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Kopfhörer Die Erfindung betrifft einen Doppelkopfhöhrer bzw. Bügelkopfhörer
mit verbesserter Empfindlichkeit, gleichmäßigeremFrequenzgang undeinemhohenGrade
der Störgeräuschdämpfung.
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Wo auch immer Kopfhörer verwendet werden, ist es wünschenswert, dieselben
an die Ohren in einer solchen Weise anzuschließen, daß die elektroakustische Empfindlichkeit
so hoch als möglich und gleichzeitig für den besonderen Verwendungszweck der Kopfhörer
angemessen gleichmäßig in dem betreffenden Frequenzbereich ist. Ebenso ist es immer
erwünscht, daß die Kopfhörer die Ohren soweit als möglich vor Geräuschen von außerhalb
schützen, die sonst vom K opfhörerträger zu hören sind. Bei vielen Verwendungszwecken,
wo die Erfordernisse der Empfindlichkeit und der Klangtreue nicht von entscheidender
Bedeutung sind und wo der Störpegel nicht hoch ist, wurden die üblichen Typen von
Kopfhörern, wie sie weiter unten ausführlicher besprochen sind, als zufriedenstellend
befunden. In einigen Fällen jedoch treten die Mängel der Betriebsweise solcher Kopfhörer
in einem solchen Maße hervor, daß dadurch die Verwendbarkeit ernstlich herabgesetzt-
wird und sich der Betrieb, für welchen dieselben verwendet werden, sehr schwierig
gestaltet. Für die verbesserte Betriebsweise der erfindungsgemäßen Kopfhörer ergeben
sich beispielsweise die folgenden Anwendungsgebiete: 1. Verbindung einer Person
in einer sehr geräuschvollen Umgebung mit elektroakustischen Vorrichtungen, wie
z. B. Radio oder Fernsprecher. Dieses Problem tritt gerade in gewerblichen Anlagen
auf und insbesondere dort, wo Flugzeuge beteiligt sind. Ein typisches Beispiel hierfür
ist die Verbindung mit bzw. zwischen dem Flugdeckpersonal auf Flugzeugträgern und
den Besatzungsmitgliedern eines Flugzeuges.
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z. Bei audiometrischen Verwendungszwecken, wo zur genauen Mess ung
der Empfänglichkeit menschlicher Wesen für Schallerscheinungen Wiedergabefähigkeit,
Klangtreue und hohe Geräuschdämpfung für die dabei verwendeten Kopfhörer äußerst
erwünschte Eigenschaften sind.
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3. Bei solchen Verwendungszwecken, wo eine außergewöhnlich hohe Klangtreue
erforderlich ist, wie z. B. bei der Programmüberwachung von Rundfunksendestationen
und beim Abhören elektrisch aufgenommener Signale physiologischen Ursprungs, wie
z. B. von Herztönen.
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Für die nachfolgende Besprechung und zur Beschreibung der vorliegenden
Erfindung soll der Ausdruck »Empfindlichkeit« verwendet werden, um die Wirksamkeit
anzuzeigen, mit welcher ein bestimmter Kopfhörer die demselben zugeführte elektrische
Energie in Schalldruck umwandelt, auf welchen das Ohr anspricht. Die »Klangtreue«
ist in dem gegenwärtigen Zusammenhang ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Empfindlichkeit
im Hörbereich. »Geräuschdämpfung« ist ein Maß für die Fähigkeit einer gegebenen
Kopfhöreranordnung, das Ohr vor unerwünschten Geräuschen aus der Umgebung des Trägers,
welche sonst von ihm gehört werden würden, zu schützen.
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Um klar zu unterscheiden zwischen der gesamten Kopfhöreranordnung,
zu welcher nicht nur die Hörkapseln und an denselben befindliche Kissen gehören
können, sondern auch die besonderen Vorrichtungen zur Umwandlung der elektrischen
Energie in Schallwellen, und der letztgenannten Vorrichtung an sich, soll die letztgenannte
in nachstehendem mit der Bezeichnung »Wandler« belegt werden, worunter dann eine
Anzahl verschiedener Typen zu verstehen ist (z. B. der magnetischen oder der Kristallbauart)
und welche dazu verwendet werden können, die gewünschte Funktion zu erfüllen. Die
besondere Art und Weise, in welcher der Wandler die elektrischen Impulse in Schallwellen
umwandelt, bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
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Von besonderer Bedeutung bei der Analyse von Kopfhörerkennwerten,
insbesondere bei niedrigen
Frequenzen, ist der Begriff des »effektiven
Kopfhörer-Kopplungsvolumens«: Dieser Ausdruck soll die Größe des Hohlraums (im Prinzip
in Volumeinheiten ausdrückbar) bezeichnen, welcher mit dem Ohr wirksam gekoppelt
und durch welchen hindurch der Schalldruck gestreut wird. Um in dem Hohlraum Schallwellen
hervorzubringen, bewirkt der schwingende Teil des Wandlers verhältnismäßig geringe
Änderungen in dem Hohlraumvolumen, welche sich in Druckwellen umsetzen, auf welche
dann das Ohr anspricht. In ähnlicher Weise verursacht eine Schwingung des Kopfhörers
als Ganzes Änderungen in dem Hohlraumvolumen, wodurch wiederum von dem Ohr wahrzunehmende
Druckwellen aufgebaut werden. Ferner kommen im Falle von Luftverlusten infolge unvollkommener
Abdichtung mit den Teilen des Kopfes um das Ohr herum Druckwellen in den Luftverlustsäulen
zustande, welche ein Geräusch von außen her in den Hohlraum einführen und dadurch
ihrerseits Druckwellen innerhalb des Hohlraums aufbauen.
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In allen diesen Fällen ist es klar, daß, je größer das Volumen dieses
Hohlraums ist (oder, um bei dem oben verwendeten Ausdruck zu bleiben, das effektive
Kopfhörer-Kopplungsvolumen), desto kleiner wird die Amplitude der Druckwellen sein,
die bei einem gegebenen Spiegel der Schallenergie zustande kommen. Bei einem bestimmten
Geräusch- oder Signaleingang ergibt also ein größeres effektives Kopfhörer-Kopplungsvolumen
einen entsprechend geringeren Schalldruck auf das Ohr. Umgekehrt, wenn das effektive
Kopfhörer-Kopplungsvolumen recht klein gemacht wird, sind die Schallwellen auf einen
kleineren Raum beschränkt, und auf das Ohr wird ein größerer Schalldruck übertragen.
Der Ausdruck »effektiv« wird in dieser Besprechung absichtlich verwendet. In der
Hauptsache bezieht sich die vorliegende Erfindung auf gewisse Verbesserungen bei
Doppelkopfhörern, wo auch eine starre Hörkapsel verwendet wird, die sich dem Ohr
völlig anpaßt und mittels eines an den Rändern derselben angebrachten Kissens den
Teil des Kopfes um das Ohr herum im wesentlichen luftdicht abschließt. Das von der
ganzen Hörkapsel eingeschlossene Volumen (mit Abzug natürlich des Raums, der von
dem Wandler eingenommen wird, wenn derelbe innerhalb der Hörkapsel angebracht ist)
ist bestimmend für das gesamte Hohlraumvolumen. Wie weiter unten noch erwähnt werden
wird, kann man die Anordnung einer geeigneten Scheidewand oder von schallschluckendem
Material in der Hörkapsel die Arbeitsweise des Kopfhörers so modifizieren, daß bei
gewissen Frequenzen nicht alle Teile des Gesamthohlraumvolumens in der Hörkapsel
effektiv dazu verwendet werden, den Wandler in akustischem Sinne mit dem Ohr zu
koppeln. Unter solchen Umständen ist es zweckmäßig zu sagen, daß das »effektive
Kopfhörer-Kopplungsvolumen« wegen seiner »Frequenzabhängib keit« vermindere wurde.
Offensichtlich ist die Erkenntnis und Anwendung dieses Phänomens bei der vorliegenden
Erfindung von ausschlaggebender Bedeutung.
