Iron Pre - eisenharter Klang?

Nachbau durch Frank Wilker

Dieses Projektbeschreibung wird weiterhin ergänzt!

letzte Änderung: 21.03.2024

• design by Zen Mod
• auf diyAudio
• geposted am 20. Juni 2016

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Erste Begegnung

Meine Muses-Lösungen als Lautstärkeregler oder Eingangs-Modul wurden mittlerweile häufig für bestehende oder geplante Vorverstärker-Lösungen angefragt. Dies ist vermutlich mehr der hochwertigen Signalverarbeitung des Muses-Chips, als der Ausführung meiner speziellen Hardware-Lösung zuzuschreiben.

Meinen ersten Kontakt mit dem Iron Pre hatte ich durch Kevin. Er fragte, ob es möglich wäre, mein vorhandenes PreAmp-Modul in seinen Iron Pre zu integrieren.

Da der Muses-Chip fast immer dort eingesetzt werden kann, wo ein Lautstärkeregler erforderlich ist, bejahte ich dies pauschal. Wie immer, kam es in der folgenden Konversation zu speziellen Wünschen, wie das Einbinden der vorhandenen Relais. Zusätzliche Ausgangsbuchsen wurden ebenfalls gewünscht. Da meine Lösungen häufig speziell auf den Anwender zugeschnitten werden, sagte ich ihm eine Lösung zu.

Interessanterweise kam es im Verlauf dieser Konversation innerhalb weniger Tage zu weiteren Anfragen. Dies bewog mich, diesen Vorverstärker genauer zu betrachten. Wähend der Recherche erhielt ich zuerst Kontakt zu Patrick. Ich nenne ihn "die gute Seele", die mir mein Leben (Informationssuche) dermaßen erleichterte, dass alles wie von selbst zu laufen schien. Er war es auch, der mir den direkten Kontakt zum Macher des Iron Pre, Zen Mod, herstellte.

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Schaltplan/Erläuterungen

Ein Blick auf die Iron-Pre-Schaltpläne zeigte mir sofort das hohe Potenzial des Designs. Ein komplementäres Paar JFETs bildet einen Diamond-Puffer, der durch einen Transformator abgeschlossen wird. Wow, sauber und einfach.

Ein hochwertiges Onboard-Netzteil (Gleichrichtung und Spannungsregelung) sowie eine relaisgesteuerte Eingangsumschaltung für 5 Eingänge sind ebenfalls enthalten. Die Boards unterstützen die Verwendung von 600:600 Transformatoren von CineMag, Jensen und Edcor. Kits, die im diyAudio-Shop erworben werden, werden mit den von Zen Mod bevorzugten CineMag CMOQ-4HP-Transformatoren geliefert.

In der durch den DIY-Shop gelieferten Ausführung werden die Relais durch einen Drehschalter betätigt. Eine Platine für den Anschluss des Eingangs-Wahl-Schalters und die LED-Anzeige des gewählten Eingangs ist in allen Iron Pre-Bausätzen enthalten. Die Eingangsplatine wird über einen 14-poligen Stecker mit den Hauptplatinen verbunden. Auf diese Weise bleibt das Signal dort, wo es hingehört und wird nicht durch Kabel und Schalter geleitet, bevor es zum ersten Mal die Schaltung erreicht.

Raffiniert gelöst ist die Umschaltung zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Eingängen. Für einen unsymmetrischen Eingang wird einfach ein Jumper gesteckt. Wird dieser Eingang angewählt, bewirkt dies ein automatisches Anziehen des Relais welches das negative Signal mit gnd verbindet.

Für den Lautstärkeregler sind zusätzliche Lötpads vorhanden die zeigen, dass Zen Mod hier nicht sein erstes Projekt vorgestellt hat. Dieses Set sorgt dafür, dass ein DIYer nach seiner Fertigstellung in die Langeweile entlassen wird. Damit hat er einen excellenten Vorverstärker in seinem Besitz.

Vorausgesetzt er setzt keinen minderwertige Lautstärkeregler ein. Aber das werden wir zu verhindern wissen (lol).

