(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、左サラウンド信号、右サラウンド信号、左前方信号及び右前方信号を含む複数の信号を、左送信信号と右送信信号との立体音響対にダウンミキシングする方法であって、
前記左サラウンド及び右サラウンド信号を加算し、モノ音響サラウンド信号を提供するステップと、
前記モノ音響サラウンド信号をフィルタリングし、聴取者の頭部の周囲の回折パターンに関係する特性を有するフィルタリングされたモノ音響信号を提供するステップと、
前記フィルタリングされたモノ音響サラウンド信号を、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記右サラウンド信号の大きさの比に関係する右係数信号と乗算して、左積信号を提供し、前記フィルタリングされたモノ音響サラウンド信号を、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記左サラウンド信号の大きさの比に関係する左係数信号と乗算して、右積信号を提供するステップと、
前記モノ音響サラウンド信号を前記フィルタリングされたモノ音響信号と差動的に合成し、差動モノ音響信号を提供するステップと、
前記フィルタリングされたモノ音響信号を前記左積信号と差動的に合成し、差動左積信号を提供するステップと、
前記フィルタリングされたモノ音響信号を前記右積信号と差動的に合成し、差動右積信号を提供するステップと、
前記差動モノ音響信号を前記差動左積信号と累積的に合成し、累積左積信号を提供するステップと、
前記差動モノ音響信号を前記差動右積信号と累積的に合成し、累積右積信号を提供するステップと、
前記左前方信号を前記累積左積信号と累積的に合成し、前記左送信信号の成分を提供するステップと、
前記右前方信号を前記累積右積信号と累積的に合成し、前記右送信信号の成分を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも、左サラウンド信号、右サラウンド信号、左前方信号及び右前方信号を含む複数の信号を、左送信信号と右送信信号との立体音響対にダウンミキシングする方法であって、
前記左サラウンド及び右サラウンド信号を加算し、モノ音響サラウンド信号を提供するステップと、
前記モノ音響サラウンド信号をフィルタリングし、聴取者の頭部の周囲の回折パターンに関係する特性を有するフィルタリングされたモノ音響信号を提供するステップと、
前記フィルタリングされたモノ音響サラウンド信号を、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記右サラウンド信号の大きさの比に関係する右係数信号と乗算して、左積信号を提供し、前記フィルタリングされたモノ音響サラウンド信号を、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記左サラウンド信号の大きさの比に関係する左係数信号と乗算して、右積信号を提供するステップと、
前記モノ音響サラウンド信号を前記左積信号と差動的に合成し、差動左信号を提供するステップと、
前記モノ音響サラウンド信号を前記右積信号と差動的に合成し、差動右信号を提供するステップと、
前記左前方信号を前記差動左信号と累積的に合成し、前記左送信信号の成分を提供するステップと、
前記右前方信号を前記差動右信号と累積的に合成し、前記右送信信号の成分を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項３】
前記複数の信号は、更に、中央前方信号を含んでおり、
前記中央前方信号を前記左前方信号及び前記累積左積信号と累積的に合成し、前記左送信信号の成分を形成するステップと、
前記累積右積信号を差動的に合成するとともに、前記中央前方信号と前記右前方信号とを累積的に合成し、前記右送信信号の成分を形成するステップと、
を更に含む、請求項１記載の複数の信号をダウンミキシングする方法。
【請求項４】
少なくとも、左サラウンド信号、右サラウンド信号、左前方信号及び右前方信号を含む複数の信号を、左送信信号と右送信信号との立体音響対にダウンミキシングする装置であって、
