DE2451427C3 - Kopfhörer - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kopfhörer, dessen Membran sich in Gebrauchslage nahe am Gehöreingang befindet und mit diesem eine kleine Luftkammer einschließt, die als Kopplungsraum dient, wobei eine an das Ohr andrückende Muschel für eine hinreichende Abdichtung des Kopplisngsraumes nach außen sorgt

Es ist bekannt, daß ein nicht absolut dichtes Aufsitzen des Hörers am Ohr einen Schalldruckverlust, insbesondere bei den tiefen Frequenzen, mit sich bringt. In der DE-PS 11 77 211 wurde daher der Vorschlag gemacht, diesen Verlust durch ein unmittelbar vom Hörer aufgebautes, einem Kugelstrahler erster Ordnung entsprechendes Nahfeld zu kompensieren, das mittels Öffnungen, die von einer niederen Luftkammer hinter der Membran aus der Hörerkapsel ins Freie führen, erzeugt wird, wobei die akustische Impedanz der Schallöffnungen so bemessen ist, daß sich ein bei tiefen und mittleren Frequenzen ausgeglichener Frequenzgang ergibt.

An diese, die physikalische Wirkungsweise grundsätzlich beschreibende Darstellung knüpft die DE-AS 15 37 700 an und sieht mechanische Mittel vor, die ein Abdichten des Gehörganges zu dem den Kopf und den elektroakustischen Wandler umgebenden Luftraum verhindern. Im Besonderen sollen diese mechanischen Mitteln aus Schaumnetzpolstern bestehen.

In diesem Zusammenhang wird behauptet, daß die in der DE-PS 1177211 beschriebene Anordnung eine undefinie^rbare Ohranlage bedingt, die durch die Anwendung von Schaumnetzpolstern als Stützelement gemäß DE-AS 15 37 700 eindeutiger gemacht wird.

Schon in der AT-PS 2 74 918 ist die Wirkungsweise von Schaumnetzpolstern sowohl bezüglich ihrer Strukturveränderung durch Zusammenpressen als auch hinsichtlich des akustischen Verhaltens durch Änderung ihrer Durchlässigkeit für Schallwellen in Abhängigkeit von der mechanischen Pressung beschrieben. Bei den genannten Schaumnetzpolstern handelt es sich durchwegs um offenporigen Schaumstoff. Für diese Materialien ist die Veränderung ihres akustischen Widerstandes in Abhängigkeit von der mechanischen Pressung charakteristisch.
Wenn die Forderung gestellt wird, eine definierte Ohranlage bei einem Kopfhörer zu gewährleisten, so versagen die bekannten Anordnungen und Mittel, da bei verschiedenen Größenverhältnissen des menschlichen Kopfes der Druck des Hörers verschieden ist.

Die Erfindung hat das Ziel, einen Kopfhörer zu schaffen, der im Gebrauch exakt reproduzierbare Ergebnisse liefert und bei dem, im Hinblick auf die in der DE-PS 11 77 211 beschriebene physikalische Wirkungsweise, störende Effekte beim Aufbau eines einem Kugelstrahler 1.Ordnung entsprechendes Nahfeld ausgeschaltet werden.

Die Erfindung betrifft demnach einen Kopfhörer der eingangs beschriebenen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Schallumweg um den

Wandler herum von der Vorderseite zur Rückseite der Membran vorgesehen ist, dessen akustische Impedanz wesentlich geringer ist als die von Leckstellen oder der Porosität der Hörcrmuschel bzw. bei dichtem Anschluß der Hörermuscheln die einzige Verbindung zwischen Vorder- zur Rückseite der Membran darstellt

Das Wesen der Erfindung ist demnach darin zu erblicken, daß eine exakte Trennung des Schallumweges von der Vorder- zur Rückseite der Membran von jenem, der durch nicht dichtes Aufsitzen des Hörers am Ohr oder durch die etwaige Porosität eines vorgesehenen Schaumnetzpolsters erfolgt, bzw. bei dichtem Anschluß der Hörermuscheln der Schallumweg allein um den Wandler herum zum Aufbau des einem Kugelstrahler erster Ordnung entsprechenden Nahfeldes herangezogen wird.

Die Erfindung ist auf alle Umwandlungsarten von elektroakustischen Wandlern anwendbar, die mit einer Membran ausgerüstet sind. Das undichte Aufsitzen des Hörers am Ohr ist eine Erscheinung, die unkontrollierbar und in der Gestalt der Ohrmuscheln begründet ist. Auch die Form des menschlichen Kopfes spielt eine Rolle. Selbst bei Schaumnetzpolstern, die im Falle vorliegender Erfindung sehr enge Poren aufweisen oder geschlossenporig sein können, ist ein vollständiges Abdichten bei mäßigem Druck des Hörers auf die Ohren, der für ermüdungsfreies Hören notwendig ist, nicht zu erreichen.

Die Erfindung ist für die verschiedenen Methoden der Ohranlage anwendbar, die eine harte Muschel, eine das ganze Ohr bedeckende weiche Muschel oder das ringförmige, das Ohr umschließende Polster betreffen.

