DE2019520A1 - Bone conduction microphone - Google Patents
Bone conduction microphoneInfo
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Description
Patentanwalt
Dipl. Phys. Leo T h u 1Patent attorney
Dipl. Phys. Leo T hu 1
7000 Stuttgart-Peuerbach
Postfach7000 Stuttgart-Peuerbach
P.O. Box
W. D. Cragg - 33W.D. Cragg - 33
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New YorkINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, New York
KnochenleitungsmikrofonBone conduction microphone
Die Erfindung betrifft ein Knochenleitungsmikrofon oder -hörer.The invention relates to a bone conduction microphone or earphone.
Die bekannten Knochenleitungsmikrofone, die nach dem Prinzip des Trägheitsbeschleunigungsmessers konstruiert sind, nehmen nur den im rechten Winkel auf ihre Aufnahmeplatte auftreffenden Schall auf. Die Vibration des menschlichen Kopfes beim Sprechen weist einige radiale Anteile, z.B. im rechten Winkel zur Oberfläche verlaufende, auf; diese sind aber nicht die einzigen oder die grössten Anteile. Ausserdem treten örtliche Biegungen und Umfangsstreckungen in der Oberfläche des Kopfes und in anderen betroffenen Hautoberflächen auf.The well-known bone conduction microphones, which are constructed on the principle of the inertial accelerometer, take only the one that hits its mounting plate at a right angle Sound up. The vibration of the human head when speaking has some radial components, e.g. in the right At an angle to the surface; however, these are not the only or the largest proportions. Also kick local bends and circumferential elongations in the surface of the head and in other affected skin surfaces.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Knochenleitungsmikrofon % zu schaffen, das alle Bewegungen des Kopfes beim Sprechen und gleichzeitig keine Nebengeräusche aus der Luft aufnimmt.The object of the invention is to create a bone conduction microphone% which picks up all movements of the head while speaking and at the same time does not pick up any background noises from the air.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Knochenleitungsmikrofon ein piezo-elektrisches Wandlerelement enthält, das aus einer piezo-elektrischen Platte mit Elektroden auf jeder Hauptoberfläche und einer darauf angebrachten zweiten Platte gleicher akustischer Steifheit besteht.According to the invention, this is achieved in that the Bone conduction microphone is a piezo-electric transducer element which consists of a piezo-electric plate with electrodes on each major surface and one attached to it second plate consists of the same acoustic stiffness.
Vorteilhafterweise ist dabei die zweite Platte eine flexible metallene Platte, die aus Aluminium, Messing oder Nickelelsen
besteht. Sie kann auch aus einer piezo-elektrlschen Platte
mit auf jeder Hauptoberfläche aufgebrachten Elektroden
bestehen.
20.4.!97O Wr/Wa 009846/1290 . _A The second plate is advantageously a flexible metal plate made of aluminum, brass or nickel cores. It can also consist of a piezoelectric plate with electrodes applied to each major surface.
April 20! 97O Wr / Wa 009846/1290. _ A
W.D. Cragg -33 - 2 -W.D. Cragg -33 - 2 -
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden piezoelektrischen Platten in entgegengesetzter Richtung polarisiert und zwei Drahtanschlüsse , einer an jeder äusseren Elektrode, angebracht· Es ist auch möglich, dass die beiden piezo-elektrischen Platten gleich polarisiert und zwei Drahtanschlüsse, je einer an die äusseren Elektroden und ein weiterer an die gemeinsame innere Elektrode, angebracht sind. Das Material für die Platten besteht aus einem piezoelektrischen keramischen Material, beispielsweise aus einem Gemisch aus Blei- und Zirkoniuratitanat.In one embodiment of the invention, the two are piezoelectric Plates polarized in opposite directions and two wire connections, one on each outer Electrode, attached · It is also possible that the two piezo-electric plates polarized equally and two Wire connections, one each to the outer electrodes and another to the common inner electrode, attached are. The material for the plates consists of a piezoelectric ceramic material, for example from a Mixture of lead and zirconium titanate.
