EP1713057A1 - Virtual musical instrument - Google Patents
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- G10H2230/00—General physical, ergonomic or hardware implementation of electrophonic musical tools or instruments, e.g. shape or architecture
- G10H2230/045—Special instrument [spint], i.e. mimicking the ergonomy, shape, sound or other characteristic of a specific acoustic musical instrument category
- G10H2230/251—Spint percussion, i.e. mimicking percussion instruments; Electrophonic musical instruments with percussion instrument features; Electrophonic aspects of acoustic percussion instruments, MIDI-like control therefor
- G10H2230/275—Spint drum
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein virtuelles Musikinstrument gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a virtual musical instrument according to the preamble of
In
Gemäss der Lehre von
Die vorstehenden genannten Dokumente haben den Hintergrund, dass sich ein Individuum dem passiven Konsumieren von Inhalten wie z.B. Musik hingeben kann. Der aktuelle gesellschaftliche Trend geht jedoch in eine andere Richtung, nämlich zu mehr Eigenaktivität bei sehr hoher Mobilität. Eigenaktivität bedeutet dabei, dass eine Person Inhalte, wie z.B. Musik selber spielen oder erzeugen will. Grössere Musikinstrumente wie z.B. Schlagzeug oder Perkussion erfordern eine erheblichen Transport- und Aufstellungsaufwand. Im Sinne dieser Schrift ist unter dem Begriff «Musik» auch das Erzeugen eines Rhythmus mit einem Schlaginstrument oder mit einem Schlagzeug subsummiert.The above-mentioned documents have the background that an individual is subject to the passive consumption of contents such as e.g. Can indulge in music. However, the current social trend is moving in a different direction, namely to more self-activity with very high mobility. Personal activity here means that a person has contents, such as e.g. Play or create music yourself. Big musical instruments like e.g. Drums or percussion require considerable transportation and installation effort. For the purposes of this document, the term "music" also includes the generation of a rhythm with a percussion instrument or percussion.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein virtuelles Musikinstrument anzugeben, mit dem eine Person Musik spielen kann ohne dabei ein Musikinstrument physisch mitführen zu müssen oder physisch darauf Zugriff zu haben.It is therefore the task of specifying a virtual musical instrument with which a person can play music without having to physically carry a musical instrument or physically have access to it.
Diese Aufgabe wird durch ein virtuelles Musikinstrument gemäss den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a virtual musical instrument according to the features specified in
Das virtuelle Musikinstrument, wonach für die Transformation von Bewegungen in Töne
die Sensoren am Kleidungsstück miteinander verbunden sind und die Körperbewegung relativ zu einem Bezugspunkt registrieren, der einem starr anzunehmenden Körperteil entspricht;
ermöglicht ein virtuelles Musizieren, ohne dass ein Musikinstrument physisch vorhanden sein muss und dass dank der Integration von Sensoren in ein Kleidungsstück keine personenspezifische Anpassung erfordert.The virtual musical instrument, according to which for the transformation of movements into sounds
the sensors on the garment are interconnected and register body movement relative to a reference point corresponding to a body part to be rigidly accepted;
allows for virtual music without the need for a physical instrument, and the integration of sensors into a piece of clothing does not require any customization.
Mit dem erfindungsgemässen virtuellen Musikinstrument erfasst das betreffende Kleidungsstück die von der Person ausgeführten Bewegungen und Körperpositionen relativ zu einem vorgegebenen als starr anzunehmenden Körperteil in einem Körperkoordinatensystem. Je nach ausgewähltem Instrument oder Klangbild werden entsprechende Töne generiert. Der Träger eines solchen Kleidungsstücks zusammen mit dem virtuellen Musikinstrument ist damit in der Lage, unabhängig von seinem Aufenthaltsort auf ein Instrument zu spielen.With the virtual musical instrument according to the invention, the garment in question captures the movements and body positions performed by the person relative to a predetermined body part to be assumed to be rigid in a body coordinate system. Depending on the selected instrument or sound, corresponding sounds are generated. The wearer of such a garment together with the virtual musical instrument is thus able to play on an instrument regardless of his whereabouts.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.Advantageous embodiments of the present invention are set forth in the dependent claims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1- Erdkoordinatensystem (xe, ye, ze) und zugehöriges Körperkoordinatensystem (xk, yk, zk);
Figur 2- Anordnung der Sensoren in einer Schlagzeug-Jacke und
Figur 3- schematische Spiegel-Ansicht einer Sensoren tragenden Person.
