EP0484354B1

EP0484354B1 - STEREOKOPFHöRER ZUR VORNEORTUNG VON MITTELS STEREOKOPFHöRERN ERZEUGTEN HöREREIGNISSEN

Info

Publication number: EP0484354B1
Application number: EP90910574A
Authority: EP
Inventors: Florian Meinhard Konig
Original assignee: Individual
Current assignee: KONIG Florian Meinhard
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2010-07-24
Also published as: JP3612311B2; JP3397785B2; JP2003078989A; EP0484354A1; ATE109608T1; AU6077590A; WO1991001616A3; DE4091279A1; DE4091279D2; DE59006719D1; JPH05502144A; WO1991001616A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Stereokopfhörer zur Vorneortung von mittels Stereokopfhörern erzeugten Hörereignissen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Optimierung seiner Schallwandlersystemanordnung.
Es ist bekannt, daß Kopfhörer für eine Außer-Kopf-Lokalisation von Hörereignissen freifeld- oder diffusfeldentzerrt oder richtungsneutral entzerrt werden (K. Genuit: "Warum Freifeld, Mitteilung zur Funkausstellung Berlin 1983; Rundfunktechnische Mitteilungen: Heft 1/1983, Seiten 17 bis 26; DE-A-3131347 ; Fortschritte der Akustik - DAGA 1987, Seiten 477 bis 480).
Grundlage zu diesen bekannten Verfahren ist eine Nachbildung der statistisch ausreichend gemittelten Richtcharakteristik des menschlichen Ohres, d.h. unter Berücksichtigung von Oberkörper, Rumpf, Kopf und Außenohrrelief, die in der Realisierung bzw. Entzerrung von einem Kunstkopf, Richtungsmischpult und Kopfhörer vereinheitlicht berücksichtigt werden. Hierzu existieren heute vornehmlich zwei wesentliche Arten von Kunstkopfentwicklungen, die sich in freifeld- und diffusfeldentzerrte Versionen gliedern lassen (Brüel&Kjaer-Katalog: "Kopf- und Rumpfsimulator 4128";
DE-A- 3146706 ; Rundfunktechnische Mitteilungen: Heft 1/1981, Seiten 1 bis 6). Es wurden zudem bislang nur zwei Richtungsmischpulte entwickelt, die überwiegend auf der Freifeld-Übertragung von Schallfeldern basieren (HEAD-ACUSTICS: Informationsbroschüre und Bericht der 13. Tonmeistertagung München 1984, Seiten 103 bis 110; AKUSTISCHE U. KINO-GERÄTE GmbH: Informationsbroschüre). Auf die besondere Bedeutung der Individualanpassung des Systems "Kunstkopf-Kopfhörer" wird unter verschiedenen Gesichtspunkten hingewiesen (J. Blauert: Räumliches Hören, Nachschrift, neue Ergebnisse und Trends seit 1972, S. Hirzel Verlag, 1985; Acustica: Vol. 48, Seiten 272 bis 274). Dabei wird insbesondere auf die 1 dB-genaue Nachbildung der Richtcharakteristik des menschlichen Ohres hingewiesen, wie sie in einem Tonsignal-übertragungsverfahren zu berücksichtigen ist. Bei Frequenzgang-Abweichungen größer 1 dB ist ansonsten eine Im-Kopf-Lokalisation von Hörereignissen unvermeidbar, da dem Vorgang der Zuordnung des Hörereignisses zum Schallquellenursprung im Falle der Kopfhörer-Wiedergabe die visuelle Zusatzinformation zur Verknüpfung fehlt (G. Plenge: Über das Problem der intracranialen Ortung von Schallquellen bei der akustischen Wahrnehmung des Menschen, Habilitation, TU-Berlin 1973, Seiten 25 ff.). Somit ist von wesentlicher Bedeutung, daß das einzige (die Außer-Kopf-Lokalisation ermöglichende) Stereo-Tonsignal eines Kunstkopfes oder Richtungsmischpultes vor einem (zum Aufnahmesystem kompatiblen) Kopfhörer richtungsabhängig, individuell nachentzerrt wird (F. König; DE-A-39 22 118 ).
Die Meßmethoden, den Meßaufbau und die damit erzielten Ergebnisse im Zusammenhang mit der Bestimmung der Außenohr-Übertragungsfunktion wurden außerdem in einem überblick beschrieben (siehe oben, Blauert: Räumliches Hören, Nachschrift).
Abgewandelt als schneller arbeitendes und vereinfachtes Verfahren (beispielsweise liegen nach einigen Sekunden Meßzeitaufwand bereits Graphiken vor, die Schlüsse über frequenzabhängige Verzerrungen ermöglichen), zeigt dies F. König bezüglich der Beschallungsvariante "Kopfhörer" (DE-A-3903246.9 und -3912582 ).
Zur Aufnahme und Wiedergabe richtungsgetreuer Beschallungen wurden u.a. von Blauert/Boerger/Laws, Kürer/Plenge/Wilkens, Pleiderer u.s.w. Anstrengungen unternommen, um den lästigen Nebeneffekt der "Im-Kopf-Lokalisation" bei der Wiedergabe von Tonaufnahmen mittels Kopfhörerbeschallung zu reduzieren (DE-A-223316 ,-2628053 ; -1927401, -2244162,-2545446,-2557519; Funk Technik, Heft 6+7/1984, Sonderdruck, DE-A-3112874. ).
Insbesondere letzteres Verfahren (von P. M. Pfleiderer) sei herauszuheben, da es im praxisnahen Einsatz nicht, wie mit "processor for out-of-head localisation" propagiert, eine mit dem wissenschaftlichen Terminus entsprechende Hörereignis-Lokalisation bietet (siehe oben G. Plenge, Habilitationsschrift, 1973). Es handelt sich bei diesem Gerät um einen Effekt-Prozessor, der eine Raumakustik nachträglich zum Stereo-Ton aufbaut, nicht aber eine der möglichen Schallrichtungswahrnehmungen (von der Oben-Im-Kopf-Ortung abweichend) bei der natürlichen dreidimensionale Ortung von Hörereignissen realisiert. Dazu trägt erwiesenermaßen die Richtcharakteristik des Außenohres bei (siehe oben Blauert, Räumliches Hören, Nachschrift).
