DE2521676A1

DE2521676A1 - Anordnung fuer kopfhoerer

Info

Publication number: DE2521676A1
Application number: DE19752521676
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Fidi; Alexander Dipl Ing Fritz; Rudolf Dr Goerike; Ernst Pless
Original assignee: AKG Akustische und Kino Geraete GmbH
Current assignee: AKG Acoustics GmbH
Priority date: 1974-05-17
Filing date: 1975-05-15
Publication date: 1975-11-27
Also published as: US4005267A; GB1500055A; JPS51325A; FR2271731A1

Description

2521676 Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger

Essüngen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

-15- Mai 1975 _Telefon

PA 113 Sg Stuttgart (0711) 3565 39

35 96 19 Telex 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

AKG Akustische u. Kino-Geräte Gesellschaft m.b.H. Wien 15, Brunhildengasse 1 (Österreich)

Anordnung für Kopfhörer

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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung für Kopfhörer, die es ermöglicht, frequenzmodulierte' NF-Schwingungen mit kleinem Frequenzhub in amplitudenmodulierte Schwingungen umzuwandeln. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere zur Hörbarmachung des Vibratos elektronischer Musikinstrumente, beispielsweise elektronischer Orgeln, bei denen die Wiedergabe über eine elektroakustische Anlage erfolgt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es bei Verwendung von Lautsprechern zur Schallabstrahlung ohne weiteres möglich ist, das Vibrato wahrzunehmen, nicht aber, wenn an Stelle von Lautsprechern Kopfhörer verwendet werden.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, eine Anordnung in Kopfhörer einzusetzen, die es ermöglicht, frequenzmodulierte NF-Signale, wie sie beispielsweise das Frequenzvibrato von elektronischen Orgeln darstellt, zumindest in gleicher Weise und gegebenenfalls noch intensiver als bei Lautsprecherwiedergabe hörbar zu machen.

Das Vibrato bei elektronischen Musikinstrumenten, insbesondere elektronischen Orgeln, wird bekanntlich dadurch erzeugt, daß das erzeugte NF-Signal einschließlich aller Harmonischen mit einigen Hertz moduliert wird. Untersuchungen haben ergeben, daß derartige frequenzmodulierte NF-Schwingungen, mittels Lautsprechern wiedergegeben, eine Umwandlung in amplitudenmodulierte Schwingungen erfahren, und daher vom menschlichen Ohr, das Tonhöheschwankungen geringen Frequenzhubes nur schwach wahrzunehmen imstande ist, hingegen auf Lautstärkeunterschiede geringer Amplitude deutlich anspricht, ohne weiteres gehört werden können.

Es ist also anzunehmen, daß ein Lautsprecher der bei elektroakustischen Anlagen üblichen Größe imstande ist, die geringen FrequenzSchwankungen des Vibratos in Amplitudenschwankungen umzusetzen. Eine solche Umsetzung ist aber nur dann möglich, wenn das System in seinem Frequenzgang, abgesehen von der Grundresonanz, noch eine große Anzahl dicht beieinanderliegender kleiner Resonanzen aufweist, also eine Art Kammfilterstruktur besitzt, an deren Flanken eine Umsetzung der niederfrequenten Frequenzmodulation in Amplituden-

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Schwankungen erfolgt. Tatsächlich zeigt auch der Frequenzgang eines üblichen Konuslautsprechers einen Frequenzgang, der durch eine eng nebeneinanderliegende Vielzahl von Spitzen und Tälern gekennzeichnet ist, so daß die Voraussetzungen für die Umsetzung einwandfrei vorhanden sind.

Vergleicht man hiezu den Frequenzgang eines Kopfhörers, beispielsweise eines solchen mit einer kuppeiförmigen Membran, dann fällt sofort auf, daß, abgesehen wieder von der Grundresonanz und einer oder mehrerer, vereinzelt auftretender Hohlraumresonanzen, dieser sich als völlig glatte Linie darstellt. Es fehlen demnach beim Kopfhörersystem die für einen Lautsprecherfrequenzgang typischen, unmittelbar aufeinander folgenden Spitzen und Täler, an deren Flanken die Umsetzung der Frequenzmodulation in Amplitudenschwankungen erfolgt.

Aus dem Fehlen dieser dicht aufeinanderfolgenden kleinen Resonanzstellen im Frequenzgang des Kopfhörers erklärt sich nun die Tatsache, daß das Vibrato elektronischer Musikinstrumente, insbesondere elektronischer Orgeln, kaum vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann, da ein Kopfhörersystem nicht imstande ist, die geringen Frequenzschwankungen des Vibrato in entsprechende Amplitudenschwankungen umzusetzen.

Um daher das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, ist es also notwendig, eine Anordnung zu treffen, die unter Berücksichtigung des geringen zur Verfügung stehenden Platzes im Kopfhörer eine Art Kammfilterstruktur aufweist, die genügend steile und genügend zahlreiche Flanken im Spektrum des Niederfrequenzbandes aufweist, wie sie beispielsweise größere Lautsprechermembranen, Räume oder ein- oder mehrdimensionale Laufzeitelemente besitzen.

Die möglichen Maßnahmen zur Lösung der gestellten Aufgabe sind vielfältig und können mit mechanischen und bzw. oder elektronischen Mitteln realisiert werden. Letztere erfordern zumindest zur Zeit noch einen beträchtlichen Aufwand, weshalb sich die Erfindung bewußt auf mechanische Schwingungs-

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elemente beschränkt, die mit einem schwingenden Element des Wandlers gekoppelt werden können.

