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3. Bauformen I - Supra/Circumaural

Lautsprecher > Kopfhörer

Kopfhörer lassen sich bezüglich der Bauform grob in drei Kategorien aufteilen

  • Supraaural - Ohraufliegend

  • Circumaural - Ohrumschließend

  • Intraaural - Earbuds und In-Ears (dazu mehr auf der nächsten Seite)


Jede dieser Kategorien bietet eigene Vor- und Nachteile.

Circumaurale Kopfhörer

Circumaurale Kopfhörer umschließen die Ohrmuschel komplett. Meist sind diese Kopfhörer deutlich größer und werden daher eher selten für den mobilen Einsatz verwendet. Der Vorteil von circumauralen Kopfhörern besteht darin, dass großflächige Chassis verwendet werden können, welche nicht direkt auf dem Ohr aufliegen. Diese großen Chassis können ein sehr homogenes Schallfeld auf das Gesamtohr geben und die Charakteristika des Ohrs (HRTF) auf sehr natürliche Weise in den Klang integrieren. Große Abstände zwischen Ohr und Chassis können hier ebenso helfen wie großflächige Treiber - was auch die Beliebheit von elektrostatischen und magnetostatischen Konstruktionen erklärt. Zudem führt ein
 Verrutschen des Kopfhörer führt nicht zwangsläufig zu einer Veränderung des Klangs.

High End Kopfhörer für den sationären Betrieb im heimischen Sessel oder Tonstudio sind zumeisten circumaural.


Abbildung 1 Ohrumschließende geschlossene Kopfhörer der Firma McIntosh


Supraaurale Kopfhörer

Suprauaurale Kopfhörerliegen auf dem Ohr auf. In vielen Fällen sind suprauarale Kopfhörer geschlossen und haben einen hohen Anpressdruck. Der Vorteil ist eine kompakte Bauart und gute Aussengeräuschdämpfung. Supraaurale Kopfhörer werden verstärkt für den mobilen Betrieb verwendet, einige Modelle sind jedoch auch für die Heimanwendung konzipiert. Supraaurale Kopfhörer können sehr gut klingen. 


Offene vs geschlossene Kopfhörer

Offene
Kopfhörer sind nach außen nicht isoliert. Meist gibt es, wie exemplarisch in Abbildung 3 gezeigt, nur ein dünnes Gitter als Berührschutz für die Chassis, dementsprechend ist eine Außengeräuschabschirmung von Schall quasi nicht vorhanden. Offene Kopfhörer sind schallduchlässig und der Einsatz ist nur in leisen Umgebungen sinnvoll - übliche Einsatzgebite sind Home-Hifi und Monitoring.

Die fehlende Aussengeräuschdämpfung funktioniert in beideRichtungen nicht - die Musik aus dem Kopfhörer kann für andere Personen im Raum als störend empfunden werden, gleichzeitig können Geräusche wie z.B. Straßenverkehr das Musikvergnügen im Keim ersticken.




Abbildung 2: Offene Kopfhörer von Sennheiser

Bei mobilen Kopfhörern ist eine Aussengeräuschdämpfung sinnvoll, entsprechende Kopfhörer heißen "geschlossen" oder auf (d)englisch "closed". Die gute Aussengeräuschdämpfung erkauft man sich im Hochsommer mit warmen Ohren.

Bei geschlossenen Kopfhörern spielen die Chassis in einem geschlossenem Volumen welches für einen breiten Frequenzbereich kleiner ist als die Wellenlänge, der Treiber arbeitet im Bass und unteren Mittelton unter Druckkammerbedingungen: Es wird kein klassisches Wellenfeld aufgebaut, die Schallerzeugung erinnert stattdessen an das Innere einer Fahrradpumpe. Der Druckkammereffekt ermöglicht in der Theorie die Reproduktion beliebig tiefer Bässe. Geschlossene Kopfhörer sind im Bassbereich daher in erster Tendenz besser. Bei hohen Frequenzen kann es jedoch zu stehenden Wellen in der Ohrmuschel kommen - bei offenen Kopfhörern tritt dieser Effekt nicht aus, da der Schall aus dem Kopfhörer entweichen kann und nicht in der Muschel resoniert. Um diesen Effekt zu verhindern verwenden geschlossene Kopfhörer meist schallabsorbierende Dämmstoffe in der Muschel. Bei offenen Kopfhörern ist das nicht in dem Maße nötig - womit offene Kopfhörer im Mittel/Hochton oft etwas freier und luftiger klingen. Der Effekt der Absorbermaterialien ist nicht zu unterschätzen, bei vielen Kopfhörern sind sogar unterschiedliche Hörpolster (Stoff, Leder, Velour) klanglich unterscheidbar.


Bei tiefen Frequenzen mit hohen Wellenlängen kommt es zu einem akustischen Kurzschluss zwischen dem vorderseitig und dem rückseitig abgestrahlten Schall der Membran. Wenn bei offenen Kopfhörern der Abstand zwischen Kopf und Ohr verändert wird, ist dieser Kurzschluss sofort bemerkbar: Der tieffrequente Schall wird durch den Kurzschluss deutlich leiser. Der hochfrequente Schall wird dagegen kaum beeinflusst - der kurzschluss tritt nur im Bass auf. Werden offene Kopfhörer abgesetzt klingt der Ton daher grundsätzlich sehr hell.