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Schließlich wird bei der folgenden Untersuchung ein Unterschied zwischen
den Schallwellen niedriger, mittlerer und hoher Frequenz gemacht. Diese Dreiteilung,
wenn sie auch im allgemeinen für strenge quantitative Methoden ungeeignet ist, ist
doch insofern sehr nützlich, als sie eine vereinfachte qualitative Bewertung des
akustischen Verhaltens von Kopfhörer-Hohlräumen, akustischen Widerständen und Impedanzen
sowie Empfindlichkeit, Klangtreue und Geräuschdämpfung im allgemeinen gestattet.
Den Fachleuten sind derartige Vereinfachungen recht wohlbekannt und deren Verwendung
wird gerechtfertigt durch die Art und Weise, in welcher sie bedeutungsvolle Aussagen
über akustische Erscheinungen machen, welche in vielen Fällen nach völlig strengen
Methoden nur unter Schwierigkeiten, wenn überhaupt, zu analysieren wären. Zur allgemeinen
Richtlinie, ohne dadurch den Bereich der vorliegenden Erfindung einschränken zu
wollen, wird hiermit vorgeschlagen, daß der Ausdruck »Niederfrequenzen« den Frequenzbereich
unterhalb etwa 300 Hz umfassen soll. Dagegen ist unter »Hochfrequenzen« im allgemeinen
der Frequenzbereich oberhalb 3000 Hz zu verstehen.
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Kopfhörergeräte, wie sie bisher gemeinhin verwendet wurden, und sogenannte
»Ohrenschützer« (welche insofern eine Beziehung zu der vorliegenden Erfindung haben,
als sie sich mit dem Problem der Dämpfung von außen kommender Gräusche befassen),
können in drei Klassen eingeteilt werden, je nach der Art und Weise, in welcher
sie das Ohr erfassen.
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1. Der Einstecktyp, welcher in den Gehörgang hineinpaßt. Als »Ohrenschützer«
betrachtet, könnte man diesen Typ als einfachen »Ohrenpfropfen« bezeichnen.
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2. Geräte, welche an die Ohrmuschel angepreßt werden, wie beispielsweise
die meisten Kopfhörer, die gegenwärtig für die Überwachung von Rundfunksendungen
verwendet werden, sowie die gebräuchlichen Typen von Fernsprechempfängern.
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3. Der Kopfhörer mit Bügel bzw. Doppelkopfhörer, bei welchem sich
der elektroakustische Wandler in einer Hörkapsel befindet bzw. einen Teil derselben
bildet, wobei am Rande der Hörkapsel ein Kissen angebracht ist, das bisher im allgemeinen
aus einem weichen Werkstoff hergestellt wurde, wie z. B. mit Kapok gepolstertem
Leder, und den Bereich des Kopfes um das Ohr herum erfaßte.
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Auf diesen letztgenannten Typ, also den Bügel-Doppelkopfhörer, bezieht
sich die vorliegende Erfindung in erster Linie. Nichtsdestoweniger können Geräte,
welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern, für viele der Verwendungszwecke
gebraucht werden, für welche der an zweiter Stelle genannte Typ im allgemeinen in
Frage kommt.
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Man hat feststellen können, daß sich viele der unerwünschten Eigenschaften
sowohl beim zweiten als auch beim dritten Typ vorfinden, obwohl einige derselben
bei Geräten, welche an die Ohrmuschel gepreßt werden, stärker zutage treten als
beim Bügel-Doppelkopfhörer. Diese Mängel können wie folgt zusammengefaßt werden:
1. Viele der bestehenden Geräte geben keine gute Abdichtung zwischen dem Ohr und
der den Kopf umgebenden Atmosphäre; das macht sich natürlich bei Kopfhörern, die
lediglich an die Ohrmuschel gepreßt werden, stärker bemerkbar. Nichtsdestoweniger
kommt dieser Mangel jedoch auch beim Doppelkopfhörer des Bügeltyps vor, wenn das
Kissen keine praktisch luftdichte Abdichtung mit dem das Ohr umgebenden Bereich
des Kopfes ergibt. Wenn ein solcher Fall eintritt, gelangen die Luftsäulen von der
äußeren Atmosphäre in den Kopplungshohlraum des Kopfhörers. Die Trägheit dieser
Luftsäulen ist im allgemeinen nicht ausreichend, um die Übertragung von
Niederfrequenztönen
zu verhindern, mit dein Ergebnis, daß ein merklicher Teil des Niederfrequenzsignals
entweicht, wodurch die Niederfrequenzeinpfindiichkeit verhältnismäßig gering wird
und Schwankungen unter-liegt. Um`@elkehrt kann auch ein @ieder@reque_izgeräusch
verhältnismäßig leicht ia das Ohr eintreten.
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2. Selbst wo eine. gute Abdichtung erhalten wird und keine Luftsäulen
einen merklichen Niedei-freque.izverlust verursachen, kann das Kissen bei sehr niedrigen
Frequenzen, wie z. B. unterhalb 100 Hz, wo die Trälffieit der Hörkapsel an sich
nicht geiitigt, um die Amplitude der Hörkapselschwindung sehr niedrig zu halten,
die Schwingungen des Kopfhörers nicht verhindern. Vom Standpunkt der Empfindlichkeit
aus betrachtet, führt das natürlich dazu, daß ein Teil der Signalenergie von sehr
niedriger Frequenz aus dem Ohr entweicht. Aus dem gleichen Grunde ist es auch möglich,
daß ein Geräusch von sehr niedriger Frequenz das ganze Gerät in Schwingungen versetzt,
die auf den Kopplungshohlraum des Kopfhörers und damit auf das Ohr übertragen werden.
Dieses Phänomen verursacht eine verminderte Kopfhörerempfindlichkeit und ein verstärktes
Eindringen von Geräuschen sehr niedriger Frequenz, selbst in solchen Fällen, wo
das Kissen für eine angemessene Abdichtung sorgt und die Hörkapsel geniigeA starr
ist, uni nicht selbst in merkbare Biegtinasschwingungen zu geraten.
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Die erste dieser beiden Schwierigkeiten kann offenbar durch die richti-e
Konstruktion des Kissens vermieden werden, um so zu ge@.vährleisten, daß in dein
Bereich des Kopfes, welcher das Ohr umgibt, eine gute Luftabdichtung zustande kommt.
Methoden zur Erreichung dieses Ziels sind seit einiger Zeit bekannt; deren Anwendung
und die sich daraus ergebende Vermei d u ngvon Luf tverlustenwerden inder nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung als bekannt vorausgesetzt, denn das Auftreten irgendwelcher
wesentlicher Luftverluste könnte die Vorteile, die sich aus der Anwendung der erfindungsgemäßen
verbesserten Kopfhörer ergeben, leicht zunichte machen.
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Was das zweite Problem anbelangt, nämlich das der Beschränkung der
Amplitude der Hörkapselschwingung, so ist es möglich, ein Kissen zu konstruieren,
welches nicht nur eine gute Luftabdichtung bewirkt, sondern auch eine genügend hohe
Federkonstante hat, um die Amplitude von Schwingungen sehr niedriger Frequenz erheblich
herabzusetzen. Die erfindungsgemäßen Verbesserungen an den Kopfhörern werden wahrscheinlich
auch dort von Wert sein, wo eine derartige Abdichtung nicht verwendet wird. Jedoch
wird die verbesserte Wirkungsweise in der Regel noch weiterhin verbessert durch
Vorsehen einer Abdichtung, welche gleichzeitig durch Herabsetzen der Amplitude einer
Schwingung der Hörkapsel von sehr niedriger Frequenz auch den Eintritt von Geräuschen
und das Entweichen von Signalen, beide von sehr niedriger Frequenz, erheblich vermindert.
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Aber selbst bei Anwendung der verfügbaren Methoden zur Vermeidung
der oben angeführten unerwünschten Effekte verbleiben doch immer noch zwei weitere
Mängel.
