PT806030E

PT806030E - Absorvedor acustico lambda/4

Info

Publication number: PT806030E
Application number: PT96900025T
Authority: PT
Inventors: Robert H Van Ligten
Original assignee: Rieter Automotive Int Ag
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 2001-01-31
Also published as: ES2150092T3; CN1173937A; AR000728A1; DE59605821D1; EP0806030A1; CH690143A5; JPH10512687A; JP3778935B2; BR9606802A; WO1996023294A1; EP0806030B1; US5959265A

Description

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DESCRIÇÃO " ABSORVEDOR ACÚSTICO LAMBDA/4" A invenção refere-se a um absorvedor acústico de acordo com o conceito geral da reivindicação 1 e em especial a um absorvedor acústico para veículos, com vários ressoadores em forma de tubo, preferencialmente com comprimentos diferentes.

Tem sido empenho da indústria automóvel moderna diminuir ou eliminar completamente os ruídos produzidos pelos automóveis. Hoje em dia, para absorção acústica são utilizadas essencialmente esteiras de materiais isolantes de fibras de vidro ou espumas de poros abertos, que são montadas nas fontes de ruídos ou no espaço imediato que as rodeia. A utilização de tais absorvedores acústicos de poros abertos no espaço do motor, como é descrito por exemplo na DE-34'28'157, apresenta-se contudo como problemático porque os mesmos se sujam com óleo, água, pó e outras impurezas e, por conseguinte, rapidamente enfraquecem na sua acção acústica.

Também foi reivindicado, por exemplo, com a DE-40’1 Γ705, a DE-42'41'518 ou a DE-43'05'281, prever um dispositivo resistente a óleo ou água a partir de uma pluralidade de ressoadores de Helmholtz. Estes dispositivos conhecidos consistem em corpos ocos em forma pequenas caixas que possuem um furo ou uma garganta. O volume do corpo oco juntamente com a dimensão do furo ou da garganta determina a frequência de ressonância do absorvedor. Estes dispositivos conhecidos são reguladores essencialmente para uma gama de frequência de 1 a 2 kHz e podem ser montados no capot, nas caixas de mudanças ou no cárter do fundo.

Para além disso, estes dispositivos infelizmente necessitam muito espaço, isto é, não podem ser colocados em dimensões de espaço apertadas.

Na utilização prática deste tipo de absorvedores, as paredes dos corpos ocos em forma de caixa devem ser construídas com pouco peso, isto é, muito finas. Estes corpos ocos 2

de paredes finas tendem a deformar-se sob a acção das oscilações de pressão dos sons e, por conseguinte, a limitar o factor de qualidade do ressoador. Uma vez que o factor de qualidade codiferente é essencialmente o grau de eficácia do absorvedor na compra deve também ser sempre considerada uma redução da eficácia acústica deste absorvedor com o da construção leve. A acção acústica deste absorvedor é fundamentalmente limitada, porque a quantidade das aberturas que absorvem o som é delimitada através da dilatação geométrica dos corpos ocos individuais. Normalmente, estes corpos ocos apresentam uma área da base de 15x15 mm2 até 60x60 mm2, com uma altura de 5 até 25 mm e um diâmetro de furo de 4 até 11 mm. Por conseguinte, é evidente que estes ressoadores de Hemholtz possam ser acopladas a uma massa limitada no campo de sons incómodos, uma vez que na respectiva utilização de cobertura de superfície, a área da abertura que absorve som proporcional ao factor de qualidade Q pode montar a um máximo de apenas 2,5% até 4% da superfície total exposta ao som.

Para . além disso, aquando da construção dos absorvedores de Helmholz descritos, as aberturas colocadas no fundo do pavimento um automóvel são orientadas para cima os espaços ocos podem assim encher-se facilmente de humidade e sujidade, o que coloca novamente em perigo o absorvedor acústico. A partir da DE-39'13'347 é também conhecida uma parte isolante a qual apresenta uma pluralidade de espaços ocos do tipo célula colocados apertadamente ao lado uns dos outros, que são abertos de um dos lados. Com esta parte isolante, a energia do campo acústico presente é dissipada essencialmente por reflexos, absorções irregulares no material e efeitos de interferência.

