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单击此处编辑母版标题样式,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 噪声污染及其控制,第一节 概述,第二节 声学基础,第三节 噪声的评价和标准,第四节 噪声控制技术吸声,第五节 噪声控制技术隔声,第六节 噪声控制技术消声,第七节 有源噪声控制简介,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,五,六,微穿孔板消声器,消声器的设计,(一)消声原理,(二),消声器的性能评价,概 述,一,1.,对消声器的要求,2.,消声器的评价量,消声器：,允许气流通过，又能有效阻止或减弱噪声向外传播的装置。,性能：,优良的消声器可使气流噪声降低2040dB(A),种类：,按其消声机理和结构大致可分为,阻性,消声器,抗性,消声器,阻抗复合式,消声器,微穿孔板,消声器,扩散,消声器,(一)消声原理,各自具有不同的消声频谱特性，可根据设备的,空气动力性,及,噪声频谱,选用适当的消声器。,(一)消声原理,(二),消声器的性能评价,概 述,一,1.,对消声器的要求,2.,消声器的评价量,（1）消声量大,（2）压力损失小,（3）适应性广,（4）外形美观,1.,对消声器的要求,正常工况下，在所要求的频带范围内应有足够大的消声量,对气流阻力小，压力损失要 控制在允许的范围内，不影 响设备的正常工作。,材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐 潮湿、耐粉尘，结构简单、体积小、重量轻，便于制作安装和维修。,外形美观大方，表面装饰应与设备总体相协调,。,2.,消声器的评价量,衡量消声器性能优劣的主要评价量,(1)插入损失,(2)传递损失,(3)减噪量,系统中插入消声器前、后在系统外某定点分别测得的声压级,L,p1,与,L,p2,之差。,(1)插入损失,优点,：,直观实用，测量简单；,适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。,消声器进口端入射声的声功率级 与出口端透射声的声功率级 之差。,(2-167),传递损失反映消声器自身的特性，与声源等因素无关；,适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。,(2)传递损失,消声器进口端平均声压级（ ）与出口端平均声压级（ ）之差。,(2-168),这种测量方法易受气象条件、背景噪声等影响，误差较大，较少采用。,(3)减噪量,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,五,六,微穿孔板消声器,消声器的设计,(一)阻性消声原理,(二)阻性,消声器的结构形式,阻性消声器,二,(三)阻性,消声器性能的影响因素,阻性消声器,：利用吸声材料消声的吸收型消声器。吸声材料相当于电阻，故称阻性消声器。,(一)阻性消声原理,原理,：将吸声材料固定在气流通道内，利用声波在多孔吸声材料中传播时，因,摩擦阻力,和,粘滞阻力,将声能转化为热能，达到消声的目的。,(一)阻性消声原理,(二)阻性,消声器的结构形式,阻性消声器,二,(三)阻性,消声器性能的影响因素,图2- 38 阻性消声器结构示意图,(二)阻性,消声器的结构形式,e.蜂窝式,a.直管式,b.片式,f.消声弯头,c.折板式,d.声流式,结构形式,：如图2-38(a)所示。,1.单通道直管式消声器,式中，,消声量，dB；,消声器通道断面的有效周长，m；,消声器通道的有效截面积，m,2,；,消声器有效长度，m；,垂直入射吸声系数；,消声系数，与材料的垂直入射吸声系数有关,由表2-19查得,(2-169),消声衰减量,计算,（1）AN别洛夫公式：,低、中频,特点,：结构简单、气流直通、阻力损失小。,适用：,小流量管道消声。,式(2-169)中 的确定（表2-19）,1.