DE2335201A1

DE2335201A1 - Ohrbeschallungssystem fuer einen kopfhoerer zur mehrkanaligen tonwiedergabe

Info

Publication number: DE2335201A1
Application number: DE19732335201
Authority: DE
Inventors: Joh Fr Fischer; Erhard Michaelis; Hans-Peter Querfeld; Paul-Friedrich Warning
Original assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1973-07-11
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-02-06
Also published as: DE2335201B2; DE2335201C3

Description

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SENNHEISER electronic Dr. Ing. Fritz Sennheiser

Ohrbeschallungssystem für einen Kopfhörer zur melirkanaligen Tonwiedergabe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ohrbeschallungssystem für einen Kopfhörer zur mehrkanaligen Tonwiedergabe. Derartige Ohrbeschallungssysteme enthalten mindestens eine Schallsignalquelle und weitere akustische Mittel, um den Schall dem Ohr zuzuleiten. Für einen Kopfhörer werden in bekannter Weise ein Paar dieser Ohrbeschallungssysteme durch einen Bügel miteinander verbunden.

Mehrkanalige Tonwiedergabeeinrichtungen werden vorzugsweise für die zweikanalige bzw_o für die vierkanalige Stereophonie, die auch Quadrophonie genannt wird, hergestellte Besonderer Wert wird auf Wiedergabeeinrichtungen gelegt, die einen Vorwärts- und Rückwärtseindruck vermitteln,. Bei der Wiedergabe üb£r Kopfhörer gilt als anerkannt, daß zwei Kanäle, von denen jeder einem Ohr zugeordnet wird, für die natürliche Übertragung eines Raumeindruckes ausreichen, sofern eine bestimmte Aufnahmetechnik angewendet wird. Die sich auf den sogenannten Kunstkopf begründende Aufnahmetechnik hat sich jedoch aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aus dem der fehlenden Kompatibilität, nicht durchgesetzt₀

über vierkanalige sogenannte quadrophone Wiedergabeeinrichtungen, bei denen für jede Wiedergabeschallquelle ein eigener

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27.6.1973 Ubertragungskanal vorhanden ist, ist in vielfacher Weise bei der Wiedergabe über Kopfhörer versucht worden, dem Hörenden einen Vorwärts- Rückwärtseindruck oder zumindest einen verbesserten Raumeindruck zu vermitteln. Bei zweikanaligen Anlagen dagegen werden beispielsweise über akustische frequenzabhängige Amplituden- und Laufzeitgeber oder über elektrische Matrizen aus den beiden Signalen Hilfssignale für zusätzliche Schallquellen abgeleitet. Die Wiedergabe erfolgt in jedem der oben genannten Fälle vorzugsweise über vier Schallquellen, die in der Nähe des Kopfes angeordnet sind.

Der Versuch, in der Nähe des Kopfes vier einzelne Schallquellen anzuordnen, ist zwar nicht abwegig, führt jedoch zu großen Abmessungen eines Kopfhörers und im Vergleich zu den klein gebauten üblichen Kopfhörern werden hohe Wiedergabeschallpegel benötigt. Es ist daher vorgeschlagen worden, vor jedem Ohr Kapseln anzuordnen, in denen sich Schallgeber befinden, die den Schall der zugehörigen Kanäle dem Ohr zuführen. Durch die Deutsche Auslegeschrift 2 126 677 und die Deutsche Offenlegungsschrift 2 113 073 sind Kopfhörer bekannt geworden, in deren Ohrbeschallungssystemen, die aus geschlossenen Kapseln bestehen, die Schallgeber nach besonderen Regeln räumlich zueinander angeordnet sind. Auch sind Mittel vorgeschlagen worden, mit denen die in den

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Kapseln erzeugten verschiedenen Schallereignisse dem Ohr getrennt oder gemischt zugeführt werden sollen, um die Wirkung eines äußeren Schallfeldes auf das unbewehrte Ohr nachzubilden.

