DE10358141A1

DE10358141A1 - Kopfhörer mit Raumklangerweiterung

Info

Publication number: DE10358141A1
Application number: DE2003158141
Authority: DE
Inventors: Florian M. König
Original assignee: Ultrasone AG
Current assignee: Ultrasone AG
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-07-21
Also published as: EP1542502A2; EP1542502A3; CN1681358A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kopfhörer mit Raumklangerweiterung, wobei in einem Gehäuse oder einer zugehörigen Schallwandlerhalterung (1, 6) mindestens zwei dezentrale Schallwandler (3, 7, 8, 17) angeordnet sind und diese mit einer Tonsignalversorgung (9, 10, 11, 16) beaufschlagt sind, welche linksseitig dem/den Hauptschallwandler/n {(3); Stereophonie mit Anzahl = einer; Mehrkanaltonsignaltechnik mit Anzahl > einer} das linksseitige Tonsignal (10) ohne Phasendrehung sowie ohne Pegelreduzierung und dem rechtsseitigen Nebenschallwandler (8) um 180° phasengedreht sowie schaltbar und/oder pegelreduziert (14) das/eines der rechtsseitige/n Hauptsignal/e (9) zuführt und rechtsseitig dem/den Hauptschallwandler/n {(7); Stereophonie mit Anzahl = einer; Mehrkanaltonsignaltechnik mit Anzahl > einer} das rechtsseitige Tonsignal (9) ohne Phasendrehung sowie ohne Pegelreduzierung und dem linksseitigen Nebenschallwandler (17) um 180° phasengedreht sowie schaltbar und/oder pegelreduziert (15) das/eines der linksseitige/n Hauptsignale (10) zuführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kopfhörer mit Raumklangerweiterung zur Aufweitung der Stereobasisbreite oder Schaffung eines natürlich anmutenden, additiven 3D-Klangeffektes auf Basis des Stereo/Mehrkanaltonsignales bei vorzugsweise mehrkanaligen Kopfhörern.
Üblicherweise ist ein Kopfhörer entweder als ohrumschließendes, ohraufliegendes oder im Gehörgang befindliches, zweikanaliges (Stereo-) System ausgebildet. Auf den Erfinder gehen inzwischen zahlreiche Kopfhörerentwicklungen zugunsten einer Vorneortung (sowie teilweiser Entfernungswahrnehmung) von Hörereignissen mit dezentral plazierter Schallquelle zurück. Diese Beschallungssysteme erzeugen über erfasste Kopfhörer-Außenohr-Übertragungsmaße im Gehörgang nachweislich hoch ähnliche, richtungsspezifische lineare Verzerrungseffkte gemäß dem Richtungsfilter „Außenohr bzw. Ohrmuschel" bei frontalem Schalleinfall. Anders gesagt existiert mit im wesentlichen gängigen, stereofonen Tonquellen bzw. -signalen ein natürlicher Raumklang für beliebige Kopfhörernutzer.
Außerdem gehen auf den Erfinder zwei-/mehrkanalige Kopfhörer mit ebenso dezentraler Schallwandleranordnung zurück, welche insbesondere für die Wiedergabe von Stereo-/Surroundsound-Tonmaterial (z.B. diskreter 5.1-Standard) bestimmt sind.
Ferner werden von verschiedenen Erfindern, wie zum Beispiel PFLEIDERER, auf Basis von reinen zweikanaligen Kopfhörern mittels überkreuzmischender (elektromischer, analoger/digitaler) Tonsignal-Verzögerungsschaltungen eine Raumklangverbesserung bzw. Vermeidung der Im-Kopf-Lokalisation angeboten, die sich bis heute aus zwei Gründen wenig effektiv durchsetzten:

• Die individuelle Außenübertragungsfunktion ist hierbei nicht oder nur gemittelt berücksichtigt worden (links/rechts ein zentrischer Schallwandler) und erzeugt damit Klangbildverzerrungen oder Hörebenen-Elivationseffekte bei der 3D-Klangbildwahrnehmung.