单通道直管式消声器,由表2-19 确定 ，即可用式（2-169）计算消声量。,式(2-169)未考虑气流条件，在低、中频时，计算值与实测值基本相等，但在高频时，计算值往往高于实测值。,设计阻性消声器时，尽可能选用吸声性能好的多孔材料，并详细计算通道的几何尺寸，对于相同截面积的通道，P/S值以矩形最大，圆形最小。,表2-19 与 的关系,1,1,（2）HJ赛宾经验计算式：,高频,(2-170),式中， 吸声材料无规则入射平均吸声系数，表2-20列出,了 与 间的关系。,式（2-169）和式（2-170）大致相同，仅仅是对吸声系数的修正不同。,1.单通道直管式消声器,表2-20 与 的换算关系,1.00,0.863,0.732,0.607,0.489,0.329,0.327,1.00,0.90,0.80,0.70,0.60,0.50,0.45,0.277,0.230,0.185,0.144,0.105,0.070,0.040,0.015,0.40,0.35,0.30,0.25,0.20,0.15,0.10,0.05,消声衰减量,与单通道直管式消声器,计算公式,相似。,结构：,相当于多个单通道直管式消声器组成。,当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计算单个通道的消声量。,通常取吸声片厚度为,50,100mm,，片间距离,(,通道宽度,),取,100,250mm,。,2.片式消声器,结构：,将片式消声器中的直板改为折板，,是片式消声器的变型。,原理,：将直通道改为曲折通道，,给定直线长度情形下，可增加声波在管道内的传播路程,，,增加反射次数，,提高高频消声量,。,为了减小阻力损失，折角一般,小于20,。,3.折板式消声器,结构,：将折板式的折角变为平滑弧形板。,原理,：当声波通过时，增加反射次数，并对某些频率的声波产生吻合振动，从而改善吸声性能。,特点,：可使气流较为通畅地通过，达到高消声、低阻损的要求。,4.声流式消声器,结构：,若干个小型直管消声器并联而成，形似蜂窝。,原理：,小型管道的周长与截面积之比值P/S比直管式和片式大，所以消声量较高。,特点,：小管的尺寸很小，使上限失效频率大大提高,，,改善了高频消声特性。,计算：,一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。,5.蜂窝式消声器,结构,：在弯管壁面衬贴吸声材料。,其形式有圆管弯头、矩形管弯头、圆弧形弯头和直角形弯头等。,原理,：消声弯头能改变管道内气流的方向。,特征参数,：,弯头上衬贴,吸声材料的长度,一般相当于管道截面尺寸的,2,4,倍,。,弯头的,插入损失大致与弯折角度成正比,，如,30,弯头的插入损失仅为,90,弯头的,1/3,。,对于无规则入射，,180,弯头的减噪量约为,90,弯头的,倍。,6. 消声弯头,(一)阻性消声原理,(二)阻性,消声器的结构形式,阻性消声器,二,(三)阻性,消声器性能的影响因素,(三)阻性,消声器性能的影响因素,1. 频率的影响,高频失效：,在一定截面积的气流通道中，当入射声波的频率高至一定限度时，由于方向性很强而形成,“光束状”,传播,，,很少接触贴附的吸声材料，消声量明显下降的现象。,上限失效频率 ：,产生高频失效所对应的频率。,上限失效频率 计算公式：,直管式消声器,(2-171),式中， 声速，m/s；,消声器通道的当量直径，m；对矩形管道取边长平均值，圆形管道取直径，其他可取面积的开方值。,当 时，高于失效频率的某倍频带的消声量,按下式估算,式中， 处的消声量，dB；,高于 的倍频程频带数。,(2-172),2. 结构的影响,阻性消声器,结构设计,时，在高频失效频率附近采取下述办法可显著提高高频消声效果。,小风量细管道可选用直管式；较大风量粗管道须采用多通道形式。,消声器通道中加装消声片或将消声器设计成片式、折板式、蜂窝式或弯头式等，可提高中、高频消声效果。,问题？,对低频效果不明显；,通道过多或出现弯曲，会显著增加阻力损失，使消声器的空气动力性能下降。,3. 