Diese Vorschläge können jedoch nicht die Nachteile des Hörens über Kopfhörer bisher bekannter Bauart beseitigen. Als Nachteile seien im wesentlichen die ungenügende Vorwärts- Rückwärt sortungsmöglichkeit und die Lokalisation der natürlichen Schallquelle nahe am oder im Kopf aufgeführt.

Bei den bisher bekannten Kopfhörern ist offenbar nicht be-, achtet worden, daß die Wände der Kapsel den Schall reflektieren, da sie nicht schalldurchlässig sind und daß somit die Kapsel bei tiefen Frequenzen, bei denen die Wellenlänge größer als die Abmessungen der Kapsel ist, als Druckkammer wirkt und daß sich bei hohen Frequenzen, bei denen die Wellenlänge des Schalles kleiner als die Kapselabmessung ist, stehende Wellen ausbilden. Diese Effekte können allein durch eine Auskleidung der Kapseln mit schalldämmendem Material aus akustischen Gründen nicht beseitigt werden.

Die Ortungsmöglichkeit ist hierdurch außerordentlich erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht und der bekannte Hohlraumklangeffekt entsteht.

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Beim natürlichen Hören befinden sich jedoch Kopf und insbesondere die Ohren jeweils in einer vorwiegend fortschreitenden nahezu ebenen Welle, und Reflexionen beispielsweise an den Wänden eines Konzertraumes erreichen zeitlich richtig gestaffelt so die Ohren, daß die Raumgeometrie akustisch erfaßt werden kann.

Die Reflexionen an den Innenwänden einer Kapsel dagegen werden vom Gehör als von einer zu engen Begrenzung ausgehend erkannt und können bestenfalls als Suggestion eines größeren Raumes dienen, wobei jedoch die Ortungsfähigkeit, insbesondere die Vorwärts/ Rückwärtsortung, stark eingeschränkt wenn nicht unmöglich wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik und unter Berücksichtigung der im vorletzten Absatz erläuterten physikalischen Grundlagen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Ohrbeschallungssystem geringen geometrischen Ausmaßes zu schaffen, das an dem Ohr ein künstliches Schallfeld erzeugt, welches dem natürlichen Schallfeld nahekommt und die oben angeführten Nachteile der Kapselsysteme vermeidet»

Ein Ohrbeschallungssystem nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mit ihrer Längsachse in Blickrichtung des Hörenden verlaufende akustische Leitung, welche in der am Kopf zugewandten Teilmantelfläche eine Öffnung zur Ankoppelung des

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Schalls auf das Ohr aufweist, wobei Anpassungsmittel zwischen dem Kopf und der Leitung vorgesehen sind, und an den Enden der Leitung durch akustische Wirkwiderstände ein nahezu reflexionsfreier Abschluß und die Einspeisung des oder der Schallsignale erfolgt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmenο

Anhand der Zeichnung wird der Gegenstand der Erfindung nachstehend beispielsweise erläutert. Im einzelnen zeigen Fig. 1 und 2 die Anordnung von zwei Ohrbeschallungs-

systeinen am menschlichen Kopf

Fig« 3 die Einzelheiten eines Ohrbeschallungssystems
Fig. k) 5 und 6 zweckmäßige Weiterbildungen eines ühr-

beschallungssystems

Fig. 7 die akustische Verkuppelung von zwei

Ohrbeschallungssystemenο

In den Figuren 1 und 2 ist in Aufsicht und Ansicht die Anordnung eines Ohrbeschallungssystems in doppelter Ausführung am menschlichen Kopf dargestellt. Die Ohrbeschallungssysteme 10 und 11, die gemäß einem der kennzeichnenden Merkmale der Erfindung durch akustische Leitungen gebildet werden, sind be-

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züglich ihrer Längsachse 12 und 13 annähernd in Blickrichtung B des Hörenden ausgerichtet. In der in Figur 2 gezeigten Ansicht ist zu erkennen, wie die Ohrbeschallungssysteme IO und 11 durch einen Bügel Ik als einer von mehreren möglichen Befestigungsarten am Kopf gehalten werden. Der hier gezeigte kreisrunde Querschnitt der die Ohrbeschallungssysteme bildenden akustischen Leitungen ist nur ein Beispiel für eine mögliche Ausführungsart derselben, ohne die Erfindung zu begrenzen«. Aus akustischen und/ oder ästhetischen Gründen können die Leitungen z.B. auch einen rechteckigen oder ovalen Profilquerschnitt aufweisen.

