Kopfhörer
Kopfhörer sind kleine Schallwandler, die an oder in den Ohren getragen werden. In der Frühzeit des Radios wurde nur über Kopfhörer gehört.
Bekannte Hersteller von Kopfhörern sind u.a. AKG, Beyerdynamic, Grado, Koss, Philips, Sennheiser, Shure, Sony und Stax Ltd..
Einteilungen
Kopfhörer können nach verschiedenen Kriterien in Typen eingeteilt werden:
Nach der Bauform
- Ohrhörer
- In-ear headphones/canalphones (dt. „Im Ohr-Kopfhörer“)
- Die Kopfhörer werden in den Gehörgang eingeführt. Diese Art von Kopfhörern wird beim In-Ear-Monitoring verwendet. Es gibt sie in verschiedenen Materialien wie Schaumstoff oder Silikon.
- Im professionellen Bereich wird das In-ear Monitoring den Ohren jedoch individuell angepasst, indem der Hörer in eine Otoplastik aus Silikon eingearbeitet wird. Diese Maßanfertigung wird von Hörgeräteakustikern hergestellt. Sie sind sehr bequem und sicher zu tragen, langlebig, leicht zu reinigen und bieten die beste Isolation von Außengeräuschen.
- Ohrhörer (earbuds)
- Die Kopfhörer werden in die Ohrmuschel eingesetzt. Manche Menschen empfinden das als unangenehm. Dafür sind sie platzsparend und geeignet für unterwegs.
- Muschelkopfhörer
- Diese Kopfhörer sind größer und werden über die Ohrmuscheln gelegt. Sie werden in zwei Klassen unterteilt:
- Ohraufliegende Kopfhörer (supra-aural)
- Die Kopfhörermuschel bedeckt das Ohr, umschließt es jedoch nicht.
- Ohrumschließende Kopfhörer (circumaural)
- Die Kopfhörermuschel umschließt das Ohr vollständig.
- Eine seltene Sonderform ist der Kopflautsprecher. Es handelt sich dabei um zwei kleine Lautsprecher, die über den Kopf gehängt werden und völlig frei die Ohren beschallen. Dadurch ist eine natürlichere Lokalisation möglich. Bekanntestes Modell ist der AKG K 1000.
Nach der Form der äußeren Abdeckung
- Geschlossene Muschelkopfhörer
- Der Kopfhörer versucht, möglichst bündig und dicht mit dem Kopf abzuschließen, wofür meistens weicher Kunststoff oder Leder verwendet wird. Dadurch wird ein größerer Bassdruck erreicht. Bei längerem Tragen dieses Kopfhörers verspüren viele Menschen einen Wärmestau und etwas unangenehmen Druck auf den Ohren, da kein Druckausgleich zwischen Kopfhörermuschel und Umgebung stattfindet.
- Halboffene und offene Muschelkopfhörer
- Im Gegensatz zum geschlossenen Muschelkopfhörer wird ein weicher Stoff als Dämmung gegen den Kopf verwendet. Um den fehlenden Bassdruck auszugleichen, müssen die Membranen und die Technik des Kopfhörers aufwändiger konstruiert werden. Die Abdeckung ist perforiert und ermöglicht den Druckausgleich zwischen Kopfhörermuschel und Umgebung.
Nach der Schallwandlertechnologie
Bei Kopfhörern gibt es wie bei anderen Lautsprechern auch verschiedene Systeme der Schallwandlung.
- Magnetisch bzw. elektromagnetisch
- Der Strom vom Verstärker durchfließt zwei Spulen mit je einem Permanentmagneten, die sich in geringem Abstand hinter einer Stahlblechmembran befindet; früher die einzige Bauform, heute meist nur noch in sehr alten Telefonen zu finden.
- Dynamisch bzw. elektrodynamisch
- Der Strom vom Verstärker magnetisiert eine Spule, die von einem ringförmigen Dauermagneten umgeben ist, und treibt so die mit ihr verbundene Membran an; dies ist heute bei weitem die gängigste Bauform. Dieses System nennt sich auch Tauchspulensystem, da die Schwingspule in den Dauermagneten "eintaucht".
