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EP0126783A1 - Ein breitbandiger rauscharmer Kunstkopf mit hoher Dynamik und der Eigenschaft der originalgetreuen Übertragung von Hörereignissen - Google Patents

Ein breitbandiger rauscharmer Kunstkopf mit hoher Dynamik und der Eigenschaft der originalgetreuen Übertragung von Hörereignissen Download PDF

Info

Publication number
EP0126783A1
EP0126783A1 EP83105141A EP83105141A EP0126783A1 EP 0126783 A1 EP0126783 A1 EP 0126783A1 EP 83105141 A EP83105141 A EP 83105141A EP 83105141 A EP83105141 A EP 83105141A EP 0126783 A1 EP0126783 A1 EP 0126783A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
head
replica
ear
sound
microphone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP83105141A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Genuit
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Head Stereo GmbH Kopfbezogene Aufnahme und Weidergabetechnik and Co Messtechnik KG
Original Assignee
Head Stereo GmbH Kopfbezogene Aufnahme und Weidergabetechnik and Co Messtechnik KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Head Stereo GmbH Kopfbezogene Aufnahme und Weidergabetechnik and Co Messtechnik KG filed Critical Head Stereo GmbH Kopfbezogene Aufnahme und Weidergabetechnik and Co Messtechnik KG
Priority to EP83105141A priority Critical patent/EP0126783A1/de
Publication of EP0126783A1 publication Critical patent/EP0126783A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/027—Spatial or constructional arrangements of microphones, e.g. in dummy heads
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/08—Mouthpieces; Microphones; Attachments therefor
    • H04R1/083—Special constructions of mouthpieces

Definitions

  • the invention relates to a two-channel electroacoustic transmission system according to the preamble of claim 1, which is assigned to the category of so-called artificial head recording or artificial head transmission systems.
  • This "black hole” meant an almost conical area, the tip of which falls in the center of the head, the axis parallel to the line of intersection between the horizontal plane and the plane of symmetry of the head, and in which listening events occur rarely or never when the artificial head signals are reproduced via headphones.
  • - GENUIT and PLATTE / 15 / were found on test subjects as typical suspected asymmetries in the acoustic transmission behavior between the left and right outer ear. Such asymmetries are not structurally taken into account in previously known artificial heads (eg / 5 /, / 14 /) or even, e.g. B, in / 16 /, consciously been avoided.
  • - KUHN / 17 / showed that the formerly negligible acoustic influence of the upper body on the outer ear directional characteristic can be demonstrated up to frequencies of 1500 Hz.
  • KUHN also demonstrated in / 17 / that the acoustic impedance of human skin has only a negligible influence on the directional characteristics of the outer ear.
  • the microphone coupling in the artificial head represents a significant design feature of an artificial head that influences other design features and even depends on other features
  • the artificial head according to / 8 / should not be regarded as the essential inventive solution to the artificial head problem that only lacks a little additional effort to reduce noise.
  • WOLLHERR also shows in / 20 / that the signal-to-noise ratio of the artificial head realized by HUDDE and SCHROETER / 8 / is not acceptable for professional electro-acoustic recording technology.
  • the artificial head In order not to create a discrepancy between the hearing and the viewing angle, the artificial head must be behind the camera and, when using lenses with a long focal length, tolerate a correspondingly large shooting distance. H. still deliver noiseless electrical output signals at low acoustic signal levels.
  • Fig. 1 shows in the form of an exploded view the front view of the essential mechanical components of the artificial head recording system according to the invention, as shown to the user when viewed from the outside.
  • Fig. 2 shows the corresponding side view.
  • the head replica (1) carries the left and right side of the auricle replicas (102) and (202 ⁇ .
  • Each auricle replica (102, 202) is firmly connected to a cylindrical body (101), (201) and thus forms the respective ear insert (100), (200), which can be easily removed from the side of the head replica (1) and is just as easy to reinsert.
  • an optically transparent location (22) as a functional part of an optical projection device integrated in the head replica ( 25) which allows the head to be aimed at a "target", usually a sound source or an acoustic fixed point in the recording room, the arrangement being rotated in accordance with FIG. 1 or FIG the projection device (25) connected to the head replica (1) projects a light mark onto the respective target object.
  • a target usually a sound source or an acoustic fixed point in the recording room
  • the head replica (1) which is firmly connected to the head base plate (40), is normally placed on the shoulder replica (300) and locked there by means of a quick-clamp connection.
