DE2006249A1 - Headphones with unshielded transducers - Google Patents
Headphones with unshielded transducersInfo
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Description
A K G- Akustische u. Kino-Geräte Gesellschaft.nub,E. 1150 Wien, Nobilegasse 50 (Österreich)A K G- Acoustic and cinema equipment Gesellschaft.nub, E. 1150 Vienna, Nobilegasse 50 (Austria)
Kopfhörer mit freistrahlenden SchallwandlernHeadphones with unshielded transducers
Gegenstand der Erfindung ist ein Kopfhörer mit freistrahlenden Schallwandlern, deren Membranen bei aufgesetztem Hörer von der Impedanz des Ohres nicht belastet werden, welcher.Kopfhörer erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnetjist, daß einerseits die Membranen vorwiegend massegehemmt und durch akustische und bzw. oder mechanische Reibungswiderstände gedämpft sind, anderseits Maßnahmen getroffen sind, wie beispielsweise Stützelemente zwischen Kopf und Hörermuschel, Öffnungen großen Querschnitts in jeder Hörermuschel, oder besondere Bügelausbildung, durch die ein Mindestabstand zwischen Membran und dem Eingang des Gehörganges sichergestellt ist, welcher Abstand praktisch dem berührungsfreien Tragen der Schallwandler entspricht.The invention relates to headphones with Free-radiating sound transducers whose membranes are not affected by the impedance of the ear when the receiver is on which.Headphone according to the invention is characterized in that that on the one hand the membranes are predominantly mass-inhibited and by acoustic and / or mechanical Frictional resistances are damped, on the other hand, measures are taken, such as support elements between Head and ear cup, openings of large cross-section in each ear cup, or special bracket design through which a minimum distance between the membrane and the entrance of the ear canal it is ensured that the distance practically corresponds to the contact-free wearing of the transducers.
Kopfhörer, die nicht dicht am Ohr aufzusitzen brauchen, sind unter der Bezeichnung "Hörer ereter Ordnung" oder "offener Hörer" bekannt geworden. Es handelt sich dabei um Hörer, deren Membran nicht der vollen dämpfenden Wirkung der Impedanz des äußeren Gehörganges ausgesetzt ist, sondern je nach dem Grad des losen Sitzes oder des teilweise durchlässigen weichen Polsters zwischen Hörer und Ohr eineHeadphones that do not sit close to your ear need are under the designation "Ereter order listeners" or "open listener" became known. These are listeners whose membrane does not have the full dampening effect exposed to the impedance of the external auditory canal, but depending on the degree of loose fit or partial permeable, soft cushion between the listener and ear
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geringere Impedanz ala dämpfendes Element für die Membran auftritt. Damit jedoch, sind Änderungen des Frequenzverlaufes des Schalldruckes am Ohr, insbesondere ein Verlust an tiefen Frequenzen, verbunden. Es wurde versucht, die Resonanzfniuenz der kleinen Membran durch Belastung mittels eines in einer oder mehreren engen Bohrungen sitzenden akustischen Masse herabzusetzen. Dabei treten jedoch störende Resonanzspitzen im Bereich höherer Frequenzen auf.lower impedance as a damping element for the membrane occurs. However, this means that changes in the frequency profile of the sound pressure at the ear are, in particular, a loss at low frequencies. An attempt was made to increase the resonance frequency of the small membrane by means of loading to reduce an acoustic mass sitting in one or more narrow bores. However, there are disturbing Resonance peaks in the range of higher frequencies.
Vorliegende Erfindung betrifft einen Kopfhörer, dessen Schallwandler in der Art eines Lautsprechers mit freistrahlender Membran arbeitet. Es wird dabei von der dämpfenden Wirkung der Ohrimpedanz nicht Gebrauch gemacht, sondern die schwingungsmechanischen Eigenschaften des Schallwandlers durch im Wandler befindliche Dämpfungen beeinflußt. Weiters ist es Ziel der Erfindung, die verschiedenen Methoden und Konstruktionen für die Anordnung der Wandler vor dem Ohr anzugeben.The present invention relates to headphones whose sound transducer is in the form of a loudspeaker free radiating membrane works. The dampening effect of the ear impedance is not used, but the vibration-mechanical properties of the sound transducer are influenced by the damping in the transducer. Another object of the invention is the various methods and constructions for the arrangement of the Specify transducer in front of the ear.