Bezüglich der Effekt-Prozessoren und deren technische Realisierung sind eine Vielzahl von Dissertationen, Veröffentlichungen und Patentanmeldungen erfolgt, welche insbesondere die Simulation von Raumreflexionsmustern beschreiben. Dementsprechend liegt heute eine große Angebotspalette solcher variabel programmierbarer Hall- und Echogeräte (u.a. die Faktoren Raumgröße, -zusammensetzung und -ausgestaltung) vor.
Zudem ist bereits seit 1970 "ein neuartiges Präsenzfilter" (J. Blauert: Fernseh- und Kino-Technik, 1970, Heft 3, Seiten 75 bis 78) sowie "ein Modell zur Beschreibung von Außenohrübertragungseigenschaften" bekannt, bei dem auf die Differenzentzerrung beim Übergang von der Schalleinfallsrichtung "vorne", horizontal vor dem Kopf auf "seitlich" am Ohr, eingegangen wird (K. Genuit: Dissertation, TH-Aachen 1984, Seiten 81 bis 82).
Schließlich ist bekannt, daß mittels einer Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlersystemen in Sichtrichtung nach vorne Hörereignisse mehr oder weniger exakt horizontal vorneortbar sind, welche auf der Erzeugung von richtungsspezifischen linearen Verzerrungen während der Nahbeschallungssituation der Ohrmuschel beruht. Dabei muß die Schallwandleranordung mindestens ca. zehn Zentimeter in Sichtrichtung vorne plaziert werden, um den beschriebenen Effekt der horizontalen Vorneortung von Hörereignissen via Stereokopfhörer-Beschallung zu erreichen Dies belegen aufwendig realisierte Stereokopfhörer, welche separat für die linke und rechte zu beschallende Ohrmuschel parallel ausgesteuerte Baß- und Mitten/Höhen-Schallwandlersysteme vorsehen (DE-A-2 541 332; Funkschau: Heft 10/1977, Seiten 57 bis 58 und 71 bis 72).
Ein Stereokopfhörer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US-A-3 592 978 bekannt. Bei diesem bekannten Stereokopfhörer sind die Schallwandlersysteme nicht in der herkömmlichen Weise direkt am Außenohrrelief sondern um eine vertikale Achse angeordnet mit Abstand zum Außenohrrelief derart geschwenkt, daß sie um einen vorgegebenen Betrag in Blickrichtung nach vorne verschoben sind. Dieser Verschiebungsbetrag in Blickrichtung nach vorne ist jedoch so gering, daß er keinesfalls ausreicht, um eine horizontale Vorneortung von Hörereignissen zu erreichen, wie dies bei der vorstehend beschriebenen Schallwandler-Anordnung mit einer Verschiebung von mindestens ca. 10 cm in Sichtrichtung nach vorn der Fall ist. Dementsprechend findet sich in der US-A-3 592 978 auch kein Hinweis darauf, daß mit dem darin beschriebenen Stereokopfhörer eine horizontale Vorneortung von Hörereignissen erreichbar ist. Tatsächlich ist es so, daß bei diesem bekannten Stereokopfhörer die Oben-Im-Kopf-Lokalisation herkömmlicher Kopfhörer erhalten bleibt, die als unnatürlich und bei längerem Hören als lästig empfunden wird.
Ein weiterer Stereokopfhörer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US-A-3 751 608 bekannt. Dieser bekannte Kopfhörer sieht eine ähnliche Anordnung der Schallwandlersysteme wie bei dem US-A-3 592 978 bekannten Stereokopfhörer vor, also mit seitlichem Abstand zum jeweiligen Außenohrrelief sowie in der Horizontalebene in Blickrichtung nach vorn geschwenkt. Auch bei diesem bekannten Stereokopfhörer ist die Anordnung der Schallwandlersysteme in Blickrichtung nach vorn aufgrund der geschwenkten Schallwandlersysteme-Anordnung wesentlich zu gering, um eine horizontale Vorneortung von Hörereignissen erreichen zu können. Zudem ist aus der US-A-3 751 608 ein Verfahren zur Optimierung der Schallwandler-Anordnung eines Stereokopfhörers der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Art bekannt, demgemäß es vorgesehen ist, das bevorzugte Hörereignis empirisch optimierend zu ermitteln durch eine Variation der Anordnung der beiden Schallwandlersysteme u.a. in Blickrichtung nach vorn.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Stereokopfhörer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art derart auszulegen, daß unter Einsatz einfacher Mittel zuverlässig eine Vorneortung von Hörereignissen gewährleistet ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Optimierung der Schallwandlersysteme eines Stereokopfhörers der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Art geschaffen werden, mit dem die für die Vorneortung bei dem erfindungsgemäßen Stereokopfhörer erforderlichen Positionen der Schallwandlersysteme schnell und zuverlässig ermittelt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe mit Bezug auf den Stereokopfhörer durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stereokopfhörers ist im Anspruch 2 angegeben. Mit Bezug auf das Verfahren wird die Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 bis 21 angegeben.
Demnach besteht der Kern der Erfindung darin, daß eine der Oben-Im-Kopf-Lokalisation entgegenwirkende vektorielle Teilschallrichtungs-kompensation "unten" sowie eine additive Richtungsprägung "vorne" zur Erzeugung einer