  • the shoulder replica (300) is in turn normally placed on the box (400), the guide rods (306) (307) being inserted through the holes (414), (415) into the interior of the box (400); the shoulder replica (300) and box (4000) are then connected to one another by means of screw (416) and threaded hole (305).
  • the box (400) is shaped in such a way that, in conjunction with the shoulder replica (300), it roughly replicates the torso of a representative test subject
  • the box (400) as the lower part of the upper body replica contains on the one hand the larger part (418) of the electronics necessary for the operation according to the invention, on the other hand the space (403) and the fastening means (405), (406), (407), (408) , (409), (410) for a small, high-quality magnetic tape recording system, consisting, for example, of a compander unit (419) and a small analog magnetic tape device (420) or a so-called PCM adapter (421) and a small video recorder (422
  • the bottom is re space (403) of the box (400) lined with sound-absorbing material (404) and the flap (401) is provided with acoustic sealing tape (402), so
  • the level indicator (413) also attached to the box (400) enables the user to check the correct leveling of the magnetic tape device (420) or (422) that is not visible during operation in the box (400) without further aids.
  • the thread (411) introduced at the bottom of the box (400) is used to fasten the box (400) on a tripod.
  • Fig. 4 shows the head base plate (40) which is normally firmly screwed to the head replica (1).
  • the centering hole (41) and the bayonet holes (42), (43) in the head base plate (40) serve to connect the head replica (1) to the shoulder replica (300).
  • the head replica (1) is first brought so far to the shoulder replica (300) that the centering pin (301) into the centering hole ( 41) engages.
  • the head replica (1) must be rotated around the engaging centering pin (301) so that the bayonet indexing pins (302) and (303) can dip into the bayonet holes (42) and (43).
  • a multi-pin plug or a multi-pin socket (45) is inserted, which provides a quick-release electrical connection between the microphones (130) attached to the inside of the head replica (1), (230) resp. Impedance converter (131), (231) with the electronics (418) housed in the box (400) allowed.
  • the hole (44) in the head base plate (40) with a thread that is common for tripods is introduced at such an angle against the surface normal that when screwed together with a vertical stowage (50) - cf. Fig.
  • the head replica (1) takes the inclination according to the invention to the horizontal and vertical, according to the experimentally determined casual inclination of a representative test subject.
  • the same inclination of the head replica (1) according to the invention is achieved when mounted on the shoulder replica (300) standing on a horizontal surface.
  • Fig. 3 shows a side view of this case.
  • Fig. 6 shows the left ear insert (100) - representative of the correspondingly constructed right ear insert (200) - in different sections or views.
  • Fig. 3 shows the left ear insert (100) in the position according to the invention in the head replica (1). This position was determined by stereometric transmission of the positional relation between the auricle structure and the reference areas (18), (19) (201 (21) of the face by a representative test subject on the head replica (l).
  • the auricle (102) is firmly connected to a cylindrical body (101) with a non-rotationally symmetrical cross-sectional area and the cylindrical body (101) is to be inserted into a pipe section (4) with a mechanical depth stop that is firmly connected to the head replica (1) (cf. FIG. 7).
  • the non-rotationally symmetrical design of the cross-sectional area of the cylindrical body (101) forming a fit with the cylindrical tube (2) prevents rotation of the ear cup replica (102) against its predetermined fixation relative to the geometry of the head replica (1).
  • the depth stop for the insertion of cylindrical body (101) into the tube (2), which is carried out by grooves (106) (107), (108) and counterparts (8), (10), (12), is fitted in such a way that the auricle replica (101) has the distance from the lateral head surface found in a representative test subject.
  • the front surface (103) of the cylindrical body (101) facing the auricle replica (102) is only changed against the one on the basis of a replica of the corresponding head surface section of a representative test subject to such an extent that after the cylindrical body (101) has been inserted into the assigned tube ( 4) until the mechanical stop, the outer end surface (103) of the cylindrical body (101) continuously merges into the surrounding surface area (6) of the head replica (1) on all sides (cf. FIG. 7).
  • the front surface (104) of the cylindrical body (101) facing away from the auricle replica (102) is designed as a receptacle for the microphone (130) and the impedance converter (131).