Vorteilhaft ist ferner, dass die Dicke der piezo-elektrischen Platte nicht mehr als o,25 Millimeter beträgt und die freie Oberfläche der piezo-elektrischen Platte mit einer Schutzschicht aus einem gummiähnlichen Material, beispielsweise Silikonkautschuk oder Butylgummi, bedeckt ist, das eine mit Knochen vergleichbare mechanische Impedanz aufweist. Das Wandlerelement kann aber auch total in einer Hülle aus einem gummiähnlichen Material eingesetzt sein; wobei die Hülle für ein Anbringen an einen Tragbügel geeignet ist.It is also advantageous that the thickness of the piezoelectric plate is no more than 0.25 millimeters and the free one Surface of the piezo-electric plate with a protective layer made of a rubber-like material, for example Silicone rubber or butyl rubber, which has a mechanical impedance comparable to bone. That The transducer element can also be totally in a shell from a rubber-like material be used; wherein the sheath is suitable for attachment to a support bracket.
Wesentlich ist ferner, dass das Wandler element so federrflin einen Ohreinsatz eingebaut ist, dass es in Kontakt mit der Knockenstruktur des inneren Ohres gelangt. Dabei ist es fest ™ an einem federnden Teil des Ohreinsatzes befestigt.It is also essential that the transducer element is so springy an ear tip is built in so that it comes into contact with the knuckle structure of the inner ear. It is firm ™ attached to a resilient part of the ear tip.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:The invention is described with reference to drawings. It shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines KnochenleitungsmikrofonsFig. 1 is a side view of a bone conduction microphone
in einer ersten Ausführung;in a first embodiment;
Pig. 2 und 3 eine Seitenansicht einer Variante des Knochenleitungsmikrofons
in einer zweiten Ausführung; Pig. 4 eine Einkapselungsart für die Knochenleitungsmikrofone
nach Fig. 1 bis 3;
Pig. 5 eine weitere Einkapselungsart;Pig. 2 and 3 a side view of a variant of the bone conduction microphone in a second embodiment; Pig. 4 shows a type of encapsulation for the bone conduction microphones according to FIGS. 1 to 3;
Pig. 5 shows another type of encapsulation;
• A• A
0 098A6/12000 098A6 / 1200
W.D. Cragg -33 - 3 -W.D. Cragg -33 - 3 -
Fig. 6 und T eine Vorder- und eine Seitenansicht einer Vorrichtung für im Ohr zu tragende Mikrofone und6 and T show a front and a side view of a device for microphones to be worn in the ear
Fig. 8 eine weitere Variante einer Vorrichtung für Mikrofone nach Fig. 1 bis 3·8 shows a further variant of a device for microphones according to Fig. 1 to 3
In Fig. 1 ist ein dünnes Plättchen 1 aus piezo-elektrischem keramischen Material (ein Gemisch aus Blei und Zirkoniuratitanat) mit auf die Hauptoberflächen aufgedampften Elektroden 2 und 3 dargestellt. Das Material der Elektroden besteht beispielsweise aus Gold, Chrom-Nickel oder Silber und ist in innigem Kontakt mit der Plättchenoberfläche. Nach dem Aufbringen der Elektroden wird das Plättchen dadurchIn Fig. 1 is a thin plate 1 made of piezo-electric ceramic material (a mixture of lead and zirconium titanate) with electrodes vapor-deposited on the main surfaces 2 and 3 shown. The material of the electrodes consists for example of gold, chrome-nickel or silver and is in intimate contact with the platelet surface. After applying the electrodes, the platelet is thereby
polarisiert, dass es mit den Elektroden an eine Spannung von ™ 25 Kilovolt pro Zentimeter Plättchendicke gelegt wird, so dass während des radialen Streckens des Plättchens eine Spannungsdifferenz an ihm anliegt.polarized that it is connected to the electrodes at a voltage of ™ 25 kilovolts per centimeter of platelet thickness is applied, so that during the radial stretching of the plate there is a voltage difference across it.