Também estas partes isolantes se adequam apenas de forma limitada para a utilização na indústria automóvel, especialmente porque se entopem facilmente e se desgastam rapidamente devido à sua falta de estabilidade própria.

Na memória descritiva da patente GB-2'090'334, é divulgado um dispositivo de amortecimento para amortecer as vibrações aerodinâmicas criadas num mecanismo de accionamento por jacto, no qual é utilizada uma pluralidade de ressoadores com a forma de tubo. O comprimento destes ressoadores com a forma de tubo é dimensionado de tal forma que estes correspondem a um quarto do comprimento de onda destas vibrações. Desta forma, pode produzir-se um aumento parcial das oscilações de pressão na zona de embocadura destes ressoadores. Contudo, não se teve em consideração no dispositivo de amortecimento proposto nesta publicação da patente, o facto de que as zonas de acção de mudança relativas às aberturas dos ressoadores individuais se influenciam uma à outra e especialmente que a acção pretendida pode ser aumentada por intermédio do dispositivo proposto.

Por consiste, por conseguinte, é objectivo da presente invenção proporcionar um absorvedor acústico que ultrapasse as desvantagens dos absorvedores conhecidos e em especial que produza um absorvedor que economiza de espaço apresente uma absorção acústica melhorada eficaz numa construção leve e também num ambiente fortemente poluído.

De acordo com a invenção, este objectivo é alcançado por meio de um absorvedor acústico com as características da reivindicação 1, isto é, por meio de um absorvedor acústico de vários ressoadores em forma de tubo, preferencialmente, com comprimentos diferentes de que pelo menos, uma abertura acústica numa superfície reflectora acústica. Por conseguinte, os ressoadores em forma de tubo podem assumir qualquer posição em relação a uma superfície reflectora, mais especialmente os ressoadores podem estar assentes sobre esta superfície.

No caso de uma frente de onda acústica incidir numa superfície reflectora acústica, forma-se um máximo de pressão acústica directamente antes desta superfície. Este máximo de pressão acústica resulta da sobreposição das ondas reflectidas e incidentes neste local. No dispositivo de acordo com a invenção, a embocadura de um pequeno tubo é disposta directamente numa superfície reflectora acústica deste tipo. Por

conseguinte, a onda sonora incidente percorre o interior do pequeno tubo, é reflectida na respectiva extremidade e regressa novamente para a abertura da embocadura. As ondas sonoras cujo comprimento de onda é igual a 4 vezes o comprimento do pequeno tubo, possuem na abertura da embocadura uma diferença de fase igual a metade de um comprimento de onda. Isso origina uma interferência destrutiva com a onda reflectida na zona da embocadura do pequeno tubo de igual comprimento de ondas, visto que a onda que é produzida no pequeno tubo apresenta o seu mínimo de pressão acústica na abertura da embocadura, enquanto a onda reflectida na zona da embocadura apresenta, então, o seu máximo de pressão acústica. Por conseguinte, é produzido na zona de embocadura um forte desnível de pressão acústica que se traduz localmente por uma elevada velocidade da corrente de ar e, por conseguinte, por uma desejada dissipação de energia acústica. A partir deste conceito toma-se evidente que os pequenos tubos λ/4 possam estar colocados em qualquer direcção e não tenham de apresentar necessariamente um percurso rectilíneo. Da mesma forma, o corte transversal destes pequenos tubos pode ter uma forma qualquer. Toma-se evidente para o técnico especializado ajustar o comprimento dos pequenos tubos às formas escolhidas e às frequências de ressonância. Contudo, por uma questão de simplificação, o técnico especializado pode seleccionar superfícies de corte transversal essencialmente constantes.

Para o funcionamento eficaz da presente invenção é essencial a formação de zonas, nas quais se verificar uma interferência destrutiva. Estas zonas são denominadas seguidamente zonas de acção de mudança Aw, cuja dimensão pode ser relacionada com a respectiva superfície de abertura acústica A0 e o factor de qualidade Q. Toma-se evidente nomeadamente que normalmente a proporção entre a superfície da zona de acção de mudança Aw e a superfície de abertura acústica A0 é proporcional ao factor de qualidade Q.

