DE2335201B2 - Kopfhörer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kopfhörer mit mindestens einem Ohrbeschallungssystem zur mehrkana'igcn Tonwiedergabe. Derartige Ohrbeschallungssysteme enthalten mindestens eine Schallsignalquelle und weitere akustische Mittel, um den Schall dem Ohr zuzuleiten. Für einen Kopfhörer werden in der Regel zwei dieser Ohrbeschallungssysteme in bekannter Weise durch einen Bügel miteinander verbunden.

Mehrkanalige To.iwiedergabeeinrichtungen werden vorzugsweise für die zweikanaüge bzw. für die vierkanalige Stereophonie, die auch Quadrophonie genannt wird, hergestellt Besonderer Wert wird auf Wiedergabeeinrichtungen gelegt die einen Vorwärts- und Rückwärtseindruck vermitteln. Bei der Wiedergabe über Kopfhörer gilt als anerkannt daß zwei Kanäle, von denen jeder einem Ohr zugeordnet wird, für die natürliche Übertragung eines Raumeindruckes ausreichen, sofern eine bestimmte Aufnahmetechnik angewendet wird. Die sich auf den sogenannten Kuns'.kopf begründende Aufnahmetechnik hat sich jedoch aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aus dem der fehlenden Kompatibilität nicht durchgesetzt

Über vierkanalige sogenannte quadrophone Wiedergabeeinrichtungen, bei denen für jede Wiedergabeschallquelle ein eigener Übertragungskanal vorhanden ist ist in vielfacher Weise bei der Wiedergabe über Kopfhörer versucht worden, dem Hörenden einen Vorwärts- Rückwärtseindruck oder zumindest einen verbesserten Raumeindruck zu vermitteln. Bei zweikanaligen Anlagen dagegen werden beispielsweise über akustische frequenzabhängige Amplituden- und Laufzeitgeber oder über elektrische Matrixschaltungen aus den beiden Signalen Hilfssignale für zusätzliche Schallquellen abgeleitet Die Wiedergabe erfolgt in jedem der oben genannten Fälle vorzugsweise über vier Schallquellen, die in der Nähe des Kopfes angeordnet sind.

Der Versuch, in der Nähe des Kopfes vier einzelne Schallquellen anzuordnen, ist zwar nicht abwegig, führt jedoch zu großen Abmessungen eines Kopfhörers und im Vergleich zu den klein gebauten üblichen Kopfhörern werden hohe Wiedergabeschallpegel benötigt Es ist daher vorgeschlagen worden, vor jedem Ohr Kapseln anzuordnen, in denen sich Schallgeber befinden, die den Schall der zugehörigen Kanäle dem Ohr zuführen. Durch die DT-AS 21 26 677 und die DT-OS 21 13 073 sind Kopfhörer bekannt geworden, in deren Ohrbeschallungssystemen, die aus geschlossenen Kapseln bestehen, die Schallgeber nach besonderen Regeln räumlich zueinander angeordnet sind. Auch sind

Mittel genannt worden, mit denen die in den Kapseln erzeugten verschiedenen Schallereignisse dem Ohr getrennt oder gemischt zugeführt werden sollen, um die Wirkung eines äußeren Schallfeldes auf das unbewehrte Ohr nachzubilden.

Diese Vorschläge können jedoch nicht die Nachteile des Hörens über Kopfhörer bisher bekannter Bauart beseitigen. Als Nachteile seien im wesentlichen die ungenügende Vorwärts- Rückwärtsortungsmöglichkeit und die Lokalisation der natürlichen Schallquelle nahe am oder im Kopf aufgeführt

Bei den bisher bekannten Kopfhörern ist offenbar nicht beachtet worden, daß die Wände der Kapsel den Schall reflektieren, da sie nicht schalldurchlässig sind und daß somit die Kapsel bei tiefen Frequenzen, bei denen die Wellenlänge größer als die Abmessungen der Kapsel ist, als Druckkammer wirkt, und daß sich bei hohen Frequenzen, bei denen die Wellenlänge des Schalles kleiner als die Kapseiabmessung ist, stehende Wellen ausbilden. Diese Effekte können allein durch eine Auskieiuüng der Kapsein mit schaiidäniniendern Material aus akustischen Gründen nicht beseitigt werden.

