検出部を設けて妨害音がない状態で音響空間の音響伝達特性の変動を検出するようにしたため、妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度な音響特性変動検出装置を実現することができる。
【０００９】
また、本発明の音響特性変動検出装置は、前記音響伝達特性情報生成部が、所定の信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号に応じた音を発生させるスピーカと、前記音響空間における音を収音して収音信号を生成するマイクと、前記信号発生器が発生した信号および前記マイクが生成した収音信号に基づいて、前記音響空間の音響伝達特性を推定して前記音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性推定部とを備えた構成を有している。
【００１０】
この構成により、信号発生器が発生した信号とマイクが生成した収音信号とに基づいて、音響空間の音響伝達特性を推定するため、従来の音響特性変動検出装置に比して簡易な構成で音響伝達特性を推定することが可能な音響特性変動検出装置を実現することができる。
【００１１】
また、本発明の音響特性変動検出装置は、前記音響伝達特性推定部が、適応フィルタを有し、前記適応フィルタが生成したフィルタ係数を含むように前記音響伝達特性情報を生成すると共に、前記音響伝達特性情報に含まれる推定した前記フィルタ係数を用いて前記収音信号中の前記スピーカから発生された音の成分のスピーカ音成分信号を推定し、前記音響伝達特性変動検出部は、前記フィルタ係数、前記スピーカ音声成分信号と前記収音信号との差である誤差信号、および、前記妨害音検出部が生成した妨害音情報に基づいて、前記音響伝達特性の変動を検出するようにした構成を有している。
【００１２】
この構成により、適応フィルタのフィルタ係数、誤差信号、および妨害情報に基づいて音響伝達特性の変動を検出するため、従来の音響特性変動検出装置に比して簡易かつ高速に音響伝達特性を推定することが可能な音響特性変動検出装置を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の音響特性変動検出装置は、前記音響伝達特性情報生成部が、前記スピーカを複数有し、各前記スピーカに前記信号発生器が発生する信号に応じた音を発生させるようにした構成を有している。
【００１４】
この構成により、複数のスピーカを設けたため、例えば店舗などの音響空間が広い場合でも、従来の音響特性変動検出装置に比してより高精度な音響伝達特性変動検出を行うことが可能な音響特性変動検出装置を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の音響特性変動検出装置は、前記音響伝達特性推定部と前記妨害音検出部とを含むユニットを複数有し、前記音響伝達特性情報生成部は、前記マイクを複数有し、前記マイクは、前記ユニット毎に設けられている構成を有している。
【００１６】
この構成により、複数のマイクを設けたため、例えば店舗などの音響空間が広い場合でも音響空間の種々の場所で収音することができ、従来の音響特性変動検出装置に比してより高精度な音響伝達特性変動検出を行うことが可能な音響特性変動検出装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度な音響特性変動装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す概念図である。図１において、音響特性変動検出装置１００は、音響空間（部屋１１）の音響伝達特性を継続的に推定して音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性情報生成部１２１と、音響伝達特性の推定の推定精度を劣化させる妨害音の有無を検出して妨害音情報を生成する妨害音検出部１２４と、音響伝達特性情報および妨害音情報に基づいて音響空間の音響伝達特性の変動を検出する音響伝達特性変動検出部１２３とを含むように構成される。
【００２０】
ここで、「継続的に推定」には、短い間隔（例えば、０．１秒、０．２秒、・・・、１秒間隔）で断続的に推定を行う場合も含むものとする。音響特性変動検出装置１００の処理速度によっては、さらに短い間隔で断続的に推定することを含むのでもよい。また、「音響空間」は、屋内の、壁や屋根等によって閉ざされた空間をいうものとする。また、「妨害音情報」は、妨害音の有無を内容とする情報である。
【００２１】
