JP6819775B2 - 音響処理装置および音響処理装置の制御方法 - Google Patents

音響処理装置および音響処理装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、音響信号を処理する技術に関する。
音響信号を2値信号に変調するPWM(Pulse Width Modulation)回路と、変調後の2値信号によりスイッチ動作するスイッチ回路と、スイッチ回路からの出力信号における高域成分を低減する低域通過フィルタとを具備するD級増幅器が従来から提案されている。ハーフブリッジ型(シングルエンド型)のD級増幅器においては、低域通過フィルタを構成するインダクタからの回生電流により、電源電圧の平滑用のキャパシタが過充電される場合がある。その結果、電源電圧が変動する現象(以下「電源パンピング現象」という)が発生し得る。
特許文献1には、入力音響信号の低域成分を低減する高域通過フィルタの遮断周波数を制御することで、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するD級電力増幅装置が開示されている。具体的には、電源電圧の変動を監視することで、電源パンピング現象が発生したか否かが判定される。電源パンピング現象が発生した場合に、高域通過フィルタの遮断周波数を段階的に上昇させることで、当該電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。
特許第5233309号公報
しかし、特許文献1の技術では、電源パンピング現象の発生時に高域通過フィルタの係数を時系列に算定する必要があるから、処理負荷が大きいという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明の好適な態様は、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減(理想的には解消)するための負荷を軽減することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを生成する信号処理部と、前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態との一方から他方に遷移する出力制御部と、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部と、前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部に電源パンピング現象が発生しているか否かまたは前記電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する状態判定部と、前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する動作制御部とを具備する。
本発明の好適な態様は、音響処理装置の制御方法であって、前記音響処理装置は、音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを生成する信号処理部と、前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態との一方から他方に遷移する出力制御部と、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部とを具備し、前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部に電源パンピング現象が発生しているか否かまたは前記電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定し、前記判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する。
本発明の第1実施形態に係る音響システムの構成図である。 電力増幅装置の構成図である。 電源パンピング現象および電圧指標値の説明図である。 電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。 第1高域通過フィルタおよび第2高域通過フィルタの周波数応答である。 状態判定部および出力制御部の動作の説明図である。 制御装置が実行する動作のフローチャートである。 第2実施形態において電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。 第2実施形態における制御装置が実行する動作のフローチャートである。 第2実施形態における状態判定部および出力制御部の動作の説明図である。 変形例における音響処理装置の構成図である。 変形例における音響処理装置の構成図である。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態における音響システム100の構成図である。図1に例示される通り、第1実施形態の音響システム100は、楽音または音声等の各種の音を再生するコンピュータシステムであり、信号供給装置11と音響処理装置12と放音装置13とを具備する。音響システム100の任意の2以上の要素は一体に構成され得る。例えば、信号供給装置11を音響処理装置12に搭載することも可能である。
信号供給装置11は、音声または楽音等の各種の音を表すデジタルの音響信号Xを音響処理装置12に供給する信号源である。例えば、可搬型または内蔵型の記録媒体から音響信号Xを読出す再生装置が信号供給装置11の好例である。また、周囲の音を収音して音響信号Xを生成する収音装置、または、他装置から通信網を介して音響信号Xを受信する通信装置を信号供給装置11として利用してもよい。
音響処理装置12は、信号供給装置11から供給される音響信号Xを処理することで音響信号Zを生成する。放音装置13は、例えばスピーカまたはヘッドホンであり、音響処理装置12が生成した音響信号Zが表す音を再生する。
図1に例示される通り、音響処理装置12は、制御ユニット20と信号処理回路30とD/A変換器40と電力増幅装置50とを具備する。信号供給装置11から出力された音響信号Xは信号処理回路30に供給される。なお、信号供給装置11からアナログの音響信号Xが出力される場合には、音響信号XがA/D変換器(図示略)によりアナログからデジタルに変換されたうえで信号処理回路30に供給される。
制御ユニット20は、音響処理装置12の各要素を制御するコントローラであり、制御装置21と記憶装置22とを具備する。制御装置21は、例えばCPU(Central Processing Unit)等の演算処理回路であり、記憶装置22に記憶されたプログラムを実行することで信号処理回路30と電力増幅装置50とを制御する。記憶装置22は、制御装置21が実行するプログラムと制御装置21が使用する各種のデータとを記憶する。例えば半導体記録媒体または磁気記録媒体等の公知の記録媒体、または複数種の記録媒体の組合せが記憶装置22として使用され得る。