Die Erfindung betrifft also kurz zusammengefaßt eine Anordnung zur Umsetzung frequenzmodulierter NF-Schwingungen in amplitudenmodulierte Schwingungen, insbesondere zur Hörbarmachung des Vibratos elektronischer Musikinstrumente, beispielsweise elektronischer Orgeln, welche Anordnung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Membran des eingebauten elektroakustischen V/andlers eines Kopfhörers mit glatten Frequenzgangbereichen mit wenigstens einem mechanischen Laufzeitglied verbunden ist, dessen Verzögerungszeit von einem Ende zum anderen kleiner, höchstens gleich 20 ms ist.

Um das Entstehen zu großer Nachhallanteile zu verhindern, die einen störenden Nebeneffekt hervorrufen wurden, ist es erforderlich, das jeweils verwendete Schwingungssystem, z.B. eine Schraubenfeder, entsprechend zu dämpfen. Nachhallzeiten in der Größenordnung einer halben Sekunde werden an sich nüit mehr als störend empfunden. Darüber hinaus ist es sinnvoll, die Feder durch an sich bekannte Maßnahmen, wie sie z.B. in der OE-PS 279 203 beschrieben sind, in ihren Übertragungseigenschaften so zu verändern, daß das Signal sowohl im Zeitwie auch im Frequenzbereich statistisch aufgelöst wird. In dieser Hinsicht sind an das Verzögerungselement, z.B. eine Schraubenfeder, für eine gute Qualität der Umwandlung frequenzmodulierter Signale in amplitudenmodulierte Signale ähnliche Forderungen zu stellen wie bei guten Nachhallgeräten.

Infolge der geringen Laufzeit von etwa 20 ms, die zur Lösung der gestellten Aufgabe ausreicht,.sind die beim erfindungsgemäßen Kopfhörer verwendeten Laufzeit elemente wesentlich kleiner als bei Nachhallgeräten, so daß ihr Einbau in Kopfhörergehäuse üblicher Abmessungen möglich ist. Mit dem geringen Aufwand an Bauelementen ist auch eine wirtschaftliche Realisierung des Erfindungsgedankens möglich.

Bei flüchtiger Betrachtung der Erfindung könnte man zur Ansicht gelangen, daß es sich hier um eine Anordnung handelt, die in der Elektroakustik unter der Bezeichnung ''Nachhallgerät"

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in verschiedenen Ausfuhrungsformen "bekannt geworden ist, und man könnte der Meinung sein, daß auch ein solches Nachhallgerät die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe erfüllt.

Dies ist jedoch durchaus nicht der Fall, denn abgesehen von der Tatsache, daß die Erfindung nicht darauf abzielt, künstlichen Nachhall zu erzeugen, weisen die bekannten Nachhallgeräte, soferne sie einigermaßen befriedigend arbeiten sollen, "Verzögerungsleitungen auf, deren Verzögerungszeit von einem Ende zum anderen mindestens zehnmal so groß ist wie die Laufzeit des bei der Erfindung vorgesehenen Laufzeitgliedes. Dies hat zur Folge,* daß die Eigenresonanzdichte bei derartigen Systemen ziemlich hoch liegt, meist zwischen 0,3 und 1 Resonanzstellen/Hz. Würde man einem solchen Verzögerungsglied ein frequenzmoduliertes NF-Signal, das bei einem Vibrato üblicherweise einen Frequenzhub von einem Halbton aufweist - wobei die Modulationsfrequenz im Bereich zwischen 3 bis 7 Hz liegen kann - zuführen, hätte dies unerwünschte Nebenerscheinungen zur Folge, insbesondere wegen der Frequenzvervielfachungen auf Grund der zu großen Dichte der aufeinanderfolgenden Resonanzstellen.

Der erfindungsgemäße Effekt ist daher nur dann befriedigend zu erreichen, wenn die Resonanzdichte nicht zu groß ist und etwa im unteren und mittleren Bereich zwischen 0,03 und 0,05 Resonanzstellen/Hz liegt, was einem Laufzeitglied mit einer Laufzeit von rund 20 ms entspricht.

Eine so kurze Verzögerungszeit ist für ein Nachhallgerät praktisch unbrauchbar, wie umgekehrt bei der Erfindung ein Verzögerungselement mit der für ein Nachhallgerät üblichen großen Verzögerungszeit nicht den gewünschten Erfolg bringt.

Abgesehen davon ist noch darauf hinzuweisen, daß die Aufgabenstellung bei der Erfindung doch eine völlig andere ist als bei den Einrichtungen zur Erzeugung künstlichen Nachhalles.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der"Erfindung ist als mechanisches Laufzeitglied eine Schraubenfeder vorge-