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Lautstärkeregelung mit Muses

Nach einem brainstorming mit Patrick und meinen voraussichtlichen Kunden entschloss ich mich, eine eigene Lösung für den IronPre zu entwickeln. Die Relais waren ja bereits vorhanden, so dass auf die Eingangsplatine verzichtet werden konnte. Leider lagen die relais an gnd, so dass, wollte ich meine Lösung übernehmen, die Beschaltung geändert werden musste. Dies war auch eine der der ersten Fragen im speziell dafür eröffneten Thread "Logic Solutions for Iron Pre Kits"

Zen Mod lies sich nicht lange bitten und löste das Problem, indem er kurzerhand die notwendige Modifikation erklärte.

Für die SE-Version müssen die Schritte A bis C beachtet werden. Für die balanced Version sind es die Schritte A bis E.

Diese Änderung wurde dann auch sofort in die V3.0 mit übernommen. In der aktuellen Version werden die Relais nun an V+ betrieben.

Nach wenigen Wochen (gefühlt waren es nur Tage) lagen diese Platinen bei mir auf dem Arbeitstisch. Patrick hatte mir ein komplettes Set für einen balanced Iron Pre, sowie eine Leerplatine für den SE IronPre zugesandt.

Wenn Sie diese Muses-Lösung mit Ihrem Iron Pre verwenden möchten, ist es wichtig, dass Sie wissen, welche Version der Iron Pre-Boards Sie haben. Bitte fragen Sie direkt oder in den diyAudio-Foren nach, wenn Sie sich nicht sicher sind. Bei Boards mit der Nummer 2021 liegen die Relais an GND. Es gibt keine Versionsangabe auf den 2021-Boards. Bei Platinen mit der Bezeichnung 2023 liegen die Relais an V+. Die Version zum Zeitpunkt dieses Schreibens ist V.3.

V3.0: Bei Nutzung der Muses-Lösung, dürfen die Bauteile (J5, M3, R25, ZD, ZD2, C11) zur Stromversorgung der Relais nicht bestückt werden. Die erforderliche Spannung wird durch das MC-board zur Verfügung gestellt.

Die hier vorgestellte Lösung ist mit allen Platinen kompatibel. Eventuell müssen kleine Modifikationen durchgeführt werden.

Die Muses Platine

Da der Iron Pre bereits kurze Signalwege hat, beschloss ich dies aufzugreifen und den Muses-Chip so nah wie möglich an das Signal zu bringen. Aufgrund seiner Bauweise ist ein direktes Einlöten des Chips nicht möglich. Er benötigt eine Trägerplatine. Da nicht viel Platz zur Verfügung steht, habe ich eine vertikale Platine gewählt. Die Idee einer Buchsenleiste auf den für das Potentiometer vorgesehenen Lötpads wurde durch das vorgegebene Rastermaß torpediert. Auch die unterschiedlichen Abstände der Lötpads aauf der symmetrisch und unsymmetrisch Platine stellten eine Herausforderung dar.

Eine kurze Rückfrage beim Chef gab mir die genauen Abstände an, ließ mich aber mit meinen Gedanken allein. Vielleicht statt eines Headers einen starken abgewinkelten Draht für die Verbindung und das Muses-Board senkrecht aufstellen? Warum eigentlich einen Draht? Die Schmalseiten einer Platine zu beschichten, ist doch mittlerweile üblich, oder?

Gesagt, getan. Das definieren der entsprechenden Durchkontaktierungen an der unteren Schnittkante erzeugte genau den gewünschten Effekt. Zumindest zeigte die 3D-Simulation eine Seitenkante, die einfach auf die Platine des Iorn Pre gestellt und verlötet werden kann. Dieses Verfahren nennt sich übrigens Castellation. Die Zwischenräume sehen wie die Zinnen einer Burg aus.

Aber da sind ja noch ein paar andere Anforderungen. Die Stromversorgung und der SPI-Bus.

Mit den +/-15V des Iron Pre fühlt sich der Muses schon wohl. Da der Stromhunger des Muses eher gering ist, können wir für diesen Teil der Schaltung auf eine zusätzliche Stromversorgung verzichten. Ein dreipoliger Stecker in Richtung Netzteil stellt die Verbindung her. Dieser wird im oberen Teil angebracht, damit er nicht gegen den Übertrager stößt.