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3. Die bekannten Kopfhörer sind alle mit ungenü@@endeiii Hohlraunivoltunen
für eine angemessene Dämpfung von Niederfrequenzgeräuschen konstruiert worden, und
gerade am Niederfrequenzende des Schallbereiches werden die Schwingung der Hörkapsel
und die restlichen Luftverluste von Bedeutung. Bei höheren Frequenzen reicht die
Trägheit der Hörkapsel und diejenige der Luftdurchtrittssäulen aus, um die Amplitude
des eindringenden Geräusches, das auf den Kopfhörer-Koppliingshohlraum übertragen
wird, sowie die entweichenden Signalschallwellen auf verhältnismäßig niedriger Höhe
zu halten. Einfach die Gröle des Hohlraums zu vergrößern, ist keine Lösung des Problenms,
da die Empfindlichkeit eines Kopfhörers, abgesehe;i von hohen Frequenzen, etwa umgekehrt
proportional ist zu dem Volumen des Hohlraums (d. h. dem Kopfhörer-Kopplungsvolumen).
Um eine genügende Empfindlichkeit bei den Schallfrequenzen zu erhalten, welche zur
Übertragung der Stimme am wichtigsten sind (etwa 300 bis 3000 Hz), hat man es im
allgemeinen als wesentlich betrachtet, das Luftvolumen in dem Hohlraum auf dem Mindestmaß
zu halten, das mit körperlichem Wohlbefinden noch vereinbar ist. Dieses Mindestmaß
wird natürlich ganz von selbst erreicht, wenn der Kopfhörer an die Ohrmuschel angepreßt
wird, und man hat es auch bei der Konstruktion von Bügelkopfhörern in erster Linie
beachtet. So wird denn auch tatsächlich nach überlieferten Konstruktionsprinzipien
der Wirkungsgrad eines Kopfhörers hinsichtlich des Ausschließens von Geräuschen
absichtlich (oder vielleicht in einigen Fällen zufällig) verschlechtert, um dafür
eine angemessene Empfindlichkeit zu bekommen. Das ist so, weil der Konstrukteur
vor die Wahl gestellt ist, entweder den Hohlraum züi vergrößern, um das in denselben
eindringende Niederfrequenzgeräusch über ein größeres Volumen zu streuen und dadurch
die Intensität des jeweils auf das Ohr auftreffenden Geräusches zu vermindern, oder
den Hohlraum zu verkleinern, so daß die von denn Wandler kommende Signalenergie
wirksamer auf das Ohr übertragen wird. Wie bereits oben erwähnt wurde, hat man bisher
ganz allgemein der zweiten Alternative den Vorzug gegeben.
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4. Obwohl es also die allgemeine Praxis ist, bei den meisten bekannten
Typen von Kopfhörern den Kopplungshohlraum verhältnismäßig klein zu machen, können
die Abmessungen dieses Hohlraums immer noch mit den Wellenlängen von Hochfrequenztönen
verglichen werden, mit dem Ergebnis, daß innerhalb des Hörbereiches - d. h. unterhalb
15 000 Hz - Hohlraumresonanzen (also stehende Wellen) auftreten, was einen ungleichmäßigen
Fmquenzgang bewirkt. Es ist klar, daß, wenn man lediglich den Hohlraum vergrößert,
um die Dämpfung der Geräusche von außen her zu verbessern, ohne dabei Schritte zu
unternehmen, um die Bildung stehender Wellen zu verhindern, die Lösung des Problems
der Hohlraumresonanzen noch erschwert wird, da ein verhältnismäßig großer Frequenzbereich
mit Wellenlängen ausgestattet ist, welche die gleiche Größenordnung haben wie die
Abmessungen des Hohlraums. Dieser Faktor wirkt sich so aus, daß dadurch jeder Versuch
ernstlich behindert wird, die Dämpfung von Niederfrequenzgeräuschen zu verbessern,
indem lediglich der Hohlraum vergrößert wird, ohne auch gleichzeitig Mittel anzuwenden,
um die Hochfrequenz-Hohlraumresonanten zti vermieden oder ganz abzudämpfen.
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Es wurde nunmehr festgestellt, daß die in den beiden unmittelbar vorhergehenden
Abschnitten besprochenen Nachteile im wesentlichen iiberwunden werden können, indem
man einen Bügel-Doppelkopiliörer vorsieht, bei welchem das effektive Kopplungsvolumen
frequenza'ohängig gemacht wird, so daß es bei niedrigen Frequenzen verhältnismäßig
groß
ist und dadurch beträchtliche Vorteile hinsichtlich der Dämpfung von von außerhalb
kommenden Geräuschen gewährt, bei höheren Frequenzen dagegen kleiner ist mit entsprechend
größerer Empfindlichkeit und einer Abnahme der Frequenzen, in deren Bereich Hohlraumresonanzen
auftreten können.
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Die Erfindung betrifft also einen Kopfhörer mit einem die Ohrmuschel
umschließenden starren, nicht porösen Gehäuse, das einen das Ohr mit einem starr
im Gehäuse befestigten elektroakustischen Wandler kuppelnden Hohlraum einschließt
und durch ein an seinem Rand angebrachtes elastisches Kissen luftdicht abschließend
am Kopf um das Ohr herum anliegen kann. Erfindungsgemäß ist das vom Gehäuse eingeschlossene
Volumen des Kopplungshohlraumes zur Dämpfung niederfrequenter, von außen kommender
Störgeräusche ausreichend groß bemessen und durch eine Scheidewand und/oder schallschluckende
Stoffe mit frequenzabhängiger Schalldurchlässigkeit deart in Teilräume unterteilt,
daß der Schalldruck bei niedrigen Frequenzen im wesentlichen im gesamten Hohlraum
gleichmäßig verteilt, bei hohen Frequenzen aber in dem Ohr benachbarten Teilraum
wesentlich höher als im anderen Teilraum ist.
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In die Scheidewand ist vorzugsweise die schallabstrahlende Fläche
des elektroakustischen Wandlers einbezogen. Die Scheidewand bewirkt eine frequenzabhängige
Kopplung zwischen den beiden Teilräumen. Eine solche Kopplung kann bekanntlich entweder
mittels eines frequenzabhängigen Wirkwiderstandes oder eines frequenzabhängigen
Scheinwiderstandes vorgenommen werden.
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Zur Verhinderung von stehenden Wellen können einer oder beide Teilräume
mindestens teilweise mit einem schallschluckenden Stoff gefüllt sein.
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Im Falle der Unterteilung mittels eines schallschluckenden Stoffes
ist der poröse schallschluckende Stoff derart im Gehäuse angeordnet, daß er den
elektroakustischen Wandler umgibt und vom Rand des Wandlers bis zum Rand des Gehäuses
reicht.
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Frequenzabhängige akustische Kopplungsvorrichtungen sind, wie gesagt,
an sich bekannt. Sie sind bisher aber auschließlich auf elektroakustische Wandler
selbst, und zwar insbesondere Mikrophone, angewandt worden, um eine gleichmäßige
Schallaufnahme der Membran eines solchen Mikrophons zu erzielen. Man sucht hierbei
die Resonanzen dadurch zu dämpfen, daß man die Luft hinter der Membran zwingt, durch
eine Drosselöffnung den Platz mit einem anderen Raum zu wechseln.
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Bei der Erfindung spielt dagegen der Aufbau des Wandlers selbst überhaupt
keine Rolle, sondern dieser wird als geschlossene Baueinheit in den Kopfhörer eingesetzt.
Es ist vorausgesetzt, daß die Membran in bekannter Weise einen gleichmäßigen Frequenzverlauf
und eine genügende Empfindlichkeit aufweist. Die Erfindung befaßt sich, wie aus
den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ausschließlich mitderAusbildung des Kopplungskohlraumes
zwischen Wandler und Ohr. Durch die Erfindung wird ein gleichmäßiger Frequenzgang
der Schallübertragung und eine Störbefreiung erreicht, wie sie bisher für unmöglich
gehalten wurden. Dies ergibt sich aus den nachstehend erläuterten Kurven.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
erläutert.
