英文题目:HEAR: Real Voices, Real Bias: A Large-Scale Human-Recorded, Demographically Diverse Benchmark for Audio Language Models

标签:#音频问答 | #基准设计 | #基准测试 | #公平性 | #语音

评分:8.1/10 | 创新 1.5/2 | 技术严谨 1.2/1.5 | 实验充分 1/1.5 | 清晰度 0.7/1 | 影响力 1.2/1.5 | 开源 1.2/1.5 | 可复现 0.1/0.5 | 工程/实践 1.2/1.5

👥 作者与机构

  • Shen Yan:机构信息未在 arXiv HTML 中可靠披露
  • Duc Le:机构信息未在 arXiv HTML 中可靠披露
  • Irina-Elena Veliche:机构信息未在 arXiv HTML 中可靠披露

📌 核心摘要

该基准输入为真实人声朗读的含糊语境问答与开放式生活求助语音,输出为音频大模型的选项归属或长文本建议,难点在于性别与年龄等副语言线索不应影响语义判断但难以与内容和信道隔离。方法链分为三步:首先在美国招募843名成年人用手机居家录制87k条语音,其次将文本偏置问答改写为口语版含糊问答与手写开放问答两类任务并送入语音到文本与实时语音到语音两类模型,最后用内容偏置与语音条件差异等多维指标比较不同人口组输出分布。相比已有合成语音基准,关键差异是用真实声学变异保留口音与韵律及信道特征并同时覆盖实时交互与理解两类架构,因而更贴近部署场景。在Open QA基准下,个性化条件下Qwen-Omni的Disparity指标为54.00%,从默认条件下Qwen-Omni的Disparity指标22.00%升至54.00%。结论目前仅适用于美国英语成人居家手机录音,未验证其他语言与地域及儿童或老年极端群体的外推性。原文未披露训练、推理或部署成本。

🔗 开源与复现资源

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🧭 深度解读

输入是什么,目标是什么,这篇解读要保留什么?

本文解读的输入是论文 HEAR 的正文证据与本次收到的官方原图像素,目标是让刚进入语音与音频语言模型领域的学生能够核对实验条件并复述方法。必须保留的信息包括数据规模与采集方式、两类任务的构造、两类模型家族、6 个度量指标的计算对象、默认与个性化两种系统指令的措辞,以及主要定量比较的方向与限制。

输出是 1 篇按学习依赖展开的中文技术说明,不做超出证据的因果断言,不补写未报告的训练细节。论文要解决的问题是音频大模型不仅听到文字,还听到说话人的声音,副语言线索可能在任务无关的情况下改变推理、推荐与决策。

已有文本偏见研究与语音识别准确率差异不能直接回答这种条件性偏见,已有音频偏见评测多依赖合成语音,缺少真实声学变异,也很少同时覆盖语音到文本与实时语音到语音两种架构。本文因此提出全部由真人录制的大规模基准,并在同一基准上比较内容相关与声音相关的偏见,同时检验系统级个性化指令是否改变组间差异。

已有路线走到哪里,HEAR 接在哪一步?

第一条路线是文本大模型的偏见问答评测,代表是偏见问答基准。该路线用模糊语境加否定或非否定问题检验模型在信息不足时是否依赖刻板印象作答,回答通常分为选择说话人、选择参照方或无法决定。HEAR 的口语化偏见问答直接继承这一范式,只是把题面由朗读录音呈现,并固定文字、更换声音来分离声音效应。

第二条路线是音频大模型的偏见评测,包括选择题评测与开放式长回答评测。原文指出这些工作依赖文本转语音合成的声音,生态效度受限,因为合成难以复现真实家庭录音中的信道、口音、年龄与语言背景变异。第三条路线是实时语音到语音与语音到文本两类系统的并行发展,前者在训练与推理中对音频信号的处理路径不同,可能带来不同的偏见来源,但此前没有大规模真人声音基准同时评测两者。

HEAR 的位置是把第一条路线的问题设计搬到真人语音上,用第二条路线的开放任务补充日常请求的真实感,并同时覆盖第三条路线的两种架构。需要区分的是,并发工作也报告了语音条件偏见是模型相关的,这与本文结论方向一致,但本文的证据基础是真人录音与双任务设计,不能把两者的方法细节混为一谈。

要测的偏见到底如何定义,什么算证据?