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sehen, die den elektroakustischen Wandler axial durchsetzt und einerseits im Mittelpunkt der Wandlermembran, anderseits am Kopfhörergehäuse befestigt ist. Aus räumlichen Gründen ist es im Sinne der Erfindung zweckmäßig, ein elektrodynamisches Wandlersystem mit einer Tauchspule zu verwenden, dessen ferromagnetischer Kern, der auch ein Dauermagnetstöpsel sein kann,mit einer axialen Bohrung zu versehen, durch welche die Schraubenfeder berührungsfrei hindurchgeht. Soferne es nicht möglich ist, in dem ferromagnetischen Kern eine so große Bohrung vorzusehen, daß eine Schraubenfeder mit optimalem Durchmesser nicht berührungsfrei hindurchgeführt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dem Teil der Schraubenfeder, der sich außerhalb der Bohrung des ferromagnetischen Kernes bzw. des Dauermagnetstöpsels befindet, einen größeren Durchmesser " zu erteilen als jenem innerhalb der besagten Bohrung. Aus Anpassungsgründen ist es zweckmäßig, den Teil der Schraubenfeder, der außerhalb des Magnetsystems des Wandlers sich befindet, aus einem dünneren Draht zu wickeln als den anderen Teil.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kopfhörers ist dadurch gekennzeichnet, daß das mechanischakustische Laufzeitglied, vorzugsweise eine Schraubenfeder, ein Kopplungselement zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten, in zwei wenigstens angenähert parallelen Ebenen liegenden Membranen darstellt, von denen die eine eine aktive, also vom Wan-dlersystem direkt angetriebene Membran ist, die andere hingegen lediglich eine schwingungsfähige, passive, nicht unmittelbar vom Wandler angetriebene Membran ist, die bei aufgesetztem Kopfhörer sich näher am Ohr befindet als die vom Wandler angetriebene aktive Membran.

Durch diese und weitere Maßnahmen wird es ermöglicht, eine günstige Mischung des in amplitudenmodulierte Schwingungen umgesetzten Vibratoanteiles mit dem direkten Schall der aktiven Membran zu erzielen.

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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Laufzeitglied wenigstens eine zu Kompressionsschwingungen angeregte Schraubenfeder verwendet. Man kann jedoch, wie weitere Ausführungsbeispiele zeigen, die Schraubenfeder bzw. -federn zu Transversalschwingungen anregen, was ebenfalls zu dem gewünschten Effekt der Umwandlung frequenzmodulierter Schwingungen in amplitudenmodulierte führt.

Im einfachsten Falle genügt eine einzige Schraubenfeder als Laufzeitglied, die unmittelbar vor der Membran, in einer zur Membran parallelen Ebene, bei aufgesetztem Hörer im Kopplungsraum zwischen Membran und Ohreingang, liegt. Angetrieben wird diese Schraubenfeder über einen Kopplungsstift, der von der Membran ausgeht, und außerhalb der Mitte der Feder angreift, so daß beiderseits des Angriffspunktes ungleichlange Federabschnitte liegen. Gehalten wird die Feder an ihren freien Enden mittels fester Stützelemente, die entweder dem Hörergehäuse oder diesem fest zugeordneten Teilen angehören.

Die Unsymmetrie hinsichtlich der Lage des Antriebspunktes an der Feder ist insoferne vorteilhaft, als dadurch störende, das Klangbild ungünstig beeinflussende Periodizitäten weitgehend vermieden werden können.

Dies gilt auch für ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Schraubenfedern von der Membran des Wandlersystems zu Transversalschwingungen angeregt werden. Zweckmäßig werden die Federn außerdem in bezug auf Dimensionierung, mechanische Eigenschaften, Oberflächenbeschaffenheit u.dgl. verschieden ausgeführt, so daß für verschiedene Frequenzbereiche die optimale Dichte der Resonanzstellen und eine ausreichende diffuse Auflösung der verhallten Signale sichergestellt ist.

Die Kopplungselemente, die zwischen der antreibenden Membran und den beiden Federn die Verbindung herstellen, können durch ihre Dämpfung, Steifigkeit und Masse unterschiedliche Filterwirkungen aufweisen, so daß einerseits eine Entkopplung der beiden Federn, anderseits eine Aufteilung des zu übertragenden Frequenzbandes auf die beiden Federn vorgenommen werden kann.

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Ib einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung Ist vorgesehen, diese zusammen mit eisern weiteren Schallwandler üblicher Bauart im Kopfhörer zu vereinigen,, wobei außerdem ein die Anteile der "beiden Sehallwandler regelndes, von außen einstellbares Organ vorgesehen Ist. Das die Schalleistung jedes Handlers regelnd© Organ !kaum, sowohl ein elektrisches Stellglied als au eh eine mechanische Vorrichtung sein, die In den Sehallweg vom ¥andler zum Ohr eingeschaltet 1st»

Damit kann das übertragene Horereignls im Kopfhörer in bezug auf das raumliehe Hören in weiten &τβίιζ&τι variiert und den subjektiven Wünschen des Hörenden angepaßt werden, Der Eindruck, daß sich die Schallquelle Im Kopf oder hinten nahe am Kopf befindet, kann mit dieser erilndnngsgemäßen Anordnung beseitigt werden. Auch ermöglicht die vorgeschlagene Anordnung ein besseres gehörmäßiges Orten der .Sehallquelle. Man hat das Gefühl, genau feststellen zu können, aus welcher Richtung und über welche Entfernung der Schall zum Ohr gelangt,

Die Unterbringung des zweiten Wandlers, der vorzugsweise ein dynamischer Wandler ist, kann in einer gemeinsamen Montageplatte für beide Systeme erfolgen, wobei auch ein mechanisch— akustisches Laufzeitglied, beispielsweise In Form einer Sehraubenfederanordnung, das mit der Membran des einen Wandlers verbunden ist, in oder auf der Montageplatte untergebracht sein kann.

