DE599965C - Electric pickup for records with inscription - Google Patents
Electric pickup for records with inscriptionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen für Schallplatten mit Tief schrift bestimmten elektrischen Tonabnehmer, dessen Abtastnadel gleichachsig mit einer innerhalb eines radialen Magnetfeldes kolbenartig beweglichen Spule starr verbunden ist. Bezweckt wird eine solche Ausbildung des Tonabnehmers, daß die zwischen der Abtastnadel und der Fläche der Schallplatte auftretenden Kräfte im Vergleich zu bekannten Bauarten auf den niedrigsten zulässigen Wert vermindert werden, um sowohl die Abnutzung der üblichen Schallplatten zu verringern als auch die Verwendung weicher Wachsplatten ohne übermäßige Abnutzung zu ermöglichen.The invention relates to a specific for records with lettering electrical Pickup, the stylus of which is coaxial with a coil that can be moved like a piston within a radial magnetic field is rigidly connected. The aim is such a design of the pickup that the Forces occurring between the stylus and the surface of the record in comparison to known types are reduced to the lowest permissible value to both to reduce the wear and tear of traditional vinyl records as well as the use of soft wax sheets without undue wear and tear to enable.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Tonabnehmers wird außerdem die Wiedergabe eines außerordentlich breiten Frequenzbandes ermöglicht.The inventive design of the pickup is also the reproduction an extraordinarily wide frequency band.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Abtastnadel und Spule ausschließlich von zwei parallelen elastischen Haltern getragen sind, die die Abtastnadel mit einer solchen Vorspannung gegen die Schallplatte drücken, daß die Abtastnadel bei jeder innerhalb des wiederzugebenden Frequenzbereiches liegenden Frequenz von den wellenförmigen Schallaufzeichnungen streng zwangsläufig geführt ist und daß Masse und Steifheit des in Schwingung versetzten Systems derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Eigenfrequenz des Schwingungssystems annähernd dem geometrischen Mittelwert der höchsten und niedrigsten wiederzugebenden Tonfrequenz gleich ist.This is achieved according to the invention in that the stylus and coil are exclusively are carried by two parallel elastic holders that hold the stylus with a such a bias against the record that the stylus at each within of the frequency range to be reproduced from the wave-shaped Sound recordings are strictly inevitable and that the mass and rigidity of the in Vibration offset system are coordinated in such a way that the natural frequency of the vibration system approximates the geometric mean value of the highest and lowest audio frequency to be reproduced is equal to.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist durch die Zeichnungen veranschaulicht, und zwar zeigtAn embodiment of the subject matter of the invention is illustrated by the drawings, namely shows
Abb. ι eine in etwas vergrößertem Maßstab gehaltene Gesamtdarstellung des Tonabnehmers, Fig. Ι an overall representation of the pickup on a slightly enlarged scale,
Abb. 2 einen vergrößerten Schnitt, welcher die Anordnung des beweglichen Systems und dessen elastische Aufhängung erkennen läßt,Fig. 2 is an enlarged section showing the arrangement of the movable system and whose elastic suspension reveals,
Abb. 3 ein das schwingende System darstellendes Ersatzschema,Fig. 3 is a substitute scheme showing the oscillating system,
Abb. 4 schematisch einen vergrößerten Abschnitt der Schallaufzeichnung,Fig. 4 schematically shows an enlarged section of the sound recording,
Abb. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einflusses, der durch eine Veränderung der Masse des schwingenden Systems auf die Grenzfrequenzen ausgeübt wird, undFig. 5 is a diagram to illustrate the influence caused by a change the mass of the oscillating system is exerted on the limit frequencies, and
Abb. 6 ein ähnliches Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung, welche durch Veränderung der anfänglichen Verschiebung der Aufhängung des beweglichen Systems hervorgerufen wird.Fig. 6 is a similar diagram to illustrate the effect caused by change the initial displacement of the suspension of the moving system will.