左サラウンド入力と右サラウンド入力とを有しており、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号とをそれぞれ受け取り、モノ音響サラウンド信号を提供する第１加算器と、
前記第１加算器に結合されており、聴取者の頭部の周囲の回折パターンに関係する特性を有するフィルタリングされたモノ音響信号を提供するフィルタと、
前記フィルタに結合された１つの入力と、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記右サラウンド信号の大きさの比に関係する右係数信号を受け取るように構成及び配置された第２の入力とを有し、左積信号を提供する左乗算器と、
前記フィルタに結合された１つの入力と、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記左サラウンド信号の大きさの比に関係する左係数信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有し、右積信号を提供する右乗算器と、
前記第１加算器及び前記フィルタに結合され、前記モノ音響サラウンド信号を前記フィルタリングされたモノ音響信号と差動的に合成し、差動モノ音響信号を提供する第２加算器と、
前記左乗算器に結合され、前記フィルタリングされたモノ音響信号を前記左積信号と差動的に合成し、差動左積信号を提供する第３加算器と、
前記右乗算器に結合され、前記フィルタリングされたモノ音響信号を前記右積信号と差動的に合成し、差動右積信号を提供する第４加算器と、
前記差動モノ音響信号を前記差動左積信号と累積的に合成し、累積左積信号を提供する第５加算器と、
前記差動モノ音響信号を前記差動右積信号と累積的に合成し、累積右積信号を提供する第６加算器と、
前記第５加算器に結合され前記累積左積信号を受け取るように構成及び配置された入力と、前記左前方信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有しており、前記左送信信号を提供する左出力コンバイナと、
前記第６加算器に結合され前記累積右積信号を受け取るように構成及び配置された入力と、前記右前方信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有しており、前記右送信信号を提供する右出力コンバイナと、
を備えた装置。
【請求項５】
前記複数の信号は、更に、中央前方信号を含んでおり、
前記左出力コンバイナは、前記中央前方信号を前記左前方信号及び前記累積左積信号と累積的に合成し、前記左送信信号の成分を形成し、
前記右出力コンバイナは、前記累積右積信号を差動的に合成するとともに、前記中央前方信号と前記右前方信号とを累積的に合成し、前記右送信信号の成分を形成する、
請求項４記載の装置。
【請求項６】
少なくとも、左サラウンド信号、右サラウンド信号、左前方信号及び右前方信号を含む複数の信号を、左送信信号と右送信信号との立体音響対にダウンミキシングする装置であって、
左サラウンド入力と右サラウンド入力とを有しており、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号とをそれぞれ受け取り、モノ音響サラウンド信号を提供する加算器と、
前記加算器に結合されており、聴取者の頭部の周囲の回折パターンに関係する特性を有するフィルタリングされたモノ音響信号を提供するフィルタと、
前記フィルタに結合された１つの入力と、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記右サラウンド信号の大きさの比に関係する右係数信号を受け取るように構成及び配置された第２の入力とを有し、左積信号を提供する左乗算器と、
前記フィルタに結合された１つの入力と、前記左サラウンド信号と前記右サラウンド信号との大きさの和に対する前記左サラウンド信号の大きさの比に関係する左係数信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有し、右積信号を提供する右乗算器と、
前記左乗算器に結合され、前記モノ音響サラウンド信号を前記左積信号と差動的に合成し、差動左信号を提供する左差動加算器と、
前記右乗算器に結合され、前記モノ音響サラウンド信号を前記右積信号と差動的に合成し、差動右信号を提供する右差動加算器と、