Zweckmäßigerweise ist auch das Regelorgan mit der .Montageplatte zusammengebaut, wobei das Betätigungsorgan für dieses an der Plattenrückseite, d.i, die bei aufgesetztem Hörer dem Ohr abgewandte Seite, vorgesehen Ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können dem folgenden Beschreibungsteil an Hand der Zeichnung entnommen werden, in der FIg. i den Frequenzgang einer z,B, eindimensionalen Verzögerungsleitung mit statistischem Übertragungsverhalten zeigt, FIg, 2 einen schematlsehen Quersehnltt durch ein erstes Ausführnn.gsb el spiel des erfindungsgemäßen Kopfhörers darstellt, FIg, 3 ein zweites Ausführungsheispiel,

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ebenfalls nur sehematisch im Querschnitt zeigt, Fig. 4 in gleicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel mit zwei zu Kompressionsschwingungen angeregten Schraubenfedern zeigt, Fig. 5 eine Variante des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Kopfhörers sein soll, Fig. 6 im Grund- und Fig. 7 im Aufriß, letzterer in Querschnittsdarstellung, einen erfindungsgemäßen Kopfhörer zeigt, bei dem eine Schraubenfeder zu Transversalschwingungen angeregt wird, und Fig. 8 die Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel mit zwei Schraubenfedern, die zu Transversalschwingungen angeregt werden, ist, Fig. 9 in Draufsicht schematisch eine Anordnung zeigt, bei der zwei Wandler vorgesehen sind, von denen einer mit einem Laufzeitglied gekoppelt ist, Fig.10 einen Querschnitt durch das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel vorstellt, Fig. 11 den Einbau der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 9 und 10 in ein Kopfhörergehäuse, und Fig. 12 der Vollständigkeit halber eine Schaltung zum Betrieb einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung zeigt.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich dargelegt wurde, wird zur Realisierung des Erfindungsgedankens eine Vorrichtung benötigt, die im hörbaren Frequenzbereich möglichst viele, dicht beieinander liegende Resonanzstellen mit möglichst steilen Flanken aufweist. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise eine eindimensionale Verzögerungsleitung, die auch als Laufzeitglied bezeichnet wird. Ein solches Laufzeitglied soll, wie dies auch bei den üblichen Nachhallgeräten der Fall ist, ein statistisches Übertragungsverhalten aufweisen, womit gemeint ist, daß durch geeignete Ausbildung und Behandlung insbesondere der Oberfläche eines solchen Laufzeitgliedes die Resonanzspitzen und -täler beliebig, d.h. völlig unregelmäßig zueinander verschoben sind. Fig. 1 zeigt den Frequenzgang eines solchen eindimensionalen Laufzeitgliedes, z.B. einer Schraubenfeder mit statistisch an ihrer Oberfläche versehenen Unregelmäßigkeiten. Es ist leicht einzusehen, daß, wenn ein mit kleinem Frequenzhub moduliertes Niederfrequenzsignal über ein mit dem dargestellten Frequenzgang behaftetes Laufzeitglied geschickt wird, dieses eine Art Kammfilter

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darstellt, an dessen Planken die frequenzmodulierten Signale in amplitudenmodulierte Signale umgesetzt und dann als solche gut hörbar werden.

Wie Pig.1 entnommen werden kann, liegen die Spitzen und Täler im Frequenzgang sehr eng nebeneinander, u.zw. in einem Abstand, der unter fünf Hz liegt. Man erkennt daraus, daß die Anwendung eines solchen Laufzeitgliedes alle Anforderungen erfüllt, die beim erfindungsgemäßen Kopfhörer als notwendig vorausgesetzt werden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Es handelt sich im wesentlichen um ein elektrodynamisches Kopfhörersystem 1 üblicher Bauart, bei dem als Laufzeitglied eine Schraubenfeder 2 dient, die einerseits direkt mit der Membran bzw. mit deren Kuppelzone 3 verbunden ist, anderseits an einem Festpunkt, z.B. am Kopfhörergehäuse 4 befestigt ist. Die Schraubenfeder 2 wird zweckmäßigerweise durch eine Bohrung 5 im Magnetstöpsel 6 geführt, was zu einer Anordnung mit relativ geringem Platzbedarf führt.

Die Funktion der Anordnung ist kurz folgende: Da die Schraubenfeder 2 einerseits fest mit der Membran verbunden ist, wird die Schraubenfeder zu Kompressionsschwingungen angeregt. Infolge der zahlreichen, eng nebeneinanderliegenden ^esonanzspitzen und Täler, die sich über den gesamten Hörbereich verteilen, ist praktisch damit zu rechnen, daß jedes frequenzmoduliertes Signal zumindest in die Umgebung einer Hesonanzstelle der Schraubenfeder 2 fällt. Damit ist aber bereits die Gewähr gegeben, daß eine Umwandlung der Frequenzmodulation in eine Amplitudenmodulation erfolgt, denn, wenn sich die Frequenz eines Signales auch nur geringfügig ändert, wird infolge der Eigenart des Frequenzganges der Schraubenfeder 2 auch seine Amplitude beeinflußt. Zufolge der grossen Flankensteilheit bei den -Kesonam-.stellen der Feder 2· resultiert 3chon bei kleinen Frequenzänderungen, wie sie

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beispielsweise beim Vibrato elektronischer.Musikinstrumente auftritt, eine deutliche Amplitudenschwankung, die, wegen der Kopplung der Feder mit der Membran, von dieser gut hörbar abgestrahlt wird.

Wie bereits eingangs ausgeführt wurde, ist es sinnvoll, wenn — aus irgendwelchen Gründen es nicht möglich ist - eine Bohrung mit dem für die Schraubenfeder 2 optimalen Durchmesser im Magnetsystem (Kern oder Bauemnagnetstöpsel 6) herzustellen, eine Feder aus dickerem Draht aber kleineren Durchmessers als dem optimalen Durchmesser entspricht, innerhalb der Bohrung 5 einzusetzen und den außerhalb des Magnetsystems liegenden Teil a -der Schraubenfeder 2 aus dünnerem Draht aber mit grösserea Wicklungsdmrchmesser auszubilden.