a) Außer-Kopf-Lokalisation bzw.
b) horizontalen Vorne-Ortung von Hörereignissen (unabhängig vom Tonaufzeichnungsverfahren z.B. einer Tonkonserve) zur Anwendung kommen.

Mit anderen Worten wird im Beschallungsnahbereich von Probanden eine Richtungsempfindung "horizontalvorne" bei kopfbezogener stereophoner Wiedergabe von z.B. Kunstkopf-Tonaufzeichnungen nicht ausschließlich nur von der (1 dB-genauen) Einhaltung der individuellen, für die Schalleinfallsrichtung "vorne" spezifischen Richtcharakteristik des menschlichen anatomischen Gehörs gewährleistet, sondern auch durch eine Zusammenfügung der Schalleinfallsrichtungskomponenten "unten" und vorne".
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß eine generelle Vernachlässigung der erfindungsgemäßen Kompensationsverschiebung "unten" (von Kopfhörer-Schallwandler-Systemen) die gleiche unerwünschte Hörereignisrichtungsempfindung zur Folge hat, wie es eine Überschreitung der 1 dB-Schwelle bei individueller Richtcharakteristik darstellt: Hörereignisempfindung in Sichtrichtung vorne, jedoch ca. 45 Grad schräg aufwärts bzw. nach oben gerichtet (Annäherung der Oben-Im-Kopf-Lokalisation; dies entspricht dem Kennzeichen bekannter kopfbezogener stereophoner Aufnahme- und Wiedergabe-Verfahren).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Optimierung der Schallwandlersystemanordnung des erfindungsgemäßen Kopfhörers wird eine Minimierung der sich hier ergebenden vorneortungsermöglichenden Verschiebungsdistanz von Kopfhörer-Schallwandlersystemen erreicht. Mit Vorteil wird dabei auf breitbandig diffusfeldentzerrte Stereokopfhörer und/oder deren Schallwandlersysteme zurückgegriffen.
Bei diesem Verfahren ist es von Vorteil, daß mittels ausschließlicher Unten-Kompensationsverschiebung der Stereokopfhörer-Schallwandlersysteme gegen die üblicherweise auftretende Oben-Im-Kopf-Lokalisation von Hörereignissen (jedoch exklusive Vorne-Richtungsprägung) ein "virtuelles Hörereignis" realisiert wird, das in seiner Richtung nicht eindeutig festzulegen ist.
Desweiteren ist es vorteilhaft, daß zur Realisierung eines Hörereignisses in entgegengesetzt-horizontaler Sichtrichtung - also hinten - eine Kanalvertauschung links mit rechts des zugunsten der Horizontal-Vorne-Ortung von Hörereignissen entzerrten zweikanaligen Schallereignisses vorgenommen wird.
Ferner ist es von Vorteil, daß bei der Verwendung von mehrkanaligen Schallwandlersystemen zur Erzeugung einer besseren Räumlichkeit bzw. Raumakustik je beschallter Ohrmuschel, außer den vorne-unten plazierten Kopfhörer-Schallwandlersystemen für die Vorne-Ortung von Hörereignissen, eine Kopfhörer-Schallwandlersystemanordnung entgegen der Sichtrichtung hinten-unterhalb der Außenohranatomie nach Anspruch 16 gewählt wird. Alle vier Schallwandlersysteme werden getrennt nach Anspruch 15 angesteuert.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß das Wiedergabeverhalten der Stereokopfhörer-Schallwandlersysteme nach einem der Ansprüche 19 oder 20 mit den von BLAUERT und GENUIT ausführlich beschriebenen Oberkörper- und Köpfreaktionen, z.B. einer terzbreiten Pegelüberhöhung von 3 dB bei ca. 300 Hz, auf akustische Signale ergänzt wird. Vorteilhaft ist dies vor allem dann, wenn der erfindungsgemäße Stereokopfhörer in seiner
Dies gilt vor allem dann, wenn Konzeption, d.h. seinem Übertragungsverhalten, speziell nach einer theoretischen Signalübertragunsgrundlage (z.B. in reflektierenden Räumen) entzerrt ist. Diese wird bei Abweichung von den herkömmlichen Schallwandlersystem-Positionen nicht mehr exakt eingehalten, sodaß ein Klangbildabgleich (z.B. Diffusfeldnachentzerrung) nach einem der Ansprüche 19 oder 20 vorgenommen wird. Dabei werden die durch die Kammfilterstrukturen erzeugten schmalbandigen Verzerrungen (Bandbreite kleiner eine Terz) über breitbandigere (Bandbreite größer eine Terz) quasi-richtungsneutrale Korrekturen klanglich im gesamten Hörbereich minimiert (u.a. auch Ausnutzung des Verdeckungseffektes bei der Wahrnehmung von Schallreizen des Menschen).
Weiter ist es vorteilhaft, daß die Aussteuerung der Kopfhörer-Schallwandlersysteme mittels eines Verstärkers nach Anspruch 21 bezüglich der Güte des elektrischen Übertragungsverhaltens mindestens die Anforderungen wie folgt einhält:

Nutzsignal-Störpegelabstand größer 96 dB,
Dynamik größer 60 dB,
lineare Verzerrungen (max. Abweichung) kleiner 0,5 dB und
nichtlineare Verzerrungen kleiner 0,1 %.

Die mit Hilfe der Erfindung erzielbaren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bestehen insbesondere darin, daß

a) unabhängig vom Tonaufnahmeverfahren (sei es mono- oder stereophon, wie beispielsweise AB-, XY-, Stützpunkt- sowie Kunstkopftechnik) eine horizontale Vorne-Ortung (Bühneneffekt) von Hörereignissen realisiert wird,
b) die bei der bisherigen Erzeugung einer Vorneortung auftretende Reduzierung der Stereobasisbreite (empfundenes Stereopanorama z.B. von 180 Grad bei normaler Stereokopfhörer-Beschallung mit Oben-Im-Kopf-Lokalisation auf 120 Grad Öffnungswinkel bei vorneortungsermöglichender Kopfhörer-Schallwandlersystemanordnung, ca. zehn Zentimeter in Sichtrichtung vorne, gemäß dem Stand der Technik) erheblich geringer ausffällt (hier größer 160 Grad, da geringere Verschiebungsdistanz),
c) der Wirkungsgrad der individuellen ortungsverschiebenden Entzerrung vom Kopfhörer-Typ größtenteils unbeeinträchtigt bleibt, wobei u.a. der Frequenzgang und das Schallwandlersystem zu berücksichtigen sind,
d) Art und Zeitpunkt einer gewünschten Ortungsverschiebung von kopfbezogenen Signalen beliebig bestimmt werden,
e) aufgrund des mangelnden Wissens bzw. wissenschaftlicher Erörterungen über die Existenz einer der Oben- (-Im-Kopf-) Lokalisation entgegenwirkenden Kompensationsschallwandler- (-Schallereignis-) Verschiebungsrichtung "unten" (siehe oben Literatur), im Zusammenhang mit einer Richtungsprägung "vorne", via Kopfhörer-Beschallung mehrdimensionale, real-räumliche akustische Verhältnisse von z.B. Konzertsälen, unabhängig vom Ursprung des Tonsignals geschaffen werden können, (vgl. Kopfhörer-Quadrophonie: Überwiegend Oben-Im-Kopf-Lokalisation, geringer Anteil der Vorne-Ortung von "vorne-gedachten" Signalen),
f) mittels einer im Vergleich zur Vorne-Verschiebung bezüglich Verschiebungsdistanz wesentlich überwiegenden Unten-Verschiebung von Kopfhörer-Schallwandlersystemen weit über die Hälfte der bislang für adequate Hörereignisse nötigen Gesamt-Verschiebungsdistanz eingespart wird,
g) somit sonst übliche erhebliche Baßverluste bei vorne-ortungsermöglichenden Schallwandleranordnungen vor der Ohrmuschel auf einen geringen Wert reduziert werden und nicht zusätzliche u.a. Baß-Schallwandlersysteme direkt an der Ohrmuschel (neben Mitten/Hochton-Schallwandlern) fordern,
h) eine auf die mittlere Richtcharakteristik des Ohres beruhende Kunstkopf- und/oder Richtungmischpult-Aufnahmetechnik eher zur richtungsgetreuen Abbildung von Schallen führt, da mittels der Wiedergabe-Kompensationsentzerrung "unten" die Im-Kopf-Oben-Lokalisation individuell, aber auch merklich bei einer mittleren Entzerrung, reduziert wird,
i) somit die von Kunstkopfaufnahmen aufgebaute Richtungsinformation zur Unterscheidung von u.a. "vorne" und "hinten" verstärkt,
j) deshalb auch die Einführung eines "mittleren" Filters zur gewünschten Beeinflussung der Kopfhörer-Schallortungs-Position Erfolge verspricht (die "mittlere Kompensationsentzerrung liefert im Vergleich eine bessere Vorne-Ortung als eine ausschließlich vom Kunstkopf "vorne" empfangene sowie über Kopfhörer unentzerrt wiedergegebene Schallquelle),
k) eine erfaßte, geometrische, "mittlere" Anordnung von Schallwandlern eines Stereokopfhörers zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne immer, aufgrund des individuell wirkenden Außenohrreliefs (Vorrausetzung: gehöranatomisch gesunde Personen), eine Wahrnehmung von Schallreizen in Sichtrichtung horizontal-vorne auslöst,
l) der meßtechnische Aufwand, der für eine elektrische, filtergebundene, kopfbezogene, individuelle Vorne-Entzerrung bislang betrieben wurde (u.a. auch ein teuerer schalltoter bzw. reflexionsarmer Meßraum nötig), nun kostengünstiger ausfällt und
m) eine außerhalb der üblichen HiFi-Anwendung mögliche Nutzung von vorne-ortungsermöglichenden Stereokopfhörern, z.B. im Zusammenhang mit der Telekommunikation CHör- (Sprecher) und Sehereignis eines vorne befindlichen Monitorbildes stimmen überein), geboten wird.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; in diesen zeigen:

Fig. 1: die Vektoren von in einer vertikalen Ebene befindlichen Schallrichtungskomponenten, welche während des Verschiebungsvorganges der Kopfhörer-Schallwandler eines herkömmlichen Stereokopfhörers in eine Position auftreten, die eine erfindungsgemäße Vorneortung von Hörereignissen gewährleisten,
Fig. 2: einen frequenzabhängigen Differenz-Pegelschrieb {für Proband Nr. 1}, wie er sich bei der Simulation der erfindungsgemäßen Vorne-Ortung ergibt,
Fig. 3: einen frequenzabhängigen Differenz-Pegelschrieb wie in Fig.2 und jedoch für Proband Nr. 2.

Als erstes werden dem Probanden, der von einem Stereokopfhörer beschallt wird, die wesentlichen Effekte eines für die Erfindung typischen Hörereignisortungstests erklärt. Insbesondere gehört dazu die von dem versuchsleitenden Personal zu demonstrierende exakte Unterscheid- und Einstufbarkeit von i.a.

a) oben-im-kopf-lokalisierten {d.h. 90 Grad senkrecht bzw. lotrecht "auf der Kopfdecke" befindlichen} sowie
b) vorne-außer-kopf-lokalisierten {d.h. Null Grad horizontal in Blickrichtung vorne befindlichen} Hörereignissen.

Dies wird als "Bühneneffekt" bezeichnet, da die subjektiv empfundene Schallereignislage "vorne" simuliert wird; real existiert dort z.B. kein Orchester.
Hierzu empfehlen sich beliebige Tonkonserven, die mittels intensitätsstereophoner Technik aufgenommen wurden. Kunstkopf-Musikproduktion sind ungeeignet, weil u.U. keine eindeutige Oben-Im-Kopf-Lokalisation via Stereokopfhörer vorgefunden wird.
Bevor sich der Proband den "Bühnen-Effekt", d.h. die horizontale Vorneortung, aufbaut, soll vorab ein schematischer Überblick zur Vorgehensweise dargelegt werden: Figur 1 zeigt mittels vektorieller Darstellung in der Medianebene einmal die Komponente 1 der Schallquellen-Ortung bei unverändert, d.h. herstellergerecht aufgesetzten Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen { 5 deutet die Umrisse einer Kopfhörer-Kapsel an}. Diese Ortung entspricht der Oben-Im-Kopf-Lokalisation 1 von Hörereignissen bei stereophoner Kopfhörer-Beschallung. Ein zweiter Vektor 2 bildet die Oben-KOMPENSATIONS-Richtung "unten" bei einer Positionsverschiebung der Stereo-Kopfhörer-Schallwandlersysteme. Hiermit wird der Oben-Im-Kopf-Schallquellenortungsanteil 1 elimiert. Vektor 3 stellt die PRÄGUNG der Hörereignis-Richtungswahrnehmung "vorne", also des "Bühneneffekts", dar. Dabei wird der herstellergerecht am Außenohr 4 befindliche Stereokopfhörer {in Umrißdarstellung der Kopfhörenkapsel 5}, nach den Bewegungsvektoren 2 und 3 in eine hörereignis-vorneortungsermöglichende Lage gebracht {siehe Element 6 von Fig.1}. Zudem sind die Kopfhörer-Schallwandlersysteme 6. zum Außenohr 4 hin in einem Winkel von z.B. 30 Grad für eine Aufwertung des akustischen Wirkungsgrades geneigt {gem. der perspektivisch-isometrischen Darstellung der Umrisse eines Kopfhörer-Schallwandlersystems 6 }. Die Schallausbreitungsrichtung wird hierbei durch die Vektoren 7 dargestellt.
Diese in der Theorie schematisch abgehandelten Vorgänge, gemäß Figur 1, gilt es daraufhin in die Praxis umzusetzen. Wichtig ist dabei, daß die Versuchsperson wieder, z.B. musikalisch "stereo" per Kopfhörer beschallt wird. Als Test-Kopfhörer eignen sich besonders jene gängigen Modelle, die

a) nach dem "offenen" Prinzip sowie
b) ohrumschließend arbeiten,
c) über einen verstellbaren Kopfbügel sowie
d) über mehrachsig verstellbare Schallwandler verfügen und
e) deren Schallwandlersysteme {je Kanal} eher einer Punktschallquelle entsprechen. Breitflächenstrahler mit z.B. Abmessungen von 100 X 100 Millimeter sind {ausschließlich} im Rahmen der Ortungstests ungeeignet.