図１に示すように、音響伝達特性情報生成部１２１は、所定の信号（以下、「参照信号」という。）を発生する信号発生器２１と、信号発生器２１が発生する参照信号に応じた音を発生させるスピーカ１２と、音響空間（部屋１１）における音を収音して収音信号を生成するマイク１３と、信号発生器２１が発生した参照信号およびマイクが生成した収音信号に基づいて、音響空間（部屋１１）の音響伝達特性を推定して音響伝達特性情報を生成する音響伝達特性推定部１２２とを有するように構成されるのでもよい。以下では、音響伝達特性情報生成部１２１は、図１に示すように構成されるものとして説明を行う。
【００２２】
信号発生器２１が発生する参照信号は、スピーカ１２、音響伝達特性推定部１２２、および妨害音検出部１２４に入力され、マイク１３が検出した収音信号は、音響伝達特性推定部１２２および妨害音検出部１２４に入力される。また、音響伝達特性推定部１２２と妨害音検出部１２４とは互いに所定の信号の入出力を行う。さらに、音響伝達特性推定部１２２が生成した音響伝達特性情報と、妨害音検出部１２４が生成した妨害音情報とは、音響伝達特性変動検出部１２３に出力される。
【００２３】
図１において、信号発生器２１が出力する参照信号は、白色化された周波数帯域の広い定常信号が望ましい。ただし、継続した音声や音楽などの信号であってもよい。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置１００の構成をより詳細に示す図である。図２に示す構成では、音響伝達特性推定部１２２が音響エコーキャンセラによって構成される。音響エコーキャンセラは、スピーカ１２から出力されマイク１３に回り込んだ音をエコーとみなし消去する（「エコーキャンセル機能」という。）装置であり、フィルタ係数更新部３１（以下、これを「適応フィルタ」とする。）が、部屋１１の音響伝達特性を推定し、推定されたフィルタ係数をフィルタ係数畳み込み演算部３２と、音響伝達特性変動検出部１２３に出力するようになっている。
【００２５】
フィルタ係数更新部３１が生成したフィルタ係数と、信号発生器２１からの参照信号ｘ（ｋ）とをフィルタ係数畳み込み演算部３２が畳み込み、畳み込みによって生成された畳み込み結果信号（スピーカから発生された音の成分に対応する。スピーカ音成分推定信号ともいう。）をマイク１３の収音信号ｙ（ｋ）から加算器３３が減算することによって、回り込む信号を消去する。フィルタ係数更新部３１は、参照信号ｘ（ｋ）と、加算器３３の出力である誤差信号ｅ（ｋ）を利用して、適応アルゴリズム（例えば、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムや学習同定法など）を用いて、フィルタ係数の更新を行う。
【００２６】
但し、フィルタ係数更新部３１は、妨害音検出部１２４からフィルタ係数更新部３１に送信される妨害音情報に基づいて妨害音が有るとされた場合、フィルタ係数の更新を継続することによりフィルタ係数が不安定になることを回避するため、フィルタ係数の更新を停止するようになっている。音響エコーキャンセラの詳細については、種々の文献（例えば、辻井重男  他編、「適応信号処理」、１９９５、昭晃堂）などに記載されている。また、妨害音検出部１２４は、音響伝達特性推定部１２２が音響エコーキャンセラで構成される場合、いわゆるダブルトーク検出の動作と同等の動作となる。
【００２７】
妨害音検出部１２４は、参照信号ｘ（ｋ）と、マイク１３の収音信号ｙ（ｋ）と、加算器３３の出力である誤差信号ｅ（ｋ）とに基づき、ダブルトークを検出するアルゴリズム（以下、ダブルトーク検出アルゴリズムという。）を用いて、妨害音の有無の判定を行うようになっている。妨害音情報は、フィルタ係数更新部３１および音響伝達特性変動検出部１２３に出力される。ダブルトーク検出アルゴリズムの詳細についても、種々の文献（例えば、大賀  寿郎  他著、「音響システムとディジタル処理」、電子情報通信学会、ＩＳＢＮ  ４−８８５５２−１２８−９、参照。）に開示されている。
【００２８】
次に、音響伝達特性変動検出部１２３は、フィルタ係数更新部３１から入力されたフィルタ係数に基づいて音響伝達特性の変動量を算出する。ここでは、音響伝達特性の変動量として、以下の式（１）で定義するフィルタ係数変動量Ｊを取り上げて説明する。
【００２９】
Ｊ（ｋ、ｍ）＝Σ（ｈ（ｋ）ｉ  −  ｈ（ｋ−ｍ）ｉ）２   （１）
但し、記号ｍは時刻ｋからの時間差に関する量を表し、｛ｈ（ｋ）０、ｈ（ｋ）１、ｈ（ｋ）２、・・・｝は時刻ｋに推定された音響伝達特性を示し、Σはｈ（ｋ）ｉをフィルタ係数の次数分だけ加算する。
【００３０】
フィルタ係数変動量Ｊ（ｋ、ｍ）は、音響伝達特性に変化がない場合、適応アルゴリズムの推定誤差に相当する小さな数値となるが、音響伝達特性に変化があった場合は、一般に推定誤差よりも大きな数値となる。また、妨害音情報が妨害音有りの場合、前述のようにフィルタ係数の更新を停止するため、その期間はＪ（ｋ、ｍ）＝０になる。フィルタ係数変動量Ｊ（ｋ、ｍ）に基づいて音響伝達特性変動を検出する最も簡単な方法として、例えば、所定の閾値Ｔｈを設け、閾値Ｔｈを越えた場合に音響伝達の変動あったと判定する方法がある。