Aw Q = k· — A„

È por conseguinte objectivo das formas de concretização de acordo com a invenção, ter em consideração que as zonas de acção de mudança individuais sejam distribuídas cobrindo o mais possível a superfície e simultaneamente não se sobrepondo, porque através de uma sobreposição deste tipo o mencionado desnível de pressão acústica é reduzido e, por conseguinte, são eliminadas as correntes de ar locais que se dissipam. Para alcançar um dispositivo acústico eficaz das zonas de acção de mudança Aw que possivelmente cubra a superfície, as aberturas dos ressoadores em forma de pequenos tubos preferivelmente distribuem-se pelos vértices de uma rede concebida a partir de triângulos isósceles. Quando é desejada uma absorção acústica através de uma larga zona de frequências, podem ser encadeados uns nos outros vários grupos de diferentes absorvedores de pequenos tubos. Da mesma forma, a combinação do absorvedor λ/4 de acordo com a invenção com absorvedores tradicionais, pode ser conveniente para determinadas utilizações.

Num campo de utilização preferido, os ressoadores individuais em forma de pequenos tubos são sintonizados para num campo acústico na gama de 1-2 kHz, isto é, apresentam um comprimento correspondente a um quarto do comprimento de cerca de 80-40 mm. Nestes ressoadores λ/4 podem formar-se ondas estacionáveis que, em relação ao comprimento da onda igual na frente da onda reflectida na zona da embocadura, tem uma diferença de fase igual a λ/2 e interferem com esta de forma destrutiva. Para poder absorver eficazmente um espectro acústico especificamente de um automóvel, o absorvedor λ/4 de acordo com a invenção apresenta, pelo menos, um grupo de ressoadores em forma de pequenos tubos de diferentes cor. Assim, não desempenha qualquer papel essencial o facto de que as aberturas acústicas sejam colocadas no lado anterior ou no lado do revestimento.

Numa forma de concretização preferida, os ressoadores individuais são distribuídos numa superfície. A eficácia do mencionado mecanismo depende essencialmente também da propriedade de reflexão acústica do material que forma o espaço oco. Os materiais macios e flexíveis originam perdas durante a reflexão e colocam em perigo o mecanismo de absorção referido em cima. Depreende-se, por conseguinte, que para os ressoadores de acordo com a invenção apenas são relevantes materiais impermeáveis ao ar, lisos e reverberantes, isto é, bons reflectores acústicos.

Numa forma de concretização especial os ressoadores λ/4 são formados a partir de uma chapa metálica ou de folha de plástico. Através da disposição dos ressoadores em grupos, estes podem ser fixos no automóvel de maneira semelhante a ladrilhos e orientados de tal forma que as impurezas em todos os casos não possam ser captadas através da água ou óleo, isto é, que possam de novo escorrer directamente para fora. A montagem destes absorvedores acústicos de acordo com a invenção pode realizar-se com meios conhecidos. Por intermédio da aplicação dos absorvedores reverberantes são adicionalmente reforçadas e amortecidos partes do automóvel que tendem a sofrer oscilações e vibrações.

Numa outra forma de concretização, os espaços ocos são formados directamente numa matriz reverberante, de preferência, numa matriz leve de plástico, metal ou cerâmica.

As vantagens do dispositivo de acordo com a invenção são claramente evidentes para o técnico especializado e residem especialmente na produção de um absorvedor determinável de acordo com o fim pretendido e leve com pequena altura de construção. Além disso, este absorvedor pode ser instalados em ambientes fortemente poluídos, não é sensível à humidade e é produzido com custos favoráveis. Estas propriedades apresentam-se como uma vantagem especial na montagem dos veículos automóveis. Neste caso, estes absorvedores juntamente com o chassis do automóvel, podem ser mergulhados num banho de corante sem o sujar e sem prejudicar.

