问题

为什么音响的频响参数大都到不了很低?

回答
这个问题问得好,直击很多音响爱好者心中的疑惑。我们平时看到的音响参数,比如频响范围,很多时候标注的最低频率不会低到像乐器本身的最低频率,甚至有时候看起来离我们能听到的最低音还有一段距离。这背后其实涉及到很多技术和现实的考量,并不是厂商偷懒或者有意隐瞒。咱们就来掰扯掰扯这其中的门道。

首先,得明白什么是“频响参数”。简单来说,它就是音响在不同频率上能够输出声音的幅度(也就是声音的大小)。标注的频响范围,例如“20Hz 20kHz”,意思是这个音响能够发出从20赫兹到20千赫兹之间的所有声音。赫兹(Hz)代表每秒的振动次数,数值越低,声音越低沉;数值越高,声音越尖锐。人耳能听到的范围大致是20Hz到20kHz,所以音响参数往往会尽量往这个范围靠拢。

那为什么很多音响,特别是我们日常用的书架音箱、桌面音箱,它们的最低频率标注总是在几十赫兹,很少能真正触及20Hz这个“低音极限”呢?有几个关键原因:

1. 声学原理与物理限制:

低频声音的产生需要空气的大量移动: 要想产生一个非常低沉的、能让你“感受”到的低频声音,比如像教堂管风琴奏出的32Hz(那是相当低沉的),你需要音响的振膜(喇叭单元)能够以很大的幅度在空气中来回推动。想象一下,一个空气团要跟着音响的振膜一起振动,并且振动得慢(低频率),想要让它有足够的“势力”传到你的耳朵里,需要振膜移动的距离非常大,或者振膜的面积非常大。
喇叭单元尺寸的限制: 我们日常使用的音响,尤其是那些小巧的书架音箱,其喇叭单元的直径是有限的。一个直径只有几英寸的喇叭单元,无论它如何努力地前后移动,其能够推动的空气量是有限的。它就像一把小扇子,用力扇也只能扇出微风,想要扇出狂风(代表低频的能量)是不可能的。为了在有限的单元尺寸上发出较低的频率,要么需要非常大的振膜位移,这会带来失真和功率损耗;要么就是牺牲能量,声音自然就听不到了。
箱体设计的限制(共振与效率): 音响的箱体和喇叭单元配合才能发出声音。箱体的设计是用来增强或控制特定频率响应的。对于低频来说,箱体起到一个储存和释放能量的作用。
密闭箱体 (Sealed Enclosure): 这种箱体能够提供更好的瞬态响应和精确的低音,但通常需要较大的单元和较高的功率来驱动,并且在非常低的频率下,其效率会迅速下降。
倒相式箱体 (Bass Reflex Enclosure): 这种箱体通过一个开口(倒相管)来利用喇叭单元背面发出的声波,与正面声波叠加,从而在特定频率(调谐频率)上增强低频输出。然而,这种设计有一个“截止频率”,在这个频率以下,倒相管的作用会减弱甚至抵消喇叭单元的输出,使得低频响应迅速衰减。这个截止频率往往就在几十赫兹,离20Hz还有一段距离。
其他箱体设计: 像传输线式 (Transmission Line) 或被动辐射式 (Passive Radiator) 箱体也能在一定程度上改善低频,但同样受到单元尺寸和箱体体积的限制。
空气的惯性与声压: 低频声音在空气中的传播是靠空气的振动来传递声压的。要产生能被感知到的低音,需要足够大的声压。在一个小空间内,小喇叭单元要能产生足以与环境空气抗衡的声压,这在物理上是极其困难的。当频率极低时,空气的惯性会成为一个阻碍,即使喇叭单元在移动,空气也可能跟不上,导致声压很小,我们也就听不到了。

2. 失真与功率需求:

