DE2602128C3

DE2602128C3 - Kopfhörer

Info

Publication number: DE2602128C3
Application number: DE2602128A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Osaka Hasegawa; Yasutake Hirakata Nishimura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-05-27
Filing date: 1976-01-21
Publication date: 1980-05-14
Also published as: FR2312908A1; DE2602128A1; CA1047943A; FR2312908B1; US4058688A; GB1504065A; DE2602128B2

Description

3. Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10, 38) eine Membran (36) hat, die mit einem Wölbungsbereich (51) in ihrem Zentrum, mit einem den Wölbungsbereich (51) umgebenden Kegelbereich (52) und mit einem den Kegelbereich (52) umgebenden Rippenbereich (53) versehen ist, um die Nachgiebigkeit zu erhöhen und die untere Fre- ⁴> quen/grenze abzusenken

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Die Lrfindung betrifft einen Kopfhörer mit einer Wandlereinheit, einem Kopfhörergehäuse und einem luftdurchlässigen Ohrpolster, wobei der Wandler ein f-'eldeicment mit einem zur Rückseite zentral durchgebohrten Durchgangsloch aufweist, wobei das Kopfhörergehause an der Rückseite mit einer großen Anzahl von Lochern versehen ist und wobei das luftdurchl.issige Ohrpolster an der Vorderseite mit eincr Anzahl Von Löchern versehen ist.

Kopfhörer erwecken beim Benutzer ein subjektives Hörenipfinden.das vom üblichen stereophonen Hörern pfinucn bei Verwendung von Laufsprechern abweicht. Es besteht daher ein Bedürfnis an einem Kopfhörer der ein Hörempfinden verursacht, Wie man es beim stereophonen Hören mit Lautsprechern gewöhnt ist.

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In der DE-AS 2244162 ist bereits ein gattungsgemäßer Kopfhörer beschrieben, bei dem zur Erfüllung dieser Anforderung den stereophonen Wiedergabesignalen zusätzliche Signale hinzugefügt werden. Zu diesem Zweck ist eine besondere elektrische Schaltung vorgesehen, die zwischen einer Schallquelle und dem Kopfhörer verschiedene Schaltelemente aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, allein durch die akustische Ausbildung des gattungsgemäßen Kopfhörers ein Hörempfinden zu erzielen, wie man es von Lautsprechern gewohnt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein akustischer Widerstand und eine Inertanz dus Kopfhörers so festgelegt sind, daß der Kopfhörer eine Schalldruck-Frequenzkennlinie hat, bei der zwei Pegelspitzen zwischen 1,5 und 5 KHz auftreten und die Pegelunterschiede zwischen dem Berekh mit niedrigem Pegel und den Pegelspitzen auf 6 bis 17 dB begrenzt sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim stereophonen Hören wegen der Resonanz in dem äußeren Bereich der Ohren des Zuhörers und wegen der Beugung der Schallwellen durch den Kopf und die Aurikel die Schalldruck-Frequenzkennlinie derart ist, daß zwei Pegelspitzen nahe 2 und 4 KHz vorliegen und die Pegeluntersc!>iede zwischen dem Bereich mit niedrigem Pegel und den Pegelspitzen auf 6 bis 17 dB begrenzt sind.

Mit der Erfindung wird daher mit einfachen Mitteln ein Kopfhörer geschaffen, der beim Benutzer ein subjektives Hörempfinden hervorruft, wie er es beim stereophonen Hören mit Lautsprechern gewohnt ist.

Aus der DE-OS 2 451 427 ist zwar bereits ein Kopfhörer bekannt, bei dem die Schall-Frequenzlinie des Wandlers durch akustische Widerstände beeinflußt svird. Durch diese Maßnahme wird aber nicht die spezifische Schall-Frequenzkennlinie des menschlichen Ohres angestrebt.

Zweckmäßige Weiterbildunger, der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüclien.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ils zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kopfhörers,

Fig 2 eine Darstellung, die den Aufbau des in Fig. I gezeigten Kopfhörers veranschaulicht.

Fig. 3 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Kopfhörer.

Fig 4 eint sinngemäße Schaltungsanordnung des Kopfhörers nach Fig. 3.

Fig 5 die Schalldruck-Frequenzkennlinien des erfindungsgermißen Kopfhörers.

Fig (Sa und b eine gewölbte Membran der Kegelbauart.