• Der Aufwand und damit die elektrischen Vorschaltelemente waren bislang recht kostenintensiv.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Raumklang-Kopfhörer der eingangs genannten Art auszubilden, dass die Wiedergabe üblicher Stereo- oder auch Mehrkanal-Tonsignale eine erweiterte Räumlichkeit für den Hörenden (ähnlich vermehrte Distanzwahrnehmung oder weitere Raumreflexionsmuster-Empfindung bei Echo-/Halltonsignalanteilen oder Stereobasisbreitenerhöhung aufgrund gegebener Phaseneffekte im jeweiligen Tonsignal) ohne zusätzlichem (digitalen) Signalprozessing erfährt. In Einfachster Ausgestaltung geschieht dies mittels Stereotonsignale anhand von zwei Schallwandlern je Kopfhörer-Beschallungsseite links/rechts sowie eine einfache, erfindungsgemäße Kreuzmischung der anliegenden Stereotonsignale (n = 1/je Tonsignalkanal-/-seite); im weiteren Verlauf der Erfindungsrealisierung sind auch Mehrkanaltonsignale (s. n > 1) mit Schallwandlern in der Anzahl "s = n + 1" (je Kopfhörer-Beschallungsseite) vorgesehen; folglich sind je Kopfhörer-Kapselseite (links/rechts) bei Stereotonwiedergabe 2 (siehe "s = 2") oder bei 4-Kanaltonwiedergabe (s. 5.1-Standard) 3 (siehe "s = 3") Schallwandler anzahlmäßig nötig.
Diese sehr einfache Technik zur 3D-Aufweitung von Hörereignissen ist nur wegen der auf den Erfinder zurückgehenden dezentralen Schallwandleranordnung (je Kopfhörerseite in der Kapsel mindestens zwei Schallwandler) in Kopfhörern möglich!
Es hat sich also überraschend herausgestellt, dass nicht nur mittels digitaler Tonsignalaufbereitung, sondern auch durch simple Mittel der Kreuzmischung phasengedrehter Tonsignalanteile auf einen weiteren, dezentralen, oben-/-hinten plazierten Schallwandler, neben dem üblichen dezentralen, unten-vorne plazierten Hauptschallwandler (je Kopfhörerkapsel-/-seite), eine umgehende Ausnutzung der Ohrmuschel-Richtungsfilterwirkung gestattet und das zugehörige Raumklangempfinden sich verbessert. Vereinfacht gesagt, wird z.B. erfindungsgemäß das linksseitige Tonsignal pegelreduziert dem oben-/-hinten angeordneten Schallwandler zugeführt, womit sich vor der Ohrmuschel zwei Schallquellen mit dem unten-/-vorne plaziertem Schallwandler samt rechtsseitigem Haupttonsignal aufbauen. Desgleichen überkreuz gemischt gilt dies für die linke Kopfhörer-Beschallungsseite (linke Kapsel mit ebenso zwei dezentralen Schallwandlern und besagter 180 Grad phasengedrehter rechts-auf-linksseitiger Tonsignalhinzumischung zum linken Haupttonsignal). Damit bauen sich, neben der Hörebenen "links/rechts" (vgl. Stereosignal oder übliche Kopfhörer) sowie "vorne/hinten" (vgl. Distanzwahrnehmung oder Kopfhörer nach dem Erfinder) nunmehr auch die "vertikale/lotrechte", dritte Hörebene auf (vgl. 3D-Sound).
Die vorliegende Erfindung hat einen weiteren Vorteil für den Praxiseinsatz: Es kann der in Rede stehende Effekt der Kopfhörer-Raumklangerweiterung stufenlos eingestellt werden (siehe Potentiometer-Regelung der Pegelverhältnisse zwischen den Haupt-/Nebenschallwandlern) und ist ferner bei einem Mehrkanalkopfhörern (s. 5.1 Standard: 4-Kanalkopfhörer-Tonsignalspeisung) umschaltbar zwischen einem reinen Zweikanal-Stereo- oder 4-Kanal- oder 4-Kanal-plus-Raumklangerweiterungs-Betrieb vorgesehen (mittels Schalter neben dem o.g. Potentiometer, je Kopfhörer-Tonsignalkanal).