  • the cylindrical material recess (111) accommodates the microphone (130) of the type 4166 from the Danish manufacturer Brüel + Kjaer / 29 / in such a way that, on the one hand, a coupling volume (112) specified according to the invention and an equally specified piece (113) of an ear canal reproduction remain, and on the other hand, that Microphone (130), which is screwed to the impedance converter (131), by screwing the Impedance converter (131) with the end face (104) of the cylindrical body (101) is fixed in the position according to the invention.
  • the threaded holes (1091 (110) accommodate the fastening screws for the impedance converter (131).
  • the space between the microphone (130) and the input plane (114) of the ear canal replica - consisting of the subspaces coupling volume (112) and piece of ear canal (113) - is selected in terms of its volume and its linear dimensions so that it is combined with the acoustic input impedance of the microphone used according to / 29 / sets an acoustic cavity resonance at 12 kHz.
  • This resonance which is preferably located above the upper cut-off frequency of the microphone (130), is used according to the invention as a passive and thus noise-free amplification to increase the signal-to-noise ratio in the frequency range of the cavity resonance and thus in practice to increase the cut-off microphone frequency in the artificial head system, compared to the constructive one predetermined upper limit frequency of the microphone (130) when operating in a free sound field.
  • the area of the head replica (1) corresponding to the hairy parts of the human head is covered with sound-absorbing material (17) (cf. FIGS. 1, 3 and 5).
  • the surface of the shoulder replica (300), in particular the surface part directly facing the auricle replicas (102) and (202), is also covered with sound-absorbing material (308).
  • the outer surface of the box (400) is also covered with acoustically absorbing material (417).
  • Fig. 8 and Fig. 9 show the schematic block diagram of the entire artificial head electronics, consisting of the power supply part of Fig. 9 and two identically constructed signal branches corresponding to Fig. 8.
  • the power supply part (Fig. 9) is either with the local mains voltage or from batteries to operate with preferably 12 V; it generates the operating voltages necessary for the operation of the circuit according to FIG. 8 with the aid of the direct voltage converters (532) and (533).
  • the changeover relay (531) is connected in such a way that when the local mains voltage is applied to the corresponding input of the power supply part (530), a battery that may be connected at the same time is disconnected from the input of the DC voltage converter (532) and the signal processing electronics according to FIG. 8 from the lighting network is supplied. When the mains voltage is switched off, the changeover relay (531) automatically switches to voltage supply from batteries.
  • Fig. 8 shows the signal processing electronics using the example of the left channel.
  • the right channel is built entirely accordingly.
  • the left microphone (130) of the system according to the invention is connected to the impedance converter (131) arranged in the immediate vicinity within the head replica (l), the output signal of which is connected to a connection of a changeover switch (500) via a cable (132) guided inside the artificial head neck .
  • the changeover switch (500) either connects the output (507) of the impedance converter (131) or the output (508) of a test tone generator (501) to the input of the artificial head equalizer (502), during normal operation the changeover switch (500) connects the output (507 ) of the impedance converter (131) with the input of the artificial head equalizer (502).
  • the output level of this artificial head equalizer (502) is displayed on a peak value display (503) for the continuous control of the modulation.
  • the output signal of the artificial head equalizer (502) is amplified or converted in level to z.
  • the left so-called artificial head signal is then available at the output (509) of the output driver (504) for recording or transmission.
  • the right artificial head signal is present at the output of a corresponding right electronics, which in turn consists of the right microphone (230), the right impedance converter (231), the right connection cable (232), the right switch (600), the right artificial head equalizer (6021, the right test tone generator (601), the right peak indicator (603) and the right output driver (604).
  • the left and right test tone generators (501) and (601) act as substitute voltage sources for the respective combination of microphone (130) or (230) and impedance converter ( 131) or (231).
  • the test tone generators (501) and (601) deliver at a calibration frequency of z. B. 240 Hz the same output level as the assigned impedance converter (131) or (231) when applied to the respective microphone (130) or (230) with an introduced calibration sound level of z. B. 94 dB in the free sound field.
  • This switchover option from microphone to test tone generator allows the artificial head user to set or calibrate his downstream recording or transmission system in such a way that that the transmission factor "over everything", ie from the acoustic input signal of the artificial head to the acoustic output signal of the playback transducer, for. B, the headphones (506) and (606) takes a predetermined value. In the case of the transmission true to the original, this transmission factor would have to be equal to 1.
  • the coupled changeover switches (500) and (600) would be brought into the position shown in FIG. 8 for normal operation.