Fig 7 eine Darstellung, welche die Schwingungsbewegung des Kegelbereichs der Membran veranschaulicht,

Fig K die Schalldruck-Frequen/kennlinien der gewölbten Membran der Kegelbauart, und

Fig. 9, 10, Ma, ILb, Mc und 1 Id Darstellungen^ welche die Konstruktion zum Einbau einer Wandlereinheit in den erfirtdungsgemäßen Köpfhörer näher Veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Gesamtdarstellung des erfindungsgemäßen Kopfhörers Mit dem Bezugszeichen I ist ein Kopfbügel bezeichnet, der aus

einem elastischen Kunstharz hergestellt ist, und der an seiner Oberfläche mit einer Außenverkleidung aus Leder od. dgl. versehen ist. An den beiden Enden des Kopfbügels 1 sind Mechanismen 2 und 3 zum Einstellen des Abstandes angeordnet, an denen wiederum Kopfhörerkörper 4 und 5 angeordnet sind. Von dem einen Kopfhörerkörper 4 erstreckt sich ein Anschlußkabel 7, das an seinem Ende mit einem Stecker 6 versehen ist.

Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau der Kopfhörerkörper 4 bzw. 5. Der Kopfhörerkörper 4 besteht aus einem itopfhörergehäuse 8, das aus Kunstharz hergestellt ist und an seiner Vorderseite eine öffnung besitzt, aus einer Tragplatte 9, die an der Öffnung des Kopfhörergehäuses 8 befestigt ist, aus einer Wandler- '⁵ einheit 10, die mit der Tragplatte 9 verbunden ist, und aus einem Deckel 11.

Das Kopfhörergehäuse 8 ist an seiner Rückseite mit einer großen Anzahl von Löchern 12 versehen, es ist in seinem Zentrum mit einem Halterungsvorsprung -° 15 zum Halten einer Kugel 14 versehen, die an einem Ende eines Stützstabes 13 angeordnet ist, eier einen Teil des Mechanismus 2 (oder 3) zum Einstellen des Abstandes bildet, und es ist an seiner Vorderseite mit mehreren Gewindewarzen 17 versehen, um die Tragplatte 9 mittels Schrauben 16 an dem Kopfhörergehäuse 8 zu befestigen.

Die Tragplatte 9 ist ebenfalls aus Kunstharz hergestellt, und sie ist in ihrem flachen Umfangsbereich 18 mit Schraubenlöchern 19 zur Aufnahme der Schrauben 16 und mit Einstecklöchern 21 zur Aufnahme von am Deckel 11 angeordneten Steckstiften 20 versehen, wogegen die Tragplatte 9 im mittleren Bereich mit einem zylindrischen Bereich 22 versehen ist, der gegenüber dem flachen Umfangsbereich 18 nach vorne vor- ^⁵ springt und eine Befestigungsöffnung 23 zur Befestigung der Wandlereinheit 10 in seinem Zentrum aufweist, und um die Befestigungsöffnung 23 herum ist eine große Anzahl von Schallausstrahlungslöchern 24 und eine kleine Anzahl von Verbindungslöchern 26 zur Aufnahme von Verbindungsteilen 25 angeordnet.

Die Wandlereinheit 10 besteht aus einem Wandler 38 und einem Gitter 40. Der Wandler 38 besteht aus einem Feldelement 33 mit einer Platte 30, die einen ·*⁵ Zentrumspo! 29 besitzt, längs dt^sen Achse ein Durchgangsloch 27 ausgespart ist, aus einem ringförmigen Magnet 31 und einer ringförmigen oberen Platte 32, einem abgestuften Rahmen 34 aus Kunstharz od. dgl., aus einer gewölbten Membran 36 der Kegelbauart, die an ihrem Umfangsbereich an dem Stufenberei:h 35 des Rahmens 34 befestigt ist, und aus einer Schwingungs-Tauchspule 37, die mit der Membran 36 verbunden ist und in den magnetischen Spalt des Feldelements 33 teilweise hineinragt. Das Gitter 40 ist aus Kunstharz hergestellt, und es ist vor dem Wandler 38 angeordnet und besitzt eine große Anzahl von Schallabstrahlungslöchern 39 und eine kleine Anzahl von L-förmigen Verbindungsteilen 25. die im gleichen Abstand um die Schallabstrahlungslöeher 39 herum angeordnet sind, um mit den Verbindungslöchcrn 26 in der Tragplatte 9 Verbunden zu werden. Ferner ist die Oberseite des Zentrumspols 29 am oberen Ende des Durchgangslöchs 27 mit einem Dämpfer 41 aus Filz od. dgl. versehen.