Figur 3 zeigt ein Ohrbeschallungssystem in seinen Einzelheiten. In der dem Kopf zugewandten Teilmantelfläche 15 ist einCÖffnung l6 zur Kopplung des in der akustischen Leitung 17 vorhandenen Schalls auf das Ohr vorhanden. Ein Anpassungsmittel 18, das z.B. aus einem Schaumgummiwulsfc bestehen kann, paßt die das Ohr umgebende Kopffläche an das Ohrbeschallungssystem an« Das vordere und hintere Ende der akustischen Leitung 17 j jeweils mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichnet, wird nahezu reflexionsfrei durch akustische Wirkwiderstände 20 abgeschlossen. Als akustische Widerstände sind die dem Fachmann bekannten Mittel wie Seiden oder Filze anwendbar; auch feine gelochte Bleche, ZeB. durch galvanische oder Ätzverfahren hergestellte Siebbleche können allein oder in Kombination mit den zuerst genannten Seiden oder Filzen vorgesehen werden.

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An den Enden 19 der akustischen Leitung 17 werden erfindungsgemäß auch die Schallsignale eingekoppelt. Vorzugsweise sind zwei Schallquellen 21 und 22 vorgesehen. Die Schallquellen können gemäß dem kennzeichnenden Merkmal eines UnteranSpruchs direkt an der akustischen Leitung 17 angeordnete elektroakustische Wandler sein. Die zur Leitung hin angeordneten Impedanzen der elektroakustischen Wandler sind Bestandteil des gesamten nahezu reflexionsfreien Abschlusses der akustischen Leitung 17ο Um einen besonders guten Abschluß zu erreichen» sollten einem weiteren Vorschlag entsprechend die Wandler über einen Frequenzbereich von mehr als einer Oktave vorwiegend widerstandsgehemmt arbeiten,. Diese Widerst an dshemmung kann durch akustische Strömungswiderstande erreicht werden, die bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Teile 23 und 2k an den hinteren Wandlerausgängen angeordnet sind.

Durch die bisher beschriebenen Mittel wird in erfinderischer Weise erreicht, daß in der akustischen Leitung 17, die wesentlicher Bestandteil des Ohrbeschallungssystems ist, vorwiegend

fortschreitende nahezu ebene Wellen erzeugt werden. Da sich das äußere Ohr an oder teilweise in der akustischen Leitung befindet, wird vor demselben ein Schallfeld erzeugt, das dem

natürlichen Schallfeld sehr ähnlich ist. Das Gehör kann daher seine natürlichen Mittel zur Vorwärts- und Rückwartsunter-

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scheidung einsetzen.

Das sich an oder teilweise in der akustischen Leitung "befindliche Ohr "beeinflußt das Schallfeld wie auch beim natürlichen Hören ohne Kopfhörer. Es läßt sich durch lies sung nachweisen, daß z.B. der Bereich um 4 IcHz bei der Beschallung von vorne, also durch die vorderen Schallwandler, stärker betont ist als bei der Beschallung durch die rückwärtigen Schallwandler, obwohl beide mit gleicher Intensität strahlen. Dieser Effekt, der die Ortungsfähigkeit des Ohres unterstützt, kann dadurch verstärkt werden, daß akustische oder elektronische Mittel zur Beeinflussung dieser Schallsignale, die in die in Blickrichtung vornliegenden Enden der akustischen Leitung eingespeist werden, vorhanden sind, beispielsweise derart, daß die Amplituden der Schallsignale im Frequenzbereich um 4 kHz erhöht werden.