Zur Lösung der Aufgabe, die Membran so zu bedampfen, daß sie im ganzen Hörbereich bei konstantem Strom durch die Tauchspule konstanten Schalldruck am Gehöreingang liefert, können sowohl die physikalischen Gesetze für freistrahlende Membranen, als auch die Ergebnisse der Untersuchungen für Strahler erster Ordnung im Nahfeld der sich kugelförmig ausbreitenden Schallwellen und die Schallausbreitung von im Vergleich zur Wellenlänge kleinen Membranen, die rückseitig an einen geschlossenen Hohlraum (sog.Boxen) angeschlossen sind, herangezogen werden.To solve the problem of steaming the membrane in such a way that it has a constant current in the entire listening area delivers constant sound pressure at the ear entrance through the plunger coil, both the physical laws for freely radiating membranes and the results of the examinations can be used for first order radiators in the near field of the spherically propagating sound waves and the sound propagation of small membranes compared to the wavelength, which are attached to a closed cavity on the back (so-called boxes) are connected.
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 aufrecht hält, wobei es nicht daraufIn essence, it is a question of "sound transducers located at a distance in front of the ear canal, whose effect on the ear should be so perfect that the naturalness of language and music is preserved. This arrangement has the advantage that the listener maintains contact with the surrounding space, not on it
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ankommt, daß Geräusche vorhanden sind, sondern der nicht bewußt werdende Raumeindruck der Umgebung wirkt.what matters is that there are noises, but not The spatial impression of the surroundings that is becoming conscious has an effect.
Weiters ist bei der beschriebenen Anordnung das Fehlen des die Transpiration fördernden Abschlusses des Ohres und des äußeren Gehörganges ein Fortschritt.Furthermore, in the described arrangement the lack of a degree that promotes perspiration of the ear and the external auditory canal is a step forward.
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.To realize the invention, the construction to design the converter differently than was usual up to now. The small diaphragm made of metal, paper or plastic or a combination of these materials must be very flexible Have storage so that the resonance frequency is in the range of the lowest frequencies, expediently between 50 and 120 Hz. The damping of the membrane is extreme critical because they are solely responsible for the acoustic effect on the Ear is decisive. The damping must not cause any resonances through the formation of cavities and must be largely ohmic be.
. Unter Massehemmung versteht man ein bestimmtes Verhältnis der Amplitude der Membran in bezug auf den durch die Tauchspule fließenden Strom in Abhängigkeit von der Frequenz. Massehemmung liegt 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 Förderung 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 laßt 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, was sich in einem Verlust an Baßwiedergabe. By mass inhibition one understands a certain ratio of the amplitude of the membrane with respect to the Current flowing through the plunger coil as a function of the frequency. There is a mass inhibition when at constant Current in the plunger coil the amplitude of the membrane increases quadratically with decreasing frequency. The resonance frequency the membrane must lie at the lower limit of the transmission range, as is the case with free radiating Speakers is known. For small diaphragms from 3 to 5 cm diameter, as it is necessary for headphones, After deep tuning of the membrane, the promotion results in an extremely flexible mounting of the membrane. In order to meet the required amplitude ratio, the attenuation is necessary the membrane by means of acoustic frictional resistance to do exactly. Insufficient attenuation leave the Membrane perform oversized amplitudes in the resonance frequency, a striking of the membrane or the plunger coil cause mechanical destruction on the magnet system. Too much damping causes the vibration state of the membrane from mass inhibition to frictional inhibition passes over, resulting in a loss of bass reproduction
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im Kopfhörer äußert. Die Dämpf ling muß gerade 80 groß sein, daß eine Resonanzüberhöhung verhindert wird und das Gesetz für Massehemmung erfüllt ist.expresses in the headphones. The damper must be just 80 that an excessive resonance is prevented and the law for mass inhibition is fulfilled.