气流的影响,气流再生噪声：,高速气流经过消声器时因局部阻力和摩擦阻力形成湍流产生的噪声。,辐射噪声：,高速气流激发消声器构件振动,倍频带的气流再生噪声的声功率,(,2-173,),倍频带的中心频率，Hz,气流速度，m/s,气流再生噪声的大小主要取决于气流的速度和消声器的结构。气流速度增加，声功率提高，使消声量减少，当气流速度高到一定程度时，消声量变为负值，此时消声器失去消声作用。,所以消声器的设计不应使气流的流速过高，否则不仅消声器的性能受到影响，而且空气动力性能也会变差。,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,五,六,微穿孔板消声器,消声器的设计,(一),扩张室消声器,(二)共振,消声器,抗性消声器,三,原理,：,利用声抗大小来消声。,基本类型:,与阻性消声器不同，抗性消声器不使用吸声材料，主要是利用声抗的大小来消声, 依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变，而产生声波的反射、干涉现象,从而降低由消声器向外辐射的声能，达到消声的目的。,特点,：,选择性强，适于窄带噪声和低、中频 噪声。,扩张室消声器,：抗性消声器最常用的结构形式。,单节扩张室消声器：,由扩张室和连接管组成，是最基本形式。,图2-39 单节扩张室消声器,(一),扩张室消声器,1. 结构形式,连接管,连接管,扩张室,根据管道传播理论，声波通过扩张室时，单节扩张室消声器声强透射系数为,2. 消声量的计算,扩张比,m=,S,2,/,S,1,扩张室长,m,若管道截面收缩,m倍或是扩张m倍,，消声作用相同，,工程中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。,消声量与 有关，即随频率作周期性变化。,(2-174),k角波数,S,1,、S,2,分别为连接管和扩张室面积,m,2,(2-175),若只考虑扩张室本身特性，由上式可得,单节扩张室消声器的消声量,计算式为,当 (n=0,1,2,3，)时， ，扩张室消声量达最大值，式(2-175)可写成,(2-176),由式（2-176）可以更清楚地看出，增大扩张比m，可增大消声量。,(2-178),消声量达最大值时的相应频率,(2-177),通常m1，当m5时,可近似地取,讨 论,单节扩张室消声器的,主要缺点,(2-179),当 (n=0,1,2,3，)时， ，消声量达 ，表明声波无衰减地通过消声器，此时，对应的频率称为消声器的,通过频率,。,为了消除某一频率的噪声可适当选择扩张室的长度，以使消声器在该频率上有最大消声量。,消声量计算图,图2-40 单节扩张室消声器的消声量,为设计方便，将式(2-175)绘成图2-40。,扩张室有效消声的,上限截止频率,(2-180),3. 扩张室消声器的截止频率,扩张室截面当量直径，m,声速,m/s,扩张室截面积越大， 的值越小，其消声频率范围越窄。因此，选择扩张比要兼顾消声量和消声频率两个方面。,扩张室有效消声的,下限截止频率,：,当入射声波频率和系统的固有频率相等时，会发生共振，消声器不能消声，反将声音放大，该频率称为,下限频率,.,(2-181),扩张室体积，m,3,连接管的截面积，m,2,连接管的长度，m,只有在大于 的频率范围，消声器才有消声作用。,单节扩张室消声器的,主要缺点,是存在许多通过频率，在通过频率处的消声量为零。,解决的方法,通常有两种：,一是在,扩张室内插入内接管；,二是将,多节扩张室串联。,4. 改善消声频率特性的方法,在扩张室内插入内接管,当插入管长度为 时，可消除式 中 为奇数的通过频率。,当插入管长度为 时，可消除式 中 为偶数的通过频率。,将二者结合，则可得到较为理想的消声效果（,虚线,）。,（a）带插入管的扩张室消声器,（b）插入管消声的作用,图 2-41 带插入管的扩张室消声器及消声频率特性,多节扩张室串联,将多节扩张室消声器串联，各室长度设计为不同数值,使各自的通过频率互相错开（如使后一节的通过频率恰好是前一节的最大消声频率），可改善整个消声频率特性，提高消声量,由于各节间的耦合现象，总消声量,各节扩张室消声量的算术和。