  • the microphone signals preprocessed in accordance with FIG. 8 can then be tapped and transmitted from the outputs (509), (609) of the output drivers (504), (604) or recorded on magnetic tape or reproduced directly via loudspeakers or adapted headphones.
  • the artificial head electronics (400) contains two headphone equalizers (505), (605) which are matched to suitable headphones (506) (606).
  • These headphones are - in accordance with the basic claim according to the invention - selected or constructed so that they can reproduce the large dynamic range of the artificial head recording system according to the invention, in particular at very low and very high frequencies, without audible distortion.
  • FIG. 10 shows the free-field outer ear transmission function of a representative test subject when the sound is incident horizontally from the front.
  • the elevations (551) and (552) and the break-in (553) are particularly attributable to the acoustic effect of the shoulder.
  • the other structures result from the acoustic interaction of head, auricle and auditory canal.
  • the requirement that the measured transfer function of the interconnection of the artificial head and the artificial head equalizer must be the same as the representative transfer function of a measuring microphone (e.g.
  • FIG. 13 shows the spectral noise power densities (562) and (662) of the left and right channels of the artificial head recording system according to the invention in comparison with the noise power density (570) corresponding to the human hearing threshold (cf. e.g. Zwicker et. Al. / 28 / ).
  • the human hearing threshold (570) lies in the range of the respective noise power density (562), (662) of the artificial head recording system, ie the background noise of the human ear is in the order of the invention according artificial head recording system.
  • the noise power density (562), (662) of the artificial head recording system in the current embodiment described here is still up to 5 dB above the noise power density (570) of the human ear; however, this property can be further optimized in practice in accordance with claims 18 and 19.
  • the slight differences in the noise power density of the left and right channels can be explained from the slight differences in the transfer functions (560), (660) of the two artificial head equalizers (502), (602).
  • each of these equalizers including the left and right artificial head transfer function determined by measurement, is calculated and implemented in such a way that the left microphone (130) with the left impedance converter (131) and the left artificial head equalizer (502) has the same transfer function (550) for sound incidence approximated horizontally from the front like the right microphone (230) with the right impedance converter (231) and the right artificial head equalizer (602).
  • Fig. 11 shows the transfer functions (560) and (660) of the left and right artificial head equalizers.
  • the upper body simulation formed by the elements (300) and (400) is covered with acoustically absorbing material (417).
  • the box (400) acts as a lower part of the upper body simulation formed by (400) and (300), in particular as a housing for the electrical, electronic and electromechanical components required for operating the system according to the invention.
  • the box contains in particular a transportable and operational receptacle (405), (406) or (407), (408), (409), (410) for a small magnetic tape recorder (420) or (421), (442).
  • the surface of the head replica (1) corresponding to the hairy surface of the natural head is covered with acoustically absorbing material (17).
  • the space (112), (113), (212), (213) between the ear canal entrance (114), (214) - defined by the floor of the main cavity (115), (215) of the ear cup replica (102), (202) - And the membrane of the other end of the cylindrical body (101), (201) coupled microphone (130), (230) is designed in its volume and in its linear dimensions so that an acoustic resonance occurs at 12 kHz.
  • This acoustic resonance at 12 kHz acts like a passive amplifier connected upstream of the microphone (130), (230), which extends the frequency range usable in the free sound field with the microphone (130), (230) upwards and increases the signal-to-noise ratio.
  • the microphone (130), (230) used is selected in terms of its equivalent volume or constructed in such a way that an adjustment to what has been said is possible.
  • the microphones (130), (230) used are designed or selected or so adjusted in their operating parameters so that the noise power density (562) (662) of the microphones - measured in the system according to the invention - does not exceed or only slightly exceeds the noise power density (570) equivalent to the human hearing threshold, ie the background noise of the microphones (130), (230) remains completely or at least almost inaudible.
  • the microphones (130), (230) are constructed or selected or are operated with such operating parameters that switching signals with levels in the range of the typical human pain threshold experience no audible or disturbing distortions by the microphones.
  • a high-performance compander system (419), for example TELCOM c4 from AEG-Telefunken, can be an integral part of the electronic components arranged in the box (40), so that it is possible to use broadband, low noise and high dynamics of the artificial head according to the invention even when playing back as a record on analog Get magnetic tape.