前記左差動加算器に結合され前記差動左信号を受け取るように構成及び配置された入力と、前記左前方信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有しており、前記左送信信号を提供する左出力コンバイナと、
前記右差動加算器に結合され前記差動右信号を受け取るように構成及び配置された入力と、前記右前方信号を受け取るように構成及び配置された別の入力とを有しており、前記右送信信号を提供する右出力コンバイナと、
を備えた装置。
【請求項７】
前記左出力コンバイナと前記右出力コンバイナによる合成が音響的に実行される、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、広くは、サラウンド・サウンド(surround sound)の復号化に関し、更に詳しくは、可変の数のチャネルを従来のステレオフォニック（立体音響）の左右のチャネル対にダウンミキシング(down-mixing)する新規な装置及び技術に関する。この従来の立体音響の左右のチャネル対は、立体音響対として再生されると、当初の左右のチャネル・サラウンド信号の指向性情報（directional information）を保存する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的なサラウンド・サウンド信号には、少なくとも、左前方、中央前方、右前方、左後方及び右後方の信号が含まれる。典型的なアプローチでは、これらの信号を、２つの信号に合成する。これら２つの信号は、典型的には、左前方信号、右前方信号、中央の信号及び元の左後方及び右後方信号の和を表すモノフォニック（モノ音響）の後方信号を回復するように復号化される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の重要な目的は、サラウンド信号を処理するための改良された装置及び技術を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、可変の数のチャネルを、立体音響対として再生されると元の左右のチャネル・サラウンド信号（左右の後方チャネル信号とも称される）の指向性情報を保存する、従来の立体音響の左右のチャネル対にダウンミキシングすることに存する。他の特徴は、既存のマトリクス・サラウンド・サウンド・デコーダ技術との後方互換性を提供し、それによって、このデコーダ技術は、符号化されたサラウンド・チャネル信号とそれぞれの指向性情報とを実質的に引き出すことができる点に存する。
【０００５】
ダウンミキシング装置は、典型的には、元の左右のチャネル・サラウンド信号を単一のモノ音響対に加算する加算器と、時間平均をとった元の左右のチャネル・サラウンド信号の大きさの絶対値を表す絶対値信号を提供するレベル検出器とを含む。フィルタが、加算器の出力に結合されており、モノ音響の和信号をフィルタリングするように構成及び配列され、典型的には、約２ｋＨｚの周波数における伝達特性の１つの実極（real pole）と、約１ｋＨｚの周波数における１つの実零点（real zero）とを有する。フィルタリングされた和信号に第１及び第２の時間変動する係数信号Ａ１及びＡ２をそれぞれ乗算するように構成された１対の可変ゲイン要素が存在しうる。第１の係数信号は、右チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさを、左チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさと右チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさとの和で除算した値を表す。第２の係数信号は、左チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさを、左チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさと右チャネルのサラウンド信号の時間平均した大きさとの和で除算した値を表す。第１及び第２の乗算器が、第１及び第２の出力積信号ＨsA1及びＨsA2を与える。減算器が、時間変動する積信号ＨsA1及びＨsA2をフィルタリングされていないモノ音響の和信号から減算して、２つの符号化可能な信号１−ＨsA1及び１−ＨsA2を生じる。次に、これらの２つの符号化可能な信号は、典型的には、前方中心信号及び左右の信号の少なくとも一方と合成され、左右の送信された信号ＬＴ及びＲＴから構成されるステレオ対を提供する。これらは、左右のラウドスピーカにそれぞれ結合されて、聴取者によって、左右のサラウンド信号における指向性情報を含むものとして知覚される成分を再生する変換されたサラウンド信号を提供する。