,在实践中，通常将上述两种方法结合使用。考虑到消声器的空气动力性，串联的腔室一般以,24腔,为宜。,图2-42 多节扩张室串联消声器,(一),扩张室消声器,(二)共振,消声器,抗性消声器,三,原理：,利用声抗大小来消声。,特点：,选择性强，适于窄带噪声和低、中频噪声。,(二)共振,消声器,图2-44 单腔共振消声器,特别适合于低、中频突出的噪声，且消声量比较大,图2-43 共振消声器,在一段气流通道的管壁上开一些小孔，使其与管外闭合的空腔相通，就构成了,共振消声器,最简单的结构形式：,单腔共振消声器,共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用，其基本原理基于亥姆霍兹共振器。,管壁小孔中的空气柱类似活塞，具有一定的声质量，密闭空腔类似于空气弹簧，具有一定的声质量，二者组成一个共振系统。,当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。,当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱振动速度达到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。,1.,消声原理与消声量的计算,消声原理：,亥姆霍兹共振原理。,当声波波长大于共振腔消声器的最大尺寸的3倍时，其,共振吸收频率,为,1.,消声原理与消声量的计算,(2-182),声速，m/s,空腔体积，,m,3,传导率,，有长度的量纲,孔直径，,m,孔颈长，m,工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组成。,注意各孔间要有足够的距离，当孔心距为小孔孔径的5倍以上时，各孔间的声辐射互不干涉，此时总的传导率等于各个孔的传导率之和，即,(n为孔数)。,孔颈截面积，m,2,忽略共振腔声阻的影响，单腔共振消声器对频率 的声波的,消声量,(2-183),1.,消声原理与消声量的计算,传导率,空腔体积，,m,3,气流通道的截面积，,m,2,其中,(2-184),值是共振消声器设计中的重要参量。,式（2-183）计算的是单一频率的消声量。,实际工程中的噪声源多是连续的宽带噪声,某一频带内的消声量为,1.,消声原理与消声量的计算,(2-185a),对倍频带,对1/3倍频带,(2-185b),图2-45给出不同情况下共振腔消声器的消声特性曲线,图2-45 共振腔消声器的消声特性,当 时，系统发生共,振，消声量,最大；,在偏离 时， 迅速下降；,K,值越小，曲线越尖锐,2.改善,消声性能的方法,消声频带范围窄,的改善方法,(1)选定较大的 值,(2),增加声阻,(3)多节共振腔串联,2.改善,消声性能的方法,消声频带范围窄,的改善方法,(1)选定较大的 值,(2),增加声阻,(3)多节共振腔串联,值越大，消声量也越大,但改善声频带宽度的同时，消声器体积增大，设计时应选取适当的值。,2.改善,消声性能的方法,消声频带范围窄,的改善方法,(1)选定较大的 值,(2),增加声阻,(3)多节共振腔串联,在共振腔中填充吸声材料，或在孔颈处衬贴薄的透声材料，增加声阻，展宽频率范围。,会使共振频率处的消声量有所下降，但偏离共振频率后的消声量下降缓慢，综合消声效应仍为有利。,2.改善,消声性能的方法,消声频带范围窄,的改善方法,(1)选定较大的 值,(2),增加声阻,(3)多节共振腔串联,将具有不同共振频率的几节共振腔消声器串联，可有效展宽消声频率。,图2-46 多节共振消声器,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,五,六,微穿孔板消声器,消声器的设计,阻抗复合式消声器,四,五,阻性消声器,抗性消声器,阻抗复合式消声器,常用形式,阻性扩张室复合式,阻性共振腔复合式,阻性扩张室共振腔复合式,1-阻性,1-阻性,1-阻性,1-阻性,2-扩张室,2-扩张室,2-扩张室,3-共振腔,3-共振腔,3-共振腔,(c) 阻-共复合式,(d) 阻-共-扩复合式,(a)、(b) 阻-扩复合式,图2-47 几个阻抗复合式消声器示意图,阻抗复合式消声器,四,五,消声原理,：阻性和抗性原理的结合。