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Gegenstand der Erfindung ist eine Kopfhörermuachel mit einem
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suprasuralen oder circumauralen Ohrpolster oder Schaumstoffkissen
und wenigstens einem elektroakustischen Wandler, bei dem als elektromechanisches
Umwandlungsorgan eine Tauchspule in einem Magnetfeld vorgesehen ist, die mit wenigstens
einer Membran gekoppelt ist, deren Flächenausdehnung größer ist als die der menschlichen
Ohrmuschel.
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Dre Membran selbst besteht meist aus Papier, Kunststoff, Metall oder
einer daraus gebildeten Kombination. Die mit solchen Membranen erzielbare Übertragungsgüte
ist nicht zufriedenstellend und bleibt weit hinter der von elektrostatischen und
orthodynamischen WPndlersystemen bzw. dynami schen SystemZmit passiven Membranen
zurück. Die Ursache ist darin zu sehen, daß bis jetzt der Einfluß der akustischen
Parameter der Membran nicht erkannt wurde, obwohl eine genaue Ermittlung derselben
und deren präzise Einhaltung eine wesentliche Qualitätssteigerung mit sich bringt.
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Ein Hauptgrund für die unbefriedigende Wiedergabequalität mit Kopfhörermuscheln
der eingangs beschriebenen Bauart ist darin zu ersehen, daß die verwendeten Membranen
denen von Kleinlautsprechern ähneln und daher bei einem Durchmesser von 5 bis 8
cm zur Erzielung einer der bisherigen Theorie entsprechenden hohen Steifigkeit verhältnismäßig
dick sind und demnach eine für akustische Wandler erhebliche Masse aufweisen. Sie
stellen daher Reflektoren für die im Eopplungsraum vorhandenen Schallwellen dar,
was der Erkenntnis widerspricht, daß eine hochwertige akustische Ubertragung mittels
Kopfhörer nur dann möglich ist, wenn keine schallharten reflektierenden Flächen
in unmittelbarer Nähe der Ohrmuschel oder des Gehöreinganges vorhanden sind.
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Die Erfindung het sich das Ziel gesetzt, eine Kopfhörermuschel mit
einer großflächigen, von einer Tauchspule angetriebenen Membran zu schaffen, deren
Wiedergabequalität die der eingangs
beschriebenen Bauart weit übertrifft,
insbesondere durch eine praktisch reflexionsfreie Membran. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Membran gegenüber herkömmlichen Membranen in ihrer Dicke
bzw. Steifigkeit so weit reduziert ist, daß sie für Schallwellen höherer Frequenz
praktisch durchlässE ist, daß sich im geringen Abstand von dieser Membran ein akustischer
Reibungswiderstand befindet, der sich über ihre gesamte Flächenausdehnung erstreckt,
und daß zumindest innerhalb der Begrenzung des Kopplungsraumes alle gegebenenfalls
Schall reflektierenden Flächen auf ein Minimum reduziert sind.
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Mit diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Bedingung der Reflexionsfreiheit
im Kopplungsraum weitgehend erfüllt, wodurch sich eine wesentliche Steigerung der
Sbertragungsqualität ergibt.
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Die erfindungsgemäße, höherfrequenten Schall durchlassende Membran
kann entweder aus einer sm Rande gehalterten, schwach gespannten Kunststoffolie
mit einer Dicke im Bereich von ?,5 bis 6 /um bestehen, die nur eine sehr geringe
Steifigkeit Rufweist, sie kenn aber auch aus einer etwas dickeren Folie hergestellt
werden, deren Dicke im Bereich zwischen 10 bis 70 /um liegt, und die, ausgenommen
einer elastischen Aufhängezone im Bereich ihres Randes, mit versteifenden Prägungen
versehen ist. Im allgemeinen wird man die antreibende Tauchspule etwa im Zentrum
einer derartigen Membran angreifen lassen, was aber keine zwingende Notwendigkeit
darstellt. Die erfindungsgemäße Membran kann nämlich gegebenenfalls, wenn sich dies
aus räumlichen oder akustischen Gründen als vorteilhaft erweist, auch außerhalb
ihres Zentrums angetrieben werden, wobei es gleichgültig ist, ob der Antrieb direkt
oder indirekt erfolgt. Ein vorteilhafter indirekter Antrieb ergibt sich dann, wenn
die Tauchspule von einer im zentralen Bereich eine Kuppel aufweisenden
Kleinmembran
getragen und zentriert wird und die großflächige Membran geringer Steifigkeit im
Scheitelpunkt der Kuppel der Kleinmembran mit dieser, beispielsweise durch Klebung,
verbunden ist.
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Mit Vorteil wird die Erfindung auch dann verwendet, wenn die Kopfhörermuschel
zur Wiedergabe von stereophonischen oder quPdrophonischen Übertragungen eingesetzt
werden soll, wobei in die Muschel zwei oder mehr Großflächenmembranen gemäß der
Erfindung eingebaut sind, die in zwei sich schneidenden Ebenen liegen. Man kann
aber auch den zu übertragenden Frequenzbereich mehreren solchen Membranen einer
Hörermuschel nach der Erfindung zuführen, von denen jede optimal für einen Teilbereich
des zu übertragenden Frequenzbandes geeignet ist.
