Articulo de referencia

Sistema de reducción de ruido Dolby

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Un sistema de reducción de ruido Dolby ( Dolby NR ) es uno de una serie de sistemas de reducción de ruido desarrollados por Dolby Laboratories para su uso en la grabación de cintas de audio analógicas. [ 1 ] El primero fue Dolby A , un sistema profesional de reducción de ruido de banda ancha para estudios de grabación que se demostró por primera vez en 1965, pero el más conocido es Dolby B (introducido en 1968), un sistema de banda deslizante para el mercado de consumo, que ayudó a hacer que la alta fidelidad fuera práctica en cintas de casete , que usaban un tamaño y velocidad de cinta relativamente ruidosos. Es común en reproductores y grabadoras de cinta estéreo de alta fidelidad hasta el día de hoy. De los sistemas de reducción de ruido, Dolby A y Dolby SR se desarrollaron para uso profesional. Dolby B, C y S fueron diseñados para el mercado de consumo. Excepto Dolby HX , todas las variantes de Dolby funcionan mediante compresión : comprimen el rango dinámico del sonido durante la grabación y lo expanden durante la reproducción.

Proceso

Silbido de cinta

Al grabar una señal en cinta magnética, se produce un ligero ruido de fondo similar a un silbido, conocido como siseo de cinta . Una forma de atenuarlo es aumentar el volumen de la grabación hasta que sea lo suficientemente alto como para que el siseo sea menos perceptible. Sin embargo, esto no soluciona el problema durante los pasajes silenciosos de la música, cuando el siseo vuelve a ser perceptible. Además, si el volumen se aumenta de forma uniforme, las secciones de alto volumen de la grabación pueden saturar la capacidad limitada de la cinta y provocar distorsión.

Este último problema se puede solucionar grabando los sonidos en una mayor área de cinta, ya sea utilizando una cinta más ancha o grabándola a mayor velocidad. Los sistemas de cinta de carrete a carrete se estandarizaron con cintas de 0,25 pulgadas (6,4 mm) de ancho. Para reducir el ruido de fondo y ofrecer un mayor rango dinámico , se podían grabar a diferentes velocidades: 7 + 1/2 pulgadas / s (19 cm/s) o 15 pulgadas/s (38 cm/s) para grabaciones de mayor fidelidad, o reducir la velocidad a 3 + 3/4 pulgadas /s (9,5 cm/s) cuando se necesitaban grabaciones largas. Los usuarios podían priorizar la calidad sobre la capacidad total de grabación, según las necesidades de cada grabación .        

El formato de casete se diseñó desde el principio para facilitar su uso y portabilidad, utilizando una cinta más delgada de 3,8 mm (0,15 pulgadas) de ancho y funcionando a una única velocidad más lenta de 4,8 cm/s ( 1 + 7/8 pulgadas /s) . Esto provocó que el silbido fuera mucho más perceptible, pero esto no supuso un problema para su uso previsto como formato de grabación de dictados. Debido a su pequeño tamaño y velocidad única, no existía una forma sencilla para que el usuario eliminara el silbido al utilizarlo para grabaciones de alta fidelidad, como la música. La situación mejoró con el uso de óxidos de "bajo ruido" a partir de finales de la década de 1960, pero el silbido siguió siendo un problema importante en los casetes y limitó su uso para la música.    

Compresión y expansión

La reducción de ruido Dolby ofrece una solución al problema del silbido al cambiar dinámicamente el volumen de la grabación. Dado que los pasajes de bajo volumen necesitan ser amplificados para enmascarar el silbido, mientras que las secciones de alto volumen no pueden amplificarse demasiado, el concepto subyacente de la reducción de ruido Dolby es ajustar dinámicamente el volumen en función del volumen actual de la grabación. Las secciones de bajo volumen se amplifican y las de alto volumen no. El resultado es una grabación "comprimida" con un volumen más uniforme que la original, amplificando las secciones de bajo volumen para enmascarar el silbido. Este concepto general se conoce como preénfasis dinámico . Durante la reproducción, el rango de volumen se desplaza hacia el original, un proceso conocido como deénfasis . El concepto de usar preénfasis y luego deénfasis se conoce como compresión -expansión .