- FIG. 1
- Earth coordinate system (xe, ye, ze) and associated body coordinate system (xk, yk, zk);
- FIG. 2
- Arrangement of Sensors in a Drum Jacket and
- FIG. 3
- schematic mirror view of a person wearing sensors.
Die Transformation von Körperbewegungen auf Töne eines virtuellen Musikinstrumentes basiert auf der Grundidee, die virtuellen Musikinstrumente relativ zum Körper zu positionieren, sodass die Musikinstrumente für den Träger von ihm aus gesehen immer an der gleichen Stelle zu finden sind. Ein Musikinstrument, welches zu seiner rechten angeordnet ist, soll auch bei jeglicher Drehung um seine eigene senkrechte Körperachse zu seiner rechten verweilen und verbleiben. Dazu ist ein entsprechendes Körperkoordinatensystem (xk, yk, zk) einzuführen. Der Ursprung und die Ausrichtung der Achsen xk, yk, zk kann im wesentlichen beliebig gewählt werden, die einzige Bedingung ist, dass sie relativ zum Körper konstant bleiben. Eine Möglichkeit wäre, den Ursprung in den Körperschwerpunkt zu legen und die Achsen an den entsprechenden Körperachsen (longitudinal: senkrecht zur ebenen Bodenfläche von unten nach oben, transversal: waagerecht (parallel) zur ebenen Bodenfläche von links nach rechts, saggital: waagerecht (parallel) zur ebenen Bodenfläche von vorne nach hinten) auszurichten.The transformation of body movements to sounds of a virtual musical instrument is based on the basic idea of positioning the virtual musical instruments relative to the body, so that the musical instruments for the wearer from his point of view are always in the same place to find. A musical instrument, which is arranged to his right, should also dwell on his right vertical body axis to his right and remain with any rotation. For this purpose, a corresponding body coordinate system (xk, yk, zk) is to be introduced. The origin and orientation of the axes xk, yk, zk can be chosen essentially arbitrarily, the only condition being that they remain constant relative to the body. One possibility would be to place the origin in the center of gravity and the axes at the corresponding body axes (longitudinal: perpendicular to the flat bottom surface from bottom to top, transversal: horizontal (parallel) to the flat bottom surface from left to right, sagittal: horizontal (parallel) to the flat bottom surface from front to back).
Für die Erkennung von Körperbewegungen müssen die Positionen der für die Bewegung relevanten Körperteile relativ zum Körperkoordinatensystem (xk, yk, zk) zu jedem Zeitpunkt erfasst werden. Die zeitliche Änderung der Körperpositionen entspricht den Körperbewegungen. Die Körperpositionen können mit Sensoren gemessen werden, die in die Kleidung integriert sind. Die Sensoren sind dadurch nah genug am Körper, um Rückschlüsse auf Körperbewegungen ziehen zu können, behindern aber den Nutzer nicht (so wie zum Beispiel direkt am Körper befestigte Sensoren). Ausserdem ermöglicht diese Messmethode, dass der Nutzer sich frei bewegen kann und nicht auf stationäre Messtechnik angewiesen ist. Durch die Integration der Sensoren in ein Kleidungsstück 4 ist das System einfach und komfortabel zu nutzen. Die Art und Weise, wie ein Kleidungsstück 4 angelegt werden muss, ist selbsterklärend und nicht fehleranfällig, d.h. die Sensoren sitzen automatisch an der richtigen Stelle nach dem Anziehen.For the detection of body movements, the positions of the body parts relevant to the movement relative to the body coordinate system (xk, yk, zk) must be detected at any time. The temporal change of the body positions corresponds to the body movements. The body positions can be measured with sensors integrated into the clothing. The sensors are thus close enough to the body to draw conclusions about body movements, but do not hinder the user (such as, for example, directly attached to the body sensors). In addition, this measurement method allows the user to move freely and is not dependent on stationary measurement technology. By integrating the sensors into a