Allerdings benötigen wir eine weitere Spannung (+5V) für den Digital-Teil des Muses. Ein schnell auf der Muses-Platine platzierter Festspannungsregler erfüllt den gewünschten Zweck. Zusätzlich werden wir diese Spannung für einen weiteren Zweck nutzen.

Und damit sind wir auch schon beim SPI-Bus. Mit dem Bus übertragen wir die Daten zur Steuerung des Muses Chips vom Microcontroller (MC). Um den digitalen und analogen Teil elektrisch zu trennen, setze ich hier einen Digital-Isolator ein. Dazu benötigen wir allerdings zwei Spannungsversorgungen; Eingangs- und Ausgangs-Kanäle des Digital-Isolators sind elektrisch getrennt. Ein sehr schöner Nebeneffekt ist, dass ein symmetrisch aufgebautes Netzteil nicht ausgehebelt wird. Würde ich den Muses-Chip aus einem externen Netzteil versorgen, müsste ich diese Spannungen doppelt aufbauen.

Damit benötigt der Bus eine 5polige Verbindung zwischen Muses- und MC-Platine. Diese platziere ich in der entgegengesetzten Richtung des Netzteilsteckers.

Hier die ersten Impressionen des Muses-boards:

Das Problem der unterschiedlichen Abstände habe ich mit unterschiedlichen Muses-boards gelöst. Wem das Verlöten der Castellation Verbindung zu vage oder wackelig erscheint, kann hier auch ein Stück Draht nutzen. Die entsprechenden Bohrungen sind auf der Platine vorhanden.

Die Microcontroller Platine

Hier greife ich auf mein bereits bestehendes MC-board zurück. Dies wird einige Iron Pre spezifische Modifikationen erhalten. Da die Software mittlerweile ausgereift und vielfach geprüft ist, wird diese und damit auch der MC AT328P bleiben. Genauso werde ich das Digole Display in 2,6 Zoll (320x240), den Bourns Encoder und den IR Sensor TSOP4836 weiterhin verwenden.

Weichen muss der Standby-Transformator. Die verwendeten HiLinks haben eine geringere Stromaufnahme, als dieser Transformator. Das analoge Netzteil ist nun auch nicht erforderlich, da der Muses-Chip ja durch das Iron Pre Netzteils bestens versorgt ist. Die Verbindung gnd zu Schutzleiter wurde ebenfalls bereits auf der Iron Pre Platine realisiert. Auch diese Teile fallen dem Rotstift zum Opfer.

Hinzu kommen noch eine zweite 5polige Buchse für den SPI-Bus. Bei der symmetrischen Version müssen logischerweise zwei Muses boards versorgt werden. Genauso gibt es einen entsprechenden 7poligen Verbinder für die Relais. Wer sich mit dem Schalten von Relais im digitalen Bereich auskennt wird sagen, wir brauchen doch nur sechs Leitungen; V+ und fünf Rückleitungen. Die siebte Leitung lässt sich für einen weiteren Verbraucher nutzen. Sie muss nur entsprechend programmiert werden. Anstatt des 14poligen Wannensteckers erhält die Iron Pre Platine nun einen 7poligen Steckverbinder, der mit dem MC board korrespondiert. Die Schutzdioden der Relais sind nicht mehr erforderlich, da der eingesetzte Treiber-Chip (ULN2803) diese bereits eingebaut hat.

Der Iron Pre wird in der Regel mit 12- oder 24-Volt-Relais aufgebaut, wenn die Standard-Eingangsschaltung verwendet wird. Mit der Muses-Lösung, können 5V-Relais verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass kein zweites Netzteil erforderlich ist. Wenn Sie Ihren bereits fertig gestellten Iron Pre nachträglich mit der Muses-Lösung ausstatten wollen, brauchen die 12- oder 24-V-Relais nicht entfernt werden. Auf der Platine kann ein zweites Netzteil installiert werden, um die von den Relais benötigte Spannung zu erzeugen.