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:
1 die Draufsicht einer linken, oval geformten, ohrumschließenden Kopfhörerkapsel, samt dezentral unten-/vorne sowie hinten-/-oben angeordneten Schallwandlern, eine schematische Darstellung der Pendent-Beschallungsvorrichtung für den rechten Tonsignalkanal bzw. rechten Ohrmuschel-Beschallungsseite bzw. rechten Kopfhörerbeschallungsaufbau und die zugehörige Tonsignalspeisungsvorrichtung der mehreren Schallwandler.
In 1 ist eine ovale Kopfhörerkapsel und/oder innen liegend oval nachgeformte sowie eingebrachte Schallwandlerhalterung (auch Trennwand oder Buffer-Board genannt) mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnet. Dies und im Folgenden gilt für die rechte Kopfhörerkapselseite desgleichen, jedoch vorrichtungsgeeignet um die (Median-) Kopfachse gespiegelt im Sinne der Bezugshör-/-sichtrichtung vorne. Die Bezugsziffer 2 zeigt einen Kopfhörerbügel mit Bügelband, welcher üblicher Weise längenverstellbar ist. Der für eine Vorneortung von Hörereignissen wesentliche, dezentrale Schallwandler 3 ist beispielhaft lotrecht unten angeordnet. Dieser könnte auch unten-vorne platziert sein. Der Kopfhörerbügel 2 und die Kopfhörerkapsel 1 sind beispielhaft über zwei getrennte, zylindrisch aufgehängte Gelenke verbunden, welches eine Rotation um die Achse A und B in üblicher Art zulassen. Ein Drehschräubchen und/oder einrastende Spannvorrichtung 4 (auch Aritierung genannt) dient zum Fixieren der erfindungsgemäß um den Winkel "betta" rotier/drehbaren Kopfhörerkapsel 2. Das Kapselgelenk 5 ist vorzugsweise mit einer geneigten Einstellung vorgeehen, so dass die ovale Kapsel 1 in der Lotrechten leicht gedreht vorzufinden ist (s. unten-vorne Platzierung von dem linksseitigem Hauptschallwandler 3. Bei einem in 1 bezeichneten Einstellwinkel „betta" von ca. 30 bis 40 Grad (bezogen auf das Lot) ist eine optimale Vorneortung von Hörereignissen gegeben.
Die rechtsseitige, erfindungsgemäße Beschallungsvorrichtung umreißt die rechte Kopfhörer-Schallwandlerhalterung 6, den rechten Haupttonsignal-Schallwandler 7, den Nebentonsignalschallwandler 8 (mit pegelreduziertem linksseitigem, 180 Grad phasengedrehtem Tonsignal), der rechtsseitigen Tonsignalspeiseleitung 9, der linksseitigen Tonsignalspeiseleitung 10 und der Masse-/Ground-Erdungs-/Schirm-Tonsignalrückführungsleitung 11. Das Symbol "~" und die Bezugsziffer 12 zeigt eine Phasenlage 0 Grad bei der Tonsignalversorgung des Schallwandlers 3, 7 an. Eine um 180 Grad gedrehte Phasenlage liegt bei den Schallwandlern 8, 17 an, welche durch die Bezugsziffer 13 dargestellt ist. Die miteinander gekoppelten (Stereo-) Potentiometer bzw. Schalter 14, 15 regeln den Raumklang-Erweiterungseffekt je Kopfhörertonsignalkanal/-seite. Die eigentliche Einspeisung der beispielhaften Stereotonsignalwiedergabe gemäß 1 ist mittels korrekter Ankopplung/Kontaktierung der linken/rechten Tonsignale samt Ground-Kontakt gegeben und mittels Bezugsziffer 16 aufgezeigt.
Für die Surround-Tonsignalbeschallung (s. 5.1 Standard) sind vier Hauptschallwandler und zwei Nebenschallwandler vorgesehen. Die Tonsignalspeisung der Nebenschallwandler ist frei wählbar (und ein-aus-schaltbar) sowie pegelreduziert (phasengedreht vorgesehen, so dass entweder ein Front- oder Rear-Tonsignal (stereo) zu den links-rechtsseitigen Nebenschallwandler überkreuzgemischt zugeleitet ist.