Eine Möglichkeit, die Körperpositionen zu messen, besteht in der Verwendung von Inertial-Sensoren 2, die sich aufgrund ihrer geringen Grösse auch für die Integration in Kleidungsstücke 4 eignen. Mittels solcher Sensoren und geeigneter Signalverarbeitungsalgorithmen wie z.B. ein Kalmanfilter kann man die Orientierung eines Objektes, welches starr mit dem Sensor verbunden ist relativ zu einem Erdkoordinatensystem bestimmen. Bringt man nun die Inertial-Sensoren an den entsprechenden Körperteilen an, kann man deren Position beispielsweise mit Hilfe eines einfachen Körpermodels bestimmen. In diesem Körpermodel werden einzelne Körperteile, beispielsweise
- Unterarme,
- Oberarme,
- oberkörper,
- Kopf,
- Oberschenkel,
- Unterschenkel
- Forearms,
- Upper arms,
- upper body,
- Head,
- thighs,
- lower leg
In der Figur 1 ist beispielhaft ein Erdkoordinatensystem (xe, ye, ze), ein Körperkoordinatensystem (xk, yk, zk) sowie die gemessene Orientierung eines Sensors 2 gezeigt. Die Orientierung und Lage eines Sensors 2 wird in Bezug auf das Erdkoordinatensystem (xe, ye, ze) gemessen und dann auf das Körperkoordinatensystem (xk, yk, zk) mittels einer Koordinatentransformation umgerechnet.FIG. 1 shows an example of an earth coordinate system (xe, ye, ze), a body coordinate system (xk, yk, zk) and the measured orientation of a
Um Töne zu erzeugen - eine Sequenz von Tönen wird oder soll als Musik empfunden werden-, werden bestimmten Körperpositionen oder Bewegungen mit einem Mapping-Algoritbmus Töne zugeordnet, dazu wird auf die Erläuterungen zur Figur 3 weiter unten verweisen.In order to produce sounds - a sequence of sounds is or should be perceived as music - are assigned to certain body positions or movements with a Mapping Algoritbmus tones, to refer to the explanations to figure 3 below.
Der Mapping-Algorithmus kann auf einem tragbaren oder in die Kleidung integrierten Gerät implementiert sein. Es ist aber auch möglich, die Sensordaten an ein externes Gerät zu senden und dort auszuwerten.The mapping algorithm can be implemented on a portable or apparel-integrated device. But it is also possible to send the sensor data to an external device and evaluate it there.
Die Klänge können mit tragbaren Geräten wiedergegeben werden (z.B. über Kopfhörer oder kleine Lautsprecher). Es ist aber auch möglich, die Klänge auf externen Musikanlagen wiederzugeben.The sounds can be played back on portable devices (such as headphones or small speakers). But it is also possible to play the sounds on external music systems.
Ein entsprechendes Musik-Kleidungsstück muss die Bewegungen eines Schlagzeugers umsetzen. Für diese Anwendung ist die Erkennung von Armbewegungen relevant, deswegen wird als Kleidungsstück eine Jacke 4 gewählt. Für die weiteren Erläuterungen wird nun auf die Figur 2 Bezug genommen. Im unteren und oberen Teil der Ärmel DER Jacke 4 sind jeweils Inertial-Sensoren 2 integriert. Der Torso dient als Bezugspunkt 1; über ihn wird das Körperkoordinatensystem definiert. Daher ist ein Sensor 1 im Vorderteil der Jacke auf Brusthöhe eingebaut. Alle Sensoren 2 sind miteinander vernetzt, z.B. mit einem textilen Kabel 3. Die Daten werden in einem tragbaren Gerät gesammelt und von dort an einen externen Rechner zur Auswertung gesendet. Daher ist eine Sende-Einheit zur Übertragung der aufgenommenen Körperbewegungen und ein mit einer Empfangseinheit gekoppelter Rechner vorgesehen, der die empfangenen Körperbewegungen in Töne transformiert.A corresponding piece of music must implement the movements of a drummer. For this application, the detection of arm movements is relevant, therefore, a
Auf dem externen Rechner ist der Mapping-Algorithmus installiert. Der Rechner braucht jedoch nicht extern als Personalcomputer oder ähnlich ausgebildet zu sein. Der Mapping-Algorithmus ist konfigurierbar, das heisst, es können mehrere, disjunkte quaderförmige Bereiche definiert und unterschiedlichen Schlagzeugarten zugeordnet werden.The mapping algorithm is installed on the external computer. However, the computer does not need to be externally designed as a personal computer or similar. The mapping algorithm is configurable, which means that several disjoint cuboid areas can be defined and assigned to different drum types.