Bei geschlossenen Kopfhörern wird der rückwärtige Schall zumeist auf ein geschlossenes Volumen geleitet um sich hier "totzulaufen". Daher profitieren offene Kopfhörer im Grundton von großflächigen Treibern um eine homogene Beschallung zu ermöglichen. Die Entzerrung der Chassis wird einfacher. Da Kopfhörer meist keine elektrischen Frequenzweichen verwenden kann ein großflächiges Chassis ein Vorteil sein. Der Kopfhörer muss so designt werden, dass er bei normaler Tragepositon einen (diffusfeldentzerrt-)linearen Frequenzgang an der Stelle der Trommelfelle erzielt. 


Die Arbeitsbedingungen innerhalb des Kopfhörers können mit dem Terminus "Nahfeld" beschrieben werden, allerdings ist hiermit der ursprüngliche Begriff aus der theoretischen Akustik und nicht der Direktfeldbegriff aus der Thematik von Nah/Fernfeldmonitoren gemeint. In dem jetzigen Kontext bezieht sich das Wort auf die ursprüngliche Bedeutung. Diese besagt, dass Schallschnelle (quasi die Luftbewegung) und der Druck nicht direkt voneinander abhängen, weil die Schnelle über einen zusätzlichen Blindanteil verfügt.  


Wandlerprinzipien

Es konnten sich mehrere verschiedene Wanderprinzipien auf dem Markt durchsetzen.


Dynamische Kopfhörer: Dynamische Kopfhörer sind die am weitesten verbreiteten Modelle; bei üblichen Elektrogroßmärkten sind in der Regel nur dynamische Kopfhörer ausgestellt. Dynamische Modelle basieren auf einer stromdurchflossenen Schwingspule in der Nähe eines Permanentmagneten. Die Schwingspule wird von der Randaufhängung geführt, ähnlich wie bei einem Kalottentreiber. Diese Aufhängung dient zusätzlich zu der Membran zur Schallabstrahlung, es ergibt sich ein Zwitter aus einem Kolbenschwinger und einem Biegeschwinger. Je nach Hersteller kommen kommen die verwendeten Lautsprechertreiber herkömmlichen Kalotten sehr nahe. Dynamische Kopfhörer können inzwischen als sehr ausgereift betrachtet werden und werden von einigen Herstellern technisch hervorragend umgesetzt.

Elektrostatische Kopfhörer
: Eine hauchdünne Folie liegt zwischen 2 aufgeladenen Gittern. Je nach Signal bewegt sich diese Folie dank elektrostatischer Anziehungskraft, hier liegt auch der Unterschied zu dynamischen Kopfhörern, welche mit der magnetischen Lorentzkraft angetreiben werden. Die Folie ist sehr leicht, es sind somit theoretisch gute Impulsantworten möglich. Dank einem sehr gleichmäßigen Antrieb über die gesamte Fläche sind quasi keine Partialschwingungen vorhanden, großflächige Membranen zur homogenen Beschallung der Ohrgeometrie sind ohne Probleme machbar.

Ein wesentlicher Nachteil von Elektrostaten ist das zusätzlich benötigte externe Versorgungsteil. Dieses wird benöitigt, um die hohe Versorgungsspannung (ca 100V)
für den Antreib der Folie bereitzustellen. Einige Elektrostaten werden an die Ausgänge eines normalen Hifi Verstärkers geklemmt. Diese Versorgungsteile transformieren die gelieferte Spannung auf den benötigten Wert hoch. Bei den neueren Geräten ist dank separater Verstärker auch ein Anschluss direkt an die CD-Player möglich, die entsprechenden Versorgungsteile benötigen jedoch ein Netzteil und dementsprechend einen separaten Netzanschluss. Batteriebetriebene Geräte für den mobilen Einsatz sind ebenfalls erhältlich.

Magnetostatische Kopfhörer: Nachdem Magnetostaten lange Zeit als Relikte aus der Vergangenheit betrachtet wurden haben, gibt es im Hochpreissegment ein plötzliches Comeback durch die Audeze, Oppo und Hifiman - Auf Anhieb hat sich eine große Fangemeinde aufgebaut. Ähnlich wie Elektrostaten funktionieren auch Magnetostaten mit einer hauchdünnen Folie. Die Antriebskraft basiert jedoch nicht auf Basis der elektrischen Coulombkraft sondern auf Basis von vormagnetisierten Ferriten und der resultierenden Lorentzkraft. Magnetostaten können die meisten Vorteile von elektrostatischen Kopfhöreren auch für sich beanspruchen, benötigen jedoch kein eigenes Versorgungsteil: die Ferrite sind permanent magnetisiert.

Einige der neuen Magnetostaten haben einen ausreichend hohen Wirkungsgrad um auch an mobilen MP3-Playern verwendet zu werden - bei den meisten Modellen empfiehlt sich jedoch eher der Anschluss an einem guten Kopfhörerverstärker oder am Ausgang eines guten Stereoverstärkers.



Abbildung 3: Magnetostat von Oppo


Prinzipiell ist keins der Wandlerprinzipien den anderen überlegen, es kommt jeweils auf die Umsetzung im Einzellfall an.


Messungen von Kopfhörern


Eine Quelle für Kopfhörermessungen und Tests ist die Homepage www.headphone.com:

http://www.headphone.com/learning-center/build-a-graph.php


Die Messungen erfolgten unter vergleichbaren Bedingungen und können für Quervergleiche verwendet werden. Ohne genaue Kenntnisse über die eigene HRTF und die eigenen Hörgewohnheiten sind diese Messungen aber mit Vorsicht zu genießen.


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