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F i g. 1 ist ein Kurvenblatt mit einer Anzahl von Kurven, welche für
eine Anzahl von Kopfhörern, einschließlich eines Typs, wie er bisher allgemeir verwendet
wird, die Empfindlichkeit in Dezibel ir Abhängigkeit von der Frequenz in Hertz angeben
auf einen willkürlich gewählten Nullpunkt bezogen; F i g. 2 ist ein Kurvenblatt
ähnlich der F i g. 1; sie zeigt die Empfindlichkeitswerte für andere Typer von Kopfhörern,
wobei zu Vergleichszwecken zu. sätzlich die Kurve 1I aus F i g. 1 eingezeichnet
ist; F i g. 3 ist ein - Kurvenblatt mit den Kurven de Geräuschdämpfung, gemessen
in Dezibel in Ab. hängigkeit von der Frequenz in Hertz (Hz), und zwar für die Typen
von Kopfhörern, deren Empfindlich keitswerte in der F i g. 1 dargestellt sind; F
i g. 4 ist ein Kurvenblatt ähnlich der F i g. 3; sie zeigt die Geräuschdämpfungskennwerte
für die Kopfhörer, deren Empfindlichkeitskurven in de F i g. 2 zu sehen sind; F
i g. 5 ist ein Horizontalquerschnitt eines Kopfhörers in der Lage auf dem Kopf des
Benutzers, mit einer Scheidewand, die sich quer über die Hörkapsel erstreckt, um
dieselbe in einen inneren und einen äußeren Teilraum zu unterteilen; F i g. 6 ist
ein Horizontalquerschnitt eines anderen Typs eines Kopfhörers mit einem ziemlich
kleinen Hohlraum, der teilweise mit einem porösen, schallschluckenden Stoff angefüllt
ist; F i g. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Bügel-Doppelkopfhörers in einer
Ausführung gemäß vorliegender Erfindung; F i g. 8 ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen
Kopfhörers; sie zeigt die Hörkapsel, das Kissen, die Scheibe, welche einen Teil
der Scheidewand bildet, sowie den Wandler; F i g. 9 ist ein Grundriß eines Scheibentyps,
welcher zusammen mit dem in F i g. 8 dargestellten Gerät verwendet werden kann,
um eine Scheidewand zu erhalten, welche vorwiegend Widerstandscharakteristik hat;
F i g. 10 ist ein Grundriß eines anderen Scheibentyps, ebenfalls mit vorwiegend
Widerstandscharakteristik, zur Verwendung bei dem Gerät nach F i g. 8; F i g. 11
ist ein Querschnitt nach der Linie 1-!. 1 in F i g. 10; F i g. 12 ist ein
Grundriß einer Scheibe, welche zusammen mit einem Gerät ähnlich dem nach F i g.
8 verwendet werden kann, wobei dieser besondere Scheibentyp dazu gebraucht wird,
eine Scheidewand zu bilden mit einer darin befindlichen zylindrischen Bohrung, welche
von porösem Material umgeben ist als ein Mittel zur Herstellung einer Verbindung
zwischen den beiden durch die Scheidewand bestimmten Teilräumen; die Scheibe hat
also auch hier vorwiegend Widerstandscharakteristik; F i g. 13 ist eine Teilansicht
im Schnitt der Verbindung zwischen der Scheibe nach F i g. 12 und dem Wandler; sie
zeigt die Lage der zylindrischen Öffnung und des porösen Stoffes; F i g. 14 zeigt
einen weiteren Scheibentyp zur Verwendung mit einem Gerät ähnlich dem nach F i g.
8; diese Scheibe dient zu einer Scheidewand von vorwiegend Trägheitscharakteristik;
F i g. 15 ist ein Querschnitt eines weiteren Kopfhörertyps mit einer Scheidewand
einschließlich einer Scheibe, die mit Lochungen versehen sind, welch letztere mit
einer elastischen Membran bedeckt sind; F i g. 16 ist ein Grundriß einer Scheibe
zur Verwendung bei dem Gerät nach F i g. 15; diese Scheibe hat vorwiegend Trägheitscharakteristik;
F
i g. 7.7 ist ein Querschnitt eines noch weiteren Typs von Kopfhörer, bei welchem
ein Teil der Hörkapsel mit einem porösen schallschluckenden Stoff angefüllt ist,
dessen äußere Begrenzung praktisch eine Scheidewand darbietet, welche zusammen mit
dem Wandler einen inneren und einen äußeren Teilraum bestimmt, wobei bei zunehmender
Frequenz der innere Teilraum einen allmählich immer kleiner werdenden Beitrag zu
dem effektiven Kopplungsvolumen beisteuert.
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In den F i g.1 und 3 stellen die mit I bezeichneten Kurven in extremer
Form einige der Mängel der üblichen Kopfhörer dar. Die Kurve I in F i g. 1 zeigt
die Empfindlichkeit (d. h. den Schalldruckpegel am Ohr bei konstanter Betriebsspannung),
während die Kurve 1 in F i g. 3 die Kurve der Geräuschdämpfung in Abhängigkeit von
der Frequenz darstellt. Beide Kurven zeigen das Verhalten eines Kopfhörers mit einem
Kissen aus hartem Schaumgummi, welches die Ohrmuschel umfaßt und dabei ein Volumen
von etwa 15 cm3 einschließt. Dieser Kopfhörertyp wird allgemein bei der Audiometrie
sowie bei der Programmüberwachung verwendet. Aus der F i g. 1 geht klar hervor,
daß der Kopfhörer die maximale Empfindlichkeit in dem Bereich von 1000 bis
2000I-Iz besitzt, bei einem stetigen Abfall des Ansprechens unterhalb 1000 Hz und
einem sehr niedrigen Pegel bei 100 Hz. Die entsprechende Kurve in F i g. 3 zeigt,
daß unterhalb 1000 Hz die Geräuschdämpfung sehr gering ist. Diese geringe Niederfrequenzempfindlichkeit
und Geräuschdämpfung ist in weitem Maße auf das Entweichen von Luft zurückzuführen,
wobei dieses Entweichen starken Schwankungen unterliegt, je nachdem, wie dicht das
harte Kissen an die Ohrmuschel angepreßt wird. Es sind daher entsprechende Schwankungen
in der Empfindlichkeit und Geräuschdämpfung zuerwarten. Die geringe Geräuschdämpfung
kann teilweise auch dem kleinen Hohlraumvoluinen zugeschrieben werden.
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Es sollen nunmehr die Kennwerte eines Bügel-Doppelkopfhörers betrachtet
werden; hierzu gehört eine verhältnismäßig "roße, starre, nicht poröse Hörkapsel,
welche an dem Bereich des Kopfes um das Ohr herum durch ein Kissen mit hoher Federkonstante
abgedichtet wird. Der Wandler für den Kopfhörer ist innerhalb der Hörkapsel angebracht
und mit eh@ktrischen Anschlüssen versehen, welche durch die Hörkapsel hindurchgehen.
Diese Konstruktion ist im allgemeinen so, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist, abgesehen
davon, daß de weiter unten erwähnte Scheibe 8 misuclassei, ist; sie soll erläutern
was geschieht, wenn das Gesamtvolunier des Flohlr arms vergrößert und teilweise
durch den Wandler albgeteilt wird. Wie aus der F i g. 5 ersichtlich ist, besitzt
eine starre, nicht poröse 1löi-!"-:psel 1 rund um die Kanten herum einen einwärts
hervorspringenden Flansch 2. An diesem Flansch ist ein Kissen 3 angebracht zur Schaffung
einer praktisch luftdichten Abdichtung mit dein Bereich des Kopfes 4, welcher die
Ohrmuschel 5 umgibt, wenn der Kopfhörer an das Ohr gehalten wird. Innerhalb der
Hörkapsel ist in geeigneter Weise ein Wandler 6 angebracht, dessen vordere Fläche
7 (die Fläche, durch welche hindurch der Schall abgegeben wird) dem Ohr gegenüberliegt.