Definierten Bereichen können unterschiedliche Tontimbre oder Instrumente zugeordnet werden. Die Zuordnung von solchen Bereichen ist ansatzweise in Figur 3 gezeigt. Der eine Person umgebende Raum ist in Quader aufgeteilt und abgebildet. Diese Quader werden als Bereiche definiert. Es sind auch andere Einheiten für diese Abbildung denkbar wie z.B. Kugeln. Quader sind deshalb bevorzugt, weil sie keine lückenhafte und trotzdem disjunkte Abbildung des vorgenannten Raumes erlauben, Befindet sich ein bestimmter Sensor in einem dieser Bereiche wird die Erzeugung des entsprechenden Klanges getriggert. Die Erzeugung des Klanges kann auch noch von weiteren Faktoren abhängig gemacht werden, wie zum Beispiel von einem Geschwindigkeitsprofil. Das heisst der erzeugte Klang unterscheidet sich je nach der Geschwindigkeit, mit der sich der betreffende Sensor 2 durch den definierten Bereich bewegt. In der Figur 3 sind nun diesen Bereichen bestimmte Musikinstrumente einer Schlagzeuganordnung durch die Angabe des Instrumentes zugeordnet:
- BassDrum Bass Drum;
- CRI Cymbalrides;
- Cym Cymbals;
- HH HiHats.
- Bass Drum Bass Drum;
- CRI Cymbal Rides;
- Cym Cymbals;
- HH HiHats.
Durch die Implementierung eines konfigurierbaren Mapping-Algorithmus besteht die Möglichkeit, die Anzahl, die Lage und die Form der Bereiche zu verändern, denen ein Klang zugeordnet ist. Ausserdem können die zugeordneten Töne und Instrumente verändert und die weiteren Faktoren (wie das Geschwindigkeitsprofil) konfiguriert werden.By implementing a configurable mapping algorithm, it is possible to change the number, location and shape of the areas to which a sound is associated. In addition, the assigned sounds and instruments can be changed and the other factors (such as the speed profile) can be configured.
So sind gemäss der Figur 3 mehrere hintereinander, also in der Tiefe angeordnete Quaderreihen möglich, dies ist in der Figur 3 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Lage, Grösse und Anzahl der Bereiche ist frei wählbar. Ein Klang wird erzeugt, wenn sich eine Hand in einem der definierten Bereiche befindet und eine schlag-typische Bewegung macht (d.h. aus einer erdgerichteten Beschleunigung wieder abbremst). Die Töne werden über Lautsprecher, die an den externen Rechner angeschlossen sind, wiedergegeben.Thus, according to FIG. 3, a plurality of cuboid rows arranged one behind the other, that is to say in the depth, are possible; this is not shown in FIG. 3 for reasons of clarity. The location, size and number of areas is freely selectable. A sound is produced when a hand is in one of the defined areas and makes a typical strike movement (ie decelerates again from a grounded acceleration). The sounds are played through speakers connected to the external computer.