De seguida, a invenção é esclarecida com base nos exemplos de concretização e com o auxílio das figuras. Estas mostram:

Fig. la-d dispositivos de acordo com a invenção entre um absorvedor em forma de pequeno tubo e uma superfície reflectora acústica; / »

aj> .-,7

Fig.2 forma de concretização em forma de favo do dispositivo de acordo com a invenção;

Fig. 3 a, b forma de concretização bidimensional do dispositivo de acordo com a invenção;

Fig. 4a, b formas de concretização do tipo ladrilho do dispositivo de acordo com a invenção;

Fig. 5 distribuição preferida de diferentes ressoadores mais longos.

As Figuras la até ld mostram a disposição fundamental dos ressoadores em relação à superfície reflectora acústica A. Na Figura la, o ressoador λ/4 está perpendicular à superfície reflectora acústica A. Assim, a sua abertura da embocadura A0 fica situada nesta superfície A. Foi demonstrado experimentalmente que a absorção acústica se mantém na massa, na qual a abertura da embocadura A0 é saliente em relação à superfície reflectora acústica A. De acordo com a invenção, o ressoador 3 pode também estar colocado obliquamente ou imbricado em relação à superfície reflectora acústica A. Por conseguinte, a espessura de construção do ressoador global pode ser reduzida. Este dispositivo é proposto especialmente devido ao seu modo de fabricação simples e adequa-se à utilização como construção em módulos. O comprimento dos ressoadores individuais 3 e o respectivo diâmetro podem adaptar-se as propriedades de absorção desejadas de maneira simples. Na Figura lc pode observar-se um dispositivo preferido. No presente caso, os ressoadores 3 estão dispostos paralelamente à superfície reflectora acústica A. Este dispositivo funciona de acordo com a invenção, isto é, produz localmente na zona Aw uma corrente forte de ar. O dispositivo representado na Figura ld corresponde ao da Figura lc e no entanto é mais fácil de construir na prática. Assim, tal como está representado na Figura lc, a abertura acústica A0 do ressoador 3 pode situar-se na respectiva face anterior ou pode, tal como mostrado na Figura ld, ser disposto no revestimento do ressoador com a forma de pequeno tubo 3.

Depreende-se que a área de corte transversal do ressoador 3 pode apresentar qualquer forma e, em especial, que os ressoadores 3 não devem ter um percurso necessariamente rectilíneo mas podem ser construídos com um percurso encurvado. 8

A Figura 2 mostra uma forma de concretização simples do absorvedor acústico de acordo com a invenção, numa vista de controlo. Um grupo de ressoadores 10 são formados como corpos ocos restos que apresentam uma abertura acústica ou do lado anterior 13 ou do lado inferior 15. A superfície em forma de favo 12 permite um revestimento de cobertura da superfície. Nesta forma de concretização com a largura de cerca de 100 mm, os ressoadores individuais 10 apresentam um comprimento de 43 mm até 84 mm, isto é, são destinados a frequências entre 1 e 2 kHz. Este absorvedor λ/4 pode produzir-se, por exemplo, a partir de plástico duro ou deslizável ou a partir de folhas de chapa. A Figura 3a mostra uma forma de concretização em forma de caixa, a partir de uma parte moldada de plástico extrudida 16. O corte transversal dos ressoadores individuais 10 é, neste caso, aproximadamente rectangular. As aberturas da embocadura de acção acústica 17 são inseridas do lado do revestimento. Nesta forma de concretização, as paredes anteriores 18 dos ressoadores 10 podem ser deslocadas da forma desejada. Isto permite uma optimização direccionada para a acção de absorção acústica. Compreende-se que estes absorvedores λ/4 também podem ser dispostos em várias camadas.