Die Elektroden 2 und 3 bedecken die gesamte betreffende Oberfläche des Plättchens bis zum Rand und nach dem Anbringen von Drahtanschlüssen 4 und 5 wird es mechanisch« beispielsweise durch einen Epoxydkleber, mit einem dünnen, flexiblen metallischen Plättchen aus Aluminium, Messing oder Nickeleisen» beispielsweise Permaloy D, verbunden. Das Plättchen 6 weist die gleiche Dicke und Steife und den gleichen akustischen Widerstand wie das Plättchen 1 auf. Das Plättchen 1 Λ ist so dünn, wie es mit gewöhnlichen Mitteln gemacht werden kann, ungefähr o,oo5 bis o,o25 Zentimeter; ist das Plättchen dicker, so arbeitet das damit ausgerüstete Mikrofon zwar noch, aber die Vorteile der Kleinheit gehen verloren. Der Durchmesser der Plättchen 1 und 6 beträgt ungefähr 25,4 Millimeter (1 inch), wobei der Bereich von einigen bis ungefähr 5o Millimetern reicht.The electrodes 2 and 3 cover the entire surface of the plate in question up to the edge and after attaching wire connections 4 and 5 it is mechanically "for example by an epoxy adhesive, with a thin, flexible metallic plate made of aluminum, brass or nickel iron" for example Permaloy D. , tied together. The plate 6 has the same thickness and rigidity and the same acoustic resistance as the plate 1. The plate 1 Λ is as thin as it can be done by ordinary means, about o, oo5 to o, o25 centimeters; if the plate is thicker, the microphone equipped with it will still work, but the advantages of its small size are lost. The diameter of platelets 1 and 6 is approximately 25.4 millimeters (1 inch) with a range from a few to about 50 millimeters.
Die zusammengesetzten Plättchen 1, 6 mit den Elektroden 2 und 3 und den Drahtanschlüssen 4 und 5 ergeben das Grund-The assembled plates 1, 6 with the electrodes 2 and 3 and the wire connections 4 and 5 result in the basic
0098^6/1200 -A0098 ^ 6/1200 -A
W.D. Cragg - 35 - 4 -W.D. Cragg - 35 - 4 -
mikrofon, das durch Anlegen des metallenen Plättchens 1 an einen geeigneten Teil des menschlichen Kopfes, z.B. an die Stirn oder den Backenknochen, oder durch Einsetzen unter einen Kopfbügel, gebraucht werden kann. Die Drahtanschlüsse 4 und 5 werden normalerweise an einen dazugehörenden Verstärker angeschlossen, dabei ist der Anschluss so vorzunehmen, dass das metallene Plättchen 6, das in Berührung mit der Haut steht, auf Erdpotential liegt.microphone, which by placing the metal plate 1 on a suitable part of the human head, e.g. on the Forehead or cheekbones, or by placing it under a headband. The wire connections 4 and 5 are usually connected to an associated amplifier connected, the connection is to be made so that the metal plate 6 that is in contact with the skin is at earth potential.
Statt ein metallenes Plättchen 6 an ein polarisiertes und mit Elektroden versehenes piezoelektrisches Plättchen 1 anzukleben, wird ein zweites derartiges Plättchen an das erste Plättchen 1 angeklebt. Die beiden Plättchen sind gleich dick und von gleichem akustischen Widerstand.Instead of a metal plate 6 on a polarized piezoelectric plate 1 provided with electrodes to glue, a second such plate is glued to the first plate 1. The two tiles are the same thick and of equal acoustic resistance.
Ein so aufgebautes Mikrofon ist in Fig. 2 dargestellt. Das zweite Plättchen 7 besteht aus piezoelektrischem keramischen Material (ein Gemisch aus Blei- und Zirkoniumtitanat) mit auf die Hauptoberflächen aufgedampften Elektroden 8 und Das Material der Elektroden besteht beispielsweise aus Gold, Chrom-Nickel oderSilber und ist in innigem Kontakt mit der Plättchenoberfläche. Nach dem Aufbringen der Elektroden 8 und 9 wird das Plättchen 7 durch Anlegen der Elektroden an eine Spannung von 25 Kilovolt pro Zentimeter Plättchendicke polarisiert.A microphone constructed in this way is shown in FIG. That second plate 7 consists of piezoelectric ceramic material (a mixture of lead and zirconium titanate) with Electrodes 8 and vapor-deposited on the main surfaces The material of the electrodes consists, for example, of gold, Chrome-nickel or silver and is in intimate contact with the platelet surface. After applying the electrodes 8 and 9 becomes the wafer 7 by applying the electrodes to a voltage of 25 kilovolts per centimeter of wafer thickness polarized.