,当声波波长较长时，阻抗复合后因耦合,作用而相互干涉，声波的衰减机理极为,复杂，难以确定简单的定量关系。,消声量：应用中，由,试验,或,实测,确定。,2-扩张室,1-阻性,图2-47 (a) 阻性-扩张室复合式,阻性-扩张室复合消声器,可在,低中高频,范围内获得良好的消声效果,消声值,20dBA,用在,风机进出口,上,图2-47 (c) 阻性-共振室复合式,3-共振腔,3-共振腔,1-阻性,阻性-共振腔复合消声器,在,低中高频,的宽广范围有较好的消声性能,消声值,2030dBA,消除,压缩机噪声,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,六,五,微穿孔板消声器,消声器的设计,五,微穿孔板消声器,（一）消声原理,（二）消声量计算,原理,：利用微穿孔板吸声结构制成的一种高声阻、,低声质量新型消声器，是阻抗复合式消声器,的一种特殊形式。,由理论分析可知,声阻与穿孔板上的孔径成反比。与一般穿孔板相比，微穿孔板吸声结构由于孔很小,所以声阻就大得多，从而提高了结构的吸声系数,低穿孔率降低了其声质量，使吸声频带宽度得到展宽，同时微穿孔板后面的空腔能够有效地控制共振吸收峰的位置。,（一）消声原理,结构,：在厚度小于1mm的金属板上钻许多孔径为,1mm的微孔，穿孔率一般为1%3%，,孔板后留有一定的空腔，构成微穿孔板吸声,结构。,五,微穿孔板消声器,（一）消声原理,（二）消声量计算,单层管式消声器，,低频,消声，声波波长大于空腔尺寸时，消声量按共振消声器公式计算。,(2-186),中频,，按阻性消声器别洛夫公式计算。,（2-188）,高频,，气流速度为20m/s,v,120m/s，按经验公式计算。 (2-189),（二）消声量计算,第二章 噪声污染及其控制,第六节 噪声控制技术消声,概 述,一,阻性消声器,二,抗性消声器,三,阻抗复合式消声器,四,五,微穿孔板消声器,六,消声器的设计,六,消声器的设计,(一)消声器设计程序和要求,(二),消声器的设计,1.,阻性消声器的设计,2.,抗性,消声器的设计,(一)消声器设计程序和要求,（1）根据相关环境保护和劳动保护标准，适当考虑设备具体条件，合理确定实际所需的消声量，分析噪声源的频谱特性。,（2）根据气流流量和噪声源的频谱特性选定消声器的结构形式。,高频噪声,选择,阻性消声器,中、低频噪声,选择,抗性消声器,；,抗性消声器的结构形式较多，可根据需要消声的频带范围，组合消声器的腔室。,(二),消声器的设计,1.,阻性消声器的设计,2.,抗性,消声器的设计,1.,阻性消声器的设计,设计步骤,（,1,）根据气流流量和流速，计算所需要的通道截面，并由此来选定阻性消声器的形式。,（,2,）选用吸声材料。,（,3,）选用护面结构。,（,4,）根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。,设计步骤,（1）根据气流流量和流速，计算所需要的通道截面，并由此来选定阻性消声器的形式。,一般认为，当气流通道截面的当量直径小于,300mm,，,可选用单通道直管式；,当直径在,300,500mm,时，可在通道中加设一片吸声,层或吸声芯；,当通道直径大于,500mm,时，则应考虑把消声器设计成,片式、蜂窝式或其他形式。,消声器长度由噪声源的强度和降噪现场要求来决定，,并考虑所允许的安装空间尺寸，一般为,1,3m,。,设计步骤,（2）选用吸声材料。,一般应考虑,吸声频率,范围、,吸声系数,的,大小、吸声,材料厚度,；,同时还要考虑消声器的,使用环境,，在高温、,潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中，应,考虑吸声材料的,耐热,、,防潮,、,抗腐蚀性,能。