Na Figura 3b está representada uma forma de concretização, na qual os ressoadores 16 são construídos essencialmente a partir de duas partes moldados 7, 9. Uma primeira parte moldada 7 é, preferencialmente, produzida a partir de alumínio e apresenta nervuras 8 paralelas entre si. Esta parte moldada 7 pode ser formada directamente a partir de espuma de alumínio ou de uma chapa de alumínio. As nervuras 8 desta parte moldada 7 são cobertas com uma segunda parte moldada 9, em especial uma folha ou uma chapa preferencialmente de alumínio e formam em conjunto o corpo oco 6 de acordo com a invenção. As aberturas 5 podem ser puncionadas a partir da segunda parte moldada 9. De maneira simples, após a união de ambas as partes moldadas 7, 9, as zonas parciais da segunda parte moldada 9 são pressionadas no corpo oco 6 para que se obtenham as aberturas do ressoador 5 e simultaneamente sejam formadas entre os ressoadores individuais 6 paredes anteriores 4. As paredes anteriores 4 podem também ser formadas directamente na primeira parte moldada 7. Uma forma de concretização deste tipo é ajustada sem problemas nos respectivos contornos desejados e é por isso favorável em termos de custos. Depreende-se que, por intermédio da formação de nervuras e de paredes anteriores na primeira parte moldada 7, esta cause uma elevada rigidez mecânica e, por conseguinte, possa também ser alcançada a desejada reverberância acústica com material relativamente fino. A Figura 4a mostra uma forma de concretização adicional modular do absorvedor λ/4 de acordo com a invenção. Este consiste em partes construtivas tipo bloco 25, em que existem os ressoadores 27 com a forma de pequenos tubos. Estes podem, posteriormente, ser perfurados ou directamente formados por um correspondente processo de moldação por injecção. Numa forma preferida, os espaços ocos acompanhados os ressoadores 27 paralelamente à geometria de bloco e na montagem imbricada estes blocos 25 são colocados uns depois dos outros e fixados. Depreende-se que o dimensionamento óptimo dos ressoadores com a forma de pequenos tubos 23 se enquadra no âmbito dos conhecimentos dos técnicos especializados no assunto. Da mesma forma para a produção destes blocos de absorvedores λ/4 podem ser utilizados diferentes materiais reverberantes. Assim, os materiais leves como plásticos duros, espumas de poros abertos e fechados, especialmente espuma de alumínio, papéis ou folhas revestidas, em especial folhas de alumínio, adquirem uma grande importância na indústria automóvel. Para outras utilizações, por exemplo, em construções de edifícios ou estradas podem, evidentemente, ser utilizados os materiais normais desde que se tenha em consideração uma superfície lisa e reverberante a jusante dos ressoadores.

Numa variante desta forma de concretização de acordo com a Figura 4b, os ressoadores prolongam-se obliquamente em relação à geometria do bloco. Assim, a posição angular dos ressoadores individuais pode, evidentemente, ser diferente entre si. A Figura 5 mostra uma representação esquemática para a distribuição dos diferentes ressoadores longos. Assim, as aberturas acústicas 21, 22, 23, 24 dos ressoadores individuais situam-se no ponto do nó de uma rede, a qual é essencialmente tensionada segundo triângulos isósceles. A partir da Figura 5 é evidente que, nesta configuração, as zonas de acção de mudança Aw para um absorvedor λ/4 num determinado comprimento de onda não são essencialmente sobrepostas e é alcançado um dispositivo que recobre a área das zonas de acção de mudança Aw dependentes do comprimento de onda.

Depreende-se que a partir da descrição do procedimento, pelo técnico especializado, foram tomadas em consideração muitas formas de concretização distintas e campos de utilização. Assim, a redução dos ruídos automóvel para o exterior representa um importante objectivo para o qual o técnico especializado coloca o absorvedor acústico na proximidade directa do agregado produtor de ruído, especialmente na caixa de velocidade. As maiores e, por conseguinte, as mais ruidosas pressões acústicas são criadas a partir destes agregados na gama de frequência de 1-2 kHz. Se se utilizar um valor de 340 m/s para a velocidade de propagação do som, obtém-se como resultado o uso de ressoadores λ/4 com um comprimento de 85-42,5 mm. Os grupos de ressoadores nesta gama de comprimentos e com uma área do corte transversal de 0,25 até 2 cm2 podem ser preparados com custos favoráveis, em que se deforma uma folha de plástico ou metálica de maneira que se formam depressões com a forma de meios tubos pequenos e estas folhas deformadas são montadas, respectivamente, colocadas de encontro a uma camada de apoio ou placa de apoio. Ressoadores formados desta maneira consistem ainda também, na utilização de folhas finas contra a rigidez inerente de superfícies encurvadas e como ressoadores apresentam um elevado factor de qualidade.

