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Die Erfindung betrifft einen Kopfhörer mit gegen den Kopf des Benutzers gerichteten Stützelementen.
Derartige Kopfhörer sind seit langem bekannt und die gelegentlich einstellbaren Stützelemente, die meist am federnden Kopfbügel angeordnet sind, haben lediglich die Aufgabe, den lästigen Druck der Hörermuschel auf das Ohr zu reduzieren, u. zw. dadurch, dass der Druck des federnden Bügels zum Teil auf weniger empfindliche Teile des Schädels, beispielsweise auf Knochen in der Umgebung des Ohres, verlagert wird. Darauf, dass durch das nunmehr lose Aufsitzen des Hörers am Ohr eine Verschlechterung in der Wiedergabequalität insbesondere bei den tiefen Frequenzen die Folge war, hat man seinerzeit keine Rücksicht genommen.
Durch das Aufkommen leistungsfähiger Rundfunkeinrichtungen sowohl sender- als auch empfangsseitig wurde die Verwendung von Lautsprechern allgemein üblich, so dass der Kopfhörer und die mit ihm verbundenen
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Spezialgebiete (Telephonvermittlungen, Flugzeugführer oder Kontrollanlagen), bei denen es nicht auf eine hochwertige Wiedergabequalität ankommt.
Erst in den letzten Jahren wurde durch die Fortschritte in der Elektroakustik, insbesondere durch die Einführung der stereophonischen Übertragung höchster Güte, die Verwendung des Kopfhörers wieder modern, weil Kopfhörer einerseits eine mit einer Lautsprecheranlage niemals erreichbare Kanaltrennung ermöglichen, anderseits die Wiedergabequalität moderner dynamischer Kopfhörer so ausgezeichnet ist, dass nur Lautsprecher der obersten Preisklasse ihr nahekommen.
Ein weiterer Grund, der derzeit die Verwendung von Kopfhörern fördert, ist in der Tatsache zu suchen. dass eine Lautsprecherwiedergabe nur dann vom Musikkenner als befriedigend anerkannt wird, wenn der Zuhörer etwa jene Lautstärke bei der Wiedergabe empfängt, von der er der Meinung ist, dass er sie auch bei der Originaldarbietung empfangen würde. Meist werden aber noch viel höhere Lautstärken gefordert, so dass eine untragbare Belästigung der Umgebung die Folge wäre. Der Ausweg aus diesem Dilemma bringt die Verwendung eines Kopfhörers an Stelle einer Lautsprecheranlage mit sich, wobei natürlich auch jene Probleme wieder auftauchen, die seinerzeit das Hören mit Kopfhörern erschwerten. Die modernen Kopfhörer sind zwar wesentlich leichter und kleiner als früher, dennoch wird ein längeres Tragen noch immer als lästig empfunden.
Man hat daher wieder auf die altbekannte Anordnung von Stützelementen zurückgegriffen, so dass der Kopfhörer selbst nicht mehr dicht am Ohr aufsitzt, wobei akustische Massnahmen getroffen wurden, um die dadurch verschlechterte Wiedergabe des Wandlers zu kompensieren.
Solche Kopfhörer sind unter der Bezeichnung "Hörer erster Ordnung" oder "offener Hörer" in der letzten Zeit bekanntgeworden. Bei diesen Hörern ist die Membran nicht der vollen dämpfenden Wirkung der Impedanz des äusseren Gehörganges ausgesetzt, sondern es tritt je nach dem Grad des losen Sitzes oder infolge eines durchlässigen weichen Polsters zwischen Hörer und Ohr eine geringere Impedanz als dämpfendes Element für die Membran des Wandlers auf. Damit sind jedoch Änderungen des Frequenzganges des Schalldruckes am Ohr, insbesondere ein Verlust an tiefen Frequenzen, verbunden.
Um diesen Mangel zu beheben wurde versucht, die Resonanzfrequenz der kleinen Wandlermembran durch Belastung mittels eines in einer oder mehreren engen Bohrungen sitzenden akustischen Masse herabzusetzen.
Diese Massnahme brachte jedoch keinen vollen Erfolg, da störende Resonanzspitzen im Bereich höherer Frequenzen auftraten.