Wünsche aus dem Forum:

Es wurde darum gebeten, dass die Netzteil-Serie IRM-02 von Mean Well verwendbar sein soll. ich habe die Platine dahingehend erweitert. Außerdem habe ich die Befestigungs-Bohrungen so gesetzt, dass sie sich innerhalb eines 10x10mm Rasters bewegen.

Ich will nicht vergessen zu erwähnen, dass das MC-board mit einer Spannung zwischen 80 und 285V AC betrieben werden kann. Bei Verwendung der Mean Well Netzteile liegt die Bandbreite der nutzbaren Eingangsspannung noch höher.

Hier ist noch die 3D Simulation zu sehen. Der zweite 5er-Stecker, wie auch die Mean Well Netzteile sind hier noch nicht eingefügt. Die fertigen Platinen liegen bereits zu Hause. Dort wurden alle Wünsche berücksichtigt. Nach der Bestückung und Tests geht es hier weiter.

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Aufbau

Lesen Sie bitte diesen Abschnitt sorgfältig und vollständig, bevor Sie mit dem Aufbau der Platine beginnen. Diese Anleitung ist auf den Einbau der Muses-Lösung zugeschnitten. Sollten Sie den PreAmp mit einem herkömmmlichen Stufenschalter und Poti aufbauen wollen, erhalten Sie hier ebenfalls Tipps zum Aufbau.

Hinweise zur Bestückung

Wie bei jedem Projekt bauen wir von klein nach groß. Also Dioden und Widerstände zuerst.Danach folgen Halbleiter, Filmkondensatoren und zu guter letzt die Elektrolytkondensatoren. Vergessen Sie nicht die Kühlkörper und die Stecker für die Jumper zu montieren.

Um die Muses-Platine unproblematisch Einlöten zu können, sollten die/der Übertrager noch nicht installiert sein. So sind die Lötpads von beiden Seiten gut zugänglich.

Ich beginne mit der Stromversorgung. Dies hat den Vorteil, dass ein eventueller Defekt durch ein falsch eingelötetes Bauteil nicht den nachfolgenden Teil der Schaltung zerstören kann. Nach dem Montieren der Bauteile schließe ich den Netztrafo an und prüfe die Funktion der Schaltung.

Mit den Präzisionstrimmern lässt sich die Spannung unproblematisch auf die erforderlichen +/-15V einstellen.

Übrigens:

Ich verwende einen Netztrafo mit 2 x 15VAC (30VA). Durch die geringe abgenommene Leistung liegt die Leerlaufspannung so hoch, dass die gleichgerichtete Spannung vor Regelung bei über 19V liegt.

Bitte daran denken, nach den Einstellvorgängen den Transformator wierder vom Netz zu nehmen. Man sollte der Schaltung dann auch gleich noch ein paar Minuten zum Entladen der Elkos gönnen.

In der gleichen Reihenfolge bestücke ich nun den Rest der Verstärker-Schaltung. Wie bereits erwähnt bleiben die/der Übertrager und die Relais noch außen vor.

Installation Muses Platine:

Nun geht es an die Installation der Muses Platine/n (weiter als MP bezeichnet). Die MP werden komplett bestückt (inkl. Steckverbinder SPI-Bus und Stromversorgung) geliefert. Die Adressierung der Kanäle wird durch einen Lötjumper entsprechend eingestellt. Wie man sieht, habe ich mich leider nicht an meine Vorgaben gehalten und mir das Einlöten der Stecker etwas schwerer gemacht.

Vor dem eigentlichen Befestigungsvorgang wird eins der sechs Lötpads für das externe Poti (am besten ein äußeres) mit Lötzinn gut benetzt. Dabei darf die Bohrung ruhig voll laufen. Bitte die Einbaulage der MP beachten. Der 3er-Stecker sollte in Richtung Stromversorgung zeigen. Nun wird das bereits verzinnte Lötpad erneut erhitzt und die MP in das flüssige Lötzinn gestellt. Die MP sollte im 90-Grad-Winkel auf die Platine gestellt werden, so dass die Lötpads der MP mit denen auf der Platine fluchten. Durch erneutes Erhitzen des Lötzinns kann die Position der MP korrigiert werden. Bin ich damit zufrieden werden alle Lötpads verlötet. Dabei wird das zuerst gelötete Pad als Letztes gefüllt. Sind alle Pads gelötet/verfüllt, ergibt sich eines sehr stabile Konstruktion.