信号処理回路30は、例えば音響処理用のDSP(Digital Signal Processor)で構成され、信号供給装置11から供給される音響信号Xに対して信号処理を実行することで音響信号Y0を生成する。例えば、音響信号Xを複数の帯域に分割するクロスオーバー処理、音響信号Xを遅延させる遅延処理、音響信号Xの周波数特性を調整するイコライザ処理、音響信号Xの電圧範囲を制限するリミッタ処理、または、ハウリングを抑制するためのハウリング抑制処理が、信号処理回路30による信号処理として例示される。なお、信号処理回路30の一部または全部の機能を制御装置21により実現することも可能である。
図1のD/A変換器40は、信号処理回路30が生成したデジタルの音響信号Y0をアナログの音響信号Y1に変換する。電力増幅装置50は、音響信号Y1の増幅により音響信号Zを生成する。電力増幅装置50による増幅後の音響信号Zが放音装置13に供給される。
図2は、電力増幅装置50の構成図である。図2に例示される通り、第1実施形態の電力増幅装置50は、D級増幅部51と電源供給部52と電圧検出部53とを具備する。D級増幅部51は、D/A変換器40から供給される音響信号Y1を増幅することで音響信号Zを生成する。電源供給部52は、D級増幅部51に電源を供給する。具体的には、正側の電源電圧Vpと負側の電源電圧Vmとが電源供給部52からD級増幅部51に供給される。電圧検出部53は、電源供給部52がD級増幅部51に供給する電源電圧Vpおよび電源電圧Vmを検出する。具体的には、電圧検出部53は、例えば、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmの各々を表すデジタルデータを生成するA/D変換器(図示略)を含んで構成される。
図2に例示される通り、電源供給部52は、正側電源521と負側電源522と平滑キャパシタ523と平滑キャパシタ524とを含んで構成される。正側電源521は正側の電源電圧Vpを生成し、負側電源522は負側の電源電圧Vmを生成する。平滑キャパシタ523は、電源電圧Vpを平滑する容量であり、平滑キャパシタ524は、電源電圧Vmを平滑する容量である。例えば電解キャパシタが平滑キャパシタ523および平滑キャパシタ524として好適に利用される。
図2に例示される通り、第1実施形態のD級増幅部51は、ハーフブリッジ型(シングルエンド型)のデジタルアンプであり、変調回路511とスイッチ回路512と低域通過フィルタ513とを含んで構成される。変調回路511は、音響信号Y1に対するパルス幅変調によりPWM(Pulse Width Modulation)信号Y2を生成する。PWM信号Y2は、音響信号Y1のレベルに応じたデューティ比で変動する2値信号である。具体的には、音響信号Y1と三角波との比較によりPWM信号Y2を生成する三角波比較型(他励発振型)のPWM回路、または、負帰還による自励発振でPWM信号Y2を生成する自励発振型のPWM回路が、変調回路511として好適に利用される。
スイッチ回路512は、変調回路511が生成したPWM信号Y2をスイッチング動作により増幅することで増幅信号Y3を生成する。第1実施形態のスイッチ回路512は、駆動回路550と第1スイッチ551と第2スイッチ552とを含む。第1スイッチ551および第2スイッチ552の各々は、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のスイッチング素子である。第1スイッチ551は正側電源521と出力点Nとの間に介在し、第2スイッチ552は負側電源522と出力点Nとの間に介在する。駆動回路550は、変調回路511が生成したPWM信号Y2に応じて第1スイッチ551および第2スイッチ552の何れかをオン状態に制御する。具体的には、駆動回路550は、PWM信号Y2がハイレベルであれば第1スイッチ551をオン状態に制御し、PWM信号Y2がローレベルであれば第2スイッチ552をオン状態に制御する。第1スイッチ551がオン状態に制御されると電源電圧Vpが出力点Nに印加され、第2スイッチ552がオン状態に制御されると電源電圧Vmが出力点Nに印加される。すなわち、出力点Nに生成される増幅信号Y3は、PWM信号Y2と同様のデューティ比で電源電圧Vpおよび電源電圧Vmの一方から他方に変動する矩形波である。
低域通過フィルタ513は、D級増幅部51が生成した増幅信号Y3の高域成分(例えば変調回路511の発振周波数を含む帯域成分)を低減することで音響信号Zを出力する。すなわち、増幅信号Y3のうち可聴帯域を含む低域成分が音響信号Zとして抽出される。図2に例示される通り、低域通過フィルタ513は、キャパシタCfとインダクタLfとを含んで構成される。
以上に例示した構成のD級増幅部51においては、電源パンピング現象が発生し得る。電源パンピング現象は、低域通過フィルタ513のインダクタLfからの回生電流により平滑キャパシタ523および平滑キャパシタ524が過充電されることで、図3に例示される通り、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmが変動する現象である。D級増幅部51から負荷(放音装置13)に正弦波が供給される場合を仮定すると、電源パンピング現象に起因した電源電圧Vmの変動量ΔVは、以下の数式(1)で表現される。なお、数式(1)では電源電圧Vmの変動量を例示するが、電源電圧Vpにも同様の変動が発生し得る。
Figure 0006819775
数式(1)の記号Vsは、正弦波の電圧の最大値[V]であり、記号Vddは、電源電圧Vpまたは電源電圧Vmの絶対値である。記号fは、正弦波の周波数[Hz]である。また、記号Cは、平滑キャパシタ524の容量値[F]であり、記号RLは、負荷抵抗[Ω]である。数式(1)から理解される通り、D級増幅部51から出力される音響信号Zの周波数が低いほど、電源電圧Vpまたは電源電圧Vmの変動量ΔV(すなわち電源パンピング現象の影響)が増加するという傾向がある。したがって、D級増幅部51による増幅前の音響信号Xにおける低域成分を低減することで、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減することが可能である。以上の事情を考慮して、第1実施形態では、電源パンピング現象が発生している場合に音響信号Xの低域成分を低減する。
図4は、音響処理装置12のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。図4に例示される通り、第1実施形態の信号処理回路30は、音響信号Xの低域成分を低減する低域低減部31を含む。低域低減部31が処理する音響信号Xは、信号処理回路30内において前述の各種の信号処理で生成された信号である。