【００３１】
そのほか、複数のフィルタ係数変動量Ｊ（ｋ、ｍ）の数値が閾値Ｔｈを越えた場合に音響伝達変動有りと判定する方法や、その他様々な判定方法を適用することができる。また、誤差信号についても、誤差信号のパワーを継続して観測することにより、上記フィルタ係数変動量Ｊ（ｋ、ｍ）と同様の判定方法を用いて、音響伝達変動の有無を判定することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【００３２】
ここで、音響伝達特性変動検出部１２３の詳細な動作について図３および図４を用いて説明する。まず、部屋１１の音響特性の状態を図３に示すように、物体移動の有無、妨害音の有無別に４つの状態（状態０、状態１、状態２、状態３）に分ける。この場合、誤差出力は、状態０のとき適応アルゴリズムの推定誤差に相当する小さな数値となるが、状態１と状態３のときは物体１５の移動により、また状態２では妨害音により、大きな値となる。妨害音情報に関しては、状態０と状態１のとき妨害音が無いという情報が、状態２と状態３のとき妨害音が有るという情報が、妨害音検出部１２４によって生成される。
【００３３】
図４は、状態０から出発して状態０に戻る３つの変動の例を示す図である。図４（ａ）には、状態が状態０→状態１→状態０と遷移する例、図４（ｂ）には、状態０→状態２→状態０と遷移する例、図４（ｃ）には、状態０→状態３→状態０と遷移する例を示す。図４（ａ）に示す変動では、妨害音情報から妨害音がないとされるため、時間１の直後において誤差信号のパワーが閾値を超えたとき、状態０から状態１に遷移したと判定され、物体移動による音響伝達特性変動が発生したことが検出される。
【００３４】
図４（ｂ）と図４（ｃ）では、時間１の直後に妨害音情報から妨害音があるとされるため、状態２または状態３のどちらかに遷移したと判定される。状態２または状態３では、フィルタ係数の更新は停止しフィルタ係数変動量は０となる。妨害音がある状態では、状態の検出を適切に行うことが困難であるため、時間２で妨害音が停止するまで状態の判断を行わない。時間２で妨害音が停止し、フィルタ係数の更新が再開された直後のフィルタ係数変動量が閾値を超えない場合は、時間１から時間２のフィルタ係数を更新を停止した期間（以下、「フィルタ係数更新停止期間」という。）において、物体移動による音響伝達特性変動は発生しない状態２であったと判定される。
【００３５】
一方、フィルタ係数の更新が再開された直後のフィルタ係数変動量が上記の閾値を超えた場合は、フィルタ係数更新停止期間において、物体移動による音響伝達特性変動が発生した状態３であったと判定することができる。状態２または状態３のいずれの状態であるかを判定するには、妨害音が停止してからという条件となるが、本発明では妨害音として報知音や突発音を想定しているので、時間１から時間２までの期間は比較的短く実用上問題ない。
【００３６】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置は、妨害音検出部を設けて妨害音がない状態で音響空間の音響伝達特性の変動を検出するようにしたため、妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度に音響特性変動を検出することができる。
【００３７】
また、信号発生器が発生した信号とマイクが生成した収音信号とに基づいて、音響空間の音響伝達特性を推定するため、簡易な構成で音響伝達特性を推定することができる。
【００３８】
さらに、適応フィルタのフィルタ係数、誤差信号、および妨害情報に基づいて音響伝達特性の変動を検出するため、簡易かつ高速に音響伝達特性を推定することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す図である。図５において、本発明の第２の実施の形態に係る音響特性変動検出装置５００は、本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置１００にスピーカをさらに付加したように構成される。音響特性変動検出装置５００の構成手段のうち、音響特性変動検出装置１００の構成手段と同様の構成手段には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
音響特性変動検出装置５００は、信号発生器２１から出力された参照信号が複数（図５では３）のスピーカ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに出力される構成となっている。このように構成することによって、例えば店舗などの広い音響空間でも参照信号が空間全体に均一に行き渡るようにすることができる。その結果、スピーカ１２ａ、１２ｂ、１２ｃからマイク１３に回り込む音の強度が十分確保でき、音響伝達特性を精度良く推定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る音響特性変動検出装置は、複数のスピーカを設けたため、例えば店舗などの音響空間が広い場合でも、より高精度な音響伝達特性変動検出を行うことができる。