Zufrieden? Jetzt können die restlichen Bauteile wie Relais und Übertrager bestückt werden. Die Übertrager haben einen Einbaurichtung. Sie sollten gut in die Bohrungen passen. Die Stromversorgung für die MP kann ebenfalls hergestellt werden. Bitte VOR dem Einlöten der Relais die Verbindungskabel zu den Ausgansbuchsen einlöten. Sind die Relais bereits bestückt, gestaltet sich das Einlöten der Kabel schwierig.

Die Schutzdioden für die 5 Eingangsrelais sollten nicht bestückt werden. Falls Sie die balanced Version des Iron Pre aufbauen, und unsymmetrische Eingänge verwenden wollen, bitte das Kurzschluss Relais für das negative Signal MIT Schutzdiode bestücken. Zusätzlich müssen dann noch die Dioden für die entsprechenden unsymmetrischen Eingänge bestückt werden.

Die Buchse für die Verbindung zur Steuerung der Relais wird an der Postion des 14poligen Wannensteckers eingelötet. Der 7polige Steckverbinder (SE-Version 6-polig) führt die Steuer-Signale und die externe Versorgungsspannung.

Einstellung des Offsets:

Nun geht es an das Einstellen des Offsets. Das heißt am Eingang des Übertragers sollte keine Gleichspannung anliegen. Diese würde den Übetrager unnötig sättigen. Eventuell quittiert er das mit Brummen, aber auf jeden Fall mit einer verminderten Aussteuerfähigkeit. Diese Einstellung wird über die 22-Ohm-Trimmer vorgenommen. Wir versuchen, diese Spannung auf 0mV einzustellen. Laut DIY-Forum sind bis zu +/-5mV zulässig. Ich hatte keine Probleme 0mV zu erreichen.

SE Version:

Wir messen die Spannung zwischen dem mittleren Pin des 3-poligen-Steckverbinders (6db/12dB) und gnd. Bitte darauf achten, dass hier kein Jumper gesteckt ist. Dieser stellt die Verbindung zum Eingang des Übertragers her. Mit dem Trimmer können wir nun die Spannung auf 0mV einstellen. Dies müssen wir für beide Kanäle durchführen.

Balanced Version:

Wir haben hier pro Signal (positiv und negativ) einen 2-poligen-Steckverbinder (Verbindung Verstärkerschaltung/Übertrager). Zur Messung darf kein Jumper gesteckt sein. Wir messen nun die Spannung jeweils an dem Pin, der mit dem Trimmer verbunden ist. Auch hier wird gegen gnd gemessen. Mit dem Trimmer lässt sich die Spannung problemlos einstellen. Diese Einstellung nehmen wir auf zwei Platinen und dort jeweils für beide Signale vor.

Das sollte eigentlich alles gewesen sein. Es müssen nun noch die Verbindung zu den Ein- und Ausgangsbuchsen hergestellt werden. Dies wird im Abschnitt Gehäusebau genauer beschrieben.

Die Verbindungskabel zur MC Platine werden einfach eingesteckt:

• SPI-Bus 5poliges Kabel (balanced 2X)
• Display - 5poliges Kabel
• IR-Sensor - 3poliges Kabel
• Rotary Encoder - 4poliges Kabel

Sonstiges:

Ich würde empfehlen, die fertig gestellten Platinen vor dem Einbau in ein Gehäuse auf Ihre Funktion zu testen. Dazu schließe ich mit einem dafür konfigurierten Kabel ein Paar Eingangsbuchsen und die Ausgangsbuchsen provisorisch an. So lässt sich ein einfacher Hörtest durchführen.

Vergessen Sie nicht, die Jumper zu stecken. Für die SE-Version wird damit gleichzeitig die maximale Verstärkung eingestellt.