Durch das äußere Ohr wird die Ausbildung der fortschreitenden ebenen Wellen der akustischen Leitung 17 etwas gestört. Störschall, der durch Reflexion am Ohr und an der gegenüberliegenden Mantelfläche 25 hervorgerufen wird, kann einem Merkmal eines weiteren Unteranspruchs entsprechend durch die Öffnungen 26, die mit einem akustischen Widerstandsmaterial 27 abgedeckt sind, ausgeschaltet werden.

Durch das äußere Ohr wird die Ausbildung der fortschreitenden ebenen Wellen der akustischen Leitung 17 etwas gestört. Stör-

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schall, der durch Reflexion ata öhr und an der gegenüberliegenden Mantelfläche 25 hervorgerufen wird, kann einem Merkmal eines weiteren UnteranSpruchs entsprechend durch die Offnungen 26, die mit einein akustischen Widerstandsmaterial 27 abgedeckt sind, ausgeschaltet werden.

Bei einer anderen Ausführungsform des Ghrbeschallungssystems nach der Erfindung werden, wie in Figur k schematisch dargestellt ist_t die Schallsignale nicht unmittelbar von den elektroakustisehen Wandlern in die Enden der akustischen Leitung 17 eingespeist, sondern über besondere Schalleitungen 28 und 29 an die Kinspeisungsstellen geführte Diese Schallleitunge» sind ebenfalls nahezu reflexionsfrei abgeschlossen, wobei die Impedanz einer Schalleitung Teil der jeweiligen Abschlußwiderstände 20 der akustischen Leitung 17 sind. Durch diese Art der Ankopplung der elektroakustischen Wandler und 22 an die akustische Leitung 17 ist eine gewisse Freizügigkeit in der konstruktiven Gestaltung des Ghrbeschallungs— systems gegeben« Ferner kann durch diese Anordnung der akustischen Bauelemente: Wandler 21 C22) - Schalleitung C29) - akustischer Widerstand 20 - akustische Leitung 17 eine Transformationswirkung erzielt werden, so daß die Wandler 21 und 22 optimal an die akustische Leitung 17 angepaßt werden können. Die rückwärtigen Schallauslässe der Wandler 21 und 22 sind auch hier mit akustischen Widerständen 23 und 2% versehen„

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Eine zweckmäßige Anordnung der Schalleitungen bei einem Ohrbeschallungssystem nach der Erfindung ist in Figur 5 gezeigt. Die Schallwandler 21 und 22 sind mit den akustischen Widerständen 23 und 24 belastet und speisen den Schall über die Schalleitungen 28 und 29 in die Enden der akustischen Leitung 17 ein, deren jeweiliges Ende unter Einschluß der Schalleitungsimpedanz mit dem akustischen Widerstand 2O nahezu reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Es ist bereits oben beschrieben worden, daß es vorteilhaft sein kann, die elektroakustischen Wandler widerstandsgehenunt zu betreiben, wobei einem Beispiel zufolge die Hemmung durch Strömungswiderstände erfolgt. Diese Widerstandshemmung kann jedoch einem Merkmal eines weiteren UnteranSpruchs entsprechend dadurch gekennzeichnet sein, daß die elektroakustischen Wandler durch den akustischen Widerstand einer jedem Wandler zugeordneten und an diesen angekoppelten Schallleitung erfolgt. In Figur 6 werden die Wandler 21 und 22 durch die akustischen Widerstände der Schalleitungen 30 und 31 S^e~ hemmt, die ihrerseits mit den akustischen Widerständen und 33 abgeschlossen sind und beispielsweise in das freie Schallfeld münden. Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, daß der rückwärtige Schall der Wandler 21 und 22 infolge des l/R-Gesetzes nicht oder nur stark geschwächt über die Enden der akustischen Leitung oder Undichtigkeiten im Bereich der Schallankopplungsöffnung l6 zum Ohr gelangt und dort eine Verzerrung des von der akustischen Leitung 17 geführten

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Schallsignales bewirkt.