図4に例示される通り、第1実施形態の低域低減部31は、信号処理部32と出力制御部33とを具備する。信号処理部32は、第1高域通過フィルタ(HPF:High-Pass Filter)321と第2高域通過フィルタ322とを含んで構成される。第1高域通過フィルタ321は、図5に破線で例示される通り、音響信号Xにおいて第1周波数F1を下回る成分を低減することで第1信号X1を出力する。他方、第2高域通過フィルタ322は、図5に実線で例示される通り、音響信号Xにおいて第2周波数F2を下回る成分を低減することで第2信号X2を出力する。
図5に例示される通り、第2周波数F2は第1周波数F1よりも高い周波数である(F2>F1)。例えば、第1周波数F1は、3Hz以上かつ20Hz以下の範囲内の所定値に設定され、第2周波数F2は、20Hz以上かつ100Hz以下の範囲内の所定値に設定される。第1高域通過フィルタ321および第2高域通過フィルタ322の各々は、例えば4次のフィルタで構成される。したがって、第1高域通過フィルタ321および第2高域通過フィルタ322の各々の周波数応答における減衰域の勾配は24dB/Octである。以上の説明から理解される通り、第1実施形態の信号処理部32は、音響信号Xにおいて第1周波数F1を下回る成分が低減された第1信号X1と、音響信号Xにおいて第1周波数F1よりも高い第2周波数F2を下回る成分が低減された第2信号X2とを生成する。
図4の出力制御部33は、第1高域通過フィルタ321が出力する第1信号X1と第2高域通過フィルタ322が出力する第2信号X2との加重和を音響信号Y0として出力する。具体的には、出力制御部33は、乗算部331と乗算部332と加算部333とを具備する。乗算部331は、第1信号X1に対して加重値(1−α)を乗算する。乗算部332は、第2信号X2に対して加重値αを乗算する。加算部333は、乗算部331の出力信号と乗算部332の出力信号とを加算することで音響信号Y0を生成する。すなわち、音響信号Y0は、以下の数式(2)で表現される。
Figure 0006819775
第2信号X2の加重値αは0以上かつ1以下の範囲内で変動し得る数値である。第信号X1の加重値(1−α)も同様に0以上かつ1以下の範囲内で変動し得る。加重値αおよび加重値(1−α)の一方が増加するほど他方は減少する。加重値αが0に設定されると、出力制御部33は、第1信号X1を音響信号Y0として出力する状態(以下「第1状態」という)となる。他方、加重値αが1に設定されると、出力制御部33は、第2信号X2を音響信号Y0として出力する状態(以下「第2状態」という)となる。加重値αが制御されることで、出力制御部33は、第1状態および第2状態の一方から他方に遷移する。第2状態では、第2周波数F2を下回る成分が低減された第2信号X2が出力制御部33から出力される。したがって、第1状態と比較して、D級増幅部51から放音装置13に供給される音響信号Zの低域成分が低減され、結果的に電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。
図4に例示される通り、第1実施形態の制御装置21は、記憶装置22に記憶されたプログラムを実行することで、状態判定部61および動作制御部62として機能する。なお、制御装置21の機能の一部または全部を信号処理回路30で実現することも可能である。
状態判定部61は、電源供給部52に電源パンピング現象が発生しているか否かを判定する。第1実施形態の状態判定部61は、図2の電圧検出部53が検出した電源電圧Vpおよび電源電圧Vmに応じて、電源パンピング現象が実際に発生しているか否かを判定する。具体的には、状態判定部61は、電源電圧Vpと電源電圧Vmとに応じた電圧指標値Qを閾値と比較することで電源パンピング現象の有無を判定する。
図3には、電圧指標値Qの時間変化が、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmの時間変化に併記されている。図3に例示される通り、電圧指標値Qは、電源電圧Vpと電源電圧Vmの絶対値|Vm|とのうちの大きい方(最大値max{Vp,|Vm|})を時間軸上で平滑した数値である。例えば、最大値max{Vp,|Vm|}の時系列から公知のエンベロープフィルタにより生成される包絡線上の数値が電圧指標値Qとして算定される。
以上の説明から理解される通り、電源パンピング現象により電源電圧Vpまたは電源電圧Vmが所定値から変動するほど電圧指標値Qは大きい数値となる。すなわち、電圧指標値Qが大きいほど電源パンピング現象の可能性が高いと評価できる。第1実施形態の状態判定部61は、電圧指標値Qが第1閾値Ta1よりも高くなった場合に電源パンピング現象が発生したと判定し、電圧指標値Qが第2閾値Ta2よりも低くなった場合に電源パンピング現象が解消したと判定する。図3に例示される通り、第1閾値Ta1は第2閾値Ta2を上回る所定値である(Ta1>Ta2)。
図6は、状態判定部61および出力制御部33の動作の説明図である。状態判定部61による判定結果を示す状態情報Pの時間変化が図6には例示されている。図6に例示される通り、状態判定部61は、電圧指標値Qが第1閾値Ta1を跨いで上昇した場合(電源パンピング現象が発生した場合)に状態情報Pを1に設定し、電圧指標値Qが第2閾値Ta2を跨いで低下した場合(電源パンピング現象が解消した場合)に状態情報Pを0に設定する。すなわち、状態情報Pは、電源パンピング現象が発生しているか否かを示す情報(フラグ)である。
動作制御部62は、出力制御部33が音響信号Y0の生成に適用する加重値αを状態判定部61による判定結果に応じて制御する。図6に例示される通り、状態判定部61による判定結果が否定から肯定に変化した場合(すなわち、状態情報Pが0から1に変化した場合)、動作制御部62は、所定長の遷移期間V1の始点から終点にかけて加重値αを経時的に増加させる。具体的には、遷移期間V1において、第1信号X1の加重値(1−α)は1から0に直線的に減少し、第2信号X2の加重値αは0から1に直線的に増加する。すなわち、第1信号X1のフェードアウトと第2信号X2のフェードインとが並行するクロスフェードが実現される。以上の例示の通り、出力制御部33は、第1信号X1を出力する第1状態(α=0)から第2信号X2を出力する第2状態(α=1)まで遷移期間V1内で徐々に遷移する。
他方、状態判定部61による判定結果が肯定から否定に変化した場合(すなわち、状態情報Pが1から0に変化した場合)、動作制御部62は、所定長の遷移期間V2の始点から終点にかけて加重値αを経時的に減少させる。具体的には、遷移期間V2において、第1信号X1の加重値(1−α)は0から1に直線的に増加し、第2信号X2の加重値αは1から0に直線的に減少する。すなわち、第1信号X1のフェードインと第2信号X2のフェードアウトとが並行するクロスフェードが実現される。したがって、出力制御部33は、第2信号X2を出力する第2状態(α=1)から第1信号X1を出力する第1状態(α=0)まで遷移期間V2内で徐々に遷移する。なお、遷移期間V1および遷移期間V2の各々の時間長は任意である。例えば遷移期間V2は、遷移期間V1よりも長い時間長に設定される。具体的には、遷移期間V1は例えば10ミリ秒以下の時間長に設定され、遷移期間V2は例えば100ミリ秒以下の時間長に設定される。