Eine Besonderheit der balanced Version ist, dass Eingänge durch Einlöten einer Zenerdiode als SE konfiguriert werden können. Zu diesem Zweck ist eine Relais (SE/bal) vorhanden, welches in diesem Fall das negative Signal auf gnd legt. Es ist wichtig zu wissen, dass dieses Relais (in nicht angezogenem Zustand) die Verbindung zwischen der Transistor-Schaltung und dem Übertrager herstellt. Das bedeutet das dieses Relais installiert sein muß, damit der Iron Pre ordnungsgemäß funktionieren kann. Wer auf SE-Eingänge verzichten will, kann dieses Relais auch mit einem Draht überbrücken, so dass die negative Signalverbindunge dauerhaft hergestellt ist.

Im folgenden Abschnitt (Download der Dokumentation) wird erklärt wie der belegte Eingang ausgewählt werden kann.

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Software

Nach dem Start des Gerätes erscheint die Begüßungs Sequenz. Nach ca. drei Sekunden (bei Neu Installation) erscheint der Hauptbildschirm.

Mittlerweile habe ich die Software auf diversen Seiten erklärt und eine Dokumentation dazu gefertigt. Diese können Sie hier oder unten im Downloadbereich herunterladen.

Es folgen noch einige Impressionen:

In einem Post wurde die Grobkörnigkeit der Schriften erwähnt. Dieser Aussage möchte ich hier entgegen treten. Alle Aufnahmen wurden mit einem sehr geringen Abstand gemacht. Vermutlich ist deshalb dieser Eindruck entstanden. Bei normalem Abstand sind die Schriften scharf und sehr gut ablesbar.

Leider muss ich die Fonts des Herstellers benutzen. Ein Font-Upload hat leider bisher nicht funktioniert. Aktuell stehe ich mit der Fa. Digole in Kontakt, um eine andere Schrift integrieren zu bekommen.

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Gehäusebau

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Upgrades/Updates

Um alle Varianten des Iron Pre abdecken zu können, muss ich mehrere Varianten mit unterschiedlichem Bauteilaufwand anbieten. Aus diesem Grund habe ich mich für eine modulare Preisgestaltung entschieden. Dazu kommt noch, dass die Ausstattung mit Mean Well Netzteilen höhere Kosten verursacht. Weitere Kosten fallen an, wenn die Relais-Spannung 12V oder 24V beträgt.

Ich werde für die drei vermutlich am häufigsten vorkommenden Konfigurationen des Iron Pre (unsymmetrisch, symmetrisch mit einfacher Spannungsversorgung und symmetrisch mit symmetrischer Stromversorgung) Grundversionen anbieten.

Alles Sets enthalten den IR-Sensor, Rotary Encoder, 2,6 Zoll TFT EPS Farbdisplay von Digole, Kabelsatz für Rotary Encoder, IR-Sensor, Display, Relaissteuerung, SPI-Bus und Spannungsversorgung Muses-Board

Preisliste:

unsymmetrische Version (SE):

• MC-board mit HiLink/Mean Well (5V)und 1 x Digital-Isolator
• 1 x Muses-board 72323
• 159€



symmetrische Version gemeinsames Netzteil für beide Kanäle:

• MC-board mit HiLink/Mean Well (5V) und 1 x Digital-Isolator
• 2 x Muses-board 72323
• 189€



symmetrische Version getrennte Netzteile für beide Kanäle:

• MC-board mit HiLink/mean Well (5V) und 2 x Digital-Isolator
• 2 x Muses-board 72323
• 194€



Nur erforderlich, wenn die Relais-Spannung bei 12V oder 24V liegt.

• 2. Netzteil HiLink/Mean Well: 8€
• Versandkosten nach Absprache

Einige werden den Preis für fair halten. Andere wiederum werden bemängeln, dass es sich um ein DIY-Forum handelt und der Preis für einen DIYer recht hoch ist. Bitte bedenkt den Aufwand, den ich zum Erstellen eines Sets treiben muss. Zusätzlich muss ich die Einnahmen versteuern, Teile vorhalten und Zeit für den Support aufwenden.

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Downloads

• Software PreAmp Modul
• Aufbauanleitung Iron Pre(aktuell noch nicht verfügbar)

Die Aufbauanleitung wird nach Abschluss des Projekts zur Verfügung gestellt.

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