Es ist bekannt, daß bei der Wiedergabe stereophoner Tonereignisse über Kopfhörer eine saubere Trennung der Rechts-Links- oder der Vorn- Hinteninformation nicht von Vorteil ist, da im natürlichen Schallfeld am Kopf durch Raumreflexionen ebenfalls eine Mischung der Signale erfolgt. Um eine natürlich wirkende Kopfhörerwiedergäbe zu erreichen, ist deshalb verschiedentlich vorgeschlagen worden, die dem einen Ohr zugeordneten Signale jeweils auch dem anderen Ohr mit z.B. abgeschwächten Amplituden zuzuführen. Auch ist es bekannt, in die Koppelwege frequenzabhängige Amplituden- und/ oder Laufzeitglieder einzuschalten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist ein Kopfhörer mit zwei durch einen Kopfbügel miteinander verbundenen Ohrbeschallungssystemen nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die dem vorderen und dem hinteren Ende der akustischen Leitung eines Ohrbeschallungssystems jeweils zugeordneten stereophonen Einzelsignales auch in die entsprechenden Enden der akustischen Leitung des anderen Ohrbeschallungssystems über eine akustische und/ oder elektrische Koppelschaltung eingespeist werden.

In Figur 7 ist unter Vernachlässigung der natürlichen Proportionen des Kopfhörers dargestellt, wie unter Verwendung

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der in Figur 6 mit dem Bezugszeichen 30 und 31 versehenen Schalleitungen eine akustische Verkopplung der einzelnen Stereoinformationen durchgeführt werden kann» Die Schallleitungen 30 und 31) die von dem Ohrbeschallungssystem 34 ausgehen, münden in dem entsprechenden vorderen oder hinteren Ende der akustischen Leitung 17 des anderen Ohrbeschallungssystems 35· Ebenso münden die von dem Ohrbeschallungssystem 35 ausgehenden Schalleitungen 36 und 37 in der gezeigten Art in dem anderen Ohrbeschallungssystem 3k. Entsprechend den akustischen Anforderungen können in die genannten Schalleitungen auch frequenzabhängige Amplituden und/ oder Laufzeitglieder eingeschaltet werden.

Die beschriebene Verkuppelung der beiden Ohrbeschallungssysteme mit akustischen Mitteln kann auch in bekannter Weise durch eine elektrische Schaltungsanordnung bewirkt werden. Die elektrischen Anschlüsse der elektroakustisehen Wandler werden hierzu mit einer elektrischen Matrix verbunden. Diese wird in bekannter Weise zweckmäßig so ausgebildet, daß das Hören nach vorn bzw. nach hinten durch Wahl entsprechender Frequenzgänge und Phasenverläufe der Verkoppelungsglieder verstärkt wird«

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ohrbeschallungssystems ist darin zu sehen, daß das Ohr über die akustischen

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Widerstände 20 (Figur 3) an den Enden 19 der akustischen Leitung 17 an das freie Schallfeld angekoppelt ist und relativ ungestört die Vorgänge im freien Schallfeld wahrnehmen kann. Damit die Wellen in der akustischen Leitung fortschreiten können, muß ein nahezu reflexionsarmer Abschluß derselben vorgesehen werden. Ein wesentlicher Teil dieses Abschlusses wird durch die akustischen Strömungswiderstände 20 gebildet, über die eine Ankopplung an das freie Schallfeld bei den Enden 19 erfolgt. Die akustische Leitung kann so gut ausgebildet werden, daß keinerlei Hohlraumklang bemerkbar ist, einer der wesentlichen Voraussetzungen für einen natürlichen Höreindruck.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß der Schalldruck in der akustischen Leitung - wie auch im natürlichen Fall des unbewehrten Ohres beim Hören weit entfernter Schallquellen - nur wenig abfällt, während dann, wenn die Schallquellen in der Nähe des Ohres angeordnet werden, der Schalldruck als Folge des l/R-Gesetzes schnell abfällt und das Ohr schon aus diesem Grund bei den bisher bekannten Wandlern die Schallquellen nahe am Kopf registrierte