【０００６】
本発明の重要な側面は、それらの大きさの和に対して正規化された大きさであるのが典型的である大きさを有する左右のサラウンド信号の時間変動する表現を提供することと、これらの時間変動する表現を少なくとも左前方及び右前方の信号と合成して立体音響対を提供することとに存する。
【０００７】
本発明のこれ以外の特徴、目的及び効果は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことによって、明らかになるはずである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
ここで、図面、特に図１を参照すると、本発明によるスプリット・サウンド・チャネルとヘッド・シェーディング（head shading）フィルタとを用いたマトリクス符号化（エンコード）の論理的構成を図解するブロック図が示されている。この装置は、左サラウンド入力１１、右サラウンド入力１２、左入力１３、中央入力端子１４及び右入力１５のそれぞれにおける、左サラウンド、右サラウンド、左前方、中央前方及び右前方信号を合成して、左右のサラウンド信号によって搬送（伝送）される指向性情報を維持する、ＬＴ出力１６及びＲＴ出力１７において送信される立体音響対を形成する左送信及び右送信信号を提供する。左サラウンド入力１１と右サラウンド入力１２とは、サラウンド信号を累積的に合成するコンバイナ２１に結合され、更に、Ｌｓ検出器（ディテクタ）２２とＲｓ検出器２３とにそれぞれ結合され、左サラウンド信号と右サラウンド信号との大きさ［Ｌｓ］及び［Ｒｓ］をそれぞれ表す信号をそれぞれの出力において提供する。
【０００９】
コンバイナ２１の出力は、差動増幅器２４のプラス（＋）入力に結合され、この差動増幅器２４の出力は、それ自身のマイナス（−）入力、コンバイナ２５のマイナス入力、コンバイナ２６のプラス入力、コンバイナ２７のプラス入力及び左右の乗算器３１及び３２の入力に結合されている。また、コンバイナ２１の出力は、コンバイナ２５のプラス入力に結合されている。コンバイナ２５の出力は、左右の中間コンバイナ３２及び３３のプラス入力に結合されている。
【００１０】
左乗算器３１の他方の入力は、左サラウンド信号Ｌｓと右サラウンド信号Ｒｓとの大きさの和に対する右サラウンド信号Ｒｓの大きさの比である信号を受け取り、左入力コンバイナ２６のマイナス入力に与えられる積信号を提供する。右乗算器３２は、左右のサラウンド信号Ｌｓ及びＲｓの大きさの和に対する左サラウンド信号Ｌｓの大きさの比に関係する信号を受け取り、右入力コンバイナ２７のマイナス入力に与えられる積信号を提供する。
【００１１】
左入力コンバイナ２６の出力は、左中間コンバイナ３２のプラス入力に結合される。右入力コンバイナ２７の出力は、右中間コンバイナ３３のプラス入力に結合される。左出力コンバイナ３４は、左入力１３、左中間コンバイナ３２の出力、ＬＦＥ入力３５及び中央入力１４に結合されたプラス入力を有している。
【００１２】
右出力コンバイナ３６は、右入力１５、ＬＦＥ入力３５及び中央入力１４に結合されたプラス入力と、右中間コンバイナ３３の出力に結合されたマイナス入力とを有する。左右の出力コンバイナ３４及び３６の出力は、左送信及び右送信出力１６及び１７にそれぞれ結合される。
【００１３】
左右の送信出力ＬＴ１６及びＲＴ１７は、左右の増幅器１８Ｌ及び１８Ｒをそれぞれ付勢させる。左右の増幅器１８Ｌ及び１８Ｒは、左右のラウドスピーカ１９Ｌ及び１９Ｒをそれぞれ付勢し、聴取者によって、左サラウンド及び右サラウンド信号Ｌｓ及びＲｓによって特徴付けられる指向性特性を有するものとして知覚されるサラウンド・サウンドを再生する。
【００１４】
Ｌs検出器２２とＲs検出器２３との出力は、加算され、大きさ［Ｌs］＋［Ｒs］の和を形成し、Ｒs検出器２３の出力は、この和信号によって除算され、左乗算器３１への入力を提供する。Ｌs検出器２２の出力は、この和信号によって除算され、右乗算器３２に与えられる乗算器信号を提供する。