Es ist natürlich Vorsorge getroffen, daß die elektrischen Leitungen für den Wandler
an irgendeiner zweckmäßigen Stelle durch die Wandung der Hörkapsel hindurchgehen.
In diesem Falle umfaßt bei niedrigen Frequenzen das effektive Kopplungsvolumen den
ganzen Raum 10 innerhalb der Hörkapsel, ausgenommen natürlich jenen, der von dem
Wandler und der Ohrmuschel selbst eingenommen wird. Bei hohen Frequenzen ist jener
Teil des Volumens, welcher sich hauptsächlich hinter der die Vorderfläche des Wandlers
enthaltenden Ebene befindet, praktisch von dem Rest abgekoppelt, und das effektive
Kopplungsvolumen wird dadurch vermindert.
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Die Kennwerte einer solchen Anordnung sind in den Kurven 1I der F
i g. 1 und 3 dargestellt. In der F i g. 1 verursachen die beiden Resonanzen ein
scharfes Minimum der Empfindlichkeit gerade oberhalb 1000 Hz und eine scharfe Spitze
der Empfindlichkeit gerade oberhalb 3000 Hz. Aus der F i g. 3 ist klar ersichtlich,
daß die Vergrößerung des Hohlraums 10 unter anderem auch eine sehr erhebliche verbesserte
Dämpfung der Geräusche von außen her herbeiführt, und zwar in einem Ausmaße, daß
dieselbe jetzt bei 200 Hz um 20 Dezibel besser ist.
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Eine sehr verbesserte Empfindlichkeitskurve kann gemäß einer weiteren
Ausbildung der Erfindung erhalten werden, wenn zu der soeben beschriebenen Vorrichtung
eine Scheidewand hinzugefügt wird, welche sich bis zu den Wandungen der Hörkapsel
erstreckt und sorgfältiger gesteuerte akustische Eigenschaften besitzt. Wie aus
der F i g. 5 ersichtlich ist, erstreckt sich eine ringförmige Scheibe 8 quer über
die Hörkapsel zwischen dem äußeren Umfang der Vorderfläche 7 des Wandlers 6 und
der Wandung der Hörkapsel, an welcher die Scheibe bei 9 starr befestigt ist. Dadurch
kommt eine Zwischenwand zustande, die hier ganz allgemein mit 13 bezeichnet ist
und zu welcher die Scheibe 8 sowie der Wandler 6 gehören; sie teilt den gesamten
Raum der Hörkapsel in einen inneren Teilraum 11 neben der Basis der Hörkapsel und
dem äußeren Teilraum 12, wie er hier dargestellt ist. Der innere Teilraum 11 enthält
den Wandler 6, dessen Vorderfläche 7 dem äußeren Teilraum 12 zukehrt ist, P
01 - dieser letztere dient natürlich zur Aufnalinie der Ohrmuschel
5. In dieser Figur ist die Scheidewand 13 nur symbolisch dargestellt und
steht hier für eine Anzahl spezifischer Typen, von denen einige Beispiele Breiter
unten angeführt werden. Alle diese Scheidewände schaffen jedoch ir gendeülen Typ
frequenzabhängiger Kopplung zwischen den Teilräumen 12 und 12.
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Die in clei' F i g. 1 und 3 mit 111 bezeichneten Kurven zeigen die
Ken.iwerte eines Geräts dieser Bauart, wobei die Scheidewand der Luftströiliuii#,
zwischen den beiden Teilrä unten mittels einer verhä lmismäßig großen Anzahl kleiner
Löcher in der Scheibe 8 Pirei? erheblichen Widerstand entgegengesetzt. Tei dem besonderen
Kopfhörertyp, dessen Kennwerte hier dargestellt sind, hat der innere Teilraum ein
Volumen von etwa 80 cm3 und der äußere Teilraum ein solches von etwa 40 cm3. Die
Seheibe 8 besteht aus einem Blech von 0,4 nim Stärke mit sechzig darin aufs Geratewohl
verteilten Löchern von je 0,37111m Durchmesser. Ein Vergleich der Kurven 1I und
111 in den beiden F i g. 1 und 3 zeigt, daß bei niedrigen Frequenzen, wo
sich die beiden Teilräume im wesentlichen wie ein einziger verhalten, weder die
Empfindlichkeits- noch die Geräuschdämpfungskurve wesentlichen von denjenigen abweicht,
die man mit einem Gerät mit nur einer Teilscheidewand oder überhaupt keiner Scheidewand
erhält. Zwischen 300 und 2000 Hz ist jedoch die
Empfindlichkeit
beträchtlich erhöht, während die Geräuschdämpfung wohl vermindert, aber nichtsdestoweniger
immer noch angemessen ist. Man kann wohl sagen, daß dieses Ergebnis erzielt wurde,
weil die Gegenwart der Zwischenwand 13 das effektive Kopplungsvolumen zu einer Funktion
der Frequenz macht. Bei niedrigen Frequenzen ist der akustische Widerstand (d. h.
der Widerstand gegenüber der Luftströmung) durch die Scheidewand nicht genügend
groß, um die tatsächliche Kopplung der beiden Teilräume zu verhindern, so daß diese
sich im wesentlichen wie ein einziger verhalten. Bei mittleren und hohen Frequenzen
bietet die Scheidewand einen genügend hohen akustischen Widerstand, um im Verein
mit der akustischen Reaktanz des inneren Teilraums 11 eine Siebvorrichtung zu bilden,
welche das Eindringen von Hochfrequenztönen in den inneren Teilraum praktisch verhindert.
Das Ergebnis ist, daß man immer noch den Grad der Dämpfung von Niederfrequenz-Störgeräuschen
erhält wie er bei großen Hohlräumen zu erreichen ist, was bei vielen Arten geräuschvoller
Umgebung, wie z. B. an Bord von Flugzeugen, von großer Bedeutung ist. Gleichzeitig
erhält man aber auch eine hohe Empfindlichkeit in dem Bereich zwischen 300 und 3000
Hz, was für einen hohen Grad der Verständlichkeit des gesprochenen Wortes wichtig
ist. Die Fachleute werden anerkennen, daß ähnliche Ergebnisse mit einer ganzen Reihe
verschiedener Scheidewände erzielt werden könnte, welche sich wohl in ihrer körperlichen
Form voneinander unterscheiden, aber ähnliche akustische Eigenschaften besitzen.
Ist die Scheidewand selbst genügend starr oder massiv, um ihre Eigenschwingung vernachlässigen
zu können, dann ist der einzige Vergleichsmaßstab von Bedeutung der akustische Widerstand.
Bei dem beschriebenen Gerät, dessen Kennwerte die Kurven III in den F i g. 1 und
3 darstellen, wird der Widerstand auf etwa 8 Dyn - sec - cm-5 geschätzt. Weitere
Beispiele für eine solche Gerätebauart würden diejenigen sein, bei welchen die Scheibe
(welche natürlich ein Teil der Scheidewand ist, deren Konstruktion sehr wechseln
kann, um verschiedene Typen der Kopplung zwischen den Teilräumen zu erreichen) aus
einem starr gehalterten oder genügend massivem Gewebe mit angemessenem Strömungswiderstand
besteht oder wahlweise auch aus einer starren Metallscheibe mit etwas größeren Löchern,
wobei dann die Scheibe mit einem Gewebe von angemessenem Strömungswiderstand abgedeckt
ist. Spezifischere Beispiele für diese Art der Konstruktion sollen im Zusammenhang
mit den Ausführungen nach den F i g. 8, 9, 10 und 11 beschrieben und besprochen
werden.
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Ein etwas verschiedenes, aber immerhin nützliches Ergebnis wird erreicht,
wenn die Scheibe nur einige wenige Löcher oder auch nur ein Loch von sehr viel größerem
Durchmesser erhält. In diesem Falle ist es die Trägheit der durch das Loch bzw.
die Löcher strömenden Luft, welche die Betriebskennwerte der Vorrichtung bestimmt.