Die Erfindung zeigt nun eine Lösung des Problems, das diesen Nachteil nicht aufweist. Sie betrifft ebenfalls einen Kopfhörer mit gegen den Kopf des Benutzers gerichteten Stützelementen, welcher Hörer dadurch gekennzeichnet ist, dass bei aufgesetztem Kopfhörer die Stützelemente die Hörermuschel in einem bestimmten Mindestabstand vom Ohr entfernt halten, welcher praktisch einem gegenüber dem Ohr berührungsfreien Tragen entspricht, und der durch diese Benutzungsart auftretende Übertragungsverlust bei den tiefen Frequenzen dadurch ausgeglichen ist, dass die Membran des Wandlers vorwiegend massegehemmt und durch akustische und bzw. oder mechanische Reibungswiderstände gedämpft ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann zusätzlich vor der Membran, aber bei aufgesetztem Hörer im Abstand vom Ohr bleibend, eine Lage aus Dämpfungsmaterial, beispielsweise aus Schaumstoff od. dgl., angeordnet sein.
Die einzelnen Stützelemente können hiebei durch ein vom Hörerrand ausgehendes, ringförmiges Chassis. vorzugsweise aus Kunststoff, das an seiner Mantelfläche Öffnungen aufweist, ersetzt sein.
Im wesentlichen handelt es sich demnach um gewissermassen vor dem Gehörgang im Abstand befindliche Schallwandler, deren Wirkung auf das Ohr so vollkommen sein soll, dass die Natürlichkeit von Sprache und Musik erhalten bleibt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der Hörende den Kontakt mit dem umgebenden Raum aufrechthält, wobei es nicht darauf ankommt, dass Geräusche vorhanden sind, sondern der nicht bewusst werdende Raumeindruck der Umgebung wirkt.
Zur Realisierung der Erfindung ist die Konstruktion der Wandler anders zu gestalten, als bisher üblich war.
Die Kleinmembran aus Metall, Papier oder Kunststoff oder aus einer Kombination dieser Materialien muss eine sehr nachgiebige Lagerung aufweisen, so dass die Resonanzfrequenz im Bereich der niedrigsten Frequenzen liegt, zweckmässig zwischen 50 und 120 Hz. Die Bedämpfung der Membran ist äusserst kritisch, weil sie allein für die akustische Wirkung auf das Ohr massgebend ist. Die Dämpfung darf keine Resonanzen durch Bildung von Hohlräumen bewirken und muss weitgehend ohmisch sein.
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Erfindungsgemäss wird die Membrandämpfung durch Massehemmung erzeugt, die dadurch definiert ist, dass ein bestimmtes Verhältnis der Amplitude der Membran in bezug auf den durch die Tauchspule fliessenden Strom in Abhängigkeit von der Frequenz besteht. Massehemmung liegt also dann vor, wenn bei konstantem Strom in der Tauchspule die Amplitude der Membran mit abnehmender Frequenz quadratisch zunimmt. Die Resonanzfrequenz der Membran muss dabei an der unteren Grenze des Übertragungsbereiches liegen, wie es bei freistrahlenden Lautsprechern bekannt ist. Bei Kleinmembranen von 3 bis 5 cm Durchmesser, wie sie bei Kopfhörern notwendig sind, ergibt die Forderung nach tiefer Abstimmung der Membran eine äusserst nachgiebige Halterung der Membran.
Um das geforderte Amplitudenverhältnis zu erfüllen, ist die Dämpfung der Membran mittels akustischer Reibungswiderstände sehr genau vorzunehmen. Eine ungenügende Dämpfung lässt die Membran in der Resonanzfrequenz übergrosse Amplituden vollführen, die ein Anschlagen der Membran oder der Tauchspule am Magnetsystem oder die mechanische Zerstörung herbeiführen. Eine zu starke Dämpfung bewirkt, dass der Schwingungszustand der Membran von der Massehemmung in eine Reibungshemmung übergeht, wassich in einem Verlust an Basswiedergabe im Kopfhörer äussert. Die Dämpfung muss gerade so gross sein, dass eine Resonanzüberhöhung verhindert wird und das Gesetz für Massehemmung erfüllt ist.