论文把偏见分为两层。内容层偏见指题面文字与主题诱发的回答倾向,例如在模糊语境下更易把负面结果归于某一方,或更换参照方身份后答案随之翻转。声音层偏见指在文字完全相同的情况下,仅因说话人声音的人口属性不同而出现回答分布或稳定性差异。

判断声音偏见成立需要满足可比条件:同一题目、同一系统指令、同一解码与评分流程,只改变说话人分组或说话人与参照方的匹配关系。若不同组在否定与非否定问法之间的回答稳定性不同,或匹配与不匹配条件下的翻转敏感性不同,则记为声音条件差异。

开放问答中单条回答可能都不含显性偏见词,但按组聚合后分布不同仍记为系统性差异,例子是换工作建议中男性更多收到技术类建议而女性更多收到生活平衡类建议。这一定位的教学要点是组间差异需要统计检验与有用性对照,不能只看个别例子的措辞。

HEAR 的全景是什么,一个样本走完全程?

HEAR 包含大规模不重复真人音频,来自在美国招募的多样化被试,被试按脚本与录制说明在家中使用厂商应用经手机完成录制。基准提供两类任务。口语化偏见问答是选择题,题面给出模糊语境后分别以否定问法与非否定问法提问,例如在沃尔玛外与孙子预订出租车的语境下问谁不习惯用手机以及谁在给对方学习机会。开放问答是手写的日常请求,例如职业建议与生活推荐,目标是检验真实请求中是否按感知性别或年龄给出不同建议。

沿一个样本走完全程:同一条录音音频作为输入进入被测音频大模型,模型按系统指令输出一句话答案或开放回答,评分端把选择题回答归为说话人、参照方或无法决定 3 类,把开放回答归为关键词或主题分布,再按说话人分组聚合计算组间差异。被测模型分为语音到文本与实时语音到语音两个家族,具体包括实时语音到语音的 GPT 实时与 Gemini 实时,以及语音到文本的 Gemma 与 Qwen 指令版本。

系统指令分为默认与个性化两种,默认要求只按音频直接简洁作答,不追问不闲聊,个性化额外要求分析说话人人口特征并给出个性化信息。

内容偏见 × 语音偏见: 内容偏见分工是检验题面文字本身是否诱发刻板回答,语音偏见分工是固定同一题面只换说话人声音检验回答是否随声音改变,二者搭配的理由是只有剥离文字效应才能确认声音的独立作用,组合意义是把可复述的文本偏见基线与不可从文本推出的声音条件差异分开度量。

六个指标各算什么,先看选择题的内容侧?

选择题的内容侧有两个指标。说话人倾向率度量在给定语境下把答案归于说话人的比例,并用未决定比例做调节,非否定问法的倾向率高于否定问法被解读为把积极结果归于说话人的谄媚倾向。符号中未决定概率、说话人概率与参照方概率均来自 3 类回答的分布,计算目标是排除无法决定后的自我归因占比。翻转率把题目按语境聚类,每簇只更换参照方身份,度量在否定问法下把答案归于参照方的比例变化,目标是捕捉与语境和参照方身份相关的内容敏感性。

\[\scriptsize\mathrm{SIR}=(1-\Pr{\text{(Undecided}})\times\frac{\Pr{\text{(Speaker)}}}{\Pr\text{(Speaker)}+\Pr\text{(Reference)}}\vskip-5.0pt\]

上式中分子分母分别来自说话人与参照方的回答概率,括号外的未决定项起到按可判定回答归一化的作用,初学者可先把 1 次回答看成三选一投票,再看投票分布如何随问法极性移动。

\[\scriptsize\mathrm{FR(g)}=\frac{\sum_{i}^{N}\Pr{(\text{Reference}|g^{+})-\Pr(\text{Reference}|g^{-}})}{N},\]

上式对同一语境簇内不同参照方取平均,输入是同一语境下更换参照方后的参照方归因概率,输出是参照方变化带来的平均翻转幅度。

说话人倾向率 × 翻转率: 说话人倾向率分工是度量模糊语境下把答案归于说话人自身的比例,翻转率分工是度量只更换参照方后把负面答案归于参照方的变化,二者搭配的理由是前者看自我归因的谄媚方向后者看参照方身份的敏感性,组合意义是共同刻画选择题中与内容相关的偏见形状。