Der Deckel 11 besteht aus einem Deckelkörper 43, einem Ohrpolster 46, ex.em weiteren Ohrpolster 47 und aus einer Öhrpolsterabdeckung 48. Der Deckelkörper 43 ist mit einer zentralen öffnung 42 versehen, die dem zylindrischen Bereich 22 der Tiagplatte 9 im wesentlichen angepaßt ist. Der Deckelkörper 43 ist aus Kunstharz hergestellt, v/obei die Steckstifte 20 einstückig ausgebildet sind. Das Ohrpolster 46 ist im mittleren Bereich des Deckelkörpers 43 angeordnet, und es ist aus luftdurchlässigem geschäumtem Urethan hergestellt, wobei Löcher 44 und 45 im Zentrum ausgebildet sind. Das Ohrpolster 47 ist im Umfangsbereich des Deckelkörpers 43 angeordnet, und es ist ringförmig ausgebildet und aus luftdurchlässigem aufgeschäumtem Urethan hergestellt. Die Ohrpolsterabdeckung 48 ist aus einem luftdurchlässigen Gewebe hergestellt und bedeckt die Ohrpolster 46 und 47 und den Umfangsbereich des Deckelkörpers 43.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist der Zwischenraum zwischen dem Kopfhörergehäuse 8 und der Tragplatte 9, in die die Ubertragungseinheit 10 eingesetzt ist, mit einem Dämpfungsmaterial 28, wie z. B. Glaswolle od^- ein ungewebtes Gewebe, ausgefüllt.

Es sei nun angenommen, die Inertanz (Massenwirkung) infolge des Durchgangslochs 27 in dem Zentrumspol 29 ist m_A, die Masse der gewölbten Membran 36 von der Kegelbauart ist m₍ , die Masse der Schwingungs-Tauchspule 37 ist m_v, der akustische Widerstand des Dämpfers 41 ist r_A, der akustische Widerstand des Dämpfungsmaterials 28 ist r_t, die Inertanz infolge der Löcher 44 und 43 des Ohrpolsters 46 ist »i, bzw. W₂, die akustische Kapazität des Hohlraums 49 vor der gewölbten Membran 36 ist C₁, die akustische Kapazität des Holraums 50 hinter der gewölbten Membran 36 ist C'_(i, die Nachgiebigkeit der Membran ist C_c, die Strahlungsimpedanz ist Z_A und die auf das Schwingungssystem aufgebrachte Antriebskraft ist F, dann ist die dem Kopfhörer nach Fig. 3 äquivalente Schaltungsanordnung so ausgebildet, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Bei dieser Ai'sführungsform wird im Bereich von 2 KHz eine Pegelspitze gebildet, indem ein geeigneter Wert der Iner'anz m_A infolge des Durchgangslochs 27 in dem Zentrumspol 29 gewählt wird, und eine weitere Pegelspitze im Bereich von 4 KHz gebildet, indem geeignete Werte für die Inertanzen «j, und m₂ infolge der Löcher 44 und 45 des Ohrpolsters 46 ge .vählt werden, und die Schalldruck-Frequenzkennlinie, die zwei Pegelspitzen im Bereich von 2 und 4 KHz besitzt und zwischen dem Niederfrequenzbceich und den Pegelspitzen einen Pegelunterschied von 6 bis 17 dB aufweist, wie dies durch die ausgezogene Linie in Fig. 5 veranschaulicht ist, wird ausgebildet, indem die akustischen Widerstände r_A, r_R und r_c geregelt werden, um sowohl die Gesamtwerte als auch die Spitzenwerte einzustellen. Die in Fig. ? durch eine unterbrochene Linie veranschaulichte Schalldruck-Frequenzkeunlinie wird in einem freien akustischen PeId erhalten, wenn ein Lautsprecher oder ein Lautsprechersystem unter einem Winkel von M)' vor einem Zuhörer angeordnet ist, bezo£ :n auf die Trommelfelle des Zuhörers Im fre'en akustischen Feld ist die Schalldruck-Frequenzkennlinie jedoch im wesentlichen die gleiche wie sie in Fig. 5 mit einer durchgehendem Linie wie^ dergegeben ist.

Die Schalldruck-Frequenzkennlinie eines Kopfhörers kann daher im Vfesentlichen der Schalldruck-Frequenzkennlinie der Trommelfelle eines im freien akustischen Feld befindlichen Zuhörers angepaßt werden.

Eine ähnliche Kennlinie kann selbstverständlich

auch durch Verändern von anderen Inertanzen und akustischen Widerständen erhalten werden. Es wurde jedoch in jedem Fall gefunden, daß beirrt Vorhandensein von Zwei Pegelspitzen zwischen 1,5 und 5 KHz und bei einem Pegelunterschied von 6 bis 17 dB zwisehen dem Niederfrequenzbereich und den Pegelspitzen ein Hörvorgang möglich ist, der im wesentlichen die gleichen Eindrücke wie Im freien akustischen Feld vermittelt.