Um allfällige Hohlraumresonanzen zwischen der Membran und dem Ohr zu unterbinden, kann, wie bereits erwähnt, ausserdem vor der Membran Dämpfungsmaterial, beispielsweise Schaumstoff od. dgl., angeordnet sein, das jedoch nicht am Ohr anliegen darf, damit kein Wärmestau auftritt, der zu einer Schweissbildung führen könnte. Das Dämpfungsmaterial muss auch so ausgewählt und angeordnet sein, dass der Nutzschall keine wesentliche Abschwächung insbesondere frequenzabhängiger Art erfährt.
Die Konstruktion der Halterung der Wandler kann in bekannter Weise so beschaffen sein, dass der Kopfbügel sich oberhalb beider Ohren am Kopf abstützt und die Wandler am Bügel aufgehängt sind, oder es können Hörermuscheln vorgesehen sein, die weite Öffnungen aufweisen, durch welche der am Ohr gebildete Hohlraum mit der Aussenluft in Verbindung steht. Die Öffnungen dienen gleichzeitig zur Entlüftung, was aus hygienischen Gründen erwünscht ist.
In den Zeichnungen ist in Fig. l in einer schematischen Schnittdarstellung die Erfindung im Prinzip gezeigt, welche Ausführungsform auch als ein erstes Beispiel gelten soll, das gemäss Fig. 2 in ein weiteres Ausführungsbeispiel überführt werden kann.
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die zwischen dem Rand-8--des Gehäuses--2--und dem Ohr--5--einen Abstand von einigen Millimetern liefern.
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, dass zur Vermeidung von eventuellen Hohlraumresonanzen zwischen Ohr und Membran--3--vor dieser ein dämpfendes Material --6-- angeordnet ist. Das Dämpfungsmaterial hat in Fig. 2 die Form einer zylindrischen Scheibe, welche Form auch in der Praxis durchaus zweckmässig ist. Erforderlichenfalls kann aber auch von dieser Scheibenform abgegangen werden, wobei in erster Linie konische Formen in Frage kommen, deren dünnste Stelle etwa in der Membranmitte zu liegen kommt. Wesentlich ist, dass auch das Dämpfungsmaterial nicht am Ohr anliegen darf, da es als schlechter Wärmeleiter einen Wärmestau verursachen würde, der zur Schweissbildung Anlass geben könnte.
An Stelle der Abstandselemente --4-- in Form zylindrischer Stöpsel könnte auch ein aus dem Rand --8- des Hörergehäuses--2--vorstehender Ring verwendet werden, der an seiner zylindrischen Mantelfläche mit Öffnungen versehen ist, die gegebenenfalls verschlossen werden können. Der Antrieb der mittels einer weichen Halterung aufgehängten Membran, die durch eine Zentriermembran geführt ist, erfolgt zweckmässigerweise durch ein elektrodynamisches Wandlersystem, das, wie üblich, aus einem Magnet, einem Bolzen, einer vorderen Magnetplatte und einer rückwärtigen Magnetplatte besteht.
Ein Entlüftungskanal im zentralen Bolzen führt vom zentralen Teil der Membran--3--nach aussen, in einen von der Abschlusskappe umschlossenen Raum, mit dem auch die ausserhalb der Tauchspule liegenden Membranteile über Entlüftungslöcher verbunden sind. In der Abschlusskappe sind weitere Öffnungen vorgesehen, um die Verbindung mit der Aussenluft herzustellen.
Der mit dem erfindungsgemässen Kopfhörer erzielte Effekt entspricht praktisch dem Anhören einer Lautsprecherwiedergabe in einem Raum, da durch die Abstandshalterung auch die Raumgeräusche mitgehört werden können und der Eindruck des Abgeschlossenen, wie er sich beim üblichen Kopfhörerempfang ergibt, dadurch entfällt. Dadurch, dass aber jedem Ohr ein Wandler zugeordnet ist, können stereophonische Darbietungen sehr sauber und viel einfacher als mit Lautsprechern übermittelt werden, wobei unter voller Einhaltung des von Lautsprechern her gewohnten Klangbildes bzw. Klangeindruckes mit einer wesentlich geringeren elektrischen Leistung am Ausgang des Verstärkers das Auslangen gefunden werden kann.