【００１５】
図２を参照すると、本発明の別の実施例が示されている。この実施例では、用いる素子の数がより少ない。対応する要素は、複数の図面で同じ参照符号によって識別されている。本発明のこの実施例では、コンバイナ２５、２６及び２７が削除され、乗算器３１及び３２の出力が、中間コンバイナ３２’、３３’それぞれのマイナス入力に結合されている。
【００１６】
図１及び図２の両方の実施例は、共に、コンバイナ２１の出力と差動増幅器２４のプラス入力とを相互に結合するヘッド・シェーディング・フィルタ４１を含んでいる。
【００１７】
図３を参照すると、ヘッド・シェーディング・フィルタの効果が示されている。そして、図の上側には、頭部の平面図が与えられ、左耳に対する−９０度での入射から、右耳に対する＋９０度での入射まで、そして、頭部の後方に対する０度での入射が示されている。図３は、−９０度で入射するサウンド・エネルギに対する有効な周波数応答を示しているが、左スピーカの有効な周波数応答は、実質的に一様であり、右スピーカの場合は、約１ｋＨｚに亘って実質的に−６ｄＢであるが、１０ｋＨｚでは、−２０ｄＢまで低下している。
【００１８】
図４は、−６７．５度で入射するサウンドに対する有効な応答を示しており、左スピーカは、約２ｋＨｚに亘って約０．５ｄＢ上昇し、１０ｋＨｚに向かって、０に戻っている。右スピーカの有効な応答は、約６００Ｈｚまで約３．５ｄＢ下まわっており、１０ｋＨｚでは、１２ｄＢを僅かに下回るまで徐々に低下している。
【００１９】
−４５度の角度で入射するサウンド・エネルギについて図５を参照すると、左スピーカの有効な応答は、１ｋＨｚに亘って、約１ｄＢ上昇し、１０ｋＨｚにおける約−０．５ｄＢに向かって、徐々に減少している。右スピーカの有効な応答は、約５００Ｈｚに亘って約１．５ｄＢ下まわっており、１０ｋＨｚにおけるほぼ８ｄＢまで減少する。
【００２０】
−２２．５度の角度で入射するサウンド・エネルギについて図６を参照すると、左スピーカは、１ｋＨｚに亘って、約１ｄＢ上昇し、１０ｋＨｚにおける約１．５ｄＢに向かって、徐々に減少している。右スピーカは、約５００Ｈｚまでは０ｄＢを僅かに下まわっており、１０ｋＨｚにおける約５ｄＢまで徐々に減少している。
【００２１】
０度で入射するサウンド・エネルギについて図７を参照すると、左スピーカと右スピーカとの有効な応答は、同じであり、１ｋＨｚまでは０ｄＢを若干上回っており、１０ｋＨｚにおける２ｄＢを僅かに下まわる値まで徐々に減少する。
【００２２】
ヘッド・シェーディング・フィルタ４１は、典型的には、２ｋＨｚにおける１つの実極と１ｋＨｚにおける１つの実零点とを有しており、システムのそれ以外の要素と協動して作用し、入力１１及び１２において左右のサラウンド信号によって伝送される後方のサラウンド情報に対して図３ないし図７において示された周波数応答を有効に達成する。
【００２３】
図８を参照すると、従来のモノラル・サラウンド・デコーダ及び１次のヘッド・シェーディング・フィルタと共に用いる修正されたマトリクス・リエンコーダ（re-encoder）である、本発明の別の実施例の論理的構成を図解するブロック図が示されている。入力１１’における復号化されたＬ信号が、Ｌ検出器２２’と、左出力信号コンバイナ３４’の一方の入力とを付勢する。入力１２’における復号化されたＲ信号が、Ｒ検出器２３’と、右出力信号コンバイナ３６’の一方の入力とを付勢する。入力２１における復号化されたＳ信号が、ネットワーク４１を介して、演算増幅器２４’を付勢する。演算増幅器２４’の出力は、左乗算器３１’の一方の入力と、右乗算器３２’の一方の入力とを付勢する。左乗算器３１’の他方の入力は、信号を受け取るが、この信号は、Ｌ検出器２２’とＲ検出器２３’との出力を加算することによって提供される復号化された左信号Ｌと復号化された右信号Ｒとの大きさの和に対するＲ検出器２３’によって提供される右入力信号Ｒの大きさの比に対応している。右乗算器３２’の他方の入力は、信号を受け取るが、この信号は、Ｌ検出器２２’とＲ検出器２３’との出力を加算することによって提供される復号化されたＬ信号と復号化されたＲ信号との大きさの和に対する復号化された左信号Ｌの大きさの比に対応している。左乗算器３１’からの左積信号は、入力コンバイナ３２”の入力２１における復号化されたＳ信号と差動的に合成され、左出力信号コンバイナ３４’の第２の入力を付勢する出力を提供する。右乗算器３２’からの右積信号は、右入力コンバイナ３３’の端子２１における復号化されたＳ信号と差動的に合成され、右出力信号コンバイナ３６’のマイナス入力を付勢する出力を提供する。信号コンバイナ３４’及び３６’の第３の入力は、入力１４において中央Ｃ信号を受け取り、ライン１６及び１７それぞれの上に、ＬＴ及びＲＴ信号をそれぞれ提供する。