Das polarisierte Plättchen 7 wird mit seiner Hauptoberfläche auf die Hauptoberfläche des Plättchens 1 geklebt, so dass die angrenzenden Elektroden > und 8 sich leitend verbinden. Das Plättchen 7 ist dabei so auf das Plättchen 1 geklebt, dass die jeweilige Polarisation entgegengesetzt ist (Fig.2) und zwei Drahtanschlüsse Io und 11 zum weiteren externen 35o Anschluss an den äusseren Elektroden 2 und 9 angebracht sind.The polarized plate 7 is with its main surface glued to the main surface of the wafer 1 so that the adjacent electrodes> and 8 conductively connect. The plate 7 is glued to the plate 1 in such a way that that the respective polarization is opposite (Fig. 2) and two wire connections Io and 11 are attached to the outer electrodes 2 and 9 for further external connection are.
0098/.6/ 12000098 / .6 / 1200
W.D. Cragg -33 - 5 -W.D. Cragg -33 - 5 -
Alternativ kann das Plättchen 7 auch so auf das Plättchen 1 aufgeklebt sein, dass die jeweilige Polarisation gleich ist (Fig.3); dann sind drei Drahtanschlüsse 12 (an der Elektrode 2), 13 (gemeinsam an den Elektroden 3 und 9) und 14 (an der Elektrode 8) vorhanden, wobei die Drahtanschlüsse 12 und 14 zusammengeführt sind und einen äusseren Anschluss bilden. Die Elektrode, die in Berührung mit der Haut kommt, soll auf Erdpotential gelegt werden. Das Mikrofon kann auch, wie in Fig. 4 gezeigt und mit 1 bezeichnet, eingekapselt werden, wobei alle Mikrofontypen, wie zu den Pig. 1 bis 3 vorstehend beschrieben, eingeschlossen werden können, da die Einkapselung durch eine dünne Einhüllung 15 aus einem ä Alternatively, the plate 7 can also be glued onto the plate 1 in such a way that the respective polarization is the same (FIG. 3); then there are three wire connections 12 (on electrode 2), 13 (together on electrodes 3 and 9) and 14 (on electrode 8), the wire connections 12 and 14 being brought together and forming an external connection. The electrode that comes into contact with the skin should be connected to earth potential. The microphone can also be encapsulated, as shown in FIG. 4 and denoted by 1, whereby all microphone types, as for the Pig. 1 to 3 described above, can be included, since the encapsulation by a thin envelope 15 made of an Ä
gummiartigen Plastikmaterial, beispielsweise Silikonkautschuk oder Butylgummi, geschieht, an das ein Kopfgeschirr oder -bügel 16 angebracht ist. Die Dicke der Einhüllung liegt oberhalb der Hauptoberflächen im Bereich von 0,13 bis o,25 Millimeter.rubber-like plastic material, for example silicone rubber or butyl rubber, happens to be attached to a head harness or headband 16 is attached. The thickness of the envelope is in the range from 0.13 to 0.25 millimeters above the main surfaces.
Die zusammengebauten Plättchen, piezoelektrische Keramik auf Metall oder auf piezoelektrische Keramik, sind ein Wandler für Biegungen und Umfangsstreckungen. Zum Gebrauch wird es teilweise oder ganz weich auf die Haut gelegt, wo das Fleisch über den Knochen nicht zu dick ist, beispielsweise an der Stirn oder den Backenknochen und zwar so, dass das metallene Plättchen oder das zweite piezoelektrische Plättchen die Haut berührt.The assembled plates, piezoelectric ceramic on metal or on piezoelectric ceramic, are a transducer for bends and circumferential extensions. To use it is placed partially or completely soft on the skin where the meat is is not too thick over the bone, for example on the forehead or the cheekbones and in such a way that the metal Plate or the second piezoelectric plate touches the skin.