Wie Abb. 1 erkennen läßt, ruht ein Hufeisenmagnet ι mit ungleich langen Schenkeln, gehalten durch eine Klammer 3, auf einer Wandung des Gehäuses 2. Seine Polschuhe 4 und 5 sind so geformt und gelagert, daß der Mittelteil 6 des Polschuhes 5 derart in eine im verjüngten Ende 7 des Polschuhes 4 vorgesehene Öffnung hineinragt, daß ein ringförmiger Luftspalt 8 entsteht. Der Polschuh 5 wirdAs can be seen in Fig. 1, a horseshoe magnet rests with unequal legs, held by a clamp 3 on a wall of the housing 2. Its pole shoes 4 and 5 are shaped and mounted so that the central part 6 of the pole piece 5 in such a way in an im tapered end 7 of the pole piece 4 provided opening protrudes that an annular Air gap 8 is created. The pole piece 5 is
zweckmäßig hohl ausgebildet, so daß beim Zusammenbau zur genauen Ausrichtung des Polschuhes 5 gegenüber dem Polschuh 4 eine zapfenförmige Lehre zur Verwendung gelangen kann. Um die Teile derart ausgerichtet zu halten, wird alsdann ein Messingstück 9 angelötet, damit nach Einsetzen des Zapfens 6 in den Polschuh S und nach seiner Verschraubung bei 10 der Luftspalt gleichmäßig weit bleibt. Das Ganze wird durch Schrauben 11 am Gehäuse 2 befestigt, dessen nicht näher dargestellter Deckel bei 12 angeschraubt wird. Innerhalb des Luftspaltes 8 ruht eine Spule 13, welche aus etwa vierzig Windungen feinen Banddrahtes, am besten aus Aluminium, bestehen kann, die auf eine Hartgummiform 14 aufgebracht sind. Die Form 14 wird mit einer geeigneten Abtastnadel 15 in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise ausgerüstet. Dieses bewegliche System wird mittels zweier Stahldrahtstücke 19 von etwa 0,23 mm Durchmesser elastisch aufgehängt, die um den die Nadelfassung bildenden Teil der Form 14 herumgewickelt sind und mittels Schrauben 16 in einem Hartgummiblock 17 festgeklemmt werden, welcher am Polschuh 4 sitzt. Die entsprechend lang bemessenen Enden der Spule 13 sind schlangenförmig gebogen und an den Klemmen 18 befestigt, von denen aus Verbindungsdrähte 20 zum Verstärker führen.expediently hollow, so that when assembling for precise alignment of the Pole shoe 5 against the pole shoe 4 get a pin-shaped gauge for use can. In order to keep the parts aligned in this way, a brass piece 9 soldered on, so after inserting the pin 6 in the pole piece S and after screwing it at 10 the air gap remains evenly wide. The whole thing is done by screws 11 attached to the housing 2, the cover of which is screwed on at 12, not shown in detail. Within the air gap 8 rests a coil 13, which has about forty turns Ribbon wire, preferably made of aluminum, can be made on a hard rubber mold 14 are upset. The mold 14 is made with a suitable stylus 15 in the out Fig. 2 clearly equipped. This mobile system is made possible by two Steel wire pieces 19 of about 0.23 mm diameter elastically suspended around the the The needle socket forming part of the mold 14 is wound around it are and are clamped by means of screws 16 in a hard rubber block 17, which sits on pole piece 4. The correspondingly long ends of the coil 13 are curved in a serpentine shape and attached to the Clamps 18 attached, from which connecting wires 20 lead to the amplifier.
Die Betrachtungen, die zu der eingangs dargelegten Forderung führten, sowie die Möglichkeiten, die Bauart den sich aus jedem Einzelfall ergebenden Erfordernissen und Bedingungen anzupassen, werden aus der nachstehenden Beschreibung des analytischen Verfahrens verständlich, mit Hilfe dessen die Probleme der Berg- und Talschallaufzeichnung untersucht und die vorliegende Erfindung entwickelt wurde.The considerations related to the initially presented Demand led, as well as the possibilities, the type of construction which arise from each individual case to adapt resulting requirements and conditions, are made from the following Description of the analytical procedure understandable, with the help of which the problems of mountain and valley sound recording studied and the present invention was developed.