Además de este concepto básico de compresión, los sistemas de reducción de ruido Dolby añaden otra mejora. Esta tiene en cuenta que el ruido de la cinta se escucha principalmente en frecuencias superiores a 1000  Hz. Son los sonidos de baja frecuencia los que suelen ser fuertes, como los golpes de batería, por lo que al aplicar la compresión solo a ciertas frecuencias, se puede reducir la distorsión total de la señal original y concentrarla únicamente en las frecuencias problemáticas. Las diferencias entre los distintos productos Dolby radican principalmente en el conjunto preciso de frecuencias que utilizan y en la cantidad de modificación del volumen de la señal original que se aplica a cada una de las bandas de frecuencia.

Características de codificación para sistemas de reducción de ruido Dolby tipo B y tipo C para un nivel de señal de entrada de −60 dB  ; las curvas de decodificación en reproducción son exactamente inversas y, por lo tanto, la respuesta de frecuencia general de grabación/reproducción es plana.

Dentro de cada banda, la cantidad de preénfasis aplicada depende del volumen de la señal original. Por ejemplo, en Dolby  B, una señal de bajo nivel se amplifica en 10 dB , mientras que las señales al "Nivel Dolby" (+3 VU) no reciben ninguna modificación. Entre estos dos límites, se aplica un nivel variable de preénfasis. Durante la reproducción, se aplica el proceso inverso, basado en el componente de señal relativo por encima de 1 kHz. De este modo, a medida que esta porción de la señal disminuye en amplitud, las frecuencias más altas se atenúan progresivamente, lo que también reduce el ruido de fondo constante en la cinta justo donde sería más perceptible.   

Los dos procesos, preénfasis y desénfasis, están diseñados para anularse mutuamente en lo que respecta al material grabado. Durante la reproducción, solo se aplica desénfasis a la señal y el ruido de entrada. Una vez completada la desénfasis, el ruido aparente en la señal de salida se reduce, y este proceso no debería producir ningún otro efecto perceptible para el oyente, salvo la disminución del ruido de fondo. Sin embargo, la reproducción sin reducción de ruido produce un sonido notablemente más brillante, ya que se han realzado las frecuencias más altas.

La calibración correcta de los circuitos de grabación y reproducción es fundamental para garantizar una reproducción fiel del contenido original del programa. Esta calibración puede verse fácilmente afectada por cintas de mala calidad, cabezales de grabación/reproducción sucios o desalineados, o por el uso de niveles de polarización /frecuencia inadecuados para la formulación de la cinta, así como por la velocidad de la cinta al grabar o duplicar. Esto puede manifestarse como una reproducción con sonido apagado o como una fluctuación en el nivel de ruido a medida que varía el volumen de la señal.

Algunos equipos de consumo de alta gama incluyen un control de calibración Dolby. Para la grabación, se puede grabar un tono de referencia a nivel Dolby para una calibración precisa del nivel de reproducción en otro transporte. Durante la reproducción, el mismo tono grabado debería producir la misma salida, indicada por la marca del logotipo Dolby en aproximadamente +3  VU en el medidor VU. En los equipos de consumo, el nivel Dolby se define como 200 nWb/m² , y existían cintas de calibración disponibles para facilitar el ajuste correcto del nivel. Para una monitorización precisa fuera de la cinta durante la grabación en grabadoras de tres cabezales, ambos procesos deben emplearse simultáneamente, y el circuito necesario para ello se comercializa bajo la etiqueta "Double Dolby". 

Dolby A

La reducción de ruido Dolby  tipo A fue el primer sistema de reducción de ruido de la compañía Dolby, presentado en 1965. [ 2 ] [ 3 ] Fue diseñado para su uso en estudios de grabación profesionales, donde se popularizó, obteniendo una amplia aceptación al mismo tiempo que la grabación multipista se estandarizaba. La señal de entrada se divide en bandas de frecuencia mediante cuatro filtros con  pendientes de 12 dB por octava, con frecuencias de corte (puntos de 3  dB hacia abajo) de la siguiente manera: paso bajo a 80  Hz; paso banda de 80  Hz a 3  kHz; paso alto a partir de 3  kHz; y otro paso alto a 9  kHz. La superposición de las contribuciones de las dos bandas de paso alto permite una mayor reducción de ruido en las frecuencias superiores. El circuito compresor/expansor tiene un umbral de −40 dB  , con una relación de 2:1 para una compresión/expansión de 10  dB. Esto proporciona  una reducción de ruido de aproximadamente 10 dB, que aumenta a un posible 15  dB a 15  kHz, según artículos escritos por Ray Dolby y publicados por la Audio Engineering Society en octubre de 1967 [ 4 ] [ 5 ] y Audio en junio/julio de 1968. [ 6 ] [ 7 ]