低频驱动的巨大功率需求: 要让喇叭单元在低频下有足够的振动幅度来产生有力的低音,需要非常大的功率来驱动。而功率与电压的平方成正比,也与振膜位移和频率有关。对于小音箱来说,它的功率输出能力是有限的,驱动喇叭去发出20Hz的强劲低音,很可能超出其承受能力,导致失真(声音变形)或者损坏喇叭单元。
失真随频率降低而增加: 即使音响的单元理论上能发出20Hz的声音,但在实际使用中,为了达到一定的响度,它需要在很低的频率下进行大幅度的振动。这种大幅度的振动很容易导致喇叭单元的线性工作范围失调,产生大量的谐波失真,使得声音听起来“糊”或者“不干净”,效果反而不如一个在高一些频率上表现良好的音响。厂商为了保证整体音质的清晰度和悦耳度,通常会在标注参数时,选择那些音响能够以较低失真度输出的最低频率。

3. 人耳的感知与听觉心理:

人耳对低频的敏感度不同: 人耳对不同频率的声音敏感度是不一样的。我们对中频声音最敏感,对极高频和极低频的声音相对不敏感。即便有一个音响能发出20Hz的声音,如果它的能量非常小,我们可能也听不到,或者感觉不到它的存在。人耳感知到的声音,不仅仅是声音的绝对强度,还包括它在我们整体听觉感知中所占的比重。
“听”与“感”的区别: 很多时候我们说听到“低音炮”能发出很低的低音,其实更多的是一种“感受”。这些极低的频率(比如2040Hz)更多是让我们胸腔或身体感受到一种“震动”或“沉”的感觉,而不是清晰可辨的音符。许多音响即使标注的最低频率很高,但通过箱体设计和功率匹配,也能在心理上营造出“饱满”的低频听感,这已经足够满足大多数用户的需求了。
“可闻”的定义: 所谓“可闻”,在音响参数里,通常指的是在一定参考失真度下,能够输出一定声压级(例如80dB或90dB)的最低频率。如果一个音响在20Hz只能发出40dB的声音,那它就算标注了20Hz,也基本是听不到的。所以,很多厂商会选择一个能保证一定听感的最低频率作为标注。

4. 市场定位与成本:

目标用户与成本控制: 能够真正稳定、清晰地输出接近20Hz的极低频声音,通常需要非常大尺寸的喇叭单元,高性能的放大器,以及设计精良且体积庞大的箱体。这样的音响成本非常高昂,往往面向的是发烧友或专业用户。对于大多数消费级市场来说,用户更看重的是音响的整体平衡性、声音的清晰度、以及在中低频区域的饱满度,而不是极致的低频下潜。因此,很多厂商会在成本和性能之间做权衡。
同类产品的对比: 在同类产品中,如果大多数音响的最低频率标注都在40Hz或50Hz左右,一个音响即使能做到30Hz,就已经很不错了。厂商在宣传时也会参考市场惯例。

那么,什么样的音响才能真正触及很低的频率呢?

通常是:

大型的落地式音响: 它们有更大的箱体容积,可以容纳更大的喇叭单元,并设计出能更好支持低频的箱体结构。
专门的低音炮 (Subwoofer): 低音炮的设计目标就是输出极低的频率,它们通常配备大尺寸的喇叭单元,强大的功放模块,以及经过优化的箱体设计,例如利用庞大的容积和复杂的倒相设计,或者甚至是采用被动辐射的方式来增强低频。
使用特殊技术的音响: 一些高端音响会采用特殊的驱动技术,例如平面振膜、静电式发声单元(虽然其低频表现通常不如动圈),或者结合有源电子滤波和数字信号处理(DSP)来优化低频响应,但这通常也伴随着更高的价格。

总结一下:

音响频响参数大都不到很低,并非因为技术无法实现,而是多种因素综合作用的结果:物理学的基本规律限制了小单元在低频时推动空气的能力;为了保证声音的清晰度,需要避免低频下的高失真;人耳对极低频的感知能力有限,并且更注重整体听感的平衡;而市场定位和成本控制也是重要考量。

所以,下次看到音响参数时,别光看那个最低频率的数字,更要结合音响的尺寸、喇叭单元的口径、箱体类型以及厂商的口碑来综合判断。一个标注最低频率在40Hz的优质书架音箱,可能比一个标注30Hz但声音失真严重的不知名音响要来得更悦耳、更耐听。毕竟,我们听音乐,最终是为了享受美妙的声音,而不是去追逐某一个数字。