【００４２】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す図である。図６において、本発明の第３の実施の形態に係る音響特性変動検出装置６００は、本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置１００または本発明の第２の実施の形態に係る音響特性変動検出装置５００にマイクをさらに付加したように構成される。音響特性変動検出装置６００の構成手段のうち、音響特性変動検出装置１００または音響特性変動検出装置５００の構成手段と同様の構成手段には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
音響特性変動検出装置６００は、複数（図６では３）のマイク１３ａ、１３ｂ、１３ｃが生成した収音信号がそれぞれ音響伝達特性推定部１２２と妨害音検出部１２４とを含むユニット４１ａ、４１ｂ、４１ｃに出力され、各マイクについて本発明の第１の実施の形態または本発明の第２の実施の形態と同様の処理を行う構成となっている。音響伝達特性変動検出部１２３は、少なくとも１つのマイクの出力から音響伝達特性変動が検出されると、部屋１１で音響伝達特性変動が発生したと判定するようになっている。このように構成することによって、例えば店舗などの広い音響空間でも種々の場所で音響特性をモニタできる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る音響特性変動検出装置は、複数のマイクを設けたため、例えば店舗などの音響空間が広い場合でも音響空間の種々の場所で収音することができ、より高精度な音響伝達特性変動検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る音響特性変動検出装置は、妨害音が発生した場合でも、音響伝達特性変動すなわち物体の移動と誤判定することなく妨害音の発生であると判定することができ、誤判定を低減してより高精度に音響特性変動を検出できるという効果を有し、監視システム等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す概念図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成をより詳細に示す概念図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置の音響伝達特性変動検出動作を説明するための状態遷移表
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る音響特性変動検出装置の音響伝達特性変動検出動作を説明するための状態遷移図
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す概念図
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る音響特性変動検出装置のブロック構成を示す概念図
【図７】従来の音響特性変動検出装置のブロック構成を示す概念図
【符号の説明】
【００４７】
１１  部屋
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  スピーカ
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  マイク
１４  障害物
１５  物体
１６  妨害音発生物
１７、１８  妨害音
２１  信号発生器
２２、１２２  音響伝達特性推定部
２３、１２３、６２３  音響伝達特性変動検出部
３１  フィルタ係数更新部
３２  フィルタ係数畳み込み演算部
３３  加算器
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  ユニット
１００、５００、６００、７００  音響特性変動検出装置
１２１  音響伝達特性情報生成部
１２４  妨害音検出部
【図１】
2005134764.tif 000003
【図２】
2005134764.tif 000004
【図３】
2005134764.tif 000005
【図４】
2005134764.tif 000006
【図５】
2005134764.tif 000007
【図６】
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【図７】
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