Um allfällige Hohlraumresonanzen zwischen der Membran und dem Ohr zu unterbinden, kann 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.In order to prevent any cavity resonances between the membrane and the ear, the Membrane damping material, for example foam Or the like. Be arranged, which, however, must not rest on the ear so that no heat build-up occurs »the to one Could lead to perspiration. The damping material must also be selected and arranged so that the useful sound does not have any significant attenuation, in particular frequency-dependent Art learns.
Die Konstruktion der Halterung der Wandler kann z.B. 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 Abwandlung der Konstruktion ist vorgesehen, die Öffnungen wahlweise zu schließen, um verschiedene akustische Wirkungen zu erhalten. Sind die öffnungen nicht verschlossen, so arbeiten die Wandler wie freistrahlende Lautsprecher, wobei das Ohr im Nahfeld der Membran arbeitet. Sind die Öffnungen geschlossen, dann wirkt die Impedanz des äußeren Gehörganges dämpfend auf die Membran, so daß aus der überwiegend massegehemmten Membran eine reibungsgehemmte Membran wird.The construction of the mounting of the transducers can, for example, be such that the headband is above Both ears are supported on the head and the transducers are hung on the bracket, or ear cups can be provided be that have wide openings through which the cavity formed on the ear communicates with the outside air stands. The openings also serve for ventilation, which is desirable for hygienic reasons. In modification The construction is designed to selectively close the openings in order to obtain different acoustic effects. If the openings are not closed, the converters work like unshielded loudspeakers Ear works in the near field of the membrane. If the openings are closed, the impedance of the external auditory canal acts damping on the membrane, so that the predominantly mass-inhibited membrane becomes a friction-inhibited membrane.
In der Zeichnung ist inIn the drawing, in
Fig.1 in einer schematischen Schnittdarstellung die Erfindung im Prinzip gezeigt, welche Ausführungsform auch als ein erstes Beispiel gelten soll, das gemäß1 shows the invention in a schematic sectional illustration shown in principle, which embodiment is also to apply as a first example according to
Fig.2 in ein weiteres Ausführungsbe-'.spiel überführt werden kann, wogegen in2 in a further exemplary embodiment can, whereas in
Fig.3 ein bevorzugtes Ausführungabelspiel dargestellt ist,Fig. 3 shows a preferred embodiment table game,
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"bei dem zwischen dem Hörer und dem Ohr verschließ-"bare Öffnungen vorgesehen sind."in which between the listener and the ear-" can be closed Openings are provided.
Der elektroakustische Wandler, vorzugsweise ein elektrodynamisches System, ist mit 1 bezeichnet und im eigentlichen Hörergehäuse 2 untergebracht'. Mit der strichlierten Iiinie ist die Membran 3 angedeutet. Damit der Hörer nicht unmittelbar am Ohr 5 anliegt, sind Stützelemente 4 vorgesehen, die zwischen dem Rand 8 des Gehäuses 2 und dem Ohr 5 einen Abstand von einigen Millimetern liefern.The electroacoustic transducer, preferably an electrodynamic system, is denoted by 1 and housed in the actual receiver housing 2 '. The diaphragm 3 is indicated with the dashed line. In order to the listener does not lie directly on the ear 5, support elements 4 are provided between the edge 8 of the housing 2 and the ear 5 provide a distance of a few millimeters.
Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig.T dargestellten dadurch, daß zur Vermeidung von eventuellen Hohlraumresonanzen zwischen Ohr und Membran 3 vor dieser ein dämpfendes Material öangeordnet ist. Das Dämpfungsmaterial hat in Fig.2 die Form einer zylindrischen Scheibe, welche Form auoh 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. .The embodiment shown in Figure 2 differs from that shown in Figure T in that that to avoid possible cavity resonances between the ear and membrane 3 in front of this a damping material is arranged. The damping material has in Fig.2 Shape of a cylindrical disc, which shape auoh in the Practice is entirely appropriate. If necessary, can However, this disc shape can also be departed from, with conical shapes primarily being considered, their thinnest point comes to lie in the middle of the membrane. It is essential that the damping material is not on Ear, as it is a poor conductor of heat Would cause heat build-up, which could give rise to perspiration. .
An Stelle der Abstandselemente 4 in Form zyliftdrisehei* Stöpsel könnte auch ein aus dem Rand 8 des Hörergehäuat· 2 vorstehender Ring verwendet werden, der an seiner zylindrischen Mantelfläche mit öffnungen versehen ist, die gegebenenfalls verschlossen werden können.Instead of the spacer elements 4 in the form of zyliftdrisehei * A ring protruding from the rim 8 of the receiver housing 2 could also be used, which provided with openings on its cylindrical surface which can be closed if necessary.
Zu diesem Zweck wird ein den ersten Ring umschließender zweiter Ring vorgesehen, der öffnungen aufweist, die in einer bestimmten Stellung des zweiten, verdrehbaren Ringes mit den Öffnungen des ersten Ringes Übereinstimmen. DurchFor this purpose, a ring is used which surrounds the first ring second ring is provided which has openings in a certain position of the second, rotatable ring with the openings of the first ring coincide. By
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Verdrehendes zweite^, äußeren Ringes können die öffnungen allmählich geschlossen werden. Zweckmäßigerweise wird man die Öffnungen als Längsschlitze ausbilden.The openings can be opened by twisting the second, outer ring to be closed gradually. The openings will expediently be designed as longitudinal slots.
Bei dieser Konstruktion ist es möglich, den Zugang zum Ohr von der außerhalb des Hörers befindlichen Luft zu verschließen, wodurch einerseits verschiedene akustische Effekte erzielt werden können, anderseits das Ohr gegen von außen kommende Geräusche weitgehend abschirmbar ist.With this construction it is possible to gain access to the ear from outside the listener To seal air, which on the one hand can achieve various acoustic effects, on the other hand that Ear can largely be shielded against external noises.
Dies ist erfindungsgemäß dadurch erzielbar, daß die Abstandselemente 4- der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele durch ein den Hörerrand umschließendes ringförmiges Chassis 21, vorzugsweise aus Kunststoff, ersetzt sind, das mit Öffnungen 23 an seinem Umfang versehen ist. An seinem dem Ohr zugewendeten Rand besitzt das ringförmige Chassis 21 einen weichen Wulst 22, der mit einer Flüssigkeit oder mit Schaumstoff gefüllt sein kann. Um den Mantel des Chassis 21 ist ein weiterer, zylinderförmiger Ring 24 gelegt, der öffnungen"25 aufweist, die in einer Stellung mit den öffnungen 23 im Chassis übereinstimmen, so daß eine Entlüftung des zwischen Hörer und Ohr durch das Chassis 21 geschaffenen Raumes möglich ist. Wird der Ring 24 verdreht, werden die öffnungen 23 durch die Stege zwischen den öffnungen 25 im Ring 24 mehr und mehr verkleinert, bis sie schließlich vollkommen abgedeckt, d.h. verschlossen sind. An Stelle eines Ringes können beliebige Betätigungsorgane vorgesehen sein, z.B. in Gestalt einer Scheibe, eines Kegelmantels usw., die gestatten, die öffnungen an der Mantelfläche des Kopfhörers ganz oder partiell zu schließen.According to the invention, this can be achieved in that the spacer elements 4- of the ones shown in FIGS Embodiments by an annular chassis 21 enclosing the edge of the receiver, preferably from Plastic, are replaced with openings 23 on his Scope is provided. On its edge facing the ear, the annular chassis 21 has a soft bead 22, which can be filled with a liquid or with foam. Around the shell of the chassis 21 is another placed cylindrical ring 24, which has openings ″ 25, which coincide in one position with the openings 23 in the chassis, so that ventilation of the space created between the listener and ear by the chassis 21 is possible. If the ring 24 is rotated, the openings 23 become more and more due to the webs between the openings 25 in the ring 24 reduced in size until they are finally completely covered, i.e. closed. Instead of a ring, any Actuators can be provided, for example in the form of a disc, a cone jacket, etc., which allow the Openings on the jacket surface of the headphones completely or partially close.