Das Dreieck mit den dick ausgezogenen Linien repräsentiert Bauchnabel, linke Schulter, rechte Schulter. Die Bereiche sind in Quadern mit horizontalen Reihen gegliedert. Jede Reihe entspricht einer Trommel- oder Beckenart. Der linke und rechte Bereich einer Reihe sind auf dieselbe Trommel oder Becken konfiguriert. Der mittlere Bereich ist jeweils einem anderen Typ der gleichen Trommel oder Becken zugeordnet. Die unterste Reihe entspricht den «Bassdrums», dann folgen die «Snares» und weiter hinten die «CymbalRides». Auf der nächsten Ebene kommen die «HiHats» und zuoberst sind die «Cymbals». Je nach Schlagstärke wird ein anderes Sample abgespielt. Es gibt zwischen 5 und 11 Samples pro Trommel/Becken. Pro Schlag wird die Richtung «von der Handfläche weg» bestimmt. Ist diese Richtung «nach unten», so wird das Sample ohne Effekt abgespielt. Ist diese Richtung «nach oben», so wird das Sample zusätzlich in ein «Delay mit Feedback» geschickt. Das heisst, es wird periodisch aber immer leiser wiederholt. Ist die Richtung "von der Handfläche weg" horizontal, so wird das Sample in ein doppelt so schnelles «Delay mit Feedback» geschickt. Alle diese Effekte lassen sich konfigurieren oder ausschalten.The triangle with the thick lines represents navel, left shoulder, right shoulder. The areas are arranged in cuboids with horizontal rows. Each row corresponds to a drum or pelvic type. The left and right sections of a row are configured on the same drum or basin. The middle area is assigned to a different type of the same drum or basin. The bottom row corresponds to the "bass drums", then the "snares" and further to the "cymbal rides". At the next level are the hi-hats and at the top are the cymbals. Depending on the impact strength, another sample is played. There are between 5 and 11 samples per drum / cymbal. Per stroke, the direction "away from the palm" is determined. If this direction is "down", the sample will be played without effect. If this direction is "upwards", the sample is additionally sent to a "delay with feedback". This means that it is repeated periodically but more and more quietly. If the direction "away from the palm" is horizontal, the sample will be sent twice as fast with "feedback". All of these effects can be configured or turned off.
Die vorgenannten Sensoren sind aus dem stand der Technik bekannt und beispielsweise verfügbar bei
Xsens Technologies B.V.
NL - 7500 AM Enschede
URL http://www.xsens.com .The aforementioned sensors are known from the prior art and, for example, available at
Xsens Technologies BV
NL - 7500 AM Enschede
URL http://www.xsens.com .
Die Triggerung wird so programmiert, dass sie robust ist und trotzdem schon kleine Schläge genügen, um sie auszulösen. Insbesondere werden Doppeltriggerungen und spontantriggerungen unterdrückt. Dazu werden sowohl die kalibrierten Beschleunigungssensordaten, wie auch die Drehmatrizen, die die Software «MT9» der Firma Xsens berechnet, benutzt. Einerseits wird aus der Position der Hand, die aus dem Vektormodell und den Drehmatrizen berechnet wird, eine Beschleunigung parallel zur Geschwindigkeit berechnet. Anderseits wird aus den kalibrierten Daten der Beschleunigungssensoren an den Handgelenken eine Beschleunigung (ohne Erdgravitation) in Richtung der lokalen z-Achse berechnet. Diese beiden Kurven brauchen beide fast gleichzeitig einen Peak, damit ein Sample getriggert wird.The triggering is programmed to be sturdy and still be small enough to trigger it. In particular, double triggering and spontaneous triggering are suppressed. For this purpose, both the calibrated acceleration sensor data and the rotary matrices calculated by the software "MT9" from Xsens are used. On the one hand, an acceleration becomes parallel from the position of the hand calculated from the vector model and the rotation matrices calculated to the speed. On the other hand, an acceleration (without earth gravity) in the direction of the local z-axis is calculated from the calibrated data of the acceleration sensors on the wrists. These two curves both need a peak almost simultaneously to trigger a sample.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind keineswegs auf Schlagzeuginstrumente beschränkt, ebenso kann in einer weiteren Ausführungsform eine Orgel mit Manualen und Pedalen oder ein Klavier gemäss der vorliegenden Erfindung als virtuelles Musikinstrument nachgebildet werden. Im Falle einer Orgel ist neben einer mit Sensoren versehenen Jacke 4 eine entsprechende Hose 4 vorzusehen.Embodiments of the present invention are by no means limited to percussion instruments, and in another embodiment an organ with manuals and pedals or a piano according to the present invention may be modeled as a virtual musical instrument. In the case of an organ is provided in addition to a provided with sensors jacket 4 a corresponding pants 4.