Die Dimensionierung der beiden Federteile kann so ^ewälilt werden, daß die Wellenwiderstände gleich sind, also keine Reflexionen an der Verbindungsstelle beider Federteile auftreten.

In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel mit den

erfiiidhungsgemäßeia Merkmalen im Querschnitt dargestellt, bei dem zwm Unterschied iron dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht ein- und dieselbe Membran zur Abstrahlung des direkten und des verzögerten Schalles verwendet wird, sondern für jeden Schallanteil eine eigene vorgesehen ist.

In Mouen eines kuppel- oder dosenföruaigen

Kopfhörergehäuses 7 ist das eigentliche Wandlersystesn 8 montiert, dessen Membran 9 der großen Öffnung des Gehäuses 7 zugewendet ist. Diese Öffnung ist von einer Lochplatte mit den Öffnungen 13 abgeschlossen. Auf der Lochplatte ist sclawimgpingsfähig eine Membran 11 angeordnet, an deren Kuippelzome 12 ein Ende der als Laufzeitglied dienenden Schraubenfeder 10 befestigt ist. Das andere Ende der Feder ist mit der Membran 9 des Wandlersjstems verbunden. Mings um die Membran 11 können Öffnungen

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vorgesehen sein, die den Durchtritt des von der Wandlermembran 9 herrührenden direkten Schalles zum Ohr ermöglichen. Auf diese Weise ist es möglich, eine günstige Mischung des verzögerten Signalanteiles mit dem unverzögerten Anteil zu erhalten, denn durch die Anzahl und Anordnung der Öffnungen 13 bzw. deren Verteilung über die Fläche der Lochplatte läßt sich das gewünschte Verhältnis der beiden Signalanteile leicht einstellen.

Zwischen der direkt vom Wandlersystem 8 angetriebenen Membran 9» im folgenden kurz als aktive ^embran bezeichnet, und der auf der Lochplatte angeordneten, zweiten Membran 11, im folgenden als passive Membran bezeichnet, besteht ein Hohlraum im Gehäuse 7, in den ein Füllkörper 7a aus porösem oder festem Material eingefügt sein kann. Zweckmaßigerweise wird man einen elastischen Schaumstoff hiezu verwenden. Der Füllkörper 7a hat zunächst die Aufgabe, etwaige auftretende Hohlraumresonanzen zu dämpfen. Er kann aber auch zur Dämpfung der Schraubenfeder verwendet werden, wenn der Füllkörper 7a eine Form erhält, bei der das Material, vorzugsweise ein Schaumstoff, ganz oder teilweise und mit mehr oder weniger Druck, die Schraubenfeder 10 berührt.

Gegebenenfalls kann der Kopfhörer in bekannter Weise mit einem Ohrpolster 14 versehen sein, der, je nach Beschaffenheit seines Materials, eine feste Kopplung mit dem Ohr sicherstellt, oder aber beispielsweise bei Verwendung von offenporigem Schaumstoff, eine mehr oder weniger intensive Verbindung des Ankopplungsvolumens mit der Außenluft darstellt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, bei 2^e^^ Öffnungen 13, die für den Durchtritt des direkten Schalles von der aktiven Membran 9 vorgesehen sind, eine Vorrichtung vorzusehen, die es gestattet, die genannten Öffnungen von außen her wahlweise ganz oder teilweise zu verschließen, was eine

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Anpassung der Wiedergabe an individuelle Ansprüche des Benutzers des erfindungsgemäßen Kopfhörers zulassen würde.

Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispieles besteht darin, daß der Durchmesser der Schraubenfeder 10 nicht mehr von dem Durchmesser einer vorgegebenen Bohrung abhängig ist, sondern frei gewählt werden kann.

Als besonders zweckmäßig hat es sioh gezeigt, den Durchmesser der Schraubenfeder 10 bzw. 23 entsprechend dem Durchmesser der die aktive Membran 9 bzw. 25 antreibenden Schwingspule 24 zu machen, wie dies in Fig.5 dargestellt ist.

Bei dem in Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Kopfhörer gemäß der Erfindung, bei dein das Laufzeitglied aus einer Schraubenfeder 15 von grösserem Durchmesser, die zwischen zwei Schraubenfedern 16,17 kleineren Durchmessers gelagert"ist, besteht. Die freien Enden der dünneren Federn 16,17 sind am Gehäuse 7 in den Punkten 18 bzw. 19 befestigt. Der Verbindungspunkt der vor der Membran 21 liegenden dünneren Feder 17 mit der Schraubenfeder 15 hinter der M_embran 21 liegt am Scheitelpunkt der Membran 21, mit der die beiden Federn 17 und 15 fest verbunden 3ind. Die dünnen Federn 16,17 stellen eine elastische Aufhängung der dickeren Feder 15 dar.

Bei den in den Fig. 2 "bis 5 dargestellten Aus- ' führungsbeispielen sind als Laufzeitglied eine oder mehrere Schraubenfedern vorgesehen, die zu Kompressionsschwingungen angeregt werden. Man kann zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe jedoch auch Schraubenfedern, die zu Transversalschwingungen veranlaßt werden, verwenden. Eine solche Konstruktion ist beispielsweise in den Fig. 6 und 7 im Prinzip dargestellt.