Für das gesteckte Ziel "horizontale Vorneortung" von Hörereignissen wird folgender itterativer Arbeitsgang bestritten:
Zunächst wird der Stereokopfhörer gemäß der Herstellerangaben aufgesetzt und dann die Signalaussteuerung der akustischen Wandler getätigt. Daraufhin werden beide Kopfhörer-Schallwandlersysteme mit beiden Händen ungefähr soweit von der Kopfdecke/Schläfenseite abgehoben {ca. 5 bis 10 Millimeter}, daß die Kopfhörer-Auflagepolster geradeso über die Ohrmuscheln streifbar sind. Danach werden, achtend auf die räumliche Lage des Hörereignisses, in Verschiebungsschritten kleiner 5 Millimeter, die Kopfhörer-Schallwandlersysteme, je nach vorne {in Sichtrichtung} und nach unten {lotrecht in Schulterrichtung}, bewegt.
Nach i.a. gut 15 Millimeter zweidimensionaler Verschiebungsdistanz liegt eine markante Hörereignis-Ortungsverschiebung vor {Elivationswinkel in der Medianebene von z.B. 30 Grad vorne), die veranlaßt, daß nun nicht mehr abwechselnd, sondern vom Einzelfall der Hörereignis-Ortungsveränderung abhängig zu machen, ein bestimmter Stereokopfhörer-Verschiebungsvorgang realisiert wird. Im dem gerade genannten Beispielsfall von 30 Grad Elevationswinkel ist bereits eine ausreichende Vorne-Prägung des Hörereignisses anzunehmen, weshalb sich eine wenige Millimeter umfassende zusätzliche Kompensationsverschiebung nach unten {gegen den Oben-Im-Kopf-Lokalisationsanteil gerichtet} empfielt. Bewirkt diese Verschiebung eine noch nicht der horizontalen Vorneortung entsprechende Hörereignislage, so wird die gerade vorgenommene Unten-Verschiebung in ihrer gewählten Millimeter-Distanz halbiert, d.h. auf die Hälfte reduziert. Dann wird mittels nochmals verringerter Verschiebungsschritte, gleichermaßen auf empirische Weise, addierend oder subtrahierend der gesuchte "Bühneneffekt" optimiert. In diesem Beispiel wird zunächst eine Verschiebung von ein bis zwei Millimeter nach Vorne, danach erst der weitere, empirische, abwägende Verschiebungsvorgang gewählt. Wenn die vorneortungsermöglichende, neue Lage des Stereokopfhörers aufgefunden ist, wird schließlich

a) eine geringfügige Sicherungsverschiebung nach unten um ca. einen Millimeter angefügt und
b) zur Verbesserung des Gehörgangsbeschallungswirkungsgrades beide Kopfhörer-Schallwandlersysteme winkelig zur/zum Ohrmuschel/Ohrkanal hin angeordnet {ca. 20 bis 40 Grad Azimut- und Elevationswinkel in der Horizontal- sowie Medianebene}. Falls sich dabei die empfundene Hörereignislage ungünstig verändert,
wird bei winkelig gehaltenen Kopfhörer-Schallwandlersystemen nochmals eine korrigierende Fein-Nachverschiebung {siehe oben ab "empirischer, abwägender Verschiebungsvorgang"} getätigt.

Referenzpunkt

Hinweis:

Diese u.a. vorneortungsermöglichende Lage von Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen wird bis nach Beendigung der Erhebung von Daten in Gestalt der Anordnungsgeometrie oder eines Außenohr-Übertragungsmaßes konstant eingehalten.