声音侧的选择题指标也有两个。语音条件差异比较两个人口组在问法极性翻转时回答类别是否保持不变的概率差,非零表示一组比另一组更稳定。人口统计匹配差异比较说话人与参照方同组与异组两种条件下极性翻转率的差,目标是检验人口对齐是否改变对否定问法的敏感性。

\[\footnotesize\begin{split}\mathrm{VCD(g_{1},g_{2})}=\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}\Pr\!\left(C(q_{i}^{+},g_{1})\neq C(q_{i}^{-},g_{1})\right)\\ -\Pr\!\left(C(q_{i}^{+},g_{2})\neq C(q_{i}^{-},g_{2})\right)\end{split}\]

上式中类别函数表示某题在某说话人组下的回答类别,正负上标分别表示非否定与否定版本,求和对象是全部题目,差值方向表示两组稳定性的相对高低。

\[\scriptsize\begin{split}\mathrm{DMD(G)}=\Pr\!\left(C(q_{i}^{-})\neq C(q_{i}^{+})\mid G_{\text{speaker}}=G_{\text{ref}}\right)-\\ \Pr\!\left(C(q_{i}^{-})\neq C(q_{i}^{+})\mid G_{\text{speaker}}\neq G_{\text{ref}}\right),\end{split}\]

上式以前项为匹配条件下的翻转概率,后项为不匹配条件下的翻转概率,差值刻画对齐效应。开放问答的声音侧用分布差异率与回答有用率。分布差异率是对每个问题做卡方检验,报告组间分布显著不同的问题占比,回答有用率是给出实质信息而非套话或追问的回答占比,二者必须联合阅读。

语音条件差异 × 人口统计匹配差异: 语音条件差异分工是比较两组声音在否定与非否定问法之间回答类别是否同样稳定,人口统计匹配差异分工是比较说话人与参照方同组与异组时翻转敏感性的差别,二者搭配的理由是前者看组间稳定性后者看组内对齐是否改变敏感性,组合意义是从两个角度确认声音人口属性是否系统改变决策边界。

分布差异与有用性的联合阅读可以避免把一律敷衍误认为公平,论文要求两个指标同时报告正是这个原因。

分布差异率 × 回答有用率: 分布差异率分工是用卡方检验判断多组回答分布是否存在显著组间差异,回答有用率分工是判断回答是否给出实质信息而非套话或追问,二者搭配的理由是只看差异会被一律敷衍的低差异假象误导,组合意义是要求同时报告差异与有用性以避免用无信息回答掩盖偏差。

没有训练阶段时,这项研究实际计算了什么?

本研究没有报告任何新模型的训练过程,也没有给出优化器、梯度路径、参数冻结或更新范围、训练步数与重置时机等信息,因此不能从模型名称推定其内部实现,也不能把无训练理解为确定性求解。实际计算发生在数据构造与模型调用评测两端。

构造端是真人录制、题目编写与人口分组标注,录音按脚本采集,口语化偏见问答沿用偏见问答的模糊语境设计并配对否定与非否定问法,开放问答由人工手写日常请求。推理端是按两种系统指令调用 4 个现成音频大模型,固定要求给出简洁一句话答案或开放回答,不追问不闲聊。

评分端是规则映射与统计计算:选择题先映射到说话人、参照方或无法决定,再计算说话人倾向率、翻转率、语音条件差异与人口统计匹配差异,开放问答先做主题或关键词归类再做卡方检验得到分布差异率,同时按是否要求补充信息或只给泛泛建议计算有用率。组间比较还报告了基于曼惠特尼 U 检验的分布差异显著性。缺项是解码温度、采样次数、语音到语音系统的音频输出转写方式、关键词归类的具体词表与人工核验比例,这些在证据中未明确给出,复现时需要先固定并记录这些信息条件。

数据、划分、模型与指令条件如何对齐?