,设计步骤,（3）选用护面结构。,阻性消声器中的吸声材料是在气流中工作的，,必须选用护面结构固定起来。,常用的护面结构有,玻璃布,、,穿孔板,或,铁丝网,等。,如果选取护面不合理，吸声材料会被气流吹跑,或使护面结构激起振动，导致消声性能下降。,护面结构形式主要由消声器通道内的气流速度,决定，见表,2-21,所示。,气流速度/（ms,-1,）,护面形式,平 行,垂 直,10以下,7以下,1023,715,2345,1538,45120,表2-21 不同流速条件下的护面结构,板,板,板,板,设计步骤,（4）根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。,(二),消声器的设计,1.,阻性消声器的设计,2.,抗性,消声器的设计,2.,抗性,消声器的设计,（1）扩张室消声器的设计,（2）共振消声器的设计,（1）扩张室消声器的设计, 根据声源的频谱特性，合理分布最大消声频率，据此,确定各节扩张室及其插入管的长度,。插入管的长度一般按,1/4,和,1/2,腔长设计。, 根据需要的消声量和气流速度，,确定扩张比,，设计扩张室各部分截面尺寸。一般扩张比,m,取,9,m,16,，在允许的范围内，尽量选用较大的，但最大不宜大于,20,。,验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止频率,是否在所需要的频率范围以外，否则应参照有关要求重新修改设计方案。,验算气流对消声量的影响,，检查在给定的气流速度下，消声量是否还能满足要求，否则应重新设计，直到满足为止。,（2）共振消声器的设计,根据实际消声要求，确定共振频率和某一频率的消声量（倍频程或,1/3,倍频程的消声量）。,用公式（,2-184,）或查表计算，求出相应的,K,值。,根据,K,值确定相应的传导率,G,、消声器体积,V,和,S,，使之达到,K,值的要求。,根据体积,V,和传导率,G,设计消声器的具体结构尺寸。对某一确定的,V,值，可以有多种不同的共振腔形状和尺寸，对某一确定的,G,值也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。在实际设计中，应根据现场条件和所用的板材，首先确定几个量，如板厚、孔径和腔深等，然后再设计其他参数。,解：,（1）由题意可得，流通面积为,【例2-11 】在管径为100mm的常温气流通道上，设计,一单腔共振消声器，要求在125Hz的倍频带上有15dB的,消声量。,分析,：在倍频带消声量的计算选式（2-185a），确定,K,值,设计要求的消声量,由,解得,（m,2,）,（2）由式（2-182）和(2-184),分析,：根据,K,值确定相应的传导率,G,、消声器体积,V,和,S,，使之达到,K,值的要求。,（3）确定设计方案为与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为100mm，外径为400mm，则共振腔的长度为,分析,：,根据体积V和传导率G设计消声器的具体结构尺寸。,选用 =2mm厚的钢板，孔径为d=0.5cm，由,求得开孔数为,（4）验算,可见，在所需消声范围内不会出现高频失效问题。共振频,率的波长为,所设计的共振腔消声器的最大几何尺寸小于共振波长的,1/3，符合要求。,最后确定的设计方案如图2-48所示。,图2-48 设计的共振腔消声器,第六节 小结,第二章,微穿孔板消声器,：,消声原理、消声量计算,消声器的设计,：,设计程序和要求、阻性消声器的设,计、 抗性消声器的设计,消声器,：,原理、种类、基本要求、评价量（插入损,失、传递损失和减噪量）,阻抗复合式消声器,：,原理、结构形式,阻性消声器,：,消声原理、结构形式、消声衰减量、,影响因素（ 频率、结构、气流）,抗性消声器,：,消声原理、结构形式、,消声量计算、,截止频率、改善消声频率特性的方法,下一节,
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