Messung von linearen Verzerrungen bei der Kopfhörer-Verschiebung

Um eine von der Richtungsverschiebung unabhängige Vorneortung zu simulieren, wird eine frequenzabhängige Differenzpegelbildung angesetzt, woraus erfindungsungsgemäß die nötige vorne-richtungsspezifische, additive nachträgliche Vorentzerrung von Stereokopfhörer-Schallwandlersystemen wie folgt ermittelt wird: Zunächst werden geeignete , d.h. die Gesamtmessung nicht verfälschende {Dynamik größer 58 dB, Klirrfaktor kleiner 0,1 %, Frequenzgang von 20 Hz bis 20 kHz} oder Probanden nicht verletzende, frequenzgang-nachkorrigierte Sonden }Miniaturmikrofonkapseln, die über eine schlauchartige Schallzuführung akustische Signalproben aus dem Gehörgang oder Ohrkanal entnehmen} ca. 4 Millimeter innerhalb des Gehörgangs implantiert.
Für eine spätere digitale Signalweiterverarbeitung wären im übrigen sogenannte "digitale Mikrofone" {in der Tonstudioebene bekannt} sinnvoller. Geeignete Typen sind zur Zeit noch nicht verfügbar.
Das von dem Miniaturmikrofon erzeugte {analoge} elektrische Wechselsignal {ca. 10 Millivolt} wird üblicherweise auf ein Spannungniveau größer 0,5 Volt verstärkt {technische Daten zur Verstärkergüte, gemäß Mikrofon}, damit später eingesetzte, dieses Signal weiterverarbeitende Analog-Digital-Wandler, vor den eigentlichen EDV-Systemen, nicht in einem Quantisierungsbereich arbeiten und deshalb eine unzureichende Auflösung bzw. Tonsignal-Abtastqualität aufweisen würden.
Es wird aus der Vielzahl von Meßmethoden {siehe Seiten 1 ff.} der Sinus-Sweep von 20 Hz bis 20 kHz ausgewählt, da eine sofortige Offenlegung der Außenohr-Kopfhörer-Schallwandler-Reaktion, in Form von frequenzabhängigen Pegelschwankungen, für das Verfahren zugrundeliegt. Es wird ein Schallpegel von üblicherweise kleiner 75 dBSPL gewählt.
Eine nachfolgende Differenzpegelbildung, von den {repräsentativen} Frequenzganggraphiken "Kopfhörer normal" {herstellergerecht an der Ohrmuschel} und "positionsvariiert" aufgesetzt, d.h. Pegelwerte von der als zweites minus der zuerst genannten Graphik, entspricht z.B. der gezeigten Kurve, gemäß Figur 2, die mit einem Außenohr einer individuellen Person {mit Tendenz zur "mittleren" Richtcharakteristik} aufgenommen wurde:
Es fallen primär zwei breitbandige 4 dB-Anhebungen um 1,8 kHz, 3,6 kHz sowie eine breitbandige 18 dB-tiefe Senke zwischen 5 kHz und 8 kHz auf. Sekundär sind schmalbandige Resonanzen um 4,8 kHz {max. Pegel 5,5 dB}, um 8,5 kHz {max. Pegel 3 dB} und ein Einbruch bei 11 kHz {min. Pegel minus 7 dB} zu erkennen. Ab ca. 12 kHz wechseln sich kammfilterartig, im Rhythmus von ungefähr 2 kHz, Resonanzen und Senken ab.
Der gezeigte, bei einer individuellen Person {Nr. 1} gemessene Differenzpegel-Frequenzgang-Verlauf beinhaltet unterhalb der Frequenz von 1 kHz keine für die kopfhörer-erzeugte Vorne-Ortung relevanten Pegelunebenheiten mehr. Dies ist korrekt und besitzt Allgemeingültigkeit, denn

a) vermag das Außenohrrelief aufgrund seiner Abmessungen nur oberhalb einer Frequenz von ca. 1 kHz als akustischer Dämpfer und Resonator zu dienen, und
b) zeigt der kontinuierliche Frequenzgangabfall zu Baßpartien hin den reduzierten Wirkungsgrad von "offenen" Schallwandlersystemen bei nicht am Außenohr herstellergerecht befindlichen {aufgesetzten} Stereokopfhörern.

Frequenzgangbereich

dieser

Dies belegt Figur 3, welche eine weitere Erfassung von linearen Verzerrungen bei vorliegender vorneortungsermöglichendem Schallwandleranordnung eines Stereokopfhörers darstellt. Für die Messungen gemäß Figuren 3 stand ein weiterer, willkürlich ausgesuchter {zweiter} Proband zur Verfügung. Trotz der unterschiedlichen Außenohr-Anatomie von Proband I und II tritt eine hohe Korrelation im wesentlichen Frequenzbereich zwischen den beiden Differenzpegel-Graphiken auf {vgl. Fig. 2 mit Fig. 3}, was die Pegelüberhöhung bei den Frequenzen kleiner 2 kHz, 4 kHz und 8 kHz sowie die Dämpfungseinbrüche um die Frequenzen 6 kHz und 11 kHz belegen. Desgleichen ist in Figur 3 ein aus Figur 2 bekannter, ähnlich kontinuierlich verlaufender Frequenzgangabfall zu tiefen Frequenzen hin feststellbar.

Claims

Stereokopfhörer mit einer Anordnung seiner Schallwandlersysteme, die ausgehend von der herkömmlichen Anordnung am Außenohrrelief um einen vorgegebenen Betrag in Blickrichtung nach vorne verschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwandlersysteme zusätzlich um einen den horizontalen Betrag überwiegenden vorgegebenen Betrag in Blickrichtung nach unten verschoben sind, der ausreicht, um die Oben-im-Kopf-Lokalisation in ein im wesentlichen horizontal vorne geortetes Hörereignis umzuwandeln.
Stereokopfhörer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine veränderbare Anordnungsgeometrie seiner Schallwandlersysteme zugunsten entweder
a) der Hörereignislage oben-im-Kopf mit herkömmlicher Anordnung der Schallwandler oder