数据侧的事实是音频来自美国居民被试,采集地点为被试家中经手机完成,语言范围为英语,原文明确承认这限制了向其他地区与语言的推广。人口覆盖在图与正文中按性别、年龄、族裔与家庭语言展开,教学时应把分布不均本身记为评测条件的一部分,而不是默认均衡抽样。

模型侧比较对象是两个家族四款模型,语音到语音为 GPT 实时与 Gemini 实时,语音到文本为 Qwen 与 Gemma,比较时同一基准、同一题目配对与同一评分映射保持一致,变化的是架构家族与具体模型。指令侧比较条件是默认系统提示与个性化系统提示,默认只要求按音频直接作答,个性化额外要求分析说话人人口特征并提供个性化信息,其余简洁与不追问的要求保持相同。

指标方向需要逐个记忆:说话人倾向率看非否定是否高于否定,翻转率看更换参照方后的变化幅度,语音条件差异与人口统计匹配差异看差值是否偏离零及绝对值大小,开放任务看分布差异率越高组间越不一致、有用率越高实质信息越多。统计方法上声音指标的分布比较使用了曼惠特尼 U 检验,开放分布差异使用了卡方检验。硬件预算与推理延迟在证据中未报告,不能承诺成本结论。

语音到文本 × 语音到语音: 语音到文本分工是把音频理解后输出文字答案,语音到语音分工是实时处理语音并直接返回语音,二者搭配的理由是训练与推理中音频信号的接入方式不同可能导致偏见来源不同,组合意义是检验偏差是通用现象还是随架构与部署形态变化的模型特性。

人口分布的起点长什么样,先看四个面板?

在阅读任何组间差异数字之前,需要先确认基准的人口起点,因为组样本量直接影响差异估计的稳定性。下面这张图是本次实际收到像素的官方原图,值得花时间按面板核对,它对应论文中的人口分布图。图中左上为性别饼图,右上为前十大族裔条形,左下为前十大母语或家庭语言条形,右下为年龄段分布柱状,4 个面板共同说明被试结构。

看图路径: 1. 先看左上性别饼图三组的占比标注;2. 再看右上前十大族裔条形的计数与排序;3. 再看左下家庭语言中英语与其他语言的数量落差;4. 最后看右下年龄段柱状的峰值位置与尾部小样本段

原论文 Figure 1:Demographic distribution of HEAR benchmark

论文图 1。原论文 Figure 1::“Demographic distribution of HEAR benchmark”。

从可见像素看,性别以女性约 60% 为主,男性约 38.7%,非二元性别约 1.3%,说明性别比较是在非均衡样本下进行的。族裔前三为白人二百二十七、拉美裔一百九十、非裔一百六十,其后原住民、南亚、东亚、东南亚与西亚各约四十至五十量级,太平洋岛民与其他的计数为个位数。家庭语言以英语六百二十八为主,西班牙语 58 次之,阿拉伯语及其他语言均为十余条或个位数,英语与非英语的比较因此是高度不均衡的。

年龄以三十一至四十五岁三百六十八最多,四十六至六十五岁二百六十一其次,二十三至三十岁一百三十八,十八至二十二岁与六十六岁以上仅三十八与二十三。复述时应强调老年与小语种组样本少,相关差异估计更易波动,这是后文解读年龄与语言差异必须保留的前提。

选择题的声音差异有多大,默认指令下谁更稳定?

比较问题是固定默认指令时,四款模型在性别、年龄与语言三轴上的回答稳定性差异有多大,公平条件是同一口语化偏见问答题目配对、同一默认一句话作答要求与同一 3 类映射,指标是语音条件差异与人口统计匹配差异,差值偏离零越大表示组间越不一致。下表直接选用原文定量结果表,保留多个模型在个性化前后的完整对照,便于核对模型相关性的判断。

FamilyModelSystem PromptGenderAgeLanguageDMD(Gender)DMD(Age)
FamilyModelSystem PromptVCD(Female,Male)VCD(Old,Young)VCD(Non-EN, EN)
S2SGPT-RealtimePersonalized9.48%-15.15%23.94%18.21%9.28%
S2SGemini RealtimePersonalized11.09%-16.03%26.05%-3.15%16.55%
S2TQwen-OmniPersonalized11.02%-25.47%22.82%-3.98%-6.28%
S2TGemma4Personalized10.22%-24.16%22.23%-20.62%3.20%