- Elektrostatisch
- Erfordert hohe Spannungen, die von einem speziellen Kopfhörerverstärker geliefert werden; der bekannteste Hersteller ist Stax. Derartige Systeme werden von Audiophilen geschätzt, sind aber teuer und aufwändig und dementsprechend selten.
- Piezoelektrisch
Nach dem Übertragungsmedium
- Kabelgebundene Kopfhörer
- Hier wird das Signal durch ein Kabel an die Elektromagnete oder Elektroden geleitet. Die Kopfhörer geben das Signal passiv wieder.
- Kopfhörer für Induktionsschleifen
- Die früheste kabellose Signalübertragung zu Kopfhörern besteht aus einer im Raum umlaufenden Induktionsschleife, die direkt mit dem verstärkten NF-Signal gespeist wird. Zum Empfang benötigen die Kopfhörer im einfachsten Fall ebenfalls nur eine Spule, in welcher durch das Magnetfeld der Induktionsschleife eine NF-Spannung induziert wird. Es gab auch kleine Hörhilfen mit Akku, Spule und Verstärker zum Anschluss eines Ohrhörers.
- Infrarot-Kopfhörer
- Das Signal wird (meistens) analog über eine FM-Kodierung oder digital mit einem LED-Infrarotsender zum Kopfhörer übertragen. Dafür ist eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger (Kopfhörer) nötig. Wird das Signal digital übermittelt, muss es erst noch durch einen D/A-Wandler in ein Analogsignal umgewandelt werden. Handelt es sich um ein analoges Signal, übernimmt ein FM-Dekodierer die Umwandlung.
- In den Kopfhörern ist ein IR-Empfänger und ein Verstärker integriert. Weil die Kopfhörer das Signal aktiv verstärken, benötigen sie eine Batterie. Die Klangqualität wird oft durch Signalfehler und ein Grundrauschen beeinträchtigt.
- Analoge Funkkopfhörer
- Ähnlich wie beim Infrarot-Kopfhörer wird das Signal auch ohne Kabel übermittelt. Statt Infrarot werden jedoch Funkwellen verwendet. Je nach Hersteller und Modell unterscheiden sich die Frequenzen, auf denen übertragen wird. Dadurch sind Funkkopfhörer/Sender untereinander oft nicht kompatibel.
- Bei Funkkopfhörern wird das Signal in der Regel per FM übermittelt. Ein FM-Dekodierer übernimmt die Umwandlung in ein Audio-Signal. Der Kopfhörer verstärkt das Signal aktiv. Dadurch benötigen diese Kopfhörer ebenfalls eine Batterie.
- Digitale Funkkopfhörer
- Hier wird das Funk-Signal nicht analog, sondern (beispielsweise über Bluetooth) digital übertragen. Das empfangene Signal wird erst vom eingebauten D/A-Wandler des Kopfhörers in ein analoges Tonsignal umgewandelt. Diese Technik eliminiert das oft als störend empfundene Signal- und Ruherauschen und ermöglicht eine absolut verlustfreie Übertragung bei digitalen Tonquellen. Bei analogen Tonquellen ist zwar gegenüber der kabelgebundenen Übertragung eine Signalumwandlung mehr notwendig, dieser prinzipielle Nachteil wird jedoch durch die generell höhere Tonqualität bei digitalem Transfer in der Regel mehr als ausgeglichen. Die bessere Qualität schlägt sich zumeist auch in höheren Preisen nieder.
Nach der Impedanz
- Niederohmige Kopfhörer: Die Impedanz des Kopfhörers liegt im Bereich 4-100 Ω.
- Mittelohmige Kopfhörer: Die Impedanz liegt im Bereich 100-1000 Ω.
- Hochohmige Kopfhörer: Die Impedanz liegt im Bereich 1-4 kΩ, z.B. bei elektromagnetischen Kopfhörern u.a. für Detektor-Empfänger (veraltet).