Wie eiern Aufriß der Fig. 6 zu entnehmen ist, ist die Kopfhörermembran 100 mit ihrem Rande 101 im Hörergehäuse befestigt. Unmittelbar an der Vorderseite der Membran 100 ist in einer zum Membranebene parallelen Ebene eine Schrauben-

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feder 103 zwischen zwei festen Stützpunkten 104, 105 in bezug auf das Hörergehäuse leicht gespannt gelagert. Aus Gründen, die bereits in der Einleitung angeführt wurden, erfolgt der Antrieb der Schraubenfeder 103 nicht in der Mitte derselben, sondern unsymmetrisch, so daß die Federabschnitte beiderseits des Antriebspunktes ungleich lang sind. Mittels des Stiftes 106 ist die Kuppel der Membran mit der Schraubenfeder 103 verbunden. Wie bei den Ausführungsbeispielen mit zu Kompressionsschwingungen angeregten Schraubenfedern, bewirken auch bei den Kopfhörern, bei denen die Federn zu Transversalschwingungen angeregt werden, die Eigenschaften der Schraubenfeder 103, insbesondere die zahlreichen Resonanzstellen, daß eine Umwandlung frequenzmodulierter Signale in amplitudenmodulierte erfolgt. Diese gelangen, da ja die Schraubenfeder 103 über den Kopplungsstift 106 mit dem Membran 100 verbunden ist, über diese zur Abstrahlung.

Um den Kopplungsraum zwischen Membran 100 und dem Gehöreingang möglichst klein zu halten, liegt, wie dem Grundriß in Fig. 7 zu entnehmen ist, die Schraubenfeder in der Nut 107 eines Füllkörpers 108. Dieser kann aus festem Meterial sein, oder aber auch aus einem Schaumstoff bestehen.

Eine wesentliche Steigerung des angestrebten Effektes der Erfindung läßt sich durch die Verwendung von zwei Schraubenfedern erzielen, wie dies beispielsweise in Fig. 8 dargestellt ist. Gezeichnet ist nur der Grundriß bzw. die Draufsicht, da ja der Aufriß mit dem der Fig.6 übereinstimmt.

Wie Fig. 8 erkennen läßt, sind die beiden Federn 109, 110 wieder in einer Nut 107 des Füllkörpers 108, unmittelbar nebeneinander liegend, angeordnet. Von der Kuppel der Membran 100 ausgehend, ist für jede der beiden Federn 109» 110 ein eigener Kopplungsstift 111, 112 vorgesehen. Der Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß durch eine entsprechende Dämpfung, Steifigkeit und Masse jedes Kopplungsstiftes unterschiedliche Filterwirkungen erzielt werden können,

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so daß einerseits eine Entkopplung der beiden" Federn, anderseits die Aufteilung des Frequenzbereiches auf die beiden Federn vorgenommen werden kann.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem zwei Schallwandler vorgesehen sind, die auf einer oder in einer gemeinsamen Montageplatte montiert sind, und von denen einer mit einer Laufzeiteinrichtung gekoppelt ist. Letzterer ist mit dem Bezugszeichen 201 versehen und befindet sich in einer Mulde der Montageplatte 202. Die Schraubenfederanordnung besteht hier aus zwei Teilen und 210, mit dem gemeinsamen Knotenpunkt 206, von dem eine dünne Schraubenfeder 207 zum Stützpunkt 208 auf der Montageplatte 202 geführt ist. Das eine Ende des Teiles 203, der mit der Membran 211 des Wandlers 201 über ein Kopplungselement 220 verbunden ist, hängt mit einer aufgebogenen Windung am festen Stützpunkt 204-, wobei ein Dämpfungsmaterial 205, z.B. ein Elastomer, diesen Punkt ein- bzw. umschließt. In gleicher Weise ist das freie Ende des Federteiles 210 am Stützpunkt 209 der Montageplatte 202 befestigt,

Die in Fig. 9 dargestellte Art der Kopplung zwischen der Membran 211 und der Schraubenfeder 203 ist derart, daß überwiegend Torsionssc-hwingungen, aber zum Teil auch Transversalschwingungen durch die Membranbewegung hervorgerufen werden. Die Schwingungen pflanzen sich in der Feder 203 fort, und werden über den gemeinsamen Punkt 206 in die Feder 210 weitergeleitet. Am Stützpunkt werden sie reflektiert, durchlaufen wieder beide Federteile und werden dann am Stützpunkt 204 wieder reflektiert. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Schwingungsenergie durch die Reibungsverluste aufgezehrt ist.

Um den an siGh bekannten Schallweg von der

Vorderseite zur Rückseite der Wandlermembranen herzustellen, sind in der Montageplatte 202 rings um die Wandler 201, Durchbrechungen 213, 216 vorgesehen, die üblicherweise mit

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einem akustischen Reibungswiderstand 214 abgedeckt sein können.

Dem in Fig. 10 gezeigten Querschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung ist zu entnehmen, wie die Wandler 201 und 215 in die Montageplatte 202 eingesetzt sind. Dadurch, daß der Wandler 201 vertieft in der Montageplatte 202 sitzt, wird Raum für die eine Schraubenfeder 203 gewonnen. Die zweite Schraubenfeder 210 der Schraubenfederanordnung liegt praktisch in der Ebene der Montageplatte und verläuft im wesentlichen zwischen beiden Wandlern. Der Wandler 215, der keine Kopplung mit der Schraubenfederanordnun^raufweist, befindet sich im wesentlichen innerhalb der Montageplatte 202.