Zur Dämpfung von eventuell auftretenden Hohlraumresonanzen kann auf dem Schutzgitter 10 vor der Membran 3 ein schalldurohlässiger Schaumstoffpolster 6 angeordnetFor damping any cavity resonances that may occur A sound-permeable foam pad 6 can be arranged on the protective grille 10 in front of the membrane 3
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sein, wie dies bereits bei dem Ausführung sbeispiel nach. Pig:.2 näher beschrieben wurde. Der Antrieb der über die weiche Halterung 28 aufgehängten Membran 3, die durch eine Zentriermembrane 9 geführt ist,, erfolgt zweckmäßigerweise durch ein elektrodynamisches Wandlersystem, be-* stehend aus einem Magnet 11, einem Bolzen 12, einer vorderen Magnetplatte 13 und einer rückwärtigen Magnetplatte 14. Bin Entlüftungskanal 15 im Bolzen 12 führt vom zentralen Teil der Membran 3 nach außen, in den von der Abschlußkappe 18 umschlossenen Raum, mit dem auch die außerhalb der Tauchspule 16 liegenden Membranteile über Entlüftungslöcher 17 verbunden sind. In der Abschlußkappe 18 sind weitere Öffnungen 19 vorgesehen, um die Verbindung mit der Außenluft herzustellen. Mit 20 sind schließlich die Zapfen bezeichnet, an denen der Kopfhörer am Bügel beweglich angeordnet werden kann. Unter der Abschlußkappe 1"θ kann Dämpfungsmaterial eingebracht sein.be, as is already the case with the execution example according to. Pig : .2 was described in more detail. The drive of the membrane 3, which is suspended over the soft holder 28 and which is guided through a centering membrane 9, is expediently carried out by an electrodynamic transducer system consisting of a magnet 11, a bolt 12, a front magnetic plate 13 and a rear magnetic plate 14 A ventilation channel 15 in the bolt 12 leads from the central part of the membrane 3 to the outside into the space enclosed by the end cap 18, with which the membrane parts located outside the plunger coil 16 are also connected via ventilation holes 17. In the end cap 18 further openings 19 are provided in order to establish the connection with the outside air. Finally, the pins on which the headphones can be movably arranged on the bracket are denoted by 20. Damping material can be introduced under the end cap 1 ″ θ.
Obwohl ein nach der Erfindung ausgebildeter Kopfhörer verhältnismäßig groß wirkt, ist seine Benützung dennoch sehr angenehm, da er trotz seiner Größe sehr leicht ist und keinen auf die Dauer lästig werdenden Druck auf das Ohr ausübt. Der durch ihn erzielte Effekt entspricht praktisch dem Anhören einer Lautsprecherwiedergäbe 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 e.iner wesentlich geringeren elektrischen Leistung am Ausgang des Verstärkers das Auslangen gefunden werden kann.Although a headphone designed according to the invention looks relatively large, its use is nevertheless very pleasant, as it is very light despite its size and no pressure on the Ear exercises. The effect achieved by it is practically equivalent to listening to a loudspeaker playback all in one Space, as the spacer bracket also means the room noises can be overheard and the impression of the closed, as it is with the usual headphone reception results, thus not applicable. Because each ear has a Transducer is assigned, can stereophonic performances very clean and much easier to transmit than with speakers, with full compliance with that of speakers familiar sound image or sound impression with a significantly lower electrical power on the Output of the amplifier that suffices can be found.
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