Entscheidend ist, daß die Impedanz im Schallumweg wesentlich kleiner ist, als die Impedanz einer Leckstelle oder der Porosität des Schaumstoffpolsters. Zweckmäßig wird der ganze im Kopfhörer vorgesehene Schallweg mit porösem Schaumstoff von bestimmter Schalldurchlässigkeit gefüllt. An den Einmündungsstellen der Schallwege in die Kopplungskammer zwischen Membranvorderseite und Ohreingang können zur Beeinflussung des Frequenzganges, insbesondere bei den hohen Frequenzen durch Bemessung des Querschnittes eine überwiegende akustische Masse und bzw. oder ein überwiegender akustischer Reibungswiderstand erzielt werden.

In jedem Fall ist es jedoch bei Anwendung der Erfindung möglich, den Kopplungsraum klein zu halten. Der Kopplungsraum stellt im elektrischen Analogon eine Kapazität dar, die parallel zur Ohrimpedanz liegt, so daß nur bei kleineren Abmessungen des Kopplungsraumes die hohen Frequenzen ausreichend übertragen werden und das Klangbild präsent ist. Gerade bei Kopfhörern ist die Übermittlung hoher Tonfrequenzen schwierig. Die Erfindung unterscheidet sich demnach von den bekannten Anordnungen dadurch, daß das Klangspektrum durch die Ausdehnung des Frequenzbereiches nach den Höhen bei voller und gleichmäßiger Baßwiedergabe durch die Wirkung des Nahfeldes dem natürlichen Hören nahekommt, was insbesondere bei Stereophonie zur vollen Wirkung gelangt. eo

Die Erfindung soll an H*)m! !?r Zeichnung näher erläutert werden, in der die

F i g. 1 bis 4 in schematischer Darstellung die Ankopplung des Kopfhörers am Ohr und die verschiedenen Anordnungen des Schallumweges zeigen,

Fig.5 die Anwendung eines Schaumnetzpolsters in Verbindung mit einem elektrodynamischen Wandler veranschaulicht,

F i g. 6 einen Kopfhörer darstellt, der einen Schaumstoffpolster mit geschlossenen oder sehr engen Poren aufweist, wogegen der Schallumweg durch eine optimal bemessene Schaumstoffüllung hindurch erfolgt,

F i g. 7 stellt einen Kopfhörer dar, der ein ringförmiges Ohrpolster enthält und einen Schallumweg vom Kopplungsraum zur Rückseite des akustischen Wandlers unabhängig von der Abdichtung durch das Ohrpolster ermöglicht und die

F i g. 8, 9 zeigen einen Kopfhörer mit harter Muschel, die eng beieinander liegende Öffnungen aufweist, die einerseits zur Vorderseite der Membran, anderseits zum Schallumweg führen.

Es wird klargestellt, daß für einen vollständigen Kopfhörer je zwei der dargestellten Anordnungen notwendig sind, die mit einem Kopfbügel zu einer Einheit verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber ist in den Figuren jeweils aber nur eine Muschel dargestellt und in der Beschreibung als Kopfhörer bezeichnet

In Fig. 1 bildet der äußere Gehörkanal 1 mit der Membran 3 des Wandlers den Kopplungsraum 2. Aus dem Kopplungsraum 2 führen Öffnungen 4 zum Schallumweg durch den als akustischer Widerstand wirksamen ringförmigen Formkörper 5 aus Schaumstoff, Filz oder einem anderen geeigneten Material, zum Kanal 6 und über die Luftkammer 7 zur Rückseite der Membran 3.

In Fig.2 ist zur Vergrößerung des Schallumweges eine Wand 8 angeordnet. Der Schallweg ist dabei strichliert eingezeichnet.

Der Einfachheit halber ist jener Teil des Kopfhörers, der am Ohr anliegt, durch eine Ringscheibe 9 dargestellt. Diese Scheibe kann mit einem elastischen Polster versehen sein, um ein hinreichendes Abdichten am Ohr zu gewährleisten.

Während bei den Anordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 der Schall auf seinem Umweg aus dem Kopfhörer austritt, ist in den F i g. 3 und 4 der Schallumweg von der Vorder- zur Rückseite der Membran zur Gänze im Kopfhörer geführt. Ein Gehäuse 9a, das von der Außenluft vollständig abschließt, ermöglicht den strichliert eingezeichneten Verlauf des Schallumweges. Im Gehäuse 9a können Umwegscheiben 10 vorgesehen sein, um den Umweg zu vergrößern. In die Öffnungen 4, ebenso wie in die Kanäle 6 können akustische Impedanzen in Form eines Reibungswiderstandes und/bzw. oder akustischer Masse eingefügt sein, wodurch die Frequenzcharakteristik beeinflußt werden kann.

F i g. 5 zeigt einen elektrodynamischen Kopfhörer mit der Membran 11 und einem Schaumstoffpolster 12, das geschlossene oder sehr enge Poren aufweist und dadurch praktisch keinen nennenswerten Schalldurchtritt ermöglicht. Aus diesem Grund sind die öffnungen 13 und 14 vorgesehen. Dämpfungsmaterial 15 und 16 von relativ geringem akustischen Widerstand ist in den Schallumweg eingeschaltet. An der Einmündungsstelle in die niedrige Luftkammer 20 hinter der Membran sind akustische Impedanzen 18 und 20 vorgesehen. Ebenso können auch an den öffnungen 14 akustische Impedanzen angeordnet sein.