Da der Kopfhörer weiterhin so ausgebildet ist, daß der von der gewölbten. Uegelartigen Membran 36 erzeugte Schall dwzh das in dem Zentrumspol 29 angeordnete Durchgangsloch 27 hindurch zu der Rückseite des Wandlers 38 geleitet wird und ferner durch die Löcher 12 des Kopfhörergehäuses 8 hindurch oder durch die Schallausstrahlungslöcher 24 der Tragplatte und durch das luftdurchlässige Ohrpolster 46 hindurch nach außen geleitet wird, und da der nach außen geleitete Schall das Ohr eines Zuhörers nicht allein zusammen mit dem unmittelbar von der Membran 36 des Wandlers 38 durch die Löcher 44 und 45 des Ohrpolsters 46 hindurch empfangenen Schall erreicht, sondern auch mit dem äußeren Hintergrundgeräusch erreicht, ist es möglich, das Gefühl der Isoliertheit auszuschalten und ein genaueres stereophones Hören Zu erzielen. Da das Kopfhörergehäuse 8 mit Löchern 12 versehen ist, und da das luftdurchlässige Ohrpolster 46 im mittleren Bereich des Deckelkörpers 43 angeordnet ist, bewirken der durch die Tragplatte 9 und das Kopfhörergehäuse 8 gebildete Zwischenraum und der durch das Ohr und die Tragplatte 9 gebildete Zwischenraum keinerlei Resonanz, und es entsteht keine Spitze oder Senke in unerwünschten Bereichen der Schalldruck-Frequenzkennlinie, d. h. die Schalldruck-Frequenzkennlinie wird stark stabilisiert.

Die gewölbte Membran 36 von der Kegelbauart kann Töne im Bereich zwischen niedrigen und hohen Frequenzen wiedergeben. Wie dies in den Fig. 6a und 6 b gezeigt ist, erzeugt ein Wölbungsbereich Sl hauptsächlich Töne im hohen Frequenzbereich, wogegen ein Wölbungsbereich 52 Töne im mittleren und tiefen rlcijucnzbcf ciuli wicucigiui. tsiC gCWGiuiC ηηΟΓΠι#ΓαΓι 36 von der Kebelbauart ist auf herkömmliche Weise aus einer Kunstharzfolie, wie z. B. eine Polyesterfolie, hergestellt. Dabei ist jedoch ein Rippenbereich 53, dessen Krümmungsradius wesentlich kleiner ist als derjenige des Wölbungsbereichs 52, und der zu diesem entgegengesetzt gekrümmt ist, längs des Umfangs des Wölbungsbereichs 52 ausgebildet, so daß die Nachgiebigkeit der Membran 36 gesteigert wird und diese eine hin- und hergehende Bewegung leicht ausführen kann, wodurch die untere Frequenzgrenze noch weiter abgesenkt wird, wie dies durch die durchgehende Linie in Fig. 8 veranschaulicht ist. Die unterbrochene Linie in Fig. 8 veranschaulicht die Schalldruck-Frequenzkennlinie einer gewölbten Membran von der Kegelbauart, die keinen Rippenbereich aufweist. Außerdem sind die beiden in Fig. 8 gezeigten Kennlinien nicht die Kennlinien von Kopfhörern, sondern von Wandlern.

Wenn man die beiden Kurven in Fig. 8 vergleicht, so ist augenscheinlich, daß die untere Frequenzgrenze des erfindungsgemäßen Wandlers weit unter derjenigen von herkömmlichen Wandlern liegt.

Infolgedessen wird eine ausgezeichnete Wiedergäbe von Tönen mit niedriger Frequenz mit einem kleinen Übertrager ermöglicht, d. h. es ist eine ausgezeichnete Wiedergabe von Tönen möglich, die von niederen Frequenzen bis zu hohen Frequenzen reichen, und es kann eine genauere stefeophonische Wiedergabe erzielt werden.

Nachfolgend svird der Mechanismus zum Verbinden der Wandlereinheit 10 mit der an dem Kopfhörergehäuse 8 befestigten Tragplatte 9 unter Bezug* nähme auf die Fig. 9, 10 und 11 näher erläutert.

Jedes der Verbindungslöcher 26 in der Tragplatte 9 besteht aus einem breiten Loch 26a, das den Vorsprung 25a des L-förmigen Verbindungsteils 25 aufnehmen kann, und aus einem an das breite Loch 26a angrenzenden schmalen Loch 26b, das den Vorsprung 25α nicht aufnehmen kann.