【００２４】
図９を参照すると、図８の実施例の修正されたブロック図が示されており、ここでは、信号が、音響的に合成されて、左送信信号ＬＴと右送信信号ＲＴとを表すサウンド信号を提供する。図８及び図９では、対応する要素は同じ参照符号によって識別され、違いだけが記載されている。
【００２５】
左入力コンバイナ３２”と右入力コンバイナ３３”との出力は、左出力信号コンバイナ３４’と右信号出力コンバイナ３６’との入力に与えられるのではなく、これらの出力は、第１の左ラウドスピーカ・ドライバ３０Ｌ１と第１の右ラウドスピーカ・ドライバ３０Ｒ１とにそれぞれ結合される。左出力信号コンバイナ３４”と右出力信号コンバイナ３６”との出力は、第２の左ラウドスピーカ・ドライバ３０ａＬ２と第２の右ラウドスピーカ・ドライバ３０Ｒ２とにそれぞれ結合される。左出力信号コンバイナ３４”と右出力信号コンバイナ３６”とは、単に、ライン１４上の中央信号を、端子１１’上の復号化されたＬ信号及び端子１２’上の復号化されたＲ信号それぞれと合成するだけである。ラウドスピーカ・ドライバは、次に、図９のシステムにおいて音響的な合成を実行する。これは、図８において、左出力信号コンバイナ３４’と右出力信号コンバイナ３６’とによって実行される電気的な合成と同等である。
【００２６】
以上で、可変の数のチャネルを従来の立体音響の左右のチャネル対にダウンミキシングする新規な装置及び技術であって、この左右のチャネル対は、立体音響対として再生されると、元の左右のチャネル・サラウンド信号の指向性情報を保存し、他方で、既存のマトリクス・サラウンド・サウンド・デコーダ技術との後方互換性も同時に提供し、それによって、従来のサラウンド・サウンド・デコーダは、符号化されたサラウンド・チャネル信号とそれに対応する指向性情報とを実質的に引き出すことができる、新規な装置及び技術を説明した。この技術分野の当業者であれば、本発明の概念から逸脱せずに、ここで開示された特定の装置及び技術から生じる多くの使用や修正を行うことができることは理解すべきである。結果として、本発明は、ここで開示された装置又は技術の中の存在する又はそれらに含まれる特徴のそれぞれのすべての新規な特徴及び新規な組合せを包含するように解釈されるべきであり、冒頭の特許請求の範囲の精神と範囲とによってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の論理的構成を図解するブロック図であり、スプリット・サラウンド・チャネルを備えたマトリクス符号化と１次のヘッド・シェーディング・フィルタとを有している。
【図２】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図３】−９０度の入射角に対してヘッド・シェーディング・フィルタによって有効に導入された左右のスピーカの周波数応答のグラフィカルな表現である。
【図４】−６７．５度の入射角に対する同様の周波数応答特性を示している。
【図５】−４５度の入射角に対する同様の周波数応答特性を示している。
【図６】−２２．５度の入射角に対する同様の周波数応答特性を示している。
【図７】０度の入射角に対する同様の周波数応答特性を示している。
【図８】本発明の実施例の論理的構成のブロック図であり、従来のモノラル・サウンド・デコーダと共に用いる修正されたマトリクス再符号化と１次のヘッド・シェーディング・フィルタとを有している。
【図９】図８の実施例の修正されたブロック図であり、ＬＴ及びＲＴのサウンド信号特性を提供するように、信号が、音響的に結合されている。
【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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