Die Ortungsmöglichkeit ist hierdurch außerordentlich erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht, und der bekannte Hohlraumklangeffekt entsteht

Beim natürlichen Hören befinden sich jedoch Kopf und insbesondere die Ohren jeweils in einer vorwiegend fortschreitenden nahezu ebenen Welle, und Reflexionen beispielsweise an den Wänden eines Konzertraumes erreichen zeitlich richtig gestaffelt so die Ohren, daß die Raumgeometrie akustisch erfaßt werden kann.

Die Reflexionen an den Innenwänden einer Kapsel dagegen werden vom Gehör als von einer zu engen Begrenzung ausgehend erkannt und können bestenfalls als Suggestion eines größeren Raumes dienen, wobei jedoch die Ortungsfähigkeit, insbesondere die Vorwärts/Rückwärtsortung, stark eingeschränkt wenn nicht unmöglich wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik und unter Berücksichtigung der im vorletzten Absatz erläuterten physikalischen Grundlagen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ohrbeschallungssystem geringen geometrischen Ausmaßes zu schaffen, das an dem Ohr ein künstliches Schallfeld erzeugt, welches dem natürlichen Schallfeld nahekommt und die ooen angeführten Nachteile der Kapselsysteme vermeidet

Ein Ohrbeschallungssystem nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Ohrbeschallungssystem als eine mit ihrer Längsachse in Blickrichtung des Hörenden verlaufende akustische Leitung ausgebildet ist, welche in der dem Kopf zugewandten Teilmantelfläche eine Öffnung zur Ankopplung an das Ohr aufweist, wobei Anpassungsmittel zwischen dem Kopf und der Leitung vorgesehen sind, an deren Enden durch akustische Widerstände sowohl ein nahezu reflexionsfreier Abschluß als auch die Einspeisung des oder die Schallsignale erfolgt

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. mi

Anhand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung nachstehend beispielsweise erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 und 2 die Anordnung eines Kopfhörers mit zwei Ohrbeschallungssystemen am menschlichen Kopf . , F i g. 3 die Einzelheiten eines Ohrbeschallungssystems

Fig.4, 5 und 6 zweckmäßige Weiterbildungen eines Ohrbeschallungssystems

F i g. 7 die akustische Verkoppelung von zwei Ohrbeschallungssystemen.

In den F i g. 1 und 2 ist in Aufsicht und Ansicht die Anordnung eines Kopfhörers mit zwei Ohrbeschallungssystemen am menschlichen Kopf dargestellt. Die Ohrbeschallungssysteme 10 und 11, die gemäß einem der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 durch akustische Leitungen gebildet werden, sind bezüglich ihrer Längsachse 12 und 13 annähernd in Blickrichtung B des Hörenden ausgerichtet In der in F i g. 2 gezeigten Ansicht ist zu erkennen, wie die Ohrbeschallungssysteme 10 und 11 durch einen Bügel 14 als einer von mehreren möglichen Befestigungsarten am Kopf gehalten werden. Der hier gezeigte kreisrunde Querschnitt der die Ohrbeschallungssysteme bildenden akustischen Leitungen ist nur ein Beispiel für eine mögliche Ausführungsart derselben, ohne die Erfindung zu begrenzen. Aus akustischen und/oder ästhetischen Gründen können die Leitungen z. B. auch einen rechteckigen oder ovalen Profilquerf. :-,nitt aufweisen.

Fig.3 zeigi ein Ohrbcschäiiuügssys'fjm in seinen Einzelheiten. In der dem Kopf zugewandten Teilmantelfläche 15 ist eine öffnung 16 zur Kopplung des in der akustischen Leitung 17 vorhandenen Schalls auf das Ohr vorhanden. Ein Anpassungsmittel 18, das z. B. aus einem Schaumgummiwulst bestehen kann, paßt die das Ohr umgebende Kopffläche an das Ohrbeschallungssystem an. Das vordere und hintere Ende der akustischen Leitung 17, jeweils mit den Bezugszeichen 19 gekennzeichnet wird nahezu reflexionsfrei durch akustische Wirkwiderstände 20 abgeschlossen. Als akustische Widerstände sind die dem Fachmann bekannten Mittel wie Seiden oder Filze anwendbar; auch feine gelochte Bleche, z. B. durch galvanische oder Ätzverfahren hergestellte Siebbleche kennen allein oder in Kombination mit den zuerst genannten Seiden oder Filzen vorgesehen werden.