Al igual que con el sistema Dolby  tipo B, es importante que los procesos de compresión y expansión coincidan correctamente. La calibración de la unidad de expansión (decodificación) para cinta magnética utiliza un nivel de flujo de 185  nWb/m, que es el nivel utilizado en cintas de calibración industriales como las de Ampex; este valor se ajusta a 0  VU en la reproducción de la grabadora y a nivel Dolby en la unidad de reducción de ruido. En el modo de grabación (compresión o codificación), un tono característico (tono Dolby) generado dentro de la unidad de reducción de ruido se ajusta a 0  VU en la grabadora y a 185  nWb/m en la cinta.

El  sistema Dolby A también se utilizó como método de reducción de ruido en el sonido óptico para películas. En 2004, la reducción de ruido Dolby A fue incluida en el Salón de la Fama de TECnology , un honor otorgado a "productos e innovaciones que han tenido un impacto duradero en el desarrollo de la tecnología de audio". [ 8 ]

Dolby B

Análisis de ruido y respuesta en frecuencia de una platina de casete de alto rendimiento Nakamichi 580M con sistema de reducción de ruido Dolby tipo B.
Tres casetes de música codificados con Dolby  B, que muestran varias formas en que se podría indicar el uso del sistema. You Don't Bring Me Flowers usa un logotipo Dolby simple; Apurimac usa un logotipo Dolby con "B  NR" (también con "HX  PRO" para indicar el uso complementario de esa tecnología); Tour De Force usa un logotipo Dolby con "Dolby System".

La reducción de ruido Dolby  B se desarrolló después de Dolby  A y se introdujo en 1968. Consistía en un sistema de banda deslizante única que proporcionaba aproximadamente 9  dB de reducción de ruido ( ponderación A ), principalmente para su uso con cintas de casete . Era mucho más simple que Dolby  A y, por lo tanto, mucho menos costoso de implementar en productos de consumo.  Las grabaciones Dolby B son aceptables cuando se reproducen en equipos que no poseen un  decodificador Dolby B, como reproductores de casete portátiles y para automóvil económicos. Sin el efecto de desacentuación del decodificador, el sonido se percibirá más brillante, ya que se enfatizan las altas frecuencias, lo que puede usarse para compensar una respuesta de alta frecuencia "apagada" en equipos económicos. Sin embargo, Dolby  B proporciona una reducción de ruido menos efectiva que Dolby  A, generalmente en una cantidad superior a 3  dB.

El sistema Dolby  B es efectivo a partir de aproximadamente 1  kHz; la reducción de ruido que proporciona es de 3  dB a 600  Hz, 6  dB a 1,2  kHz, 8  dB a 2,4  kHz y 10  dB a 5  kHz. El ancho de la banda de reducción de ruido es variable, ya que está diseñado para responder tanto a la amplitud como a la distribución de frecuencia de la señal. Por lo tanto, es posible obtener una reducción de ruido significativa incluso a frecuencias muy bajas sin causar modulación audible del ruido por la señal ("respiración"). [ 9 ]

Desde mediados de la década de 1970, Dolby  B se convirtió en el estándar de los casetes de música pregrabada comerciales, aunque algunos equipos de gama baja carecían de circuitos de decodificación. La mayoría de los casetes pregrabados utilizan esta variante. Las grabadoras de vídeo VHS utilizaban Dolby  B en sus pistas de audio estéreo lineal.