図7は、制御装置21(状態判定部61および動作制御部62)が実行する動作のフローチャートである。例えば所定の周期で発生する割込を契機として図7の処理が開始される。図7の処理を開始すると、状態判定部61は、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmのデータを電圧検出部53から取込み(Sa1)、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmに応じた電圧指標値Qを算定する(Sa2)。
状態判定部61は、状態情報Pが1であるか否かを判定する(Sa3)。状態情報Pが1である場合(Sa3:YES)、すなわち、電源パンピング現象が既に発生している場合、状態判定部61は、電圧指標値Qが第2閾値Ta2を下回るか否かを判定する(Sa4)。すなわち、状態判定部61は、電源パンピング現象が解消したか否かを判定する。電圧指標値Qが第2閾値Ta2を上回る場合(Sa4:NO)、すなわち、電源パンピング現象が継続している場合、状態判定部61は、状態情報Pを1に維持する(Sa5)。
他方、状態情報Pが0に設定された状態(Sa3:NO)では、電源パンピング現象は発生していない。また、状態情報Pが1に設定された状態で、電圧指標値Qが第2閾値Ta2を下回る場合(Sa4:YES)には、直前に発生した電源パンピング現象が解消したと推定される。以上のように電源パンピング現象が発生していない状態(Sa3:NO,Sa4:YES)では、状態判定部61は、電圧指標値Qが第1閾値Ta1を上回るか否かを判定する(Sa6)。
電圧指標値Qが第1閾値Ta1を上回る場合(Sa6:YES)、すなわち、電源パンピング現象が発生した場合、状態判定部61は、状態情報Pを1に設定する(Sa5)。他方、電圧指標値Qが第1閾値Ta1を下回る場合(Sa6:NO)、すなわち、電源パンピング現象が発生していない場合、状態判定部61は、状態情報Pを0に設定する(Sa7)。
以上の手順により電圧指標値Qに応じて状態情報Pを維持または更新すると、状態判定部61は、状態情報Pが1であるか否かを判定する(Sa8)。すなわち、状態判定部61は、電源供給部52に電源パンピング現象が発生しているか否かを判定する。
状態情報Pが1である場合(Sa8:YES)、すなわち電源パンピング現象が発生している場合、動作制御部62は、加重値αを1に設定するための処理を実行する(Sa9)。すなわち、出力制御部33を第2状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部33が既に第2状態(α=1)にある場合、動作制御部62は、加重値αを1に維持する。出力制御部33が第1状態(α=0)にある場合、図6を参照して説明した通り、動作制御部62は、遷移期間V1の始点から終点にかけて加重値αを0から1まで経時的に増加させる。すなわち、出力制御部33は第1状態から第2状態に遷移する。
他方、状態情報Pが0である場合(Sa8:NO)、すなわち電源パンピング現象が発生していない場合、動作制御部62は、加重値αを0に設定するための処理を実行する(Sa10)。すなわち、出力制御部33を第1状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部33が既に第1状態(α=0)にある場合、動作制御部62は、加重値αを0に維持する。出力制御部33が第2状態(α=1)にある場合、図6を参照して説明した通り、動作制御部62は、遷移期間V2の始点から終点にかけて加重値αを1から0まで経時的に減少させる。すなわち、出力制御部33は第2状態から第1状態に遷移する。
以上に説明した通り、出力制御部33は、状態判定部61による判定結果が否定である場合(電源パンピング現象が発生していない場合)に第1状態に制御され、状態判定部61による判定結果が肯定である場合(電源パンピング現象が発生している場合)に第2状態に制御される。第2状態では、第1周波数F1よりも高い第2周波数F2を下回る成分が低減された第2信号X2が出力制御部33から出力されるため、第1状態と比較して電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。
第1実施形態では、出力制御部33が第1状態および第2状態の一方から他方に遷移するから、音響信号Xを処理する高域通過フィルタの遮断周波数を電源パンピング現象の有無に応じて変更する必要はない。具体的には、第1実施形態では、1個の加重値αを変化させる非常に簡便な制御により、電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。したがって、高域通過フィルタの遮断周波数を変化させる特許文献1の技術と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという利点がある。
ところで、第1高域通過フィルタ321と第2高域通過フィルタ322との周波数応答(特に位相特性)の相違に起因して、第1信号X1と第2信号X2とでは位相が相違する可能性がある。したがって、第1信号X1と第2信号X2とを出力制御部33が選択的に切替える構成では、出力制御部33から出力される音響信号Y0のレベルが切替の時点で不連続に変動し、異音(例えば“プツ”という雑音)の原因となる可能性がある。第1実施形態では、第1信号X1の加重値(1−α)の経時的な増加に並行して第2信号X2の加重値αが経時的に減少し、第1信号X1の加重値(1−α)の経時的な減少に並行して第2信号X2の加重値αが経時的に増加する。すなわち、第1信号X1と第2信号X2とがクロスフェードされる。したがって、第1信号X1と第2信号X2との位相の相違に起因した異音を低減できるという利点もある。
また、電源パンピング現象が発生しているか否かが電源電圧Vpおよび電源電圧Vmに応じて判定される。したがって、電源供給部52に実際に発生している電源パンピング現象による電源電圧の変動を有効に低減できるという利点がある。第1実施形態では特に、電源パンピング現象の発生を検出するための第1閾値Ta1が、電源パンピング現象の解消を検出するための第2閾値Ta2を上回る。したがって、電圧指標値Qが第2閾値Ta2よりも高くなった場合に電源パンピング現象が発生したと判定する構成と比較して、電源パンピング現象が過度に検出される可能性が低減される。また、電圧指標値Qが第1閾値Ta1よりも低くなった場合に電源パンピング現象が解消したと判定する構成と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を充分に低減できるという利点がある。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を説明する。なお、以下に例示する各構成において作用または機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