Um importante campo de utilização suplementar na área da acústica dos automóveis consiste na redução do ruído interior criado na cabina do automóvel. Assim, os ressoadores de acordo com a invenção ou respectivamente as folhas dotadas com depressões em forma de pequenos tubos podem ser coladas na superfície interna das paredes ou do tejadilho, por exemplo, de camionetas. Por conseguinte, as folhas de ressoadores λ/4 actuam ainda de maneira a reforçar e produzem também uma acção amortecedora de oscilação no caso da escolha adequada do adesivo. &

Um problema técnico especial na construção dos automóveis é formado pelos espaços ocos que resultam da construção especial do chassis. Assim, os espaços ocos nas portas entre a chapa e revestimento devem sofrer uma especial atenção. Também nesta área pode ser inserida a folha de absorvedor λ/4 de acordo com a invenção tanto na chapa da porta como no revestimento da porta. Na colagem com a chapa da porta pode tirar-se proveito da acção de reforço e amortecedora de oscilação.

Os absorvedores de acordo com a invenção são, correspondentemente à sua concepção, adequados para utilizações de primeira linha, nas quais o ruído prejudicial e a absorvedor surge numa gama de frequência limitada. Especialmente, caixas de velocidade ou correias dentadas, que se movem a velocidades constantes, ventoinhas de ventiladores, motores eléctricos ou motores de propulsão em aviões são fontes de ruídos com uma estreita gama de frequência definida com precisão. A utilização do absorvedor de acordo com a invenção em paredes que isolam acusticamente, tal como são por vezes colocadas lateralmente em auto-estradas, deve ser aqui mencionada apenas à margem. Assim, as formas de concretização devem especialmente adequar-se com placas extrudidas ou tijolos modulares. Uma utilização análoga do absorvedor de acordo com a invenção é concebível para revestimentos absorvedores acústicos, de túneis com tráfego. Compreende-se que a utilização de absorvedores de acordo com a invenção não deve ser limitada ao campo da indústria automóvel. Por conseguinte, é concebível uma utilização também em pavilhões de natação oú desportivos ou em fábricas como revestimento de parede ou de cobertura.

Lisboa 3 0 OUT. 20UU

Claims

3 REIVINDICAÇÕES 1. Absorvedor acústico que consiste em vários ressoadores (10) que possuem pelo menos uma abertura (13) (para o som) com a forma de tubos pequenos e com uma superfície de reflexão do som (A), em que as aberturas de som (13) limitam a área reflectora acústica (A), caracterizado pelo facto de, para a formação de zonas nas quais se pode verificar uma interferência destrutiva entre uma onda reflectida na superfície reflectora acústica (A) e uma onda com diferença de fase num ressoador (10) em forma de pequeno tubo, as respectivas aberturas acústicas (13) serem distanciadas umas das outras de pelo menos o raio da zona de acção de mudança (Aw) respeitante às mesmas, não sendo portanto as zonas de acção de mudança (Aw) essencialmente sobrepostas e pelo facto de estas zonas de acção de mudança (A^,) serem distribuídas o mais possível sobre a superfície reflectora acústica (A).
2. Absorvedor acústico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os ressoadores em forma de pequenos tubos (10) apresentarem comprimentos diferentes.
3. Absorvedor acústico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de as aberturas acústicas serem colocadas no lado anterior dos ressoadores em forma de pequenos tubos.
4. Absorvedor acústico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de as aberturas acústicas serem colocadas no lado do revestimento dos ressoadores em forma de pequenos tubos.
5. Absorvedor acústico de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as aberturas acústicas serem de diferentes grossuras.
6. Absorvedor acústico de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de os ressoadores (10) serem abertos para baixo quando montados. 2
7. Absorvedor acústico de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de os ressoadores estarem dispostos paralelamente em relação à superfície (A).
8. Absorvedor acústico de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de os ressoadores serem sob formados numa matriz reverberante (16, 25) ou em partes de forma reverberantes (7, 9).
9. Absorvedor acústico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de a matriz reverberante ou cada uma das partes molhados consistir em plástico em num metal leve.
10. Absorvedor acústico de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo facto de, pelo menos, o lado interior dos ressoadores em forma de pequenos tubos apresentar uma superfície lisa. Lisboa 3 0 OUT. 2000

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