  • a so-called PCM adapter (421) for recording the signals at the output (509), (609) on magnetic tape in PCM technology can be an integral part of the electronic components arranged in the upper body simulation (300), (400), which it allowed to maintain broadband.
  • Two equalization filters (502t (602) with the transfer functions (560), (660) specially matched to the artificial head are an integral part of the electronic components housed in the box (400).
  • direct voltage converters (532), (533) for operating voltage supply, in particular of components (418), (419) made of batteries, are an integral component of the electronic components housed in the upper body simulation (300), (400).
  • Operating and function control displays (413) are attached to a point of the box (400) or the shoulder replica (300) or the head replica (1) which is clearly visible from the outside.
  • the box (400) or the shoulder replica (300) carries in particular permanently mounted plugs or sockets (412) for connecting supply, output and control lines and for connecting a remote control part for an internal magnetic tape device (420) or (422).
  • the shoulder replica (300) is designed and provided with two guide rods (306), (307) so that it can be attached as part of a seat back or instead of a headrest or as part of it in particular in a vehicle and there in addition to the acoustic function for the artificial head still takes on the protective, supportive or impact-reducing function of the seat part or support part in whose place the shoulder replica (300) is inserted.
  • the head replica is attached to the shoulder replica (300) by means of a quick clamp connection.
  • This quick clamp connection is preferably designed as a bayonet lock with the parts (41), (42), (43), (301), (302), (303).
  • the head replica (1) is permanently connected to a direction finder (24) or a light-optical projection device (25), by means of which a clear point in a direction specified by the head geometry is located at a distance in this direction Object or body is determined.
  • the light-optical projection device (25) which functions in particular as a light pointer, is mounted within the head replica (l) and is fixedly connected to it and projects a light marking onto an object or body that is distant in the direction determined by the orientation of the head replica (1).
  • the direction finder device (24) connected to the head replica (l) consists in particular of two head openings (22), (231 which - like the rear sight and front sight of a weapon - allow "aiming" at a distant object.
  • the direction defined by the direction finding device (24) or projection device (25) lies preferably in the horizontal plane (14) through the ear canal inputs (116) (216) and at the same time in the acoustic or mechanical plane of symmetry (15) of the head replica (1 ).
  • a level tone generator (501), (601) assigned to the respective microphone (130), (230) is preferably an integral part of the electronic components housed in the box (400), the an output voltage at z. B. 240 Hz corresponding to the output voltage of the respective microphone (130) (230) at a fixed sound pressure level (z. B. 94 dB) at the location of the head replica (1) and after switching from the respective impedance converter output (507), (607) the output (508), (608) of the level tone generator (501), (601) allows the calibration of all subsequent electronics up to the playback headphones (5061 (606).
  • the lower part of the box (400) is designed as a soundproof capsule around the magnetic tape device (420) or (422) causing the running noise, one wall of which is formed by the soundproof closing flap (401).
  • the soundproof capsule is additionally lined with sound-absorbing material (403) in the lower part of the box (400).
  • Both the shoulder replica (300) and the box (400) are provided with a common tripod thread (305), (411) on the bottom.
  • each cylindrical body (101), (201) in the respective cylindrical pipe section (2), (3) is carried out by three grooves (106), (107), (108) or (206), (207), (208) in the cylindrical bodies (101), (201) and corresponding counterparts (8), (10) (12) or (9), (11), (13) in the cylindrical tube pieces (2), (3rd ).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

Zur Vermeidung der bei kopfbezogenen zweikanaligen Übertragungseinrichtungen häufig auftretenden Übertragungsfehlern - Richtungsinversion, Im-Kopf-Lokalisation, Elevation, Klangverfärbungen, fehlende Lautsprecherkompatibilität und hörbares Eigenrauschen - wird ein neues breitbandiges rauscharmes Kunstkopfaufnahmesystem hoher Dynamik entwickelt, dessen äußere Geometrie unter genauer Berücksichtigung der strukturgemittelten beim Menschen akustisch wirksamen richtungsabhängigen Parameter aufgebaut und mit zwei hochwertigen mit in der Meßtechnik üblichen kalibrierfähigen Mikrofonen versehen ist, die aufgrund kleiner Abmessungen, die eine breitbandige Ausnutzung der Ohrmuschelnachbildung als passiver akustischer Verstärker erlauben, sowie aufgrund geringem Eigenrauschen und hoher Dynamik eine Verbesserung der elektroakustischer Übertragungseigenschaften bewirken und mittels eines aktiven Filters bei Freifeldbeschallung von vorne einem Meßmikrifon vergleichbaren Frequenzgang der Mikrofon- Übertragungsfunktionen gewährleistet, so daß dieses System einerseits die Möglichkeit bietet, in der akustischen Meßtechnik wie gewohnt Schallereignisse meßtechnisch zu analysieren und zusätzlich bei Wiedergabe über einen freifeldentzerrten Kopfhörer an den Trommelfellen einer abhörenden Person die gleichen Schalldrucksignale erzeugt, als befände sich die Person am Ort der Schallaufnahme und andererseits bei Wiedergabe über Lautsprecher keine störenden Klangverfärbungen auftreten. Das gesamte Kunstkopfsystem ist für Netz- wie auch Batteriebetrieb ausgelegt und wird mit einem analogen oder digitalen Aufzeichnungsgerät zu einem autarken Auf- und Wiedergabesystem kombiniert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein zweikanaliges elektroakustisches Übertragungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das der Kategorie der sog. Kunstkopfaufnahme- bzw. Kunstkopfübertragungssysteme zuzuordnen ist.