网友意见

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限制是由扬声器的性能决定的。

而扬声器性能是电、力、磁和声学等物理参数共同作用的结果,由振膜、弹波、音圈、磁路等关键部件的性能共同确定。其中一些参数相互制约相互影响。,在音箱的设计时须综合考虑,以求达到最佳的音质。

低音单元一般选用直径 150~ 300mm的大扬声器。 因为活塞运动必须推动足够体积的空气产生位移以产生足够的低频。可想而知, 为使低频扬声器有较大声输出, 可以采用 3种方法:

  • 增加低频扬声器振膜的直径;
  • 保持振膜直径,增加振膜的行程也就是振动幅度;
  • 使用多只低频扬声器。

当然, 进入21世纪以后,越来越常见有源超低音音箱。

某些超低音单元的诀窍在于增加振动质量。您会见到超低音“振膜”可能有半斤重, 不以克或者毫克为单位。这种单元用于有源低音炮,用电功率换取超低频响应, 加上适当的均衡(调炮/EQ)可以获得比较理想的重放。


为什么音响的频响参数大都到不了很低?

也许只是您没有买重低音炮而已。

或者逻辑上您手头的音响刚好不满足所有的条件:

  • 没有增加低频单元振膜的直径;
  • 没有增加振膜的行程也就是振动幅度;
  • 没有使用多只低频单元。


如果您喜欢有“下盘”的声音, 又没花够钱, 恐怕就祇能兴叹了。


关于音箱的 DIY,

矿坛有很好的免费教程



       利用JustMLS生成音箱低频跌落曲线                AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-1361524-1-1.html  莞音4寸全频传输线箱实验                AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-1387727-1-1.html  莞音4寸全频两级倒相实验        AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-1339451-1-1.html  一种适合业余爱好者调试音箱的方法    AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-665457-1-1.html  外接话筒 - 提高手机测量音箱频响精度  AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-665174-1-1.html  带双通道次低音的2.2音箱制作过程连载  AudioCAT http://www.crystalradio.cn/thread-765257-1-1.html        










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扬声器的基本参数主要有阻抗、功率、谐振频率、频率特性、灵敏度、失真度、总品质因数、等效质量、等效顺性、弹性系数、等效振动半径、等效容积、线性范围和指向性等。

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T/S参数 (Thiele/Small parameters)

Thiele/Small parameters 是1970年代 A.N. Thiele 和 R.H. Small 首次提出了直接辐射式扬声器系统的数学模型中的几个独立的小信号参数,这些小信号参数用于表征扬声器的低频性能,广泛用于扬声器系统(音箱)生产和设计过程。国际电工委员会(IEC)将其称为Thiele-Small参数。几乎所有的人都是按照该理论来生产喇叭音箱。


Fs(Fo) 为喇叭在自由场下的谐振点频率。

Vas 为等同于喇叭顺性的空气容积。

Qes 为喇叭的电Q值,它反映了单元在Fo时于电磁控制下的谐振能力,数值越低,阻尼越强,谐振能力越低。

Qms 为喇叭的机械Q值。它反映了单元在Fo时于机械结构方面的谐振能力,数值越低,阻尼越强。

Qts 为喇叭的总Q值(由Qms和Qes并联耦合而成)它反映了单元在Fo处的谐振能力,数值越低,阻尼越强。


机电性能指标(Electro-Mechanical parameter)

Mms:喇叭的总振动质量(包括振膜的质量、音圈的质量、前后加载的空气等)

Cms:喇叭单元的顺性

Rms:机械阻尼,包括振动的摩擦、辐射阻。

Rme :电气阻尼因数,反映单元电磁系统对振膜的机械控制和阻尼,常用来衡量单元的电磁系统的能力。

Re:音圈的直流电阻

BL:线圈间隙的磁场强度

Dd:振膜直径

Le:音圈电感量

Sd:振膜的表面积

fLe:电感测量频率


大信号指标(Large-Signal Parameter)