Voraussetzung für eine \rerzerrungsfreie Schallwiedergabe ist, daß die Abtastnadel den Änderungen in der Höhenlage der Schallnut genau folgt. Abb. 4 veranschaulicht schematisch die Verhältnisse. Mit q,, seien die Höhenänderungen des Bodens der Schallnut bezeichnet, gerechnet von der Rückseite der Schallplatte aus; q0 stelle die Maximalamplicude des . Wellenzuges dar, und q gebe die Lageänderungen des beweglichen Systems an. Mit Q sei die in der Ausgangslage erfolgte senkrechte Verschiebung des beweglichen Systems gegenüber dem Magneten bezeichnet. Diese Verschiebung wird dadurch herbeigeführt, daß der Plattenspieler auf der Schallplatte ruht, also die nachgiebige Halterung der Spule eine elastische Beanspruchung erfährt. Die Gleichung für den zeitlichen Verlauf der Höhenänderung der Schallnut kann dann folgendermaßen geschrieben werden:The prerequisite for a \ r erzerrungsfreie sound reproduction that the stylus exactly follows the changes in the altitude of Schallnut. Fig. 4 illustrates the relationships schematically. The changes in height of the bottom of the sound groove are designated by q ,, calculated from the rear of the record; q 0 represents the maximum amplitude of the. Wave train, and q indicate the changes in position of the moving system. Q is the vertical displacement of the movable system with respect to the magnet that took place in the starting position. This shift is brought about by the fact that the record player rests on the record, that is to say that the flexible mounting of the coil is subjected to elastic stress. The equation for the change in height of the sound groove over time can then be written as follows:
qii = K 4- SO cos ω t · qii = K 4- SO cos ω t
Die Bewegungsgleichung für die Spitze der Schallnadel, die sich in der Nut mit den durch die eben genannte Gleichung gekennzeichneten Höhenänderungen zu bewegen hat, lautet dannThe equation of motion for the tip of the sound needle, which is in the groove with the has to move height changes characterized by the equation just mentioned, then reads
q0coscot.q 0 coscot.
Dabei ist q die Gesamtverschiebung des Nadelsystems zu irgendeiner Zeit t, in Zentimeter gemessen, und K entspricht der willkürlich gewählten Schallplattendicke, ebenfalls in Zentimeter gemessen.Here q is the total displacement of the needle system at any time t, measured in centimeters, and K corresponds to the arbitrarily chosen record thickness, also measured in centimeters.
Bekanntlich werden die Verhältnisse mechanischer Schwingungssysteme in einfacher Form erkenntlich, wenn man sich die mechanischen Elemente durch die analogen elektrischen Elemente ersetzt denkt. Im vorliegenden Fall stellt das in Abb. 3 wiedergegebene Schema das Schwingungssystem des beschriebenen Plattenspielers dar. Hier bedeutete die wirksame Gesamtmasse des beweglichen Systems in Gramm und 6" den elastischen Widerstand (Steifheit) der nachgiebigen Halterung, gemessen in dyn/cm, und R die Dämpfung des schwingenden Systems inAs is well known, the relationships between mechanical vibration systems can be seen in a simple form if one imagines the mechanical elements to be replaced by the analog electrical elements. In the present case, the diagram shown in Fig. 3 represents the vibration system of the turntable described. Here, the effective total mass of the movable system in grams and 6 "meant the elastic resistance (stiffness) of the flexible bracket, measured in dynes / cm, and R denotes Damping of the vibrating system in
· Sek. Alle diese Masse sind auf die cm Spitze der Schallnadel bezogen.· Sec. All these measurements are related to the cm tip of the sound needle.
Da die Nadel der Schallaufzeichnung genau folgen, also in ständiger Berührung mit der Schallplatte bleiben muß, darf die Summe der die Nadel an die Schallplatte andrückenden Kräfte niemals geringer als Null werden. Analytisch ausgedrückt bedeutet diesBecause the needle follows the sound recording exactly, i.e. in constant contact with the record must remain, the sum of the pressure of the needle on the record may be allowed Forces never become less than zero. In analytical terms, this means
■ m ■ m
ο.ο.
Aufgelöst lautet diese Gleichung unter Berücksichtigung von (1)The solution is this equation, taking into account (1)
(3)(3)
SQ 4- q0 US — ηιω2) costal — .Rcusincoi] > 0 . SQ 4- q 0 US - ηιω 2 ) costal - .Rcusincoi]> 0.