Bei diesem »Trägheitstyp« von Scheidewand geht die Kurve der Kopfhörerempfindlichkeit
bei zunehmender Frequenz nacheinander durch ein Minimum und dein Maximum. Die Frequenzen
und die Schärfe von Minimum und Maximum können durch die richtige Auswahl der Anzahl,
der Größe und der Form des Loches bzw. der Löcher eingestellt werden. Die Konstruktion
einer spezifischen Ausführungsform dieses Kopfhörertyps soll weiter unten' im Zusammenhang
mit der F i g. 14 besprochen werden. Die Fachleute werden erkennen, daß die Wirkung
einer starren Scheidewand mit verhältnismäßig wenigen, aber großen Löchern verdoppelt
werden kann durch eine Anordnung gleichwertiger akustischer Masse und Dämpfung.
Insbesondere kann die Scheidewand praktisch luftdicht (wodurch kein Schmutz in den
inneren Hohlraum eindringen kann), jedoch elastisch und damit beweglich ausgeführt
werden. Hier würde also die Scheibe 8 wenigstens teilweise aus einer elastischen
Membran bestehen. Der Ausdruck »elastisch« in diesem Zusammenhang bedeutet, daß
die Nachgiebigkeit der Scheidewand und ihres Halters größer ist als diejenige der
Luft in dem inneren Teilraum 11 selbst. Das Verhalten eines Systems dieser Art mit
einer Scheidewand einschließlich einer plastifizierten Polyvinylchloridfolie von
0,1 mm Stärke und 20 cm2 Fläche, welche einen inneren Teilraum von 80 cm3 und einen
äußeren Teilraum von 40 em3 voneinander trennt, ist durch die Kurven IV in den F
i g. 1 und 3 dargestellt. In diesem Fall zeigt die F i g. 1 ein Minimum der Empfindlichkeit
bei 700 Hz und ein Maximum bei 2000 Hz; wie jedoch bereits oben erklärt wurde, können
die genauen Frequenzen, bei denen Minimum und Maximum eintreten, geändert werden
durch Änderung der Masse je Flächeneinheit sowie der Gesamtfläche des elastischen
Teils der Scheidewand. Andererseits hängt die Schärfe von Minimum und Maximum von
der inneren Dämpfung des verwendeten Werkstoffes ab. Die Kurve IV in F i g. 3 zeigt,
daß die Störgeräuschdämpfung von Geräten mit großem Gesamthohlraum durch Verwendung
einer Scheidewand dieses Typs mit vorwiegendem »Trägheitseffekt« nicht geopfert
wurde.
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Um ein gleichmäßigeres Ansprechen bei mittleren und hohen Frequenzen
zu erhalten, wurde es als vorteilhaft befunden, einen oder mehrere der Teilräume
11 und 12 mit einem porösen schallschluckenden Stoff anzufüllen. Die Kurven V in
den F i g. 2 und 4 zeigen die Kennwerte eines Geräts mit einer starren Scheidewand
des »Widerstandstyps« mit sechzig kleinen Löchern - wie oben beschrieben -, wenn
sowohl der innere als auch der äußere Teilraum einen schallschluckenden Stoff enthalten.
Man erhält dabei zwei wichtige und nützliche Ergebnisse. In erster Linie wurden
die großen Schwankungen in der EmpfindEchkeit oberhalb 3000 Hz, wie sie Geräte mit
Kennwerten nach Kurve II aufweisen, in weitem Maße beseitigt. In zweiter Linie wurde
die Dämpfung von Niederfrequenzgeräuschen um etwa 2 Dezibel erhöht; gleichzeitig
wurde auch die Empfindlichkeit um den gleichen Betrag herabgesetzt. Das erste Ergebnis
ist zurückzuführen auf die Dämpfung von Hochfrequenzresonanzen durch den porösen
Stoff in dem äußeren Teilraum 12. Diese Dämpfung kommt hauptsächlich dadurch zustande,
daß die Bildung stehender Wellen verhindert wird. Das zweite Ergebnis ist eine Folge
der isothermischen Wellenbewegung, welche in porösen Stoffen bei genügend niedrigen
Frequenzen auftritt (s. L. L. B e r a n e k, Akustik, S. 220, McGraw-Hill Book Company
Inc., New York, 1954). In diesem besonderen Beispiel füllt ein Schaum-Isocyanatharz
mit offener Struktur, welches in Canada unter der Bezeichnung »Collo All Foam« im
Handel ist und einen geschätzten Strömungswiderstand je Einheitsstärke von etwa
50 Dyn - sec - cm-4 hat, den inneren Teilraum fast völlig aus und dazu etwa 20%
des äußeren Teilraums, wobei natürlich in dem lezteren ein angemessener Raum verbleiben
muß, um die Ohrmuschel
ohne Behinderung aufnehmen zu können und
die Abstrahlung des Schalls vom Wandler aus zuzulassen. In diesem besonderen Fall
wird der poröse Stoff nicht in unmittelbarer Nähe der Löcher in der Scheibe 8 angeordnet,
um die Kennwerte des akustischen Widerstandes der Scheidewand zu bewahren. Die Fachleute
werden jedoch erkennen, daß man die Löcher auch durch die porösen Stoffe bedecken
lassen kann, vorausgesetzt, daß diese Löcher vergrößert oder vermehrt werden, um
den durch die Scheidewand dargebotenen gewünschten Wert des akustischen Widerstandes
wiederherzustellen.
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Die Bedeutung einer richtigen Konstruktion des Kissens wird durch
die Kurven VI in den F i g. 2 und 4 hervorgehoben. Selbst unter der Annahme, daß
die Abdichtung praktisch luftdicht ist, wird die Empfindlichkeit bei sehr niedrigen
Frequenzen infolge der ungehinderten Schwingung der Hörkapsel herabgesetzt, wenn
die Federkonstante des Kissens nicht wesentlich größer ist als diejenige der Luft
in dem Hohlraum. In ähnlicher Weise wird die Dämpfung von Störgeräuschen sehr niedriger
Frequenz herabgesetzt und kann sogar zu vernachlässigen sein. Daher ist es für alle
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu empfehlen, ein Kissen von hoher
Federkonstante im ganzen Bügel zu verwenden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann
man den schallschluckenden Stoff selbst dazu verwenden, den inneren und den äußeren
Teilraum 11 bzw. 12, in welche der Raum der Hörkapsel unterteilt ist, zu bestimmen.
In solchen Fällen würde man den porösen Stoff in die Basis der Hörkapsel, welche
den Wandler umgibt und dabei den inneren Teilraum 11 bildet, einbringen. Die äußere
Fläche des porösen Stoffes, welche sich quer über die Hörkapsel zwischen dem Umfang
der Vorderfläche 7 des Wandlers 6 bis zu den Wandungen der Hörkapsel erstreckt,
bestimmt dann die Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren Teilraum. Die Kurven
VII in den F i g. 2 und 4 zeigen die Kennwerte eines Kopfhörers dieser Bauart. In
diesem Falle wird der Strömungswiderstand je Dickeneinheit des porösen Stoffes zu
etwa 250 Dyn - sec - cm-4 geschätzt, also etwa fünfmal größer als derjenige, welcher
erforderlich ist, wenn eine richtig konstruierte Scheidewand des Widerstandstyps
die beiden Teilräume voneinander trennt. Der hohe Strömungswiderstand verhindert
ein merkliches Eindringen des Schalls in den inneren Teilraum 11, abgesehen von
den niedrigen Frequenzen, so daß die äußere Oberfläche des den inneren Teilraum
ausfüllenden porösen Stoffes den Rand einer Widerstandsschwelle bildet. Diese Anordnung
ergibt eine sehr gleichmäßige Empfindlichkeit über einen weiten Frequenzbereich
zusammen mit einer hohen Störgeräuschdämpf ung. Wie aus der F i g. 2 deutlich hervorgeht,
ist nichtsdestoweniger die Empfindlichkeit bei den mittleren Frequenzen verhältnismäßig
niedrig im Vergleich zu den anderen Kopfhörertypen, deren Kennlinien hier dargestellt
wurden. Unter diesen Umständen können Geräte dieses Typs für die Überwachung von
Rundfunksendungen und sonstige Verwendungszwecke, wo die Klangtreue von primärer
Bedeutung ist, eher geeignet sein als bei Sprechverbindungen, wo zwecks optimaler
Verständlichkeit eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit für mittlere Frequenzen
erforderlich ist.