Xmax:最大线性位移,或叫线性冲程,计算为全冲程位移值的1/2, 指扬声器锥盆的单向最大线性振幅。有些厂家会投机取巧给出单元的物理最大位移,另一些厂家采用全程的 peak-to-peak。新型大功率低频单元的线性位移可以达到3~12毫米(视单元尺寸4~8寸而定)。这有效提高小口径单元的低频重放能力。线性范围Xmax与其口径大小和辐射效率成正比。大口径单元Xmax值较大,辐射效率也较高。

Xlim:不损坏的最大位移。(或又表示为其他Xmec,最大机械位移)

Hc:线圈高度

Hg:间隙高度

Vd:喇叭在线性范围内,最大的推动空气体积

Pe:可连续工作不烧毁的最大输入功率。


所有的 Thiele-Small参数都是围绕低音单元的谐振峰测量得来,反映单元谐振峰的特性,并据此特性设计各种音箱箱体。**高音单元的谐振峰对于音箱制作基本无意义。

单元的谐振频率即振幅最大时的频率。谐振频率是决定扬声器低频特性的重要参数。
基本上这就是单元的低频重放极限。过了谐振点,单元的声压将剧降。谐振频率值与扬声器的口径大小有关。低音扬声器的谐振频率值大致随口径的增大而降低。一般6吋半单元为50Hz左右,8吋为40Hz左右,10吋为30Hz左右,12吋为20Hz左右。谐振频率值越低,扬声器重放低音的质感和力度越佳。

一般低Q值单元阻尼高适合做倒相箱。高Q值单元适合做密闭箱。Q值高于0.5适合密闭箱,Q值低于0.3做倒相箱。

一般低音扬声器的有效频率范围要求在20Hz~3KHz左右。考虑到人耳对频率的鉴别率, 窄于 1 /8倍频程的峰或谷可忽略......

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扬声器的额定功率又称标称功率指扬声器能长时间正常连续工作而无明显失真的输入平均电功率。最大承载功率指扬声器长时间连续工作时所能承受的最大输入功率,一般为额定功率的1倍~3倍。最小功率是指扬声器能被推动工作的基准电功率值。瞬间功率也称瞬时承受功率,是指扬声器在短时间内(10ms)所能承受的最大功率,一般为额定功率的8倍~30倍。


扬声器的直流电阻 Re主要由音圈决定,额定名义阻抗 Znom 在扬声器设计之初就已确定,在移动终端中主要有 6ohm/8ohm/32ohm 等。

扬声器的失真,主要由振动系统的非线性和磁路系统的非线性产生。在大振幅情况下,由折环及弹波所组成的振动系统悬挂体,不再符合线性的虎克定律;磁间隙内磁感应密度沿轴向的不均匀性和导磁材料的非线性特性等都会产生非线性失真。


扬声器的等效质量(也称振动质量)是扬声器振动系统的静态质量(振膜和音圈本身的质量)与同振质量(振膜两边随这一起振动的部分空气层的质量,也称附加质量)之和。它通常是与扬声器的口径成正比(随着扬声器的口径增大而增大),而与扬声器的谐振频率成反比。扬声器振动系统的等效质量越大,锥盆折环和定位支片越柔软,扬声器的谐振频率也就越低。等效质量单位是克。

等效顺性也称力顺或声顺,表示扬声器悬置系统的松紧度(即折环和定位支片的柔软程度)或说是其受力后位移的顺从性。高顺性的扬声器,说明其折环和定位支片相对较柔软,振膜受力后的位移较大,在相同振膜质量的情况下,其谐振频率也就较低。顺性的单位是米/牛顿(m/N)。

等效容积(Vas或Veq)指扬声器振动系统顺性的等效空气容积。它与扬声器的等效顺性成正比,与扬声器有效振动半径的平方成正比。也可以说,扬声器的口径越大,其等效容积也就越大。其单位是升(L)。

用单只扬声器重发整个音频范围非常困难, 因此现实中常把重放频率范围分成 2~ 3个频段, 用低音、 高音、中音扬声器的组合来重放 50 ~ 16000 Hz 范围的声音。 而超低音扬声器(或者低音炮)则用来覆盖超低音重放频率范围。