Dieser geschlossene mechanische Kontakt mit dem Kopf hat zusammen mit der wirksamen Erregung durch die Vibrationen beim Sprechen ein interessantes Ergebnis: äussere Luftgeräusche erzeugen keine grösseren Bewegungen im Mikrofon als auf der Haut. Xm Gegensatz zu einem Wandler mit einer freien trägen Masse, der auf von aussen ungedämpft durch die Berührung mit dem Kopf wirkenfte/Reaktionen zeigt. Es wurde gefunden, dass Knochenleitungsmikrofone der in den Fig.l bis beschriebenen Art bei äusseren Geräuschen einen um 2o dB tiefer liegenden Ausgangswert als die Mikrofone mit einerThis closed mechanical contact with the head has together with the effective excitation from the vibrations An interesting result when speaking: external air noises do not generate any larger movements in the microphone than on the skin. In contrast to a converter with a free inertial mass that is undamped from the outside by the Head touch worked / shows reactions. It was found that bone conduction microphones of the type described in FIGS lower output value than the microphones with a
35 trägen Masse aufweisen.35 have inert mass.
0098A6/12000098A6 / 1200
•A• A
W.D. Cragg - 55 - 6 -W.D. Cragg - 55 - 6 -
Sogar eine weitere Geräuschminderung (um nochmals Io dB) ergibt sich, wenn auf der äusseren Oberfläche des piezoelektrischen Plättchens 1 eine feste Schicht aus einem gummiartigen Plastikmaterial aufgebracht 1st, wodurch der direkte Schall abgehalten und nur Bewegungen vom Kopf aufgenommen werden.Even a further noise reduction (by another Io dB) results when on the outer surface of the piezoelectric plate 1 a solid layer of a Rubber-like plastic material is applied, which prevents direct sound and only moves the head be included.
Diese aussere Lage kann auch die Rückseite eines anderen ungekapselten Mikrofones sein oder, wie in Fig. 5 gezeigt, das Mikrofon wird in die einkapselnde Hülle aus gummiartigem Plastikmaterial, wobei die Verdickung der Rückseite 17 der Hülle über dem Plättchen 1 ungefähr 6 Millimeter beträgt, aufgenommen. Dadurch weist die Hülle für die von aussen kommenden Töne bei Gebrauch auf dem Kopf eine charakteristische mechanische Scheinwiderstands-Anpassung an den Kopf auf, so dass keine Reflexion der äusseren Töne auftritt und daher auch keine Reaktionen auf direkten äusseren Schall vorkommen.This outer layer can also be the back of another unencapsulated microphone or, as shown in FIG. 5, the microphone is accommodated in the encapsulating sheath made of rubber-like plastic material, the thickening of the back 17 of the sheath over the plate 1 being approximately 6 millimeters . As a result, the shell has a characteristic mechanical impedance adaptation to the head for the sounds coming from outside when used on the head, so that no reflection of the external sounds occurs and therefore no reactions to direct external sound occur.
Dem zusammengesetzten Plättchen-Wandler ist solch ein mechanischer Scheinwiderstand gegeben, dass er mit dem des Schädels vergleichbar ist und seine Grundresonanz in das Sprachband fällt. Hieraus leitet sich die Grosse des zusammengesetzten Plättchens von ungefähr 25 Millimeter Durchmesser und o,25 Millimeter Dicke ab.The composite wafer transducer is such a mechanical one Impedance given that it is comparable to that of the skull and its basic resonance into the Voice band falls. From this derives the greatness of the compound Platelets about 25 millimeters in diameter and 0.25 millimeters thick.
Mit einem Mikrofon, das in den Abmessungen am unteren Ende des vorher erwähnten Grössenbereiches liegt, ist es möglich, das Mikrofon in das Ohr des Benutzers zu plazieren.With a microphone that is at the lower end of the aforementioned size range, it is possible to place the microphone in the user's ear.