Da dieser Ausdruck einen Minimalwert aufweist, so genügt es, wenn für diesen Grenzfall
der Stift mit der Schallplatte in Berührung bleibt. Durch Bildung des Differentialkoeffizienten
erhält man
d{EF) Since this expression has a minimum value, it is sufficient for the pen to remain in contact with the record for this borderline case. Forming the differential coefficient gives
d {EF)
dtGerman
- — —(S—ma)2)sincot—i?ft>cos<uii. (3a)- - - (S - ma) 2 ) sincot - i? Ft> cos <uii. (3a)
Setzt man diesen Wert gleich Null, so ergibt sichIf this value is set equal to zero, the result is
tangωt =tang ωt =
mcomco
(4)(4)
591*905591 * 905
Setzt man die Gleichung (4) in Gleichung (3) ein, so erhält manSubstituting equation (4) into equation (3), one obtains
SQ |> q0coZ. SQ |> q 0 coZ.
(4a)(4a)
Hierin ist Z die mechanische Impedanz, die durch die GleichungHerein Z is the mechanical impedance given by the equation
/ ς \2/ ς \ 2
Z2 = i?2+ [mto
\Z 2 = i? 2 + [mto
\
definiert ist. Da die Geschwindigkeitsamplitude is defined. Since the speed amplitude
V = qocoV = q o co
ist, ergibt sich aus der Gleichung (4a) bei gegebener Frequenz als positive Größeis, results from equation (4a) as a positive variable at a given frequency
Z<-~ oder SQ > VZ. (5) Z <- ~ or SQ > VZ. (5)
Dies stellt den mathematischen Ausdruck für die Grundbedingungen dar, welche zu erfüllen sind, um die Nadel in Berührung mit der Schallplatte zu halten.This represents the mathematical expression for the basic conditions which have to be met to keep the needle in contact with the record.
Wenn man annimmt, daß beide Seiten der Gleichung (4 a) positiv sind, so ergibt sich für ω unmittelbar die folgende Gleichung:If one assumes that both sides of equation (4 a) are positive, the following equation immediately results for ω:
Vmm2-+ω^S2Q2- V2R2 ~VS<o. (6) Vmm 2 - + ω ^ S 2 Q 2 - V 2 R 2 ~ VS <o. (6)
Diese Gleichung hat vier Wurzeln für ω, wenn man sie gleich ο setzt, von denen zwei positive Lösungen darstellen und daher von Interesse sind. Wird die Gleichung (6) einer negativen Größe gleichgesetzt, so ergeben sich Lösungen, bei denen ω zwischen die beiden positiven Grenzwerte fällt, welche sich ergeben, wenn man die Gleichung (6) gleich Null setzt. Der untere Grenzwert für eine unverzerrte Wiedergabe Cu1 und der obere Grenzwert ω2 werden unten angegeben. Durch Werte, welche zwischen diese beiden Grenzen fallen, werden die Bedingungen für eine getreue Schallwiedergabe durch die der Aufzeichnung genau folgenden Schallnadel erfüllt. Dieser Bereich liegt also zwischen Co1 und Cu2, welche sich wie folgt berechnen :This equation has four roots for ω when put equal to ο, two of which are positive solutions and are therefore of interest. If equation (6) is equated to a negative quantity, solutions result in which ω falls between the two positive limit values which result when equation (6) is set equal to zero. The lower limit value for undistorted reproduction Cu 1 and the upper limit value ω 2 are given below. Values that fall between these two limits meet the conditions for a faithful sound reproduction by the sound needle exactly following the recording. This range is between Co 1 and Cu 2 , which are calculated as follows:
undand
2Wf1=O)1 = -]/-2Wf 1 = O) 1 = -] / -
= Co2 = Co 2
Zur Erläuterung dieser Formeln sei ein typischer Fall betrachtet, bei dem folgende Verhältnisse vorliegen: S=io · io6 dyn pro Zentimeter, m = o, 1 g, R = O, O^ 0,020 cm, F /SkTo explain these formulas, consider a typical case in which the following relationships exist: S = io · io 6 dynes per centimeter, m = 0.1 g, R = 0.020 cm, F / Sk
Mittels der Gleichungen (7) und (8) ergibt sich, daß sich Z1 und f2 auf 34 bzw. 100 000 Schwingungen pro Sekunde belaufen. Soweit es sich also um die Frage handelt, unter welchen Bedingungen die Nadel der Schallaufzeichnung genau zu folgen vermag, genügt der Plattenspieler mit den obigen Größen für alle Frequenzen zwischen den angegebenen Grenzwerten.Using equations (7) and (8), it is found that Z 1 and f 2 amount to 34 and 100,000 oscillations per second, respectively. So as far as the question is under which conditions the needle is able to follow the sound recording exactly, the turntable with the above sizes is sufficient for all frequencies between the specified limit values.