Grabadora de cinta Advent Corporation con sistema de reducción de ruido Dolby (aprox. 1972)

Antes de la introducción de las variantes para el consumidor (  siendo Dolby C la primera), los reproductores de casete compatibles con Dolby  B y los casetes codificados con este estándar se etiquetaban simplemente como "Dolby System", "Dolby  NR" o, sin texto, con el símbolo de Dolby. Esta práctica continuó en algunos sellos discográficos y fabricantes de hardware incluso después de  la introducción de Dolby C, durante el período en que el nuevo estándar era relativamente poco conocido.

El sistema ANRS [ 10 ] de JVC , utilizado en lugar de Dolby  B en los primeros reproductores de casete de JVC, se considera compatible con Dolby  B. JVC finalmente abandonó el estándar ANRS en favor del  soporte oficial para Dolby B; existen algunos reproductores de JVC cuyos interruptores de reducción de ruido tienen una configuración combinada "ANRS  / Dolby  B". Otro sistema de control competidor fue dbx , pero era incompatible con los sistemas Dolby y no tuvo mucha aceptación en el mercado.

RMS

 En la década de 1980, se desarrolló y utilizó en muchas grabadoras de cinta de la antigua República Democrática Alemana un compresor-expansor totalmente compatible con Dolby B. Se llamaba RMS (de Rauschminderungssystem , en español: "Sistema de reducción de ruido"). [ 11 ]

Dolby FM

A principios de la década de 1970, algunos esperaban que Dolby  NR se convirtiera en la norma en las transmisiones de radio FM y se fabricaron algunos sintonizadores y amplificadores con circuitos de decodificación; también había algunas grabadoras de cinta con un  modo de "paso directo" Dolby B. En 1971, WFMT comenzó a transmitir programas con Dolby  NR, [ 12 ] y pronto unas 17 estaciones transmitieron con reducción de ruido, pero para 1974 ya estaba en declive. [ 13 ] Dolby  FM se basaba en Dolby  B, [ 14 ]  pero utilizaba una constante de tiempo de preénfasis modificada de 25 μs [ 15 ] y una disposición de compresión selectiva de frecuencia para reducir el ruido.

Un sistema similar llamado High Com FM fue evaluado en Alemania entre julio de 1979 y diciembre de 1981 por IRT , [ 16 ] y probado en campo hasta 1984. Estaba basado en el sistema compresor-expansor de banda ancha Telefunken High Com , pero nunca se introdujo comercialmente en la radiodifusión FM. [ 17 ] Otro sistema competidor fue FMX , que estaba basado en CX .

Un reproductor de casetes típico para el consumidor de finales de la década de 1980, que incluye inversión automática, controles de transporte electrónicos y Dolby  B y C, entre otras características.

Dolby C

Características de codificación de la reducción de ruido Dolby tipo C para un rango de niveles de señal de entrada.
Comparación de las características de ruido y respuesta en frecuencia de los sistemas de reducción de ruido Dolby tipo B y Dolby tipo C, desde una platina de casete de alto rendimiento Nakamichi ZX-7

El sistema de reducción de ruido Dolby  tipo C se desarrolló en 1980. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Proporciona  una reducción de ruido de aproximadamente 15 dB ( ponderación A ) en la región de 2  kHz a 8  kHz donde el oído es altamente sensible y se concentra la mayor parte del silbido de la cinta. Su efecto de reducción de ruido resulta de la disposición de acción escalonada de doble nivel (que consta de una etapa de alto nivel y una etapa de bajo nivel) de compresores y expansores conectados en serie, con una extensión a frecuencias más bajas que con Dolby  B. Al igual que en Dolby  B, una técnica de "banda deslizante" (la frecuencia de operación varía con el nivel de la señal) ayuda a suprimir la respiración indeseable , que suele ser un problema con otras técnicas de reducción de ruido.

Como resultado del procesamiento adicional de la señal,  las grabaciones Dolby C sonarán distorsionadas al reproducirse en equipos que no cuenten con el  circuito de decodificación Dolby C necesario. Parte de esta distorsión puede mitigarse utilizando Dolby B durante la reproducción, lo que reduce la intensidad de las frecuencias altas.