Das Mischungsverhältnis zwischen den Pegeln der Haupt- sowie Nebenschallwandlern ist mindestens 2 dB, vorzugsweise über 6 dB bis ca. 20 dB regelbar angelegt. Zu geringe Pegelreduktionen (< 2 dB) vermischen das Stereo-/Mehrkanaltonsignal derart, dass der erfindungsgemäße Raumklangerweiterungsseffekt ab einem gewissen, ungünstigen Pegelverhältnis zwischen den besagten Neben-/Hauptschallwandlern in ein eher als MONO empfundenen, eingeengten Klangbild übergeht. Zu hohe Pegelreduktionen, also, dass zu wenig phasengedrehtes Überkreuz-Tonsignal jeweils bei den Nebenschallwandlern abgegeben ist, wird umgekehrt als uneffektiv bzw. ohne Raumklangerweiterungseffekt wahrgenommen; dies muß defakto individuell sowie in Anlehnung an die zu hörende Tonkonserve regelbar sein.

Claims

Kopfhörer mit Raumklangerweiterung dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse oder einer zugehörigen Schallwandlerhalterung (1, 6) mindestens zwei dezentrale Schallwandler (3, 7, 8,17) angeordnet sind und diese mit einer Tonsignalversorgung (9, 10, 11, 16) beaufschlagt sind, welche linksseitig dem/den Hauptschallwandler/n {(3); Stereophonie mit Anzahl = einer; Mehrkanaltonsignaltechnik mit Anzahl > einer} das linksseitige Tonsignal (10) ohne phasendrehung sowie ohne Pegelreduzierung und dem rechtsseitigen Nebenschallwandler (8) um 180 Grad phasengedreht sowie schaltbar und/oder pegelreduziert (14) das/eines der rechtsseitige/n Hauptsignal/e (9) zuführt und rechtsseitig dem/den Hauptschallwandler/n {(7); Stereophonie mit Anzahl = einer; Mehrkanaltonsignaltechnik mit Anzahl > einer} das rechtsseitige Tonsignal (9) ohne phasendrehung sowie ohne Pegelreduzierung und dem linksseitigen Nebenschallwandler (17) um 180 Grad phasengedreht sowie schaltbar und/oder pegelreduziert (15) das/eines der linksseitige/n Hauptsignal/e (10) zuführt.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung im Mehrkanalbetrieb, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass umschaltbar eines der Hauptsignale links-/rechtsseitig, wie Tonsignal-Front oder -Rear (gemäß 5.1 Standardsurround) rechts-/linksseitig 180 Grad phasengedreht und pegelreduziert den Nebenschallwandlern zugeführt ist.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschallwandler (3, 7) phasenkorrekt (12) mit den plusseitigen Anschlüssen an die jeweiligen "heißen", plusseitigen Tonsignalleitungen (9, 10) und die minusseitigen Anschlüsse der Hauptschallwandler an die Ground-Tonsignalleitung (11) angeschlossen sind.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenschallwandler (8, 17) um 180 Grad phasengedreht (13) mit den plusseitigen Anschlüssen an die "kalte", minusseitige Tonsignalleitungen/Ground (11) und die plusseitigen Anschlüsse der Nebenschallwandler an die plusseitigen Tonsignalleitung (9, 10) angeschlossen sind.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelreduktion (14, 15) der Nebenschallwandler (8, 17) mittels eines drehsinngekoppelter Stereopotentiometer parallel/gleichzeitig regelbar und diese Nebenschallwandler bedarfsfallabhängig ausgeschaltbar tonsignalungespeist sind.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung bei angeschalteten/tonsignalgespeisten Nebenschallwandlern, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelreduktion (14, 15) für die Nebenschallwandler (8, 17) einen Hauptregelumfang von mindestens 2 dB, vorzugsweise 6 bis 20 dB umfaßt.
Kopfhörer mit Raumklangerweiterung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die über kreuz von links nach rechts und umgekehrt verlaufenden Tonsignalleitungen für die Nebenschallwandler (8, 17) im Kopfhörerbügel (2) geführt oder via Lichtwellenleiter- oder Funksignalübertragung ausgestaltet sind.