前掲の数式(1)を参照して前述した通り、D級増幅部51から出力される音響信号Zの周波数が低いほど電源パンピング現象は発生し易い。したがって、信号供給装置11から供給される音響信号Xの低域成分の強度(例えば音量またはパワー)が高いほど、電源パンピング現象が発生し易いという傾向がある。
以上の傾向を考慮して、第2実施形態では、音響信号Xにおける低域成分の強度が閾値を上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定する。すなわち、第1実施形態では、電源電圧Vpおよび電源電圧Vmを解析することで、電源パンピング現象が実際に発生していることを検出するのに対し、第2実施形態では、音響信号Xの低域成分を解析することで、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否か(実際に電源パンピング現象が発生しているか否かは不問)を判定する。なお、電源パンピング現象による電源電圧の変動の低減に電源電圧Vpおよび電源電圧Vmを利用する構成および動作は、第2実施形態では省略される。例えば、第1実施形態で例示した電圧検出部53は省略される。
図8は、第2実施形態における音響処理装置12のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動の低減に関連する要素の構成図である。第2実施形態における信号処理部32の第2高域通過フィルタ322は、第1実施形態と同様に、音響信号Xにおいて第2周波数F2を下回る成分を低減することで第2信号X2を出力する。図8に例示される通り、第2高域通過フィルタ322は、2次のフィルタ351と2次のフィルタ352とで構成される4次のフィルタである。後段のフィルタ352が出力した第2信号X2が出力制御部33に供給される。
図8に例示される通り、第1実施形態の音響処理装置12は減算部71を具備する。減算部71は、第2高域通過フィルタ322のフィルタ351が出力した高域信号Xhを、第2高域通過フィルタ322による処理前の音響信号Xから減算することで、低域信号Sを生成する。フィルタ351が出力する高域信号Xhは、音響信号Xのうち第2周波数F2を上回る高域成分に相当する。したがって、音響信号Xから高域信号Xhを減算することで生成された低域信号Sは、音響信号Xのうち第2周波数F2を下回る低域成分に相当する。なお、第2高域通過フィルタ322(フィルタ352)が出力した第2信号X2を高域信号Xhとして減算部71に供給することも可能である。
第2実施形態の状態判定部61は、音響信号Xにおける低域成分の強度(以下「低域強度」という)Lに応じて、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する。具体的には、状態判定部61は、減算部71が生成した低域信号Sの低域強度Lを閾値と比較することで、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する。低域強度Lは、例えば低域信号Sから公知のエンベロープフィルタにより生成される包絡線上の数値である。前述の通り、低域強度Lが大きいほど電源パンピング現象が発生し易いという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第2実施形態の状態判定部61は、低域強度Lが所定の閾値Tbよりも高くなった場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定する。
図9は、第2実施形態の制御装置21(状態判定部61および動作制御部62)が実行する動作のフローチャートであり、図10は、制御装置21の動作の説明図である。例えば所定の周期で発生する割込を契機として図9の処理が開始される。図9の処理を開始すると、状態判定部61は、減算部71が生成する低域信号Sを取込み(Sb1)、低域強度Lを算定する(Sb2)。
状態判定部61は、低域強度Lが閾値Tbを上回るか否かを判定する(Sb3)。低域強度Lが閾値Tbを上回る場合(Sb3:YES)、すなわち、電源パンピング現象が発生する可能性がある場合、動作制御部62は、加重値αを1に設定するための処理を実行する(Sb4)。すなわち、出力制御部33を第2状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部33が既に第2状態(α=1)にある場合、動作制御部62は、加重値αを1に維持する。出力制御部33が第1状態(α=0)にある場合、動作制御部62は、図10に例示される通り、所定長の遷移期間V1の始点から終点にかけて加重値αを0から1まで経時的に変化させる。すなわち、出力制御部33は第1状態から第2状態に遷移する。
他方、低域強度Lが閾値Tbを下回る場合(Sb3:NO)、すなわち、電源パンピング現象が発生しないと推定される場合、動作制御部62は、加重値αを0に設定するための処理を実行する(Sb5)。すなわち、出力制御部33を第1状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部33が既に第1状態(α=0)にある場合、動作制御部62は、加重値αを0に維持する。他方、出力制御部33が第2状態(α=1)にある場合、動作制御部62は、図10に例示される通り、所定長の遷移期間V2の始点から終点にかけて加重値αを1から0まで経時的に減少させる。すなわち、出力制御部33は第2状態から第1状態に遷移する。
以上に説明した通り、第2実施形態では、加重値αを変化させる簡便な制御により、出力制御部33が第1状態および第2状態の一方から他方に遷移する。したがって、第1実施形態と同様に、高域通過フィルタの遮断周波数を変化させる特許文献1の技術と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという利点がある。また、第1信号X1と第2信号X2とがクロスフェードされるから、第1実施形態と同様に、第1信号X1と第2信号X2との位相の相違に起因した異音を低減できるという利点もある。
また、第2実施形態では、音響信号Xにおける低域成分の強度(低域強度L)が閾値Tbを上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定される。したがって、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理(出力制御部33を第2状態に制御する処理)を実行することが可能である。すなわち、第2実施形態によれば、電源パンピング現象の発生を未然に防止できるという利点がある。