Aus Fig. 10 ist auch zu erkennen, wie die Bohrungen 213, 216 sich im Querschnitt darstellen und wie das Dämpfungsmaterial 214, 21? in diese Ausnehmungen in Form von Bohrungen eingesetzt ist.

Fig. 11 stellt eine Schnittdarstellung durch eine Hörermuschel dar, die erfindungsgemäß zwei Wandler enthält und außerdem noch das Potentiometer 218, das mit dem Betätigungsknopf 219 von außen verstellt werden kann. Mit 221 ist der bei den modernen Kopfhörern übliche weiche Ohrpolster bezeichnet, der nach Bedarf auch aus schalldurchlässigem Material, z.B. als Schaumnetzpolster ausgebildet sein kann, wobei dann die Durchbrechungen 213 und 216 unter Umständen entfallen können. Der Ohrpolster kann auch aus einem Material bestehen, das die Hörermuschel am Ohr schalldicht abschließt. Diese Einzelheiten sind nicht Gegenstand der Erfindung.

Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 12 noch das elektrische Schaltbild zum Betrieb eines regelbaren Doppelkopfhörers dargestellt. In der selbstverständlich nur symbolisch dargestellten Anordnung sind die Wandler 201 und 215 als jeweils in einer Hörermuschel vorgesehenes Wandlerpaar dargestellt, wobei ein Paar dem rechten Kanal R, das andere Paar dem linken Kanal L beispielsweise zugeordnet ist. Jeder

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Wandler hat üblicherweise zwei elektrische Anschlüsse, von denen einer zu einer gemeinsamen Leitung L, die meistens an Hasse liegt, führt« Die anderen Anschlüsse jedes in einer Hörermuschel vorgesehenen Wandlerpaares 201 und 215 sind über einen Potentioraeterwiderstand E1 bzw. R2 miteinander verbunden, dessen Schleifer zum Anschluß K1 (z.B. rechter Kanal) bzw. K2 (z.B. linker Kanal) führt. In einer Endstellung des Potentiometers ist beispielsweise der Wandler 2OT direkt mit der Eingangsklemme K1 bzw. K2 verbunden, wogegen der andere Wandler 215 nur über den Gesamtwiderstand des Potentiometers R1 bzw. R2 angespeist wird. Dies hat zur Folge, daß an dem Wandler 201 die volle Eingangsspannung liegt, der Wandler 215 jedoch nur einen Bruchteil derselben erhält. Dementsprechend ist auch der Unterschied der von den Wandlern 201 und 215 abgestrahlten Schalleistung, d.h. im dargestellten Falle gibt der Wandler 201, dem gemäß dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ein mechanisch-akustisches Laufzeitglied zugeordnet ist, die bei der vorhandenen Eingangsspannung maximal mögliche Schallleistung ab, wogegen die Schalleistung des Wandlers 215» der einem ohne Zusatzeinrichtung arbeitenden normalen Wandlersystem entspricht, kaum hörbar sein dürfte.

In der anderen Endstellung der Potentiometer R1, R? liegen dann die Verhältnisse umgekehrt, d.h. über die Wandler 215 wird in üblicher Weise die volle Schalleistung abgestrahlt, wogegen von den Wandlern 201 nichts zu hören sein wird.

Daraus folgt, daß bei Verstellung der Potentiometerschleifer von einer Endstellung in die andere ein kontinuierlicher Übergang der Schalleistung von einem Wandler auf den anderen möglich ist, und daß die Anteüe jedes Wandlers an der gesamten Schalleistung beliebig eingestellt werden können.

Die Anordnung entspricht im Prinzip dem Balanceregler in Stereo-Anlagen, ohne aber dessen Funktion zu übernehmen. Es soll hier lediglich in jedem Kanal die Möglichkeit bestehen, die Anteile zweier Schallwandler verschiedener Eigenschaften an d.er abgegebenen Schalleistung nach Belieben einstellen zu können, um die subjektiv optimale Wiedergabe zu erreichen.

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Claims

Patentansprüche:

Anordnung für Kopfhörer zur Umsetzung fre— quenzmo&ulierter KF-Schwingungen in amplitudenmodulierte Schwingungen, insbesondere zur Hörbarmachung des Vibratos elektronischer Musikinstrumente, beispielsweise elektronischer Orgeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran des eingebauten elektroakustisehen Wandlers eines Kopfhörers mit glatten Frequenzgangbereichen mit wenigstens einem mechanischen Laufzeitglied verbunden ist, dessen Yerzögerairgszeit von einem Ende zum anderen kleiner, höchstens gleich 20 ms ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch—akustische Laufzeitglied eine Schraubenfeder (2_f 10, 15t 25) ist, die den elektroakustischen Wandler (1, 8) axial durchsetzt und einerseits im Mtfcelpunkt der ¥andlermembran, anderseits am Kopfhörer— gehäuse (7) befestigt ist.
3- Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroakustisch^ Wandler ein elektrodynamisches Antriebssystem ist, dessen zentraler ferro— magnetischer Eern, der auch ein Batiermagnetstopsel sein kanu, eine axiale Bohrung aufweist, durch die die Schraubenfeder (2) berShrungsfrei hindurchgeht.
^. Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß die Schraubenfeder (2) außerhalb des Wandler— systems CO einen anderen, vorzugsweise einen größeren Borclimesser aufweist als innerhalb des Systems.
5. Anordnung nach Anspruch 4_t dadurch gekennzeichnet, daß der im Inneren des Hagnetsystems liegende Abscimitrfe der Schraubenfeder (2) aus einem dickeren Braht gewickelt ist als der außerhalb des Magnetsystems befindliche Abschnitt; (a).