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Zur Verminderung von schallreffektierenden Oberflächen innerhalb der
Begrenzung des Kopplungsraumes der erfindungsgemäßen Kopfhörermuschel ist es notwendig,
auch das Ohrpolster in die Betrachtung einzubeziehen. Bei einer Hörermuschel mit
nur einer Membran, die in der Gebrauchslage angenähert parallel zur Ebene der Ohrmuschel
des Benützers zu liegen kommt, wird man daher das Ohrpolster keilförmig ausbilden.
Wird hingegen der Kopplungsraum von mehreren Membranen begrenzt, dann soll das Ohrpolster
extrem flach ausgebildet sein, damit der den Kopplungsraum begrenzende Anteil der
Polsteroberfläche ein Minimum wird.
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Wie bereits eingangs ausgeführt, betrifft die Erfindung die Verbesserung
der Wiedergabe bei von Tauchapulen angetriebenen Membranen. Im Gegensatz zur bisherigen
Anschauung, daß eine solche Membran möglichst starr sein muß, damit sie von den
tiefsten bis zu den höchsten zu übertragenden Frequenzen wie ein Kolben schwingt,
ist bei der Erfindung die Steifigkeit nur gering, ansonsten die Membran ja für die
höheren Frequenzen im Sbertragungsbereich einen Reflektor darstellen würde. Die
von der Tauchspule gelieferte Schwingungsenergie wird bei Membranen geringer Steifigkeit
innerhalb des zu übertragenden
Frequenzbereiches in unterschiedlicher
Weise verarbeitet.
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Bei den niedrigen Frequenzen führt z.B. eine dünne, großflächige Membran,
die an ihrem Rsnde-narhgiebig gelagert ist und durch ihre Formgebung bzw. durch
versteifende Prägungen ausreichend starr ist, im wesentlichen schwingende Bewegungen
in der Art eines schwingenden Kolbens aus. Aber schon im mittleren Frequenzbereich,
etwa ab 600 Hz, und insbesondere im höheren Frequenzbereich, lösen sich die Schwingungen
immer mehr in Biegewellen euf, die jedoch hinreichend durch den erfindungsgemäß
eng benachbarten Reibungswiderstand so bedämpft sind, daß sich keine stehenden Wellen
ausbilden können. Überdies wirken auch die direkt an die Membran angekoppelte Impedanz
des äußeren Ohres sowie die Trommelfellimpedanz dämpfend auf die Membranscnwingungen
ein. Von besonderer Bedeutung für die Verbesserung der Ubertragungsqualität ist
jedoch die Eigenschaft der Membran, Schallwellen höherer Frequenz praktisch keinen
Widerstand entgegenzusetzen, so daß sie im Kopplungsraum nicht mehr als Reflektor
in Erscheinung treten kann.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß die Erfindung
sich in mehreren Ausführungsbeispielen realisieren läßt. Zunächst kann man zwei
unterschiedliche Membrantypen wählen, und zwar einmal eine solche aus extrem dünnem
Material, beispielsweise eine Polyesterfolie in einer Stärke von etwa 2, 5 bis 6
/um, die nur mäßig ausgespannt in einem Rahmen befestigt ist, so daß sie keine Falten
bildet. Die Resonanzfrequenz einer solchen Membran liegt zwischen 150 und 500 Hz.
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Im niederen Frequenzbereich bewirkt der Tauchspulenantrieb dann eine
Durchbiegung der Membran, die im Angriffspunkt der Tauchspule ein Maximum erreicht,
am Membranrand hingegen Null ist. Im höheren Frequenzbereich treten Transversalschwingungen
suf.
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Die zweite Variante stellt eine Membran dar, die aus dickerem Material,
beispielsweise einer Folie mit einer Stärke von
10 bis 20 /um besteht,
die Steifigkeit erhöhende Prägungen aufweist, am Rande elastisch eingespannt ist
und im niedrigen Frequenzbereich als Kolben schwingt. Bei Verwendung einer solchen
Membran kann man sich eine besondere Führung zur Zentrierung der Tauchspule ersparen,
im Gegensatz zur ersten Variante, bei der im allgemeinen die Tauchspule unabhängig
von der großen Membran im engen Luftspalt des Magnetsystems durch zusätzliche Zentriermittel
so geführt wird, daß sie nur parallel zu ihrer Achse Bewegungen ausführen kann.
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Weitere Varianten ergeben sich durch die Möglichkeit, jede der vorstehend
beschriebenen Membrantypen entweder direkt mit der Tauchspule zu verbinden oder
durch Zwischenschaltung einer Kleinmembran eine indirekte Verbindung herzustellen,
wobei der Kleinmembran die Aufgabe der Führung und Zentrierung der Tauchspule zugeteilt
sein kann.