Die Abb. 5 und 6 geben an, wie sich die Grenzfrequenzen des reproduzierbaren Bandes in Abhängigkeit von der Masse und der elastischen Verlagerung ändern. Mit Hilfe der Formeln (5), (7) und (8) lassen sich die Konstanten eines zu entwerfenden Platten-Spielers ohne weiteres so aufeinander abgleichen, daß jedes beliebige in Betracht kommende Frequenzband verzerrungsfrei wiedergegeben werden kann. Die Kurven der Abb. 5, welche auf den bereits gegebenen Werten von S, Q und V beruhen, zeigen deutlich, wie bei abnehmender Masse des beweglichen SystemsFigs. 5 and 6 show how the cut-off frequencies of the reproducible belt change as a function of the mass and the elastic displacement. With the help of formulas (5), (7) and (8), the constants of a disk player to be designed can easily be compared to one another in such a way that any frequency band in question can be reproduced without distortion. The curves in Fig. 5, which are based on the values of S, Q and V already given, clearly show how the mass of the moving system decreases
(7)(7)
(8)(8th)
die obere Grenzfrequenz steigt und damit das reproduzierbare Frequenzband wächst. In Abb. 5 ist die Masse des beweglichen Systems auf die Abszisse und die Frequenz auf der Ordinate aufgetragen. Die Kurve Z1 zeigt, wie sich die untere Grenzfrequenz in Abhängigkeit von der Masse des beweglichen Systems, gemessen in Gramm, ändert, während die Kurve /2 den Verlauf der oberen Grenzfrequenz in Abhängigkeit von der Masse des beweglichen Systems darstellt. Abb. 6 zeigt in erster Linie, daß bei einer gegebenen Steifheit, etwa ι o7 dyn/cm, der reproduzierbare Frequenzbereich in dem Maße wächst, wie die elastische Verschiebung zunimmt. Auf diese W'eise läßt sich der Arbeitsbereich des Plattenspielers ohne grundsätzliche Änderungen seiner Bauartieicht erweitern. In Abb. 6 ist längs der Abszisse die elastische Verschiebung aufgetragen, welche die Schallnadel erfährt, wenn der Plattenspieler in Stillstand auf der Schallplatte ruht, und zwar in Zentimetern, während die Frequenz pro Sekunde senkrecht aufgetragen ist. Die Kurven ft und f2 geben für verschiedene Werte von R an, wie sich die unteren und oberen Grenzfrequenzen mit der elastischen Verschiebung ändern. Esthe upper limit frequency increases and thus the reproducible frequency band increases. In Fig. 5, the mass of the moving system is plotted on the abscissa and the frequency on the ordinate. Curve Z 1 shows how the lower limit frequency changes as a function of the mass of the movable system, measured in grams, while curve / 2 shows the course of the upper limit frequency as a function of the mass of the movable system. Fig. 6 shows primarily that at a given stiffness, about ι o 7 dyn / cm, the reproducible frequency range increases as the elastic displacement increases. In this way, the working area of the turntable cannot be expanded without fundamental changes to its design. In Fig. 6, the elastic displacement is plotted along the abscissa, which the sound needle experiences when the turntable rests on the record at a standstill, in centimeters, while the frequency per second is plotted vertically. The curves f t and f 2 indicate for different values of R how the lower and upper limit frequencies change with the elastic displacement. It
wurde bereits darauf hingewiesen, daß eine Dämpfung bei einem richtig entworfenen Plattenspieler dieser Art nicht erforderlich ist. Bei der handelsüblichen Ausführung indessen mag es zweckmäßig sein, eine gewisse Dämpfung zur Vermeidung von Ausgleichsvorgängen vorzusehen, um nicht auf die äußerste Herstellungsgenauigkeit angewiesen zu sein. Falls die elastische Aufhängung beispielsweise ίο nicht hinreichend widerstandsfähig sein sollte, um eine Torsionsbewegung zu verhindern, so können durch die auf die Schallnadel ausgeübte Reibung Ausgleichsschwingungen oder ein Vibrieren des Tones hervorgerufen werden, und