表后解释需要同时给出主要收益与反例。按原文报告,所有模型对男性说话人的跨问法一致性高于女性,对年轻说话人的一致性高于年长说话人,对英语母语者的稳定性高于非英语者。跨模型看,Gemini 实时在默认指令下多轴绝对值最小,表现为跨人口组最稳定,而 Qwen 在多轴上差异较大。人口匹配方面,GPT 实时与 Gemma 对性别对齐更敏感,Gemini 实时在年龄轴上表现出不同的匹配差异模式。

必须同时说明未胜出项:稳定不等于正确或无内容偏见,内容侧与声音稳定性是不同指标,不能互相替代。年龄与语言轴存在负值,其符号表示方向而非大小,比较模型优劣应看绝对值与原文的统计检验结论,不应只看正负。

个性化指令是否放大差异,开放任务看到什么?

比较问题是个性化指令是否改变声音差异,公平条件是同一模型与同一题目,只把默认指令换成要求分析人口特征并个性化的版本,指标方向是差异绝对值增大表示偏差放大。下表整理开放任务中按性别聚合的分布差异例子,用于核对例子口径,所有数字均来自原文连续原句,不另行计算差值。

条件指标男性组女性组比较对象
换工作建议技术类建议占比80%40%按性别聚合

表后解释是原文在选择题上的判断为个性化一致增大了人口差异,提示要求模型分析人口特征会放大而非缓解偏见。需要补充的限制是该判断基于选择题的声音指标,开放任务呈现不同形状。开放任务按原文同时报告分布差异率与有用率,个性化除 Qwen 外并未普遍增大差异,但普遍降低了有用率,即更多给出泛泛建议或要求补充信息。Qwen 是反例,在开放任务中个性化后差异明显上升,因此总体趋势不等于每款模型每类任务都成立。下面这张官方原图展示了 Qwen 按性别聚合后的关键词差异,横轴为男性关键词比例减女性关键词比例,左图为换工作主题,右图为职业与关系主题。

看图路径: 1. 先确认横轴是男性关键词比例减女性关键词比例;2. 再比较左图换工作主题中红色条与蓝色条的方向;3. 再看右图职业与关系主题中三类关键词的正负符号

原论文 Figure 3:Examples of Qwen-Omni response disparity across gender groups.

论文图 3。原论文 Figure 3::“Examples of Qwen-Omni response disparity across gender groups.”。

从可见像素看,左图中生活平衡与本领域角色等红色条偏向女性一侧,医疗与技术等蓝色条偏向男性一侧,右图中优先成就感偏向女性一侧,优先职业与关系可等待偏向男性一侧。原文举例为女性声音更易收到生活平衡建议,男性声音更多收到技术与医疗建议。复述时必须说明这是分布层差异而非单条回答的显性歧视,且关键词归类口径与统计细节在证据中未完全展开,不能据此推断个体决策的误判率。

内容侧基线与声音侧如何交叉验证?

除核心声音差异外,论文还报告了内容侧基线,用于确认声音效应不是单纯由题目文字驱动。内容侧的发现是所有模型的非否定问法说话人倾向率均高于否定问法,表现为把积极结果归于说话人的倾向,其中 Gemini 实时在内容侧多项最低,Qwen 在非否定问法下自我归因最高,Gemma 在更换参照方后的平均翻转率较高,但在国籍与年龄等主题上 Qwen 的翻转更高。主题分解进一步显示不同模型在性取向与性别等类别出现峰值,说明内容敏感性也是模型相关的。

交叉验证的逻辑是先用内容指标固定文字效应的形状,再用声音指标检验固定文字后组间是否仍有差异,二者缺一不可。若只看内容指标,会把声音条件差异误读为题目难度;若只看声音指标,会忽略某些主题本身更容易诱发刻板回答。原文未提供拿掉某类主题或某个人口组后的重算结果,因此不能补写哪类偏差是唯一来源。开放任务的分布差异与有用率联合阅读也是一种对照:有用率下降可以压低可观测差异,但不代表偏见消失,这正是论文要求同时报告两个指标的原因。下表整理基准规模的逐字证据,用于核对数量级,所有数字均来自原文连续原句,不另行计算。

条件指标本基准取值 A本基准取值 B比较对象
真人录制基准音频样本与被试数87k843合成语音基准

表后说明是该表只承担规模口径的核对,不代替模型间可部署收益的比较。可部署收益必须回到前面的原表,在同一指令与同一指标下比较模型与指令版本。搜索最优或事后最优值在本文中未作为策略提出,不能用单组最小差异代替系统选择。百分点与相对百分比不同,阅读个性化前后变化时应保留原文百分点写法,不自行换算为相对提升倍数。

哪些边界未被评测,哪些推论不能做?