- 11
- Bezugssensor; Sensor am BezugspunktReference sensor; Sensor at the reference point
- 22
- Sensorsensor
- 33
- textiles Kabeltextile cable
- 44
- Kleidungsstück, JackeGarment, jacket
- 1010
- Bezugspunktreference point
- [1][1]
-
FR 2 803 714 A1
«Casque musical integral»
C.M.I Societe à responsabilité limiteFR 2 803 714 A1
«Casque musical integral»
CMI Societe à responsabilité limite - [2][2]
-
EP 0 773 699
«Sound feeling device, playing device, method of controlling the playing device, playing device using light beam and acoustic device»
CAPCOM C.., Ltd.
Psala-shi,
Osaka-fu (JP)EP 0 773 699
"Sound feeling device, playing device, method of controlling the playing device, playing device using light beam and acoustic device"
CAPCOM C .., Ltd.
Psala-shi,
Osaka-fu (JP)
Claims (6)
die Sensoren (1, 2) am Kleidungsstück (4) miteinander verbunden (3) sind und die Körperbewegung relativ zu einem Bezugspunkt (1, 10) registrieren, der einem starr anzunehmenden Körperteil entspricht.Virtual musical instrument containing:
the sensors (1, 2) on the garment (4) are interconnected (3) and register body movement relative to a reference point (1, 10) corresponding to a body part to be rigidly accepted.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensoren (1, 2) als Inertial-Sensoren ausgebildet sind.Virtual musical instrument according to claim 1,
characterized in that
the sensors (1, 2) are designed as inertial sensors.
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bezugspunkt (1, 10) dem Kopf oder dem Oberschenkel oder dem Oberarm oder dem Oberkörper einer Person entspricht.Virtual musical instrument according to claim 1 or 2,
characterized in that
the reference point (1, 10) corresponds to the head or thigh or upper arm or upper body of a person.
dadurch gekennzeichnet, dass
im Rechner der eine Person umgebenden Raum abgebildet ist und die Lage der Sensoren (1, 2) diesen Bereichen (BassDrum, CRI, Cym, HH) zugeordnet wird, wobei jedem Bereich (BassDrum, CRI, Cym, HH) ein Tontimbre und/oder ein Musikinstrument zugeordnet ist.Virtual musical instrument according to one of claims 1 to 3
characterized in that
in the computer of a person surrounding space is shown and the position of the sensors (1, 2) assigned to these areas (BassDrum, CRI, Cym, HH), each area (BassDrum, CRI, Cym, HH) a Tontimbre and / or a musical instrument is assigned.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bereiche als Quader ausgebildet sind.Virtual musical instrument according to claim 4,
characterized in that
the areas are formed as a cuboid.
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Transformation in Töne abhängig von der Geschwindigkeitsänderung der Lage eines Sensors (1, 2) in einem Bereich (BassDrum, CRI, Cym, HH) ist.Virtual musical instrument according to claim 4 or 5,
characterized in that
for the transformation into tones depending on the speed change of the location of a sensor (1, 2) in a range (BassDrum, CRI, Cym, HH).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP05008274A EP1713057A1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Virtual musical instrument |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP05008274A EP1713057A1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Virtual musical instrument |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1713057A1 true EP1713057A1 (en) | 2006-10-18 |
Family
ID=34935226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP05008274A Withdrawn EP1713057A1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Virtual musical instrument |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1713057A1 (en) |
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2005
- 2005-04-15 EP EP05008274A patent/EP1713057A1/en not_active Withdrawn
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