An den Enden 19 der akustischen Leitung 17 werden auch die Schallsignale eingekoppelt Vorzugsweise sind zwei Schallquellen 21 und 22 vorgesehen. Die Schallquellen können gemäß dem kennzeichnenden Merkmal eines Unteranspruchs direkt an der akustischen Leitung 17 angeordnete elektroakustische Wandler sein. Die zur Leitung hin angeordneten Impedanzen der elektroakustischen Wandler sind Bestandteil des gesamten nahezu reflexionsfreien Abschlusses der akustischen Leitung 17. Um einen besonders guten Abschluß zu erreichen, sollten einem weiteren Vorschlag entsprechend die Wandler über einen Frequenzbereich von mehr als einer Oktave vorwiegend widerstandsgehemmt arbeiten. Diese Widerstandshemmung kann durch akustische Strömungswiderstände erreicht werden, die bei dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Teile 23 und 24 an den hinteren Wandlerausgängen angeordnet sind.

Durch die bisher beschriebenen Mittel wird erreicht, daß in der akustischen Leitung 17, die wesentlicher Bestandteil des Ohrbeschallungssystems ist, vorwiegend fortschreitende nahezu ebene Wellen erzeugt werden. Da sich das äußere Ohr an oder teilweise in der akustischen Leitung befindet wird vor demselben ein Schallfeld erzeugt, das dem natürlichen Schallfeld sehr ähnlich ist Das Gehör kann daher seine natürlichen Mittel zur Vorwärts- und Rückwärtsunterscheidung einsetzen.

Das an oder teilweise in der akustischen Leitung befindliche Ohr beeinflußt das Schallfeld wie auch beim natürlichen Hören ohne Kopfhörer. Es läßt sich durch

Messung nachweisen, daß z. B. der Bereich um 4 kHz bei der Beschallung von vorne, also durch die vorderen Schallwandler, stärker betont ist als bei der Beschallung durch die rückwärtigen Schallwandler, obwohl beide mit gleicher Intensität strahlen. Dieser Effekt, der die ^r> Ortungsfähigkeit des Ohres unterstützt, kann dadurch verstärkt werden, daß akustische oder elektronische Mittel zur Beeinflussung dieser Schallsignale, die in die in Blickrichtung vornliegenden Enden der akustischen Leitung eingespeist werden, vorhanden sind, beispiels- in weise derart, daß die Amplituden der Schallsignale im Frequenzbereich um 4 kHz erhöht werden.

Durch das äußere Ohr wird die Ausbildung der fortschreitenden ebenen Wellen der akustischen Leitung 17 etwas gestört. Störschall, der durch Reflexion r> am Ohr und an der gegenüberliegenden Mantelfläche 25 hervorgerufen wird, kann durch die öffnungen 26, die mit einem akustischen Widerstandsmaterial 27 abgedeckt SiMu, äüSgcSCuditct wcFucii.

Bei einer anderen Ausführungsform des Kopfhörers nach der Erfindung werden, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, die Schallsignale nicht unmittelbar von den elektroakustischen Wandlern in die Enden der akustischen Leitung 17 eingespeist, sondern über besondere Schalleitungen 28 und 29 an die Einspei- _>ί sungsstellen geführt. Diese Schalleitungen sind ebenfalls nahezu reflexionsfrei abgeschlossen, wobei die Impedanz einer Schalleitung Teil der jeweiligen Abschlußwiderstände 20 der akustischen Leitung 17 sind. Durch diese Art der Ankopplung der elektroakustischen Wandler 21 und 22 an die akustische Leitung 17 ist eine gewisse Freizügigkeit in der konstruktiven Gestaltung des Ohrbeschallungssystems gegeben. Ferner kann durch diese Anordnung der akustischen Bauelemente: Wandler 21 (22) - Schalleitung 28 (29) - akustischer π Widerstand 20 — akustische Leitung 17 eine Transformationswirkung erzielt werden, so daß die Wandler 21 und 22 optimal an die akustische Leitung 17 angepaßt werden können. Die rückwärtigen Schallauslässe der Wandler 21 und 22 sind auch hier mit akustischen -to Widerständen 23 und 24 versehen.