b) der Hörereignislage horizontal-vorne.
Verfahren zur Optimierung der Schallwandler-Anordnung eines Stereokopfhörers, bei dem mittels einer vorzunehmenden Verschiebung beider Schallwandlersysteme, ausgehend von der Bezugsposition der herkömmlichen Anordnung der Schallwandlersysteme am Außenohrrelief eines Probanden, in Blickrichtung nach vorn empirisch optimierend ein bevorzugtes Hörereignis ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der beiden Schallwandlersysteme zur Optimierung der Schallwandler-Anordnung des Stereokopfhörers zur Vorneortung von Hörereignissen nach Anspruch 1 oder 2 für die Hörereignislage horizontal-vorne zusätzlich um einen vorgegebenen, den horizontalen Betrag überwiegenden Betrag nach unten verschoben wird, und zwar mittels einer iterativ vorzunehmenden Verschiebung abwechselnd nach unten und nach vorne in Schritten vorgegebener Weite.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schrittweise von weniger als 5 Millimetern.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Außenohrrelief-Beschallungswirkungsgrades und/oder zur Optimierung der Positionierbarkeit von Schallwandlern am Außenohrrelief die Schallwandlersysteme des Stereokopfhörers winklig zum Ohrkanal hin gerichtet schräggestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die iterative Ermittlung der optimalen Schallwandler-Anordnung, je am linken und rechten Probandenohr, separat stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der optimalen Schallwandler-Anordnung mittels beliebigem sowie während des Ermittlungsvorganges mehrfach wechselndem Stereo-Tonsignal stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Schallwandler-Anordnung durch mindestens vier jeweils neu anzusetzende Verschiebevorgänge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der optimalen Schallwandler-Anordnung derjenige der mindestens vier Verschiebevorgänge ausgewählt wird, der über die Majorität der typischen Kennzeichen der anderen verfügt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebevorgänge an einer Mehrzahl von Probanden vorgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der optimalen Schallwandler-Anordnung mindestens acht willkürlich auszusuchende, bezüglich ihrer Hörorgane gesunde Personen herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Mittelung der individuellen Ergebnisse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Schallwandler-Anordnung bezüglich des Schallwandlersystem-Neigungswinkels, der Verschiebungsdistanz in Richtung unten und vorne, basierend auf die dreidimensional-räumliche Lage eines am Außenohr herstellergerecht befindlichen Stereokopfhörers, millimetergenau ermittelt wird.
Stereokopfhörer nach Anspruch 2 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine verschiebungsdistanzoptimierte und/oder -minimierte Anordnungsgeometrie seiner Schallwandlersysteme zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne, ausgehend von der herkömmlichen Anordnungsgeometrie der Schallwandlersysteme zugunsten der Hörereignislage oben-im-Kopf, mit einem Verhältnis der Verschiebungsdistanzen unten-zu-vorne vorzugsweise größer zwei-zu-eins gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von mehrdimensional-raumakustischen Hörereignissen vorzugsweise die Anordnung der Schallwandlersysteme zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne mit einem stereophonen Tonsignal einer Tonkonserve und dessen Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der Hörereignislage oben-im-Kopf mit aus dem stereophonen Tonsignal der Tonkonserve erzeugten stereophonen Raumreflexionen versorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufweiten der mehrdimensionl-räumlichen Hörereignisse mittels mehrkanaliger Stereokopfhörer vorzugsweise die Anordnung der Schallwandlersysteme zugunsten einer Oben-im-Kopf-Lokalisiation um einen, gemäß der Anordnung von Schallwandlersystemen zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne adequaten Betrag nach unten und/oder gegen die Sichtrichtung nach hinten verschiebend variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bist 16, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise für Hörereignis-Vergleiche und/oder zu meßtechnischen Zwecken eine wahlfreie Umschaltung zwischen Schallwandlersystemen zur Erzeugung von Hörereignissen zugunsten der Oben-Im-Kopf-horizontal-vorne-Lokalisation sowie von mehrdimensional-raumakustischen Hörereignissen vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß herkömmlicherweise verwendete Kopfhörer-Polster zur zentrischen Anordnung von Kopfhörer-Kapseln und/oder - Stereokopfhörern an der und/oder vor der Ohrmuschel vorzugsweise mittels schalldurchlässiger und elastisch beanspruchbarer Materialien ergänzt werden, damit eine aufenthaltsort-sichere Anordnung der Schallwandlersysteme von Stereokopfhörern zugunsten der Hörereignislage horizontal-vorne und/oder oben-im-Kopf realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung klangbild-neutraler Hörereignisse eine Beeinflussung des Baß- sowie Mittenübertragungsbereichs vorzugsweise mittels einer die Ankopplung zwischen Kopf und Kopfhörer-Kapseln verbessernden Kopfhörer-Ohrpolster- und/oder Kopfhörer-Kapsel-Konstruktion und/oder mittels einer Wiedergabefrequenzgang-Entzerrung der Schallwandlersysteme vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 19, gekennzeichnet durch eine, im Vergleich zu den bei der Erzeugung einer Hörereignislage horizontal-vorne auftretenden kammfilterartigen linearen Verzerrungen, vorzugsweise relativ breitbandige Entzerrung zugunsten einer Klangbildneutralität im oberen Mitten- und/oder Höhenübertragungsbereich der Schallwandler in Stereokopfhörern.
Verfahren nach Anspruch 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aussteuerung der Schallwandlersysteme mittels einer technisch hochwertigen, in der Lautstärke regelbaren, getrennt-mehrkanaligen Verstärkung des die Schallwandlersysteme aussteuernden Tonsignals vorgenommen wird.