zwar infolge von Drehschwingungen der Spule im Luftspalt. Hier läßt sich in einfacher Weise ohne erhebliche Beeinträchtigung des Bewegungsvorganges Abhilfe schaffen, beispielsweise durch Füllung des Spaltes mit Öl, das durch ein Kippen der Spule in senkrechter Richtung verdrängt würde und daher die erforderliche Dämpfung bewirkt. Ein Vergleich der Kennlinien von Plattenspielern mit verschieden starker Dämpfung zeigt, daß der Einfluß der Dämpfung auf den Frequenzbereich vernachlässigt werden kann, sofern der Plattenspieler genau entworfen ist.it has already been pointed out that attenuation in a properly designed Turntable of this type is not required. In the case of the customary version, however it may be useful to have a certain damping to avoid equalization processes to be provided so as not to be dependent on the utmost manufacturing accuracy. If the elastic suspension, for example ίο should not be sufficiently resistant, in order to prevent a torsional movement, so can be exerted on the sound needle by the Friction compensatory oscillations or a vibration of the sound are caused, as a result of torsional vibrations of the coil in the air gap. This can be done in a simpler way Way to remedy the situation without significantly impairing the movement process, for example by filling the Gap with oil, which is displaced by tilting the coil in a vertical direction and therefore causes the required damping. A comparison of the characteristics of Turntables with different levels of damping shows that the influence of damping on the frequency range is neglected provided the turntable is accurately designed.
Durch entsprechende Wahl der Konstanten läßt sich eine Ausführungsform schaffen, die nicht nur der Gleichung (5) genügt, sondern außerdem eine so niedrige mechanische Impedanz aufweist, daß die Abnutzung der Schallplatten sehr gering wird, und zwar so gering, daß selbst weiche Schallaufzeichnungen in Wachs hiermit wiederholt nachgespielt werden können, ohne daß dadurch ihr Wert als Mutterplatte beeinträchtigt würde, von der sich durch Abdruck Vervielfältigungen herstellen lassen.By appropriate choice of the constants, an embodiment can be created which not only satisfies the equation (5) but also such a low mechanical impedance shows that the wear on the records is very little, so little, that even soft sound recordings in wax are reproduced with it repeatedly can, without affecting their value as a motherboard, of the can be reproduced by printing.
Aus Gleichung (6) ist nun zu entnehmen,From equation (6) it can now be seen that
5
daß Cu1 · Cu2=—ist, was durch Multiplikation
der Gleichungen (7) und (8) bestätigt wird. Da weiterhin die Eigenfrequenz durch die
Formel5
that Cu 1 · Cu 2 = -, which is confirmed by multiplying equations (7) and (8). Since the natural frequency continues through the formula
gegeben ist, so folgtis given, it follows
Ct)0 = YcO1 ■ O)2 .Ct) 0 = YcO 1 ■ O) 2 .
Die Forderung, daß der Anpreßdruck an den Grenzfrequenzen den Wert Null annimmt, wird also erfüllt, wenn die Eigenfrequenz gleich dem geometrischen Mittelwert der Grenzfrequenzen ist.The requirement that the contact pressure at the limit frequencies assumes the value zero, is therefore fulfilled when the natural frequency is equal to the geometric mean of the Cutoff frequencies is.
Da die obere Grenzfrequenz eines derartigen Plattenspielers erheblich höher bemessen werden kann als bei irgendeiner der bekannten Bauarten von Plattenspielern, schafft die Erfindung die Möglichkeit, den gesamten hörbaren Bereich und sogar noch höhere Frequenzen wiederzugeben.Since the upper limit frequency of such a turntable is dimensioned considerably higher than any of the known types of turntables, the creates Invention the possibility of the entire audible range and even higher frequencies to reproduce.
Claims (1)
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