Kopfhörer mit aktiver Geräuschunterdrückung
Seit neuerem gibt es Kopfhörer mit aktiver Geräuschreduktion auf Basis der Antischall-Technologie. Hierbei nimmt ein an der Außenseite des Kopfhörers angebrachtes Mikrofon die Außengeräusche auf. Eine Elektronik mischt die verpolten Schwingungen hinzu. Das Signal wird dann dem Audiosignal beigemischt. Der Störschall und das beigemischte Signal löschen sich nun aus. Mit dieser Technik ist es möglich, insbesondere tieffrequente Störgeräusche aktiv zu eliminieren. Diese Technik ist schon lange in den Kopfhörern von Flugzeugpiloten zur Geräuschverminderung eingesetzt worden. Durch das hauptsächliche Ausschalten der tieffrequenteren Störgeräusche konnte man den Schallpegel in den Kopfhörern der Piloten und damit die gesundheitliche Belastung senken.
Eine einfachere und wirkungsvollere Technik zur Unterdrückung von Störgeräuschen ist die Verwendung von geschlossenen, ohrumschließenden Kopfhörern. Bei geeigneter Konstruktion sind insbesondere oberhalb von 500 Hz höhere Dämpfungen als mit aktiver Geräuschunterdrückung möglich, die auch bei höheren Pegeln funktioniert.
Lokalisation bei Kopfhörern
Der von den Kopfhörern abgegebene Schall wirkt direkt auf den Gehörgang der Ohren und nicht auf den gesamten Kopf, wie beim natürlichen Hören. Die zum Hören wichtigen Ohrmuscheln sind dabei außer Kraft gesetzt, also quasi „amputiert“. Die Beschallung wirkt daher deutlich anders als über Lautsprecherboxen. Insbesondere findet mit Kopfhörern die räumliche Lokalisation bei normalen Stereoaufnahmen nur eingeschränkt statt; es entsteht der Eindruck einer unnatürlichen Trennung beider Tonkanäle. Zur teilweisen Verminderung dieses Effektes gibt es sogenannte Crossfeed-Lösungen oder elektroakustische Kunstgriffe wie Dolby Headphone. Andererseits sind Kopfhörer zur Wiedergabe von binauralen Tonaufnahmen, die über einen Kunstkopf gemacht wurden, unbedingt erforderlich.
Testversuche zur Funktionsweise der Richtungslokalisation des menschlichen Gehörs werden überwiegend über Kopfhörer gemacht. Hierzu ist der Ausdruck Lateralisation vorbehalten, um differenzierte Testsignale getrennt den Ohren darzubieten und ihre Auswirkungen auf die seitliche Auslenkung (Hörereignisrichtung) zu untersuchen.
Anschluss und Verstärkung
Da Kopfhörer meist passive Systeme sind, müssen sie an einen Verstärker angeschlossen werden, um ein Signal in akzeptabler Lautstärke zu produzieren. Der Anschluss erfolgt dabei in der Regel über einen Klinkenstecker mit den Maßen 6,3 mm oder 3,5 mm. Bei früheren Systemen wurde auch ein 5poliger DIN-Würfelstecker verwendet. Die Kopfhörerbuchsen handelsüblicher tragbarer Musikabspielgeräte oder Verstärker werden oft durch relativ einfache Schaltungen gespeist. Es gibt daher für hohe Ansprüche, speziell im Studiobereich, sogenannte Kopfhörerverstärker, die insbesondere bei hochwertigen Kopfhörern eine bessere Tonqualität erreichen sollen.
Teuerster Kopfhörer der Welt
Die Firma Sennheiser entwickelte in den 1980er Jahren ein elektrostatisches Kopfhörer-System bestehend aus einem Kopfhörer und einem Röhren-Verstärker mit dem Namen "Orpheus". Es wurden 300 Exemplare in Handfertigung gebaut. Der empfohlene Verkaufspreis lag bei ca. 15.300 Euro. 2006 baute Sennheiser einige wenige Kopfhörer des Systems neu und verkaufte sie ohne den Röhren-Verstärker.
Siehe auch
Headset (Sprechgarnitur, Mikrofon-Kopfhörer)