Eine zweckmäßige Anordnung der Schalleitungen bei einem Kopfhörer nach der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Die Schallwandler 21 und 22 sind mit den akustischen Widerständen 23 und 24 belastet und speisen den Schall über die Schalleitungen 28 und 29 in die Enden der akustischen Leitung 17 ein, deren jeweiliges Ende unter Einschluß der Schalleitungsimpedanz mit dem akustischen Widerstand 20 nahezu reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Es ist bereits oh en beschrieben worden, daß es vorteilhaft sein kann, die elektroakustischen Wandler wiederstandsgehemmt zu betreiben, wobei einem Beispiel zufolge die Hemmung durch Strömungswiderstände erfolgt Diese Widerstandshemmung kann auch dadurch erfolgen, daß die elektroakustischen Wandler durch den akustischen Widerstand einer jedem Wandler zugeordneten und an diesen angekoppelten Schallei tung erfolgt In F i g. 6 werden die Wandler 21 und 22 durch die akustischen Widerstände der Schalleitungen mi 30 und 31 gehemmt, die ihrerseits mit den akustischen Widerständen 32 und 33 abgeschlossen sind und beispielsweise in das freie Schallfeld münden. Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, daß der rückwärtige Schall der Wandler 21 und 22 infolge des *~- 1/R-Gesetzes nicht oder nur stark geschwächt über die Enden 19 der akustischen Leitung oder Undichtigkeiten im Bereich der Schallankopplungsöffnung 16 zum Ohr gelangt und dort eine Verzerrung des von de akustischen Leitung 17 geführten Schallsignals bewirkt.

Es ist bekannt, daß bei der Wiedergabe stereophone Tonereignisse über Kopfhörer eine saubere Trennunf der Rechts-Links- oder Vorn-Hinteninformation nich von Vorteil ist. da im natürlichen Schallfeld am Kop durch Raumreflexionen ebenfalls eine Mischung dei Signale erfolgt. Um eine natürlich wirkende Kopfhörer wiedergabe zu erreichen, werden deshalb die dem einet Ohr zugeordneten Signale jeweils auch dem anderer Ohr z. B. mit abgeschwächten Amplituden zugeführ (DT-AS 21 26 677). Auch ist bekannt, in die Koppelweg« frequenzabhängige Amplituden- und/oder Laufzeitglie der einzuschalten (US-PS 30 88 997).

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist e; vorteilhaft, bei einem Kopfhörer nach der Erfindung die dem vorderen und dem hinteren Ende der akustischer Leitung eines Ohrbeschallungssystems jeweils zugeord neten stereophonen Einzeisignaie auch in die entspre chenden Enden der akustischen Leitung des anderer Ohrbeschallungssystems über eine akustische und/ode elektrische Koppelschaltung einzuspeisen.

In Fig. 7 ist unter Vernachlässigung der natürlicher Proportionen des Kopfhörers im Prinzip dargestellt, wie unter Verwendung der in F i g. 6 mit dem Bezugszeichei 30 und 31 versehenen Schalleitungen eine akustisch« Verkopplung der einzelnen Stereoinformationen durch geführt u\:i\ien kann. Die Schalleitungen 30 und 31, di« von dem Ohrbeschallungssystem 34 ausgehen, mündet in dem entsprechenden vorderen oder hinteren End< der akustischen Leitung 17 des anderen Ohrbeschal lungssystems 35. Ebenso münden die von den Ohrbeschallungssystem 35 ausgehenden Schalleitungei 36 und 37 in der gezeigten Art in dem anderer Ohrbeschallungssystem 34. Entsprechend den akusti sehen Anforderungen können in die genannten Schallei tungen auch frequenzabhängige Amplituden und/oder Laufzeitglieder eingeschaltet werden.

Die beschriebene Verkopplung der beiden Ohrbe schallungssysteme mit akustischen Mitteln kann auch ir bekannter Weise (z.B. US-PS 30 88 997) durch eine elektrische Schaltungsanordnung bewirkt werden. Die elektrischen Anschlüsse der elektroakustischen Wand ler werden hierzu mit einer elektrischen Matrix verbunden. Diese wird in bekannter Weise zweckmäßij so ausgebildet, daß das Hören nach vorn bzw. nach hinten durch Wahl entsprechender Frequenzgänge unc Phasenverläufe der Verkoppelungsglieder verstärk wird.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßer Kopfhörers ist darin zu sehen, daß das Ohr über die akustischen Widerstände 20 (Fig.3) an den Enden 19 der akustischen Leitung 17 an das freie Schallfelc angekoppelt ist und relativ ungestört die Vorgänge in freien Schallfeld wahrnehmen kann. Damit die Wellen ir der akustischen Leitung fortschreiten können, muß ein nahezu reflexionsfreier Abschluß derselben vorgesehei werden. Ein wesentlicher Teil dieses Abschlusses wire durch die akustischen Strömungswiderstände 20 gebildet, über die eine Ankopplung an das freie Schallfeld bei den Enden 19 erfolgt Die akustische Leitung kann so gut ausgebildet werden, daß keinerlei Hohlraumklang bemerkbar ist, einer der wesentlichen Voraussetzunger für einen natürlichen Höreindruck.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß dei Schalldruck in der akustischen Leitung — wie auch im natürlichen Fall des unbewehrten Ohres beim Hörer weit entfernter Schallquellen — nur wenig abfällt