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6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisch-akustische Laufzeitglied, vorzugsweise eine Schraubenfeder (10) ein Kopplungselement zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten, in zwei wenigstens angenähert parallelen Ebenen liegenden Membranen (9, 11) darstellt, von denen die eine eine aktive, also vom Wandlersystem direkt angetriebene Membran (9) ist, die andere hingegen lediglich eine schwingungsfähige, passive, nicht unmittelbar vom Wandler angetriebene Membran (11) ist, die bei aufgesetztem Kopfhörer sich näher am Ohr befindet als die vom Wandlersystem angetriebene aktive Membran (9)·
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroakustische Wandler im Boden des kuppel- oder dosenförmigen Kopfhörergehäuses (7) befestigt ist, wobei die Membranseite des Wandlers (8) der Gehäuse-Öffnung zugewendet ist, die durch die passive Membran (11) und deren Halterung abgeschlossen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß rund um die passive Membran (11) Öffnungen (1J), z.B. in Form von Bohrungen, Ausnehmungen od.dgl. vorgesehen sind, die einen direkten Zugang des von der aktiven Membran (9) abgestrahlten Schalles zum Ohr ermöglichen.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einem elektrodynamischen Wandler nach dem Tauchspulenprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der als Kopplungselement vorgesehenen Schraubenfeder (10, 23) im wesentlichen dem Durchmesser der Tauchspule (24-) entspricht,
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum im Hörergehäuse (7) zwischen dem elektroakustischen Wandler (8) bzw. der aktiven Membran (9) und der mit dieser über das Laufzeitglied (10)

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gekoppelten passiven Membran (11) mit einem vorzugsweise schäumstoffartigen Material (7a) ausgefüllt ist, durch das das Laufzeitglied, z.B. eine Schraubenfeder (10), vorzugsweise ungedämpft vom Füllmaterial (?a) hindurchgeht .
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufzeitglied im wesentlichen eine bandförmige, aktive Membran (28) aus elastischem Material ist, die mit einer den Zwischenraum zwischen ihren Windungen ausfüllenden passiven Membran (29) verbunden ist, die aus einem extrem weichen, massearmen Material besteht.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive, spiralförmige Membran (28) nur an einem ihrer beiden Enden (A, E), vorzugsweise jedoch an dem im Zentrum der Spirale (28) liegenden Ende (A) angetrieben ist.
13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran wenigstens eines in den Kopfhörer eingebauten elektroakustischen Wandlers eine Biegeschwingungen ermöglichende Gestalt aufweist und aus einem Biegeschwingungen fördernden, elastischen Material besteht, und das die Membran antreibende Organ des elektroakustischen Wandlers vorzugsweise mit einem exzentrisch liegenden Membrananteil verbunden ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Laufzeitglied, vorzugsweise eine Schraubenfeder (103), in einer zur Membran (100) im wesentlichen parallelen Ebene liegt, und mit der Membran (100) über ein Kopplungselement, beispielsweise einen Kopplungsstift (106), starr verbunden ist.
15- Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Laufzeitglieder, z.B. zwei parallel angeordnete Schraubenfedern (109, 110), mit vorzugsweise unterschiedlichen Frequenzcharakteristiken, vor der Membran (100)

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vorgesehen sind, von denen jede für sich über ein eigenes Kopplungselement (111, 112) mit der Membran (100) verbunden ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungselemente (111, 112) unterschiedliche frequenzabhängige Übertragungseigenschaften besitzen.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits des Angriffspunktes des Kopplungselementes (106, 111, 112) liegenden Teile wenigstens einer Schratf)enfeder (103, 109, 110) ungleich lang sind.
18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopplungsraum zwischen Membran (100) und Ohr des Benutzers die Schraubenfeder (103) bzw. -federn (109, 110) unmittelbar vor der Membran (100) angeordnet sind und an jedem Ende an festen Stützpunkten (104, 105) aufgehängt ist bzw. sind.

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19. Kopfhörer mit einer Anordnung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich einen weiteren Schallwandler üblicher Bauart enthält, und außerdem ein die Anteile der beiden Schallwandler an der abgegebenen Schalleistung regelndes Organ vorgesehen ist, das von außen einstellbar ist.
20. Kopfhörer nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wandler eine gemeinsame Montageplatte besitzen, die auch das mechanische Laufzeitglied vorzugsweise in Form einer Schraubenfederanordnung trägt.
21. Schraubenfeder nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfederanordnung aus zwei im Winkel zueinander angeordneten Teilen (203* 210) besteht, die an ihren Enden schwingungsfähig gelagert sind.
22. Kopfhörer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Knotenpunkt (206) der beiden Federteile (203, 210) eine dünne, kurze Schraubenfeder (207) befestigt ist, deren freies Ende an einem festen Stützpunkt (208) auf der Montageplatte (202) befestigt ist.
23. Kopfhörer nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalleistung jedes Wandlers durch ein gemeinsames Regelorgan elektrisch oder mechanisch einstellbar ist.
24. Kopfhörer nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrische Regelung jedes Schallwandlers ein gemeinsames Tandempotentiometer in einer Hörermuschel vorgesehen ist.
25. Kopfhörer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Hörermuschel nur ein einziges Potentiometer für die in ihr enthaltenen zwei Wandler vorgesehen ist.
26. Kopfhörer nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite einer oder beider Hörermuschel ein Betätigungsorgan zur Regelung der Hallanteile vorgesehen ist.

HK/Sch/22.7.1975

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