  • Als Kunstkopf wird in der Literatur seit 1939 (z. B. /1/, /2/, /3/, /4/, /5/, /6/, /7/, /8/) verallgemeinernd jede Anordnung von mindestens zwei Mikrofonen in einem oder an einem nicht fleischlichen Beugungskörper bezeichnet, der einem menschlichen Kopf in Form oder Abmessungen oder Volumen ähnlich ist. Die Grundidee des Kunstkopfes erscheint naheliegend und ist bereits mehrere Jahrzehnte in der Diskussion: Bei geeigneter Übertragung der Signale aus den menschlichen Ohrkanälen oder von den Trommelfellen müßten - so läßt sich die erst in jüngerer Zeit explizit formulierte Grundidee des Kunstkopfes zusammenfassen - die Trommelfelle einer Versuchsperson mittels Kopfhörer mit denselben Zeitfunktionen anzuregen sein, die ohne elektroakustische Maßnahmen im Originalschallfeld auftreten. Mit einer solchen originalgetreuen Übertragung der Trommelfellsignale müßten nun, da das menschliche Gehör seine akustische Umwelt nur durch diese Trommelfellsignale "sieht", alle akustischen Wahrnehmungen (in der Terminologie von BLAUERT /9/ im folgenden als Hörereignisse bezeichnet) eberfalls originalgetreu übertragen werden, d, h. : Versuchspersonen, die eine solche Übertragung von Trommelfellsignalen erleben, müßten trotz der Kopfhörerwiedergabe Richtungen, Entfernungen, Ausdehnungen, Räumlichkeiten und alle anderen Hörereigniseigenschaften genauso beschreiben, als wenn sie sich unmittelbar im Originalschallfeld an der Stelle des Kunstkopfes befänden.
  • Über mehr als vier Jahrzehnte läßt sich die Entwicklungsgeschichte des Kunstkopfes verfolgen, ohne daß die vorher erläuterte originalgetreue Übertragung von Hörereignissen erreicht wurde. Bei vielen der frühen Kunstköpfe liegen die Ursachen hierfür aus heutiger Sicht klar auf der Hand. So wurden zum Beispiel bei einem der ersten Kunstköpfe /1/ von den Autoren DE BOER und VE RMELEN 1939 einfach Löcher von 35 mm Durchmesser im Bereich des Ohransatzes in einen Schaufensterpuppenkopf gebohrt. Die Löcher, die damals Mikrofone entsprechender Größe aufnahmen, mußten natürlich die akustische Wirkung der Puppenohrmuschel völlig verändert erscheinen lassen gegenüber der Wirkung der intakten natürlichen
  • Ohrmuschel. Dementsprechend traten damals bereits die für alle bisherigen Kunstköpfe typischen Richtungshörfehler, insbesondere die gravierenden Vorne/Hinten-Vertauschungen auf - ein Effekt, der von den damaligen Autoren. zwar bemerkt wurde, aber nicht erklärt werden konnte.