Wie dies in den Fig. 11 a, b, c und d dargestellt ist, sei angenommen, der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Vcrbindungsteils 25 ist /?, und R₃, der Außendurchmesser des Vorsprungs 25« ist R_s, der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des breiten Lochs 26a in dem Verbindungsloch 26 ist A₁' und R₁', der Außendurchmesser des schmalen Lochs 26b ist R₁', die Höhe des Verbindungsteils 25 ist t, die Dicke der Tragplatte 9 ist /', die Länge des Verbindungsteils 25 ist W, die Länge des breiten Lochs 26n ist W und die Länge des schmalen Lochs 266 ist W₁', so müssen folgende Beziehungen erfüllt sein.

t=t', und
W< W = W₁'.

Wenn bei der vorstehend genannten Ausbildung das Verbindungsteil 25 des Gitters 40 in das breite Loch 26a in dem Verbindungsloch der Tragplatte 9 eingesetzt wird, damit der Vorsprung 25a von der Rückseite der Tragplatte 9 vorsteht, und das Gitter 40 gemäß der Darstellung nach Fig. 9 im Uhrzeigersinn verdreht wird, so gelangt der Vorsprung 25a mit dem Umfang des schmalen Lochs 26b in Eingriff, wouuicii uas Oiitt-t -η* üii %j~i >>u_bp*ull2 ^ ZÜ.SriliStlg befestigt ist. Das heißt, die Wandlereinheit 10 ist an der Tragplatte 9 zuverlässig befestigt, und wenn das Gitter 40 in der entgegengesetzten Richtung, d. h. im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, so kann die Wandlereinheit 10 abgenommen werden. Wenn es nicht erforderlich ist, die Wandlereinheit 10 abzunehmen, so kann die Befestigung durch Anbringen eines Klebstoffs noch verstärkt werden.

Wenngleich die gezeigte Ausführungsform mit drei Verbindungsteilen 25 und mit drei Verbindungslöchern 26 versehen ist, so können auch zwei oder mehr als drei Paare von Verbindungsteilen und Verbindungslöchern vorgesehen sein.

Auf Grund der vorstehend genannten Ausbildung wird der Zusammenbau verbessert, und die Wandlereinheit 10 kann im Falle einer Beschädigung leicht ausgetauscht werden, wodurch Reparaturen vereinfacht werden.

Außerdem ist das breite Loch 26a des Verbindungslochs 26 in der Tragplatte 9 nach Aufnahme der Wandlereinheit 10 geeignet, den Schall von der Rückseite des Wandlers durch das luftdurchlässige Ohrpolster 46 hindurch nach außen zu leiten, wodurch wie in dem zuvor beschriebenen Fall ein genaueres stereophonisches Hören ermöglicht wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

10 20 Patentansprüche:

1. Kopfhörer mit einer Wandlereinheit, einem Kopfhörergehäuse und einem luftdurchlässigen Ohrpolster, wobei der Wandler ein Feldelement mit einem zur Rückseite zentral durchgebohrten Durchgangsloch aufweist, wobei das Kopfhörergehäuse an der Rückseite mit einer großen Anzahl von Löchern versehen ist und wobei das luftdurchlässige Ohrpolster an der Vorderseite mit einer Anzahl von Löchern versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein akustischer Widerstand und eine Inertanz des Kopfhörers so festgelegt sind, daß der Kopfhörer eine Schalldruck-Frequenzkennlinie hat, bei der zwei Pegelspitzen zwischen 1,5 und 5 KHz auftreten und die Pegelunterschiede zwischen dem Bereich mit niedrigem Pegel und den Pegelspitzen auf 6 bis 17 dB Degrenzt sind

2. Kopfhörer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfhörergehäuse (8) mit einer an demselben befestigten Tragplatte (9) versehen ist, daß die Wandlereinheit (10, 38) mit der Tragplatte (9) verbunden und derart ausgebildet ist, daß sie den Schall sowohl zu der Vorderseite als auch zu der Rückseite leiten kann, wobei die Tragplatte (9) im Umfangsbereich mit einer großen Anzahl von Schallausstrahlungslöchern (24) versehen ist und wobei das luftdurchlässige Ohrpolster (46, 4"¹) in einer den Schallausstrahlungs-Iöchern (24) entsprechenden I age angeordnet ist, wodurch ein Hörer sowohl AutSenschall durch die große Anzahl von Löchern (12^ in der Gehäuserückseite und die große Anzahl von Schallausstrahlungslöchern (24) als auch Direktschall von dem Wandler wahrnehmen kann.