<変形例>
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様を併合してもよい。
(1)前述の形態では、第1信号X1と第2信号X2とをクロスフェードした。しかし、第1信号X1と第2信号X2との位相の相違に起因した異音が特段の問題とならない場合には、第1信号X1と第2信号X2とを選択的に音響信号Y0として出力制御部33が出力してもよい。すなわち、第1信号X1と第2信号X2との加重和の演算および第1信号X1と第2信号X2とのクロスフェードを省略してもよい。
例えば、第1信号X1と第2信号X2との何れかを選択するスイッチが出力制御部33として利用される。状態判定部61による判定結果が肯定である場合には第1信号X1を出力する第1状態となり、判定結果が否定である場合には第2信号X2を出力する第2状態となるように、動作制御部62は出力制御部33を制御する。以上の構成においても、高域通過フィルタの遮断周波数を変化させる特許文献1の技術と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという効果は実現される。以上の説明から理解される通り、本発明の好適な態様に係る動作制御部62は、状態判定部61による判定結果が否定である場合に出力制御部33を第1状態に制御し、判定結果が肯定である場合に出力制御部33を第2状態に制御する要素として包括的に表現される。第1状態および第2状態の一方から他方に徐々に遷移する構成が基本的には好適であるが、第1状態および第2状態の一方から他方に瞬間的に遷移させてもよい。
(2)前述の各形態では、信号処理部32が第1高域通過フィルタ321と第2高域通過フィルタ322とを具備する構成を例示したが、第1高域通過フィルタ321を省略してもよい。例えば、低域低減部31による処理前の信号処理のなかで第1周波数F1を下回る成分が低減される構成では、図11の例示の通り、第1高域通過フィルタ321が低域低減部31から省略される。すなわち、第1周波数F1を下回る成分が低減された音響信号Xが音響信号X1として出力制御部33に供給される。
(3)第2実施形態では、第2高域通過フィルタ322の一部(フィルタ351)を、第2信号X2の生成と低域信号Sの生成とに兼用したが、第2信号X2の生成とは別個の要素により低域信号Sを生成してもよい。例えば、図12に例示される通り、第1高域通過フィルタ321とは別個の低域通過フィルタ(LPF:Low-Pass filter)72により、音響信号Xの低域成分を抽出した低域信号Sを生成してもよい。低域通過フィルタ72は、例えば第1周波数F1または第2周波数F2を下回る低域成分(例えば3Hz以上かつ100Hz以下の範囲内の適切な周波数を下回る成分)を表す低域信号Sを生成する。なお、前述の第2実施形態では、音響信号Xから第2信号X2を生成する第2高域通過フィルタ322(フィルタ351)が、電源パンピング現象の判定に利用される低域信号Sの生成に流用される。したがって、第2高域通過フィルタ322とは別個の低域通過フィルタ72により低域信号Sを生成する図12の構成と比較して、音響処理装置12の構成が簡素化されるという利点がある。
また、第1高域通過フィルタ321が生成した第1信号X1、または、複数次の第1高域通過フィルタ321を構成する一部のフィルタ(例えば最終段以外のフィルタ)が生成した信号を、高域信号Xhとして減算部71に供給してもよい。以上の構成では、第1周波数F1を下回る低域成分を表す低域信号Sが減算部71により生成される。
(4)前述の各形態では、第1信号X1の加重値(1−α)と第2信号X2の加重値αとを直線的に変化させたが、加重値αおよび加重値(1−α)の変化の態様は以上の例示に限定されない。具体的には、加重値αおよび加重値(1−α)の各々を曲線的に変化させてもよい。また、前述の各形態では、加重値αを0から1まで変化させる構成を例示したが、加重値αの最小値(第2値の例示)および最大値(第1値の例示)は以上の例示に限定されない。例えば加重値αの最小値を0に近い正数(例えば0.1)とした構成、または、加重値αの最大値を1に近い数値(例えば0.9)とした構成も採用される。
(5)第1実施形態では、電源パンピング現象が実際に発生しているか否かを電圧指標値Qに応じて判定(第1判定)し、第2実施形態では、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを音響信号Xの低域強度Lに応じて判定(第2判定)したが、第1判定と第2判定とを併用してもよい。具体的には、状態判定部61は、電源パンピング現象が実際に発生しているか否かを電源電圧Vpおよび電源電圧Vmに応じて判定し(第1判定)、かつ、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを低域信号Sに応じて判定する(第2判定)。動作制御部62は、第1判定および第2判定の少なくとも一方の判定結果が肯定である場合に、出力制御部33を第2状態に制御し、第1判定および第2判定の双方の判定結果が否定である場合に出力制御部33を第1状態に制御する。
(6)以上に例示した形態から、例えば以下の構成が把握される。
<態様1>
本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを生成する信号処理部と、前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態との一方から他方に遷移する出力制御部と、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部と、前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部に電源パンピング現象が発生しているか否かまたは電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する状態判定部と、前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する動作制御部とを具備する。以上の態様では、状態判定部による判定結果が否定である場合(具体的には、電源供給部に電源パンピング現象が発生していない場合、または、電源パンピング現象が発生する可能性がない場合)に、出力制御部が第1状態に制御される。他方、状態判定部による判定結果が肯定である場合(具体的には、電源供給部に電源パンピング現象が発生している場合、または、電源パンピング現象が発生する可能性がある場合)に、出力制御部が第2状態に制御される。音響信号の低域成分が優勢であるほど電源パンピング現象が発生し易いという傾向がある。第2状態では、第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号が出力制御部から出力されるため、第1状態と比較して電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。また、出力制御部が第1状態および第2状態の一方から他方に遷移するから、音響信号を処理する高域通過フィルタの遮断周波数を電源パンピング現象の有無に応じて変更する必要はない。したがって、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという利点がある。