während dann, wenn die Schallquellen in der Nähe des Ohres angeordnet werden, der Schalldruck als Folge des I/R-Gesetzes schnell abfällt und das Ohr schon aus diesem Grund bei den bisher bekannten Wandlern die Schallquellen nahe am Kopf registriert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Kopfhörer mit mindestens einem Ohrbeschallungssystem zur mehrkanaügen Tonwiedergabe, dadurch gekennzeichnet, daß das Ohrbeschallungssystem als eine mit ihrer Längsachse (12, 13) in Blickrichtung des Hörenden verlaufende akustische Leitung ausgebildet ist, welche in der dem Kopf zugewandten Teilmantelfläche eine Öffnung (16) zur Ankopplung an das Ohr aufweist, wobei Anpassungsmittel (18) zwischen dem Kopf und der Leitung vorgesehen sind, an deren Enden durch akustische Widerstände (20) sowohl ein nahezu reflexionsfreier Abschluß als auch die Einspeisung is des oder der Schallsignale erfolgt

2. Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (16) und die Anpassungsmittel derart angeordnet sind, daß sich das Ohr unmittelbar In der akustischen Leitung befindet

3. Kopfhörer nach den Ansprüchen ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Ohr gegenüberliegenden Mantelfläche (25) der akustischen Leitung Öffnungen (26) vorgesehen sind, die mit akustischem Widerstandsmaterial (27) abgedeckt sind.

4. Kopfhörer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignale in den Enden der akustischen Leitung unmittelbar durch elektroakustische Wandler (21, 22) eingespeifi* werden, deren akustische Impedanz Teil des jeweiligen akustischen Abschlußwiderstandes der akustischen Leitung ist

5. Kopfhörer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-Speisung der von elektroakustischen Wandlern erzeugten Schallsignale in die Enden der akustischen Leitung über nahezu reflexionsfrei abgeschlossene Schalleitungen (28, 29) erfolgt, deren Impedanz Teil des jeweiligen Abschlußwiderstandes der akustisehen Leitung ist.

6. Kopfhörer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroakustischen Wandler über einen Frequenzbereich von mehr als einer Oktave vorwiegend widerstandsgehemmt sind.

7. Kopfhörer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandshemmung der elektroakustischen Wandler durch Strömungswiderstände (23,24) erfolgt.

8. Kopfhörer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandshemmung der elektroakustischen Wandler durch den akustischen Widerstand jeweils einer jedem Wandler zugeordneten und an diesen angekoppelten Schalleitung (30, 31) erfolgt.

9. Kopfhörer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalleitung (30, 31) nahezu reflexionsfrei mittels eines akustischen Widerstandes, verzugsweise eines Strömungswiderstandes, abgeschlossen ist. wi

10. Kopfhörer mit zwei durch einen Kopfbügel miteinander verbundenen Ohrbeschallungssystemen nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Enden der akustischen Leitung eines Ohrbeschallungssystems zugeordne- <r> ten stereophonen Einzelsignale auch in die entsprechenden Enden der akustischen Leitung des anderen Ohrbeschallungssystems über eine akustische und/ oder elektrische Koppelschaltung eingespeist werden.

11. Kopfhörer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der akustischen oder elektrischen Koppelschaltung Frequenzgang- und/ oder Laufzeit bestimmende Mittel vorgesehen sind.

12. Kopfhörer nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß akustische oder elektronische Mittel zur Beeinflussung der Schallsignale, die in die in Blickrichtung vornliegenden Enden der akustischen Leitung eingespeist werden, vorhanden sind, derart daß die Amplituden der Schallsignale im Frequenzbereich um 4 kHz überhöht werden.