Con  el procesamiento Dolby C, la reducción de ruido comienza dos octavas más abajo en frecuencia para intentar mantener un nivel de ruido psicoacústicamente uniforme. En la región por encima de 8  kHz, donde el oído es menos sensible al ruido, entran en juego redes especiales de corrección espectral y antisaturación. Estos circuitos evitan la modulación cruzada de frecuencias bajas con frecuencias altas, suprimen la saturación de la cinta cuando hay grandes transitorios de señal y aumentan el margen dinámico efectivo del sistema de cinta de casete. Como resultado, las grabaciones son más limpias y nítidas, con una respuesta de alta frecuencia mucho mejor que la que carecía el formato de casete hasta ahora. Con una cinta de buena calidad, la  respuesta Dolby C podía ser plana hasta 20  kHz con un nivel de grabación de 0  dB, un resultado antes inalcanzable. Era posible obtener una relación señal/ruido ponderada A de 72  dB (con un 3 %  de THD a 400  Hz) sin efectos de "respiración" no deseados, incluso en pasajes difíciles de grabar.

Dolby  C apareció por primera vez en reproductores de casete de gama alta en la década de 1980. El primer reproductor de casete disponible comercialmente con Dolby  C fue el NAD 6150C, que salió al mercado alrededor de 1981. Dolby  C también se utilizó en equipos de vídeo profesionales para las pistas de audio de los formatos de videocasete Betacam y Umatic SP . En Japón, el primer reproductor de casete con Dolby  C fue el AD-FF5 de Aiwa . Los reproductores de casete con Dolby  C también incluían Dolby  B para retrocompatibilidad y generalmente se etiquetaban como "Dolby BC NR".

Dolby SR

El  sistema Dolby SR (Spectral Recording), presentado en 1986, fue el segundo sistema profesional de reducción de ruido de la compañía. Su enfoque de reducción de ruido es mucho más agresivo que el de Dolby  A. Intenta maximizar la señal grabada en todo momento mediante una compleja serie de filtros que varían según la señal de entrada. Como resultado, Dolby SR es mucho más costoso de implementar que Dolby  B o C, pero  es capaz de proporcionar hasta 25  dB de reducción de ruido en el rango de alta frecuencia. Solo se encuentra en equipos de grabación profesionales. [ 1 ] [ 21 ]

En la industria cinematográfica, en lo que respecta a las copias de distribución de películas, las  marcas Dolby A y SR se refieren a Dolby Surround, que no es solo un método de reducción de ruido, sino que, lo que es más importante, codifica dos canales de audio adicionales en la banda sonora óptica estándar , proporcionando sonido izquierdo, central, derecho y envolvente.

Las copias SR son bastante compatibles con versiones anteriores de equipos Dolby A. La marca Dolby SR-D se refiere a que una misma copia incluye pistas de audio  analógicas Dolby SR y digitales Dolby Digital .

Dolby S

Reproductor de casetes Harman/Kardon Dolby  S, lanzado en 1991 y que también incorpora HX  Pro [ 22 ].

Dolby  S se introdujo en 1989. Su objetivo era que  se convirtiera en el estándar de los casetes de música pregrabada comerciales, de forma similar a como lo  había hecho Dolby B en la década de 1970. Sin embargo, llegó al mercado justo cuando el CD estaba reemplazando al casete compacto como formato musical dominante en el mercado masivo. Dolby Labs afirmaba que la mayoría del público no podía diferenciar entre el sonido de un CD y el de un casete con codificación Dolby S. Dolby S se encontraba principalmente en equipos de audio de alta gama y nunca se popularizó, aunque sí se incluyó en algunos modelos de gama media fabricados entre mediados y finales de la década de 1990.  

Dolby  S es mucho más resistente a los problemas de reproducción causados ​​por el ruido del mecanismo de transporte de la cinta que Dolby  C. Asimismo,  se afirmó que Dolby S era compatible con Dolby  B, de modo que una  grabación Dolby S podía reproducirse en  equipos Dolby B antiguos con cierto beneficio. Básicamente, es una versión reducida de Dolby  SR optimizada específicamente para la grabación en casete, y utiliza muchas de las mismas técnicas de reducción de ruido. Dolby  S es capaz de  reducir el ruido en 10 dB a bajas frecuencias y hasta en 24  dB a altas frecuencias. [ 23 ]

Al igual que Dolby C, no se trata solo de un sistema de reducción de ruido. Emplea las mismas técnicas de antisaturación y corrección espectral que utiliza Dolby C, lo que reduce los efectos de la saturación de la cinta y permite un mejor rendimiento de las altas frecuencias a altos niveles de grabación.