<態様2>
態様1の好適例(態様2)において、前記出力制御部は、前記第1信号と前記第2信号との加重和を出力し、前記第1状態は、前記第1信号の加重値が第1値に設定され、かつ、前記第2信号の加重値が前記第1値を下回る第2値に設定された状態であり、前記第2状態は、前記第1信号の加重値が前記第2値に設定され、かつ、前記第2信号の加重値が前記第1値に設定された状態であり、前記動作制御部は、前記第1信号および前記第2信号の加重値を制御する。以上の態様では、第1信号および第2信号の加重値の制御により出力制御部が第1状態および第2状態の一方から他方に遷移する。したがって、加重値の変更という簡便な制御により、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減できるという利点がある。
<態様3>
態様2の好適例(態様3)において、前記動作制御部は、前記状態判定部による判定結果が否定から肯定に変化した場合に、前記第1信号の加重値を前記第1値から前記第2値に経時的に変化させるとともに前記第2信号の加重値を前記第2値から前記第1値に経時的に変化させ、前記状態判定部による判定結果が肯定から否定に変化した場合に、前記第1信号の加重値を前記第2値から前記第1値に経時的に変化させるとともに前記第2信号の加重値を前記第1値から前記第2値に経時的に変化させる。以上の態様では、第1信号の加重値の経時的な増加に並行して第2信号の加重値が経時的に減少し、第1信号の加重値の経時的な減少に並行して第2信号の加重値が経時的に増加する。すなわち、第1信号と第2信号とがクロスフェードされる。したがって、第1信号と第2信号との位相の相違に起因した異音を低減できるという利点がある。
<態様4>
態様1から態様3の何れかの好適例(態様4)において、前記状態判定部は、前記電源供給部から前記D級増幅部に供給される電源電圧に応じて、電源パンピング現象が発生しているか否か判定する。以上の態様では、電源パンピング現象が実際に発生した場合に当該電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減できるという利点がある。
<態様5>
態様4の好適例(態様5)において、前記状態判定部は、前記電源電圧に応じた電圧指標値が第1閾値よりも高くなった場合に電源パンピング現象が発生していると判定し、前記電圧指標値が、前記第1閾値を下回る第2閾値よりも低くなった場合に電源パンピング現象が解消したと判定する。以上の態様では、電源パンピング現象が発生したと判定するための第1閾値が、電源パンピング現象が解消したと判定するための第2閾値を上回る。したがって、電圧指標値が第2閾値よりも高くなった場合に電源パンピング現象が発生したと判定する構成と比較して、電源パンピング現象が過度に検出される可能性が低減される。また、電圧指標値が第1閾値よりも低くなった場合に電源パンピング現象が解消したと判定する構成と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を充分に低減できるという利点がある。
<態様6>
態様1から態様3の何れかの好適例(態様6)において、前記状態判定部は、前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定する。電源電圧の変動を監視して電源パンピング現象の有無を判定する構成では、電源パンピング現象に起因して電源電圧が実際に変動してから、当該変動を抑制するための処理が実行される。以上の構成とは対照的に、音響信号における低域成分の強度が閾値を上回る場合に電源パンピング現象が発生すると判定する前述の態様によれば、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理(出力制御部を第2状態に制御する処理)が実行される。したがって、電源パンピング現象の発生を未然に低減(理想的には防止)できるという利点がある。
<態様7>
態様6の好適例(態様7)において、前記信号処理部は、前記音響信号において前記第2周波数を下回る成分を低減することで前記第2信号を出力する高域通過フィルタを含み、前記高域通過フィルタによる処理で出力された信号を前記音響信号から減算することで前記低域成分の信号を生成する減算部を具備する。以上の態様では、音響信号において第2周波数を下回る成分を低減して第2信号を出力する高域通過フィルタが、電源パンピング現象の判定に利用される低域成分の信号の生成に流用される。したがって、高域通過フィルタとは別個の要素により、電源パンピング現象の判定用の低域成分の信号を生成する構成と比較して、音響処理装置の構成が簡素化されるという利点がある。
<態様8>
態様1から態様6の何れかの好適例(態様8)において、前記信号処理部は、前記音響信号において前記第1周波数を下回る成分を低減することで前記第1信号を生成する第1高域通過フィルタと、前記音響信号において前記第2周波数を下回る成分を低減することで前記第2信号を出力する第2高域通過フィルタとを含む。
<態様9>
本発明の好適な態様(態様9)に係る音響処理装置の制御方法は、音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを生成する信号処理部と、前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態との一方から他方に遷移する出力制御部と、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部とを具備する音響処理装置の制御方法であって、前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部に電源パンピング現象が発生しているか否かまたは電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定し、前記判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する。以上の態様では、判定結果が否定である場合(具体的には、電源供給部に電源パンピング現象が発生していない場合、または、電源パンピング現象が発生する可能性がない場合)に、出力制御部が第1状態に制御される。他方、判定結果が肯定である場合(具体的には、電源供給部に電源パンピング現象が発生している場合、または、電源パンピング現象が発生する可能性がある場合)に、出力制御部が第2状態に制御される。第2状態では、第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号が出力制御部から出力されるため、第1状態と比較して電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。また、出力制御部が第1状態および第2状態の一方から他方に遷移するから、音響信号を処理する高域通過フィルタの遮断周波数を電源パンピング現象の有無に応じて変更する必要はない。したがって、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという利点がある。