In Fig. 6 und 7 1st ein derartiges im Ohr zu tragendes Mikrofon dargestellt. Der Ohreinsatz 8, aus jedem brauchbaren steifen Plastikmaterial hergestellt, ist von solch einer Form,In Figs. 6 and 7 there is one such to be worn in the ear Microphone shown. The ear tip 8, made of any useful rigid plastic material, is of such a shape that
J5o dass er von selbst durch einen ungefähr 1 Zentimeter langenJ5o that it goes by itself by about an inch long
IQ
Vorsprung, der in den Ohrkanal greift, fest in den Win- IQ
Protrusion that engages in the ear canal, firmly in the win-
.A.A
0098 U6/12000098 U 6/1200
W.D. Cragg - 33 - 7 -W.D. Cragg - 33 - 7 -
düngen der Ohrmuschel hält. Das Knochenleitungsmikrofon ist eine kleine Waffel 2o, die entweder rund mit einem Durchmesser von 4 Millimeter oder elliptisch mit Achsen von 5 und 3 Millimeter ausgebildet und in einer Ausnehmung auf der einen Seite des VorSprunges I9 montiert ist. Sie wird rückseitig durch geeignete mechanische Speichermittel 21, beispielsweise eine Federanordnung, gehalten, so dass die Waffel 2o beim Einsatz im Ohr mit einer Kraft von ungefähr 5o bis loo Pond auf eine Seite des Ohrkanales drückt,fertilize the auricle. The bone conduction microphone is a small waffle 2o that is either round with a diameter of 4 millimeters or elliptical with axes of 5 and 3 millimeters and formed in a recess one side of the projection I9 is mounted. she will on the back by suitable mechanical storage means 21, for example a spring arrangement, held so that the Wafer 2o when used in the ear with a force of approximately 5o to loo Pond presses on one side of the ear canal,
In einer alternativen Anordnung, gezeigt in Fig. 8, besteht der Ohreinsatz 18 aus einem elastischen Plastikmaterial und der Vorsprung I9 ist während des Ausformens gebildet, so dass ein einstückiger Einsatz entsteht, und mit einer Zacke 22 versehen, um die geforderte, federnde Kraft auf die Waffel 2o ausüben zu können. Die Waffel 2o ist in eine Ausnehmung auf einer Seite des elastischen Vorsprunges 19 eingesetzt, wobei die Ausnehmung während des Ausformens des Ohreinsatzes gebildet wird und eine äussere stützende Oberfläche 23 für die Waffel 2o und dahinter eine Lufttasche 24 aufweist.In an alternative arrangement, shown in Fig. 8, the ear tip 18 is made of a resilient plastic material and the protrusion 19 is formed during molding to form an integral insert and with a prong 22 provided in order to be able to exert the required resilient force on the wafer 2o. The wafer 2o is in a recess inserted on one side of the elastic projection 19, the recess during the molding of the ear insert is formed and an outer supporting surface 23 for the wafer 2o and an air pocket 24 behind it.
Die Waffel 2o ist fest auf der stützenden Oberfläche 23 aufgesetzt und wird an einem Ende durch den Zacken 22 bewegt. Die nach aussen weisende Oberfläche der Waffel und die Zacke werden von einem dünnen einkapselnden Film überdeckt.The wafer 2o is firm on the supporting surface 23 and is moved by the prong 22 at one end. The outward facing surface of the wafer and the prong are covered by a thin encapsulating film.
Es ist klar, dass das Arbeiten des Mikrofons als ein Empfänger durch Anlegen von elektrischen Signalen an die Elektroden über die Drahtanschlüsse erreicht wird. Für einen als Plättchen geformten Empfänger liegen die Abmessungen am besten über 25 Millimeter, beispielsweise bei 5o Millimeter, für eine optimale Leistung bei einer äusseren Berührung mit dem Kopf.It is clear that the microphone works as a receiver by applying electrical signals to the Electrodes through the wire connections is reached. For a receiver shaped as a plate, the dimensions are at best over 25 millimeters, for example at 50 millimeters, for optimal performance in external contact with the head.
13 Patentansprüche13 claims
1 Blatt Zeichnung mit 8 Figuren1 sheet of drawing with 8 figures
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0500985A1 (en) * | 1991-02-27 | 1992-09-02 | Masao Konomi | Bone conduction microphone mount |
Also Published As
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IL34068A (en) | 1973-06-29 |
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JPS4823005B1 (en) | 1973-07-10 |
FR2040447A1 (en) | 1971-01-22 |
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