要降低扬声器谐振频率,必须研究影响谐振频率的主要因素和以及该因素如何调整。


【未完待续】



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俺家地下室的主箱是下面这个。 等等春节/黑五/圣诞的打折也不失为省钱的策略。 俺也是等到最便宜的时候才剁手。 人穷志短嘛, 莫得法子。等等再等等永远是正确的策略。

** 这张图您仔细看看。您明白俺的意思吧

如果是上万的音箱,最好先看看二手市场。

毕竟大部分人的钱是自己的血汗钱, 俺能提醒大家的也就这些了。如果您可以跳出音响发烧大湿给您下的降头或者魔咒,抛弃 “以价论声”的思维定式,您还可以自行优化组合。当然, 选择是无穷的。


当然这音箱还不够俺的麦克风贵。



这个音箱也不够俺的麦克风电源贵。



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** 知乎阅读总量仅9000万,未跨出一小步 (n<1亿)。盐值低迷900+,时常草地匍匐50~500米单膝泣血跪求关注。俺没啥文化, 初中毕业,大伙都知道。散文很散,敬请海涵。

“老麦, 大家都说你是‘笑话’、‘论坛孤儿’和‘神棍’。”

“没错。 只有不到十万分之0.5的读者赞同俺的观点。”

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知乎现在的网友,对HIFI了解很少了。

并不是喇叭尺寸小了,就出不了低频下潜。要看音箱的结构。

我用的音箱,消声室实测40hz到22k +_3db

低音喇叭只有5寸。

带通式,迷宫式低音炮可以用小喇叭出很低的低频,只是音箱体积也得有一定保证。

hifi时代的旗舰级产品,也有不用大口径喇叭,而是用带通式设计取得优秀低频下潜的例子。

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好问题,咱们一条条来看。

好像大多数电脑桌面音响都到不了50hz以下

自信点,人类玩电声学到今天一百多年,一多半的时间里低频都是非常奢侈的东西。别说你一个小小的电脑桌面音箱了,就是许多监听箱子也摸不到50Hz以下。一代传奇名箱老白盆低频才能摸到60Hz,某试音碟里的加州旅馆,听过吧?开头的鼓是EQ硬拉出来的,因为他们的监听环境低频不足。

可是钢琴有一个八度的音都在50hz以下,管风琴甚至能发出16hz

你说的很对,然而没有任何意义。80年代之前人类主要的声音载体是黑胶,很多时候大家都会刻意避免大动态低频的出现,因为这玩意在刻录的时候可以直接冲破沟槽,不得不进行压缩。实际上在50年代之前无论是录音还是回放,都几乎不会考虑100Hz以下的频率,直接就低切掉了。

顺便你是有多喜欢管风琴啊。

还是说音响的低频比不上耳机?

工作环境不一样,耳机工作在近似压力场环境中,因此耳机的低频非常容易做上去;而音箱不同,对音箱来说,声源平均辐射声功率取决于声源尺寸与声的波长相对大小,低频时,振动单元的输出阻抗要远高于辐射阻抗。而最要命的一点在于……

低频这玩意,必须声大了你才能听到,声音小了你根本听不到。至于为什么,请允许我向你介绍——等响曲线

等响曲线是指典型听音者感觉响度相同的纯音的声压级与频率关系的曲线。双耳测听的等响曲线,最低一条虚线即纯音最小可听声场一双耳测听的听阈曲线。

简单来说,就是人耳对不同响度的声音反应不同,对于某些频率的声音来讲,音量越大你听得越清晰。10dB的200Hz与0dB的2kH、50dB的40Hz,它们彼此之间的声压级几乎是天差地别,但是在你听起来,它们是一样响的。

很显然,让低频单元动起来,不难;难的是让它动得强而有力。考虑到我们日常的听音环境至少有40dB的背景噪音,因此想要感知到60Hz的低频,至少音箱得能在这个频率上发出75dB以上的声音;而你想获得更低的下潜,那么需要的能量也就越大。