100…音響システム、11…信号供給装置、12…音響処理装置、13…放音装置、20…制御ユニット、21…制御装置、22…記憶装置、51…D級増幅部、511…変調回路、512…スイッチ回路、513…低域通過フィルタ、52…電源供給部、521…正側電源、522…負側電源、523,524…平滑キャパシタ、31…低域低減部、32…信号処理部、321…第1高域通過フィルタ、322…第2高域通過フィルタ、33…出力制御部、331,332…乗算部、333…加算部、61…状態判定部、62…動作制御部、71…減算部、72…低域通過フィルタ。



Claims (8)

  1. 音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを並行して生成する信号処理部と、
    前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態とに制御される出力制御部と、
    前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部と、
    前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部に電源パンピング現象が発生しているか否かを前記電源電圧に応じて判定する状態判定部と、
    前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する動作制御部と
    を具備する音響処理装置。
  2. 音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを並行して生成する信号処理部と、
    前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態とに制御される出力制御部と、
    電源供給部から供給される電源電圧により、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部と、
    前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定する状態判定部と、
    前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する動作制御部と
    を具備する音響処理装置。
  3. 前記信号処理部は、前記音響信号において前記第2周波数を下回る成分を低減することで前記第2信号を出力する高域通過フィルタを含み、
    前記高域通過フィルタによる処理で出力された信号を前記音響信号から減算することで前記低域成分の信号を生成する減算部
    を具備する請求項の音響処理装置。
  4. 前記信号処理部は、
    前記音響信号において前記第1周波数を下回る成分を低減することで前記第1信号を出力する第1高域通過フィルタと、
    前記音響信号において前記第2周波数を下回る成分を低減することで前記第2信号を出力する第2高域通過フィルタとを含む
    請求項1または請求項2の音響処理装置。
  5. 前記出力制御部は、前記第1信号と前記第2信号との加重和を出力し、
    前記第1状態は、前記第1信号の加重値が第1値に設定され、かつ、前記第2信号の加重値が前記第1値を下回る第2値に設定された状態であり、
    前記第2状態は、前記第1信号の加重値が前記第2値に設定され、かつ、前記第2信号の加重値が前記第1値に設定された状態であり、
    前記動作制御部は、前記第1信号および前記第2信号の加重値を制御する
    請求項1から請求項4の何れかの音響処理装置。
  6. 前記動作制御部は、前記状態判定部による判定結果が否定から肯定に変化した場合に、前記第1信号の加重値を前記第1値から前記第2値に経時的に変化させるとともに前記第2信号の加重値を前記第2値から前記第1値に経時的に変化させ、前記状態判定部による判定結果が肯定から否定に変化した場合に、前記第1信号の加重値を前記第2値から前記第1値に経時的に変化させるとともに前記第2信号の加重値を前記第1値から前記第2値に経時的に変化させる
    請求項の音響処理装置。
  7. 音響処理装置の制御方法であって、
    前記音響処理装置は、
    音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを並行して生成する信号処理部と、
    前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態とに制御される出力制御部と、
    前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部とを具備し、
    制御装置が、
    前記D級増幅部に電源電圧を供給する電源供給部電源パンピング現象が発生しているか否かを前記電源電圧に応じて判定し、
    前記判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する
    音響処理装置の制御方法。
  8. 音響処理装置の制御方法であって、
    前記音響処理装置は、
    音響信号において第1周波数を下回る成分が低減された第1信号と、前記音響信号において前記第1周波数よりも高い第2周波数を下回る成分が低減された第2信号とを並行して生成する信号処理部と、
    前記第1信号を出力する第1状態と、前記第2信号を出力する第2状態とに制御される出力制御部と、
    電源供給部から供給される電源電圧により、前記出力制御部による出力後の信号を増幅するD級増幅部とを具備し、
    制御装置が、
    前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定し、
    前記判定結果が否定である場合に前記出力制御部を前記第1状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記出力制御部を前記第2状態に制御する
    音響処理装置の制御方法。
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