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Claims

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Patentansprüche

I^ Ohrbeschallungssystem für einen Kopfhörer zur mehrkanaligen Tonwiedergabe, gekennzeichnet durch eine mit ihrer Längsachse (l2, 13) in Blickrichtung des Hörenden verlaufende akustische Leitung, welche in der dem Kopf zugewandten Teilmantelfläche eine Öffnung (l6) zur Ankopplung des Schalls auf das Ohr aufweist, wobei Anpassungsmittel (l8) zwischen dem Kopf und der Leitung vorgesehen sind, und an den Enden ( 19) der Leitung durch akustische Wirkwiderstände (20) ein nahezu reflexionsfreier Abschluß und die Einspeisung des oder der Schallsignale erfolgt.

2. Ohrbeschallungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung zur Ankopplung des Schalles und die Anpassungsmittel derart angeordnet sind, daß sich das Ohr unmittelbar in der akustischen Leitung befindet.

3. Ohrbeschallungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Ohr gegenüberliegenden Mantelfläche (25) der akustischen Leitung Öffnungen (26) vorgesehen sind, die mit akustischem Widerstandsmaterial (27) abgedeckt sind.

ko Ohrbeschallungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallsignale in die Enden der akustischen Leitung unmittelbar

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durch elektroakustische Wandler (21, 22) eingespeist werden, deren Impedanz Teil des jeweiligen akustischen Abschlußwiderstandes der akustischen Leitung ist.

5. Ohrbeschallungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung der von elektroakustischen Wandlern erzeugten Schallsignale in die Enden der akustischen Leitung über nahezu reflexionsfrei abgeschlossene Schalleitungen (28, 29) erfolgt, deren Impedanz Teil des jeweiligen Abschlußwiderstandes der akustischen Leitung ist.

ο Ohrb es challung s syst em nach den Ansprüchen k oder 5j dadurch gekennzeichnet, daß die elektroakustischen Wandler über einen Frequenzbereich von mehr als einer Oktave vorwiegend widerstandsgehemmt sind.

7. Ohrbeschallungssystem nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandshemmung der elektroakustischen Wandler durch Strömungswiderstände (23, 2k) erfolgt«

Ohrbeschallungssystem nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandshemmung der elektro-

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S 833 27.6.1973 akustischen Wandler durch den akustischen Widerstand jeweils einer jedem Wandler zugeordneten und an diesen angekoppelten Schalleitung (30» 31) erfolgt.

ο Ohrbeschallungssystem nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalleitung (30, Ji) nahezu reflexionsfrei mittels eines akustischen Widerstandes, vorzugsweise eines Strömungswiderstandes, abgeschlossen ist.

10. Kopfhörer mit zwei durch einen Kopfbügel miteinander verbundenen Ohrbeschallungssystemen nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Enden der akustischen Leitung eines Ohrbeschallungssystems zugeordneten stereophonen Einzelsignale auch in die entsprechenden Enden der akustischen Leitung des anderen Ohrbeschallungssystems über eine akustische und/ oder elektrische Koppelschaltung eingespeist werden.

11. Kopfhörer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der akustischen oder elektrischen Koppelschaltung Frequenzgang- und/ oder Laufzeit bestimmende Mittel vorgesehen sindo

12. Ohrbeschallungssystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

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akustische oder elektronische Mittel zur Beeinflussung der Schallsignale, die in die in Blickrichtung vornliegenden Enden der akustischen Leitung eingespeist werdenj vorhanden sind, derart, daß die Amplituden der Schallsignale im Frequenzbereich um 4 kHz überhöht werden.

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