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Im folgenden soll die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen an
H>nd der Zeichnung näher erläutert werden, in der Fig.1 ein Ausführungsbeispiel
mit einer im tieferen Frequenzbereich als Kolben schwingenden Membran im schematischen
Querschnitt zeigt, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einer dünnen, bei den niederen
Frequenzen sich durchbiegenden Membrane darstellt und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel
für die Verwendung von zwei Membranen der erfindungsgemäßen Art in einer Kopfhörermuschel
schematisch im Querschnitt zeigt.
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Die Darstellung in den Fig. 1 bis 3 beschränkt sich nur auf das Erfindungswesentliche,
so daß beispielsweise das Wandler gehäuse, Befestigungseinrichtungen u. dgl. nicht
die Übersichtlichkeit der Figuren beeinträchtigen. Bei der in Fig. 1 im Schnitt
gezeigten Kopfhörermuschel ist ein elektrodynamischer Wandler vorgesehen, bestehend
aus dem Dauermagnet 1, der Po3-platte 2, der Bodenplatte 3 und dem Schlußjoch 4,
das mit der Polplatte 2 einen engen, ringförmigen Luftspalt 5 begrenzt, in dem sich
die Tauchspule 6 befindet. Eine kleine Membran 7 mit einem kuppelförmigen Mittelteil
und einer elastischen Randzone, welche Membran in Form und Wirkung der eines
dynamischen
Mikrophons entspricht bzw. eine solche Membran ist, trägt am Basiskreis des kuppelförmigen
Mittelteiles die Tauchspule 6. Die große Membran 8, die z.B. aus einer Eunststoffolie
von 15 bis 20 /um gefertigt sein kann und zur Versteifung zçhlreiche Prägungen 10
aufweist, ist über eine elastische Randzone am Rand 11 befestigt. Die Membran 8
ist in einer Ebene gelagert, die den Scheitelpunkt der Kuppel der kleinen Membran
7 tangiert. In diesem Punkt sind die beiden Membranen beispielsweise durch Klebung
miteinander verbunden. Vor der großen Membran 8 ist ein Schutzgitter 12 angeordnet.
Ein keilförmiges Ohrpolster vervollständigt die Anordnung. Statt dessen kann auch
ein Schaumstoffkissen vorgesehen sein. Der zur Bedämpfung vorgesehene akustische
Reibungswiderstand 14 liegt unmittelbar hinter der Membran 8 und erstreckt sind
über ihre ganze Fläche.
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Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird die große Membran
8 von der Tauchspule 6 indirekt über die Kleinmembran 7 angetrieben. Wie bereits
erwähnt, kann die Tauchspule 6 aber auch direkt mit der großen Membran 8 verbunden
sein, wobei gegebenenfalls zur Sicherung der freien Bewegung der Tauchspule 6 im
Luftspalt 5 zusätzliche Zentriermittel, beispielsweise eine Zentrierspinne, vorgesehen
sein kann.
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Bei dem in Fig. p dRrgestellten kusführungabeispiel besteht die große
Membran 15 aus einer dünnen Kunststoffolie von 2,5 bis 6 /um. S;e ist am Rande 16,
der von einem Gehäuseteil gebildet sein kann, schwach gespannt befestigt, vorzugsweise
durch Klebung. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch
hier eine Kleinmembran 17 vorgesehen, die im Scheitelpunkt ihrer Kuppel mit der
großen Membran in Berührung steht oder mit ihr verklebt ist. Die große Membran 15
ist durch den Reibungswiderstand 18 an ihrer Rückseite bedämpft.
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Infolge der geringen Masse der großen Membran 15 und ihrer geringen
Spannung kann der akustische Reibungswiderstand 18 relativ klein gemacht werden,
so daß im Kopplungsraum die Reflexionen auf ein Minimum absinken und die Ohrresonanz
voll zur Wirkung kommen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel mit zwei großen Membranen 19, 20 ist in Fig.
3 dargestellt. Die beiden Membranen 19, 20 können einer der vorstehend beschriebenen
Ausführungen entsprechen.
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Sie liegen in zwei sich schneidenden Ebenen, die im Gebrauchsfalle
die angenähert vertikalen Wände des Kopplungsraumes dRrstellen, Jede Membran ist
mit einer Tsuchspule 21, 22 versehen, die gegebenenfalls auch außerhalb des Membranzentrums
angeordnet sein kann. Die erforderlichen akustischen Reibungswiderstände sind mit
23 und 94 bezeichnet. Ein Ohrpolster 25 dient der dichten Ankopplung an das Ohr.
Um Reflexionen an seiner Innenwand zu vermeiden, ist es extrem niedrig ausgeführt.
Die zur Bildung eines abgeschlossenen Kopplungsraumes notwendigen, in Fig. 3 die
Form eines Dreiecks aufweisenden oberen und unteren Wandteile können ebenfalls von
durch Tauchspulen angetriebene und mit einem akustischen Reibungswiderstand bedampfte
großflächige Membranen im Sinne der Erfindung gebildet sein.
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