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In einigen Fällen, wo die Geräuschdämpfungscharakteristik nicht von
fundamentaler Bedeutung ist, kann es erwünscht sein, ein verhältnismäßig kleines
Gesamtvolumen des Hohlraums zu haben. Eine sehr verbesserte Gleichförmigkeit des
Ansprechens auf Hochfrequenz (d. h. also größere Klangtreue) kann dann erhalten
werden, indem man in den Hohlraum einen porösen Stoff von schallschluckenden Eigenschaften
einbringt. Ein derartiges Gerät zeigt die F i g. 6. Ein Wandler 6 ist hier mit seiner
Vorderfläche? an einer ringförmigen Platte 14 angebracht, welche an ihrem Umfang
einen kurzen rohrförmigen Abschnitt 15 besitzt; dieser letztere trägt seinerseits
einen einwärts gerichteten ringförmigen Flansch 16, an welchem das Kissen 3 befestigt
ist. Diese Anordnung bestimmt damit einen einzelnen, verhältnismäßig kleinen Hohlraum
17, welcher - wie dargestellt - die Ohrmusche15 aufnehmen kann. Ein poröser Stoff
von verhältnismäßig hohem Strömungswiderstand je Dickeneinheit (in einem typischen
Falle auf etwa 500 Dyn - sec - cm-4 geschätzt) wird in den im allgemeinen ringförmigen
Raum eingebracht, der umgrenzt wird von der Platte 14, dem rohrförmigen Abschnitt
15 und dem Flansch 16, wodurch ein Teil des Hohlraums ausgefüllt wird, jedoch noch
genügend freier Raum zurückbleibt, um die Ohrmuschel aufzunehmen.
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Es soll nunmehr auf die F i g. 7 bis 17 Bezug genommen werden; diese
zeigen spezifische Kopfhörergeräte in einer Konstruktion nach den oben besprochenen
Prinzipien.
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Die F i g. 7 erläutert einen vollständigen Bügel-Doppelkopfhörer mit
verhältnismäßig großen, das Ohr umgebenden Kopfhörern zur Unterbringung der erfindungsgemäßen
Verbesserungen. Für jedes Ohr sind starre, nicht poröse Hörkapseln 1 vorgesehen
und über dem Kopf mittels der beiden Federbänder 21 und 22, welche in der Mitte
aneinander befestigt sind, miteinander verbunden. Die unteren Enden jedes der Bänder
21 und 22 werden erfaßt von den verstellbaren Spannzangen 23, deren unteres
Ende bei 24 drehbar mit den Hörkapseln verbunden ist. Die drehbare Verbindung
zwischen dem unteren Ende der Spannzange 23 und der Hörkapsel sowie die Verstellung
der wirksamen Längen der Bänder 21 und 22 infolge des Spannzangenanschlusses
erleichtern das Anpassen des Kopfbügelgeräts an die verschiedenen Träger und gewährleisten,
daß die Kopfhörer an den die Ohren umgebenden Teil des Kopfes angepreßt werden.
Falls es gewünscht wird, kann ein Kissen 25 aus Schaumgummi oder aus einem Schaumplast
an den Lederstreifen 26, welcher die mittleren Teile der Federbänder 21 und 22 überdeckt,
angeklebt werden. Der Rand jeder Hörkapsel l ist mit einem das Ohr umgebenden Kissen
3 versehen zwecks Herstellung eines praktisch luftdichten Abschlusses mit dem das
Ohr umgebenden Teil des Kopfes, wobei dieses Kissen vorzugsweise eine hohe Federkonstante
hat. Der Wandler 6 mit den üblichen Schallaustrittsöffnungen 7a an seiner Vorderfläche
7 ist in geeigneter Weise innerhalb der Hörkapsel angebracht, wobei die Vorderfläche
7 natürlich der Öffnung der Hörkapsel zugekehrt ist, so daß sie in der Lage am Kopf
des Benutzers dem Ohr gegenüberliegt. Die elektrischen Anschlüsse 27 für jeden Wandler
können in geeigneter Weise durch die Wandung der Hörkapsel hindurchgeführt werden,
vorzugsweise an der Unterseite derselben, so daß die Kabel den Benutzer des Geräts
möglichst wenig behindern.
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F i g. 8 ist ein Querschnitt durch einen Kopfhörer, der zur Verwendung
mit einer Anzahl verschiedener
Scheidewandtypen geeignet ist. Die
Hörkapsel 1 kann aus einem Kunststoff hergestellt werden, vorausgesetzt, daß derselbe
starr genug ist, um Biegungsschwingungen zu verhindern. Die Kanten der Hörkapsel
sind an ein Kissen 3 angeschlossen, vorzugsweise einem solchen mit hoher Federkonstante.
Ein derartiges Kissen ergibt einen praktisch luftdichten Abschluß und verhindert
eine Niederfrequenzschwingung der Hörkapsel als Ganzes. Soweit Zwischen- und hohe
Frequenzen in Frage kommen, reicht die Masse der Hörkapsel in der Regel aus, um
diese Art von Schallverlusten auf ein zu vernachlässigendes Ausmaß herabzusetzen.
Eine ringförmige Scheibe 30, welche zusammen mit dem Wandler 6 eine Scheidewand
bildet, die hier ganz allgemein mit 13 bezeichnet ist, erstreckt sich quer über
die Hörkapsel und ist mit ihrem Umfang starr an den Wandungen der Hörkapsel angebracht,
und zwar - wie dargestellt - mittels eines geeigneten Flansches 31 an der Innenfläche
der Wandung. Diese Scheidewand teilt den gesamten Raum innerhalb der Hörkapsel in
einen inneren Teilraum 11 neben dem Boden der Hörkapsel und einem äußeren
Teilraum 12. In der Mitte der Scheibe verbleibt eine kreisrunde Öffnung 32,
deren Kanten umgebogen sind, um einen kurzen zylindrischen Abschnitt 33 zu bilden,
der - wie dargestellt - in einen einwärts gerichteten Anbauflansch 34 ausläuft.
Der Wandler 6 ist mit seiner Vorderfläche 7 starr an der Scheibe befestigt, und
zwar an dem Anbauflansch 34 mittels geeigneter Befestigungsmittel, wie z. B. der
Kopfschrauben 35. Die kreisrunde Öffnung 32 ist natürlich so bemessen, daß der Schall
aus den Austrittsöffnungen 7a unbehindert abgestrahlt werden kann. Diese Anbauanordnung
ist so getroffen, daß der kurze zylindrische Abschnitt 33 die Vorderfläche 7 des
Wandlers 6 parallel zu aber etwas hinter dem radialen Hauptteil der Scheibe 30 ausgerichtet
ist, so daß zwischen den äußeren Teilen der Vorderfläche 7 und dem inneren Teil
der Scheibe 30 ein Ringraum 36 zustande kommt.
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Wie oben bereits erwähnt wurde, kann man ein gleichmäßigeres Frequenzansprechen
erhalten, wenn man einen der beiden Teilräume 11 und 12 oder auch beide mit einem
porösen schallschluckenden Stoff anfüllt, wobei man dafür Sorge tragen muß, daß
der Betrieb der Löcher oder der elatsischen Membran oder sonstiger Vorrichtungen
zur Herstellung einer frequenzabhängigen Kopplung zwischen den Teilräumen nicht
gestört wird.