还记得咱们前边说过什么吗?声源平均辐射声功率取决于声源尺寸与声的波长相对大小,低频时,振动单元的输出阻抗要远高于辐射阻抗。

所以想要低频下潜好,最好也是最简单的办法就是上个大尺寸单元——可问题是你问的是电脑桌面音箱,你能在桌面摆个12寸的箱子么?不可能的。

当然随着技术的进步,小尺寸单元的低频下潜也在不断改善,所以说有没有办法兼顾小体积和低下潜呢?有,但是

高水平的低频单元,得加钱;声功率上去了,功放肯定不能用A类了(因为大部分能量都被拿去发热了),得用低失真的D类放大,得加钱;你再搞点奇技淫巧,比如说上个被动辐射盆,甚至是上个长冲程背对低音,这一切都需要钱。最后你得到了一个这个:

单只1W,你肯掏这个钱么宝贝儿?

如果买高保真音响或者高保真耳机要花大价钱,我还不如用这些钱请一个小古典乐团到我家来演出呢(哈哈)

通常来说,两万块钱已经能买到相当不错的2.1或者是2.0桌面音箱系统了,而这点钱你想请一个小古典乐团到你家……Emmmmm。

难道咱们穷苦人民就不能在家听到高质量的管风琴或者钢琴了吗?

说句题外话吧。我以前曾经痴迷现场,哈尔滨这个地方很神奇,是联合国认证的亚洲唯一音乐之都。所以为了维护这块牌子,市里会经常拨款补贴,请一些水平还算可以的乐团来进行演出。我家本来离老音乐厅不远,经常会在茶余饭后随便买张票进去坐坐。后来修了新音乐厅,来回折腾不方便,我索性又在新音乐厅附近买了个房子,一方面是放书,一方面周末可以过去住两天顺便去听听现场。新音乐厅的一大特点就是有一台庞大的管风琴,号称是东三省第一,这么多年我听过几次呢……

两次。

能在家听点低质量的管风琴已经不错了,还要啥自行车。搁一百年前你想在家里听都听不到……


最后的最后,是一点小意见……

你家里有声装么?听音室多大啊?都没有的话要那么多低频干嘛?100Hz以下的低频是整个听音环境中最难处理的部分,就算你真掏了钱,硬把低频怼到20Hz,你还得继续解决低频驻波的问题,何苦呢?讲道理50Hz已经足够满足绝大多数听音需求了,知足常乐啊亲。

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低频想下潜至50hz@0dB大约需要至少6.5寸的低频单元,同时多数厂商标得最低频响通常是按照-6dB标准测量的,低频与单元尺寸相关。

耳机因非常接近耳朵的原因,不需产生很大的能量就能提供足够的声压级(SPL),所以自然比音箱更容易做到更深的低频下潜。

当然音箱也可以做到很深的低频下潜,例如Dolby Audio七十年代电影院产品Sensurround早已能轻松产生20hz乃至以下次声波,产生类似地震效果让观影者身临其境。

我们感知声音的方式除了耳朵还有身体各部位器官,例如音乐节现场的重低音音箱,动辄16hz的次声波虽然听不到但依然能感受到低频击打在胸口的震撼感。

还有一点音箱频响是在消声室测得的数据,在日常未经声学处理的环境下实际频响表现俗称两头高,也就是低频、高频偏高,这也是为什么录音棚会做消声处理的原因,需要摒除变量去标准化制作流程。

所以对很多人来说大尺寸音箱不一定是好事儿,你很有可能会面临低频衰减12dB后依然过量等令人烦恼的情况,这是由于驻波造成的,尤其是小房间里几乎无解。

还有一点,每个音符如你提到的50hz仅是音符的基础频率,但你听到的声音不仅是基础频率,而是包括着基础频率整数倍的泛音频率如2f: 100hz, 3f: 150hz等。

而泛音频率决定了音色,基础频率决定的仅是音高,同时对于钢琴而言在混音时为了整体清晰度通常80hz以下低频都会人为切干净,但几乎丝毫不影响钢琴的音色表现。

最后,音箱提供的真实感是耳机所不能比拟的,如真实的声像表现,如低频震动胸口的感觉,这些都是耳机不能提供的。当然如果家里有矿能天天请现场乐队效果自然是最好的啦。

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