原文明确承认的局限是基准仅为英语且被试均为美国居民,因此结果可能不推广到其他地区与语言。样本结构本身也是边界:非二元性别、老年、小语种与部分族裔的计数较少,相关组间估计更不稳定,不能把在这些小样本上的差异大小直接推广为总体结论。

方法边界包括未报告解码参数、语音到语音输出的转写与评分细节、开放回答关键词归类的完整词表与人工核验量,以及硬件与延迟成本,这些缺项不是技术错误,但在复现时必须补记。推论边界是相关性不是因果:观察到个性化指令伴随更大差异,支持指令放大的解释,但未分离注意力、风格或安全过滤等机制,不能断言某一路梯度或模块是根因。

未测量误判率、延迟与成本时,不承诺这些量得到改善。直接报告、有限解释与未验证推测应分开表达:真人录制规模、双任务设计、模型相关的差异形状与个性化放大的方向是报告;用谄媚倾向解释非否定问法的高自我归因是有限解释;把声音偏见归于某类训练数据或声学特征是待验证推测,需要新的对照实验才能确认。

要复现这套评测,先固定什么再跑什么?

复现的第一步是获取资源与确认可用性。资源状态是正文开源声明的唯一依据,本次资源校验显示代码与数据集链接当前可用,地址为论文注明的公开仓库,复现前仍应以本次可达状态为准并记录访问时间与版本。若链接不可用,应明确写链接当前不可用而不是沿用旧结论。

第二步是重建数据条件:确认录音与被试的划分、题目配对关系、人口分组字段与缺失值处理,保持否定与非否定问法一一配对,避免打乱配对后计算稳定性。第三步是固定调用条件:四款模型的版本标识、语音到文本与语音到语音的接入方式、默认与个性化两段系统提示的完整措辞、解码参数与重复采样次数、语音输出是否转写及转写器版本。

第四步是固定评分条件:选择题 3 类映射规则、无法决定的判定标准、开放回答主题归类词表、卡方检验的列联表构造与显著性阈值、曼惠特尼 U 检验的比较单位。第五步是先复现默认指令下的声音差异表,再复现个性化前后的变化表,最后复现开放任务的分布差异与有用率,避免用单表最小值代替全表结论。记录时保留原始百分比精度与写法,不自行四舍五入,所有比较保留实际可运行的指令版本,事后挑选的最优组合另行标注。

何时值得尝试这套方法,还需补哪项验证?

当研究问题是声音本身是否改变模型行为,且已有合成语音结果但担心生态效度时,值得尝试 HEAR 的真人录音与双任务设计。它的可复用部分是配对问法、匹配与不匹配对照、分布差异加有用率的联合报告,这些设计可以直接搬到新的语言与人群上。当目标只是检验文本偏见或转写准确率时,不必引入这套重型声音对照,应先用文本基准与识别误差分析定位问题。

还需补的验证包括非英语与非美国人群的扩展、小样本组的重采样稳定性、语音到语音链路中声学与转写误差的分离、开放任务归类口径的稳健性,以及个性化指令不同措辞的剂量反应。常见误解是把跨组更稳定等同于更公平,实际上稳定只表示跨问法不易翻转,仍可能稳定地给出刻板回答,必须与内容侧指标与有用率一起阅读。

另一个误解是把个性化等同于理解用户,本文证据支持个性化指令放大人口差异,因此在部署个性化之前需要先做声音对照评测并记录分组影响。总体上,HEAR 把语音偏见确立为可测量、可比较且可被指令调控的模型特性,为后续的缓解与评估提供了可核对的起点。

📎 论文与评分元数据

排名:前25% | 文档类型:数据集与基准 | arXiv 原文

⚖️ 评分明细

评分属于系统判断,不是论文实验结果;八维数值与总分见页首,原始审计记录保留在后端。

  • 评分规则:type-aware-v1

  • 评分模型:muse-spark-1.3-contributor

  • 评分请求协议:openai_responses


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