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Die jeweilige Konstruktion der Scheibe 30 kann eine Reihe von Formen
annehmen, von denen zwei in den F i g. 9, 10 und 11 dargestellt sind. In der F i
g. 9 sind radiale Rippen 39 vorgesehen, welche sich vom Umfang der Scheibe aus einwärts
bis etwa in den Bereich des Ringraums 36 erstrecken. In- dem inneren Bereich der
Scheibe 30, welcher als eine Begrenzung für den Ringraum 36 dient, ist eine Anzahl
kleiner Löcher 70 vorgesehen, welche - wie dargestellt -mehr oder weniger symmetrisch
angeordnet werden können. In diesem Falle werden sechzig Löcher von je 0,37 mm Durchmesser
verwendet, wobei die Scheibe 0,4 mm dick ist. Den Fachleuten wird es klar sein,
daß in der Größe und Anzahl dieser Löcher sowie in der Scheibendicke erhebliche
Änderungen eintreten können, ohne dabei den Charakter der Scheidewand wesentlich
zu beeinflussen.
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In der F i g. 10 erstrecken sich die Rippen ganz in den zylindrischen
Teil 33, und auch eine kreisförmige Rippe 40 ist vorgesehen. In diesem Falle sind
etwa sechs oder acht Löcher 41 von je 3,5 mm Durchmesser in gleichen Abständen auf
einem Kreise angeordnet, und zwar in dem Bereich des inneren Teils der Scheibe 30,
der die eine Seite des Ringraumes 36 bestimmt. Wie am besten aus der F i g.11 hervorgeht,
sind die Löcher mit einem Gewebe 42 leichten Gewichtes abgedeckt, mit Zwischenräumen,
welche den erforderlichen akustischenWiderstand hergeben. In diesem besonderen Fall
wurde ein Baumwolltuch mit zweiunddreißig Fäden je Zentimeter und mit einem Gewicht
von 40 g/m2 für zufriedenstellend befunden. Wie es den Fachleuten klar sein wird,
könnte man anstatt eines Gewebes auch ein feines Drahtsieb bzw. Metalltuch verwenden.
Scheidewände, welche Scheiben des in den F i g. 9,10 und 11 dargestellten Typs verwenden,
gehören natürlich zu dem Widerstandstyp in dem Sinne, daß das dominirende Kennzeichen
der Kopplung, welche derartige Scheidewände zwischen den beiden Teilräumen bewirken,
deren akustischer bzw. Schallwellenwiderstand ist.
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Eine weitere Scheidewand vom Widerstandstyp ist in den F i g. 12 und
13 dargestellt. In diesem Falle sind der zylindrische Abschnitt 33 und der einwärts
gebogene Anbauflansch 34, mit welchem der erstere zusammenhängt, beseitigt, mit
Ausnahme der drei kleinen Anbaufüßchen 43 und der Kopfschrauben 35, mittels welcher
die Scheibe 30 an der Vorderfläche 7 des Wandlers 6 angeschlossen wird. Auf diese
Weise wird zwischen der Kante der kreisrunden Öffnung 32 und der Vorderfläche 7
ein allgemein zylindrischer Durchgang 44, nur durch die Anbaufüßchen 43 unterbrochen,
gebildet. Der Ringraum 36 ist dann an beiden Enden offen, mit Ausnahme des Teils
bei den Anbaufüßchen 43. Wie in vorhergehenden Fällen sind radiale Rippen 39 und
kreisförmige Rippen 40 vorgesehen, um der Scheibe 30 Steifigkeit zu verleihen. Um
für die erforderliche Widerstandskopplung zwischen dem inneren Teilraum
11 und dem äußeren Teilraum 12
zu sorgen, ist der Raum 36 in diesem
Falle mit einem Schaumplast von niedrigem Strömungswiderstand je Dickeneinheit,
beispielsweise etwa 10 Dyn - See. cm-4, angefüllt.
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Die F i g. 14 zeigt eine Konstruktion einer Scheibe zur Verwendung
bei einer Scheidewand mit in der Hauptsache Trägheitseffekten. Diese Scheibe ist
ähnlich derjenigen nach F i g. 10 und hat daher einen durchlaufenden, aber kurzen
zylindrischen Abschnitt 33 mit dem sich einwärts erstreckenden Anbauflansch 34.
Auch radiale Rippen 39 sind vorgesehen. In diesem Falle werden jedoch nur zwei Löcher
45 und 46 verwendet, und diese erstrecken sich durch den inneren Teil der Scheibe
30 in dem Bereich derselben, welcher die eine Seite des Ringraums 36 bildet. Dar
Durchmesser der Löcher ist in jedem Falle von der Größenordnung von 2 mm; sie bleiben
aber offen, und die Trägheit der durch dieselben hindurchströmenden Luftsäule ist
derart, daß der Grad der Kopplung, den sie zwischen den beiden Teilräumen gewähren,
frequenzabhängig ist.
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Ein ähnlicher Scheidewandtyp mit vorwiegend Trägheitseffekten ist
in den F i g. 15 und 16 dargestellt. Hier ist die Scheibe 30 mit einem zentralen,
kurzen, zylindrischen Abschnitt 33 und einem sich einwärts erstreckenden Anbauflansch
34 - wie oben besprochen - versehen, jedoch sind hierbei auch vier verhältnismäßig
große Fenster 47 bis 50 in der Scheibe in einer solchen Weise gebildet, daß die
Ränder der Fenster dünne vertikale Rippen 51 bilden, welche der
Scheibe
Steifigkeit verleihen. Die Fenster sind durch vier Speichenelemente 52 bis 55 voneinander
getrennt, wobei die beiden kürzeren, 53 und 55, zweckmäßigerweise etwa zweimal so
breit gemacht werden wie die längeren Speichenelemente 52 und 54. An der Überfläche
der Scheibe ist eine elastische Membran 56 befestigt, welche dem äußren Teilraum
12 zugekehrt ist. 1n dem vorliegenden Fall besteht die Membran 56 aus einer Vinylitfolie
von 0,1 mm Stärke. Bei dieser Anordnung ist die Trägheit der Vinylitfolie so bemessen,
daß ein wechselnder Grad der Kopplung zwischen dem inneren und dem äußeren Teilraum
zustande kommt. Wie zuvor können der innere und der äußere Teilraum vorteilhafterweise
mit einem porösen, schallschluckenden Stoff angefüllt werden, wobei man aber dafür
sorgen muß, daß die Schwingungen der Membran nicht behindert werden.
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Die F i g. 17 zeigt eine Ausführungsforti der vorliegenden Erfindung,
bei welcher keine Metallscheibe 30 vorhanden ist. In diesem Falle wird der poröse
schallschluckende Stoff 60 in den Boden der Hörkapsel eingebracht und erreicht auswärts
- wie dargestellt - die Seiten der Hörkapsel. Der Wandler 6 ist an der Hörkapsel
in irgendeiner zweckmäßigen Weise befestigt, beispielsweise mittels der Kopfschrauben
61 und der Distanzstücke 62. Der poröse schallschluckende Stoff füllt den Teil der
Hörkapsel, welcher den hinteren Teil des Wandlers 6 umgibt, völlhy aus und erstreckt
sich ebenso von dem Umfang der Vorderfläche 7 aus bis zum Rande der Hörkapsel, wobei
er eine äußere allgemein kegelförmige Oberfläche 63 bildet. Durch die Anordnung
des schallschluckenden Stoffes in dieser Weise werden innerer Teilraum 11 und äußerer
Hohlraum 12 bestimmt. Der durch den porösen Stoff der Luftströmung entgegengesetzte
Widerstand macht nämlich den Teil des Hohlraums 1.0, welcher zu dein effektiven
Kopplungsvolumen gehört, frequenzabhängig, so daß dieses Volumen bei zunehmender
Frequenz abnimmt. Überdies hemmt, wie bereits erwähnt wurde, die Gegenwart des prorösen
Stoffes die Bildung stehender Wellen und macht damit das Ansprechen auf Hochfrequenz
gleichmäßiger.