Eine Weiterbildung der Erfindung stellt Fig.6 dar. Der Wandler 21 ist in ein schalldurchlässiges Schaumnetz^olster 22 gebettet. Der ringförmige Formkörper 23 aus geschlossenporigem oder sehr engporigem weichen Schaumstoff umschließt das Polster 22 und ist im Tragkörper 24 gelagert, öffnungen 25 können vorgesehen sein. Durch wahlweises Schließen der

Löcher 25 kann der offene in einen geschlossenen Hörer umgewandelt werden. Die strichlierten Linien zeigen die möglichen Schallumwege.

Die Fig. 7 zeigt einen Kopfhörer mit einem ringförmigen Ohrpolster 26. Die Schallumwege sind ebenfalls strichliert angedeutet.

In F i g. 8 und 9 ist eine harte, scheibenförmige Muschel 27 mit öffnungen 28, die zur Membranvorderseite führen und mit Öffnungen 29, die ringförmig in geringem Abstand um die Öffnungen 28 angeordnet sind, dargestellt. Die öffnungen 29 dienen dem Schalleintritt zum Schallumweg, der strichliert angedeutet ist.

In Weiterbildung der Erfindung können zwei oder mehrere Wandler in den Kopfhörer eingebaut sein. Sie können für verschiedene Frequenzbereiche bestimmt sein oder für den gleichen Frequenzbereich, z. B. für Zwecke der Quadrofonie mit verschiedenen Frequenzgemischen gespeist werden. Jeder dieser Wandler oder nur ein Teil der Wandler kann von mit Dämpfungsmaterial versehenen Durchtrittskanälen umgeben sein. Durch die Lage der Wandler zueinander und die Anordnung des Schallumweges im Kopfhörer können Frequenzgang und Richtwirkung, insbesondere bei hohen Frequenzen den Erfordernissen entsprechend eingestellt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Kopfhörer, dessen Membran sich in Gebrauchslage nahe am Gehöreingang befindet und mit diesem eine kleine Luftkammer einschließt, die als Kopplungsraum dient, wobei eine an das Ohr andrückende Muschel für eine hinreichende Abdichtung des Kopplungsraumes nach außen sorgt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schallumweg um den Wandler herum von der Vorderseite der Membran zur Rückseite der Membran vorgesehen ist, dessen akustische Impedanz wesentlich geringer ist als die von Leckstellen oder der Porösität der Hörermuscheln bzw. bei dichtem Anschluß der Hörermuscheln die einzige Verbindung zwischen Vorder- zur Rückseite der Membran darstellt.

7- Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallumweg durch in unmittelbarer Nähe der Membran befindliche Schallöffnungen gebildet ist, die vom Kopplungsraum ausgehen und gegebenenfalls über akustische Impedanzen zur Rückseite der Membran führen.

3. Kopfhörer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schallumweg akustisches Dämpfungsmaterial, z. B. offenporiger Schaumstoff, angeordnet ist.

4. Kopfhörer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schallöffnungen am Kopplungsraum akustische Impedanzen in Form von Reibungswiderständen und bzw. oder akustischen Massen angeordnet sind.

5. Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muschel aus geschlossenem oder engporigem Schaumstoff besteht, dessen akustische Impedanz wesentlich höher ist als die Impedanz des Schallumweges von der Membranvorderseite zur Rückseite.

6. Kopfhörer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hörerjnuschel mit offenporigem Schaumstoff ausgefüllt ist, in den der elektroakustische Wandler eingebettet ist, so daß ein Schallumweg um den Wandler herum nur durch den offenporigen Schaumstoff hindurch ermöglicht ist.

7. Kopfhörer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Muschel aus Schaumstoff mit einer geschlossenen Haut überzogen ist, die vor der Membran Durchtrittsöffnungen aufweist.

. 8. Kopfhörer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem ringförmigen, in der Gebrauchslage des Hörers das Ohr umschließenden Kissen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kopplungsraumes die Schallöffnungen, die den Schallumweg von der Vorderseite zur Rückseite der Membran ermöglichen, in unmittelbarer Nähe der Membran vorgesehen sind.

9. Kopfhörer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer harten Kopfhörermuschel, dadurch gekennzeichnet, daß diese in unmittelbarer Nähe der Membran Schallöffnungen aufweist, von denen der von der Vorder- zur Rückseite der Membran verlaufende, gegebenenfalls akustische Impedanzen aufweisende Schallumweg ausgeht.

10. Kopfhörer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schallöffnüngen, die ins Freie münden, wahlweise, z. B. mittels mechanischer Vorrichtungen, ganz oder teilweise verschließbar sind, so daß wahlweise ein offener oder ein geschlossener Hörer verfügbar ist.

11. Kopfhörer nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopfhörer mindestens zwei Wandler eingebaut sind, die auf gleiche oder verschiedene Frequenzcharakteristiken abgestimmt sind.