Dolby HX/HX-Pro

El circuito Dolby HX está controlado por el circuito integrado NEC uPC1297, estándar en la industria. Este modula la corriente de polarización entrante y la inyecta en los dos canales del cabezal de grabación estéreo a través de dos transformadores de ferrita.

La cinta magnética es inherentemente no lineal debido a la histéresis del material magnético. Si una señal analógica se grabara directamente en cinta magnética, su reproducción se distorsionaría enormemente debido a esta no linealidad . Para superar esto, se mezcla una señal de alta frecuencia, conocida como polarización, con la señal grabada, que desplaza la envolvente de la señal hacia la región lineal. Si la señal de audio contiene un fuerte contenido de alta frecuencia (en particular, de instrumentos de percusión como los platillos hi-hat ), esto se suma a la polarización constante, causando saturación magnética en la cinta. La polarización dinámica o adaptativa reduce automáticamente la señal de polarización en presencia de fuertes señales de alta frecuencia, lo que permite grabar a un nivel de señal más alto.

El Dolby HX original, donde HX significa Headroom eXtension , fue inventado en 1979 por Kenneth Gundry de Dolby Laboratories, y fue rechazado por la industria debido a sus fallas inherentes. Bang & Olufsen continuó trabajando en la misma dirección, lo que resultó en una patente de 1981 (EP 0046410) por Jørgen Selmer Jensen. [ 24 ] Bang & Olufsen inmediatamente cedió la licencia de HX-Pro a Dolby Laboratories, estipulando un período de prioridad de varios años para su uso en productos de consumo, para proteger su propia platina de casete Beocord 9000. [ 25 ] [ 26 ] A mediados de la década de 1980, el sistema Bang & Olufsen, comercializado a través de Dolby Laboratories, se convirtió en un estándar de la industria bajo el nombre de Dolby HX Pro.

HX-Pro solo se aplica durante el proceso de grabación. La relación señal-ruido mejorada está disponible independientemente del reproductor de cinta en el que se reproduzca la cinta, por lo que HX-Pro no es un sistema de reducción de ruido como Dolby  A, B, C y S, aunque sí ayuda a mejorar la precisión de la codificación/decodificación de la reducción de ruido al disminuir la no linealidad de la cinta. Algunas compañías discográficas lanzaron cintas de casete pregrabadas con HX-Pro a finales de la década de 1980 y principios de la de 1990.

Hoy

La proliferación generalizada del audio digital en aplicaciones profesionales y de consumo (por ejemplo, discos compactos, descarga de música , transmisión de música) ha hecho que la producción de audio analógico sea menos frecuente y, por lo tanto, ha cambiado el enfoque de Dolby en Dolby Vision , pero los sistemas de reducción de ruido analógico de Dolby todavía se utilizan ampliamente en entornos de producción analógica especializados.

Véase también

Referencias

  1. 1 2 White, Paul (enero de 1996). "Reducción de ruido de cinta" . Sound On Sound . Archivado del original el 4 de junio de 2016. Recuperado el 2 de septiembre de 2023 .
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  3. Foster, Alana (6 de septiembre de 2017). "Dolby Laboratories recibe un reconocimiento internacional a la excelencia" . IBC . Consultado el 9 de septiembre de 2024 .
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  5. Dolby, Ray (octubre de 1967). Un sistema de reducción de ruido de audio (PDF) . 33.ª Convención de la Audio Engineering Society, Documento número 543. Los Ángeles . Consultado el 9 de noviembre de 2020 .
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  7. Dolby, Ray M. (julio de 1968). "Reducción de ruido de audio: parte 2 (conclusión)" (PDF) . Audio : 26–30 . Archivado (PDF) del original el 9 de octubre de 2022. Recuperado el 9 de noviembre de 2020 .
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  • Dolby Laboratories, Inc.
  • Algunos aspectos poco conocidos de la cinta analógica : en relación con Dolby-HX/HX-Pro , AES marzo de 1990, Arndt Klingelnberg
  • Descripción general de Dolby y otros sistemas de reducción de ruido, por Richard Hess.
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