  • Erst im Laufe der Zeit erkannte man, daß die akustische Wirkung der natürlichen Ohrmuschel in Form einer recht komplizierten und für die "richtige" räumliche Auflösung der akustischen Umgebung durch das menschliche Gehör wichtigen Richtcharakteristik liegt. Dementsprechend wurde der Kunstkopf im Laufe der Jahre in verschiedenen Labors weiterentwickelt, insbesondere in Richtung auf eine bessere Nachbildung des natürlichen Außenohres und auf eine Verkleinerung der zu verwendenden Mikrofone. Eine technische Lösung, bei der keine gravierenden Richtungshörfehler auftraten, wurde jedoch bis 1968 nicht bekannt. Im Jahre 1969 meldeten dann die Erfinder KUERER, PLENGE und WILKENS mit dem Patent Nr. 1927401 /5/ ein "Verfahren zur hörrichtigen Aufnahme und Wiedergabe von Schallereignissen und Vorrichtung zu seiner Durchführung" an. Sie statteten einen Kunststoffkopf mit vergleichsweise genau nachgebildeten Ohren aus, an deren jeweiligem Gehörgang über ein spezielles das Trommelfell nachbildende akustische Impedanzscheibchen ein hochwertiges Studiomikrofon angekoppelt war. Durch den Einsatz die.ses Kunstkopfes, vertrieben durch die Georg Neumann GmbH, Berlin /14/, im Rundfunkbereich und speziell durch die Ausstrahlung des ersten Kunstkopfhörspiels im Jahre 1973 3 wurde eine allgemeine Begeisterung sowohl in der Öffentlichkeit als auch bei den Programmproduzenten für die vermeintlich neue frappierend natürliche Übertragungstechnik hervorgerufen. Obwohl es zunächst den Anschein haben mußte, daß damit das Problem der Kunstkopftechnik gelöst sei, beklagten vor allem die Programmproduzenten bald störende Klangverfärbungen durch den Kunstkopf und ein - wie sie sagten - "schwarzes Loch vor dem Kunstkopf". Gemeint war mit diesem "schwarzen Loch" ein nahezu kegelförmiger Raumbereich, dessen Spitze in Kopfmitte fällt, dessen Achse parallel zur Schnittgeraden zwischen horizontaler Ebene und Kopfsymmetrieebene verläuft und in dem nur selten oder nie Hörereignisse bei Wiedergabe der Kunstkopfsignale über Kopfhörer auftreten. Diese Beobachtung, die von den Beteiligten zumeist ohne Wissen um die früheren Kunstkopfversuche gemacht wurde, ließ auch hier wieder die bereits früher typischen Fehler der Kunstkopftechnik, nämlich die Vorne/Hinten-Vertauschungen, erkennen.
  • Daß diese Fehler keineswegs typisch für das Prinzip der Kunstkopftechnik sind, sondern offensichtlich auf technische Unzulänglichkeiten aller bisher bekannten Kunstköpfe zurückzuführen sind, wurde 1975 von PLATTE et, al. /12/, /13/ mit einer sog. "Anordnung zur genauen Reproduktion von Ohrsignalen" gezeigt. Basierend auf der Arbeitshypothese, daß alle bisherigen Kunstköpfe die rein physikalisch begründeten Anforderung der fehlerfreien Übertragung von Ohrsignalen nicht erfüllen, verwendeten PLATTE et. al. eine Anordnung von Sondenmikrofonen, mit denen sie meßtechnisch einwandfrei Schallsignale aus den Ohrkanälen einer lebenden Versuchsperson in die einer anderen übertrugen. Sie substituierten damit die bei anderen Autoren als fehlerhaft vermuteten Kunstköpfe durch den "idealen Kunstkopf" einer lebenden Versuchsperson.
  • Weiter vermieden sie alle Probleme, die bei der Ankopplung von Mikrofonen an den Gehörgang eines Kunstkopfes auftreten, indem sie die Schallaufnahme durch Einbringen einer dünnen Sonde in den Ohrkanal der Versuchs person realisierten. In Hörversuchen wiesen sie nach /12/, /13/, daß diese Anordnung mit der originalgetreuen Übertragung von akustischen Signalen auch eine originalgetreue Übertragung von Hörereignissen leistet und hierbei erstmalig die Wahrscheinlichkeit der Vorne/Hinten-Vertauschungen auf ein tolerierbares und auch beim natürlichen Hören (d. h. ohne Elektroakustik) unvermeidbares Maß reduziert war.
  • Obwohl mit den Arbeiten /12/ und /13/ von PLATTE et. al. das grundsätzliche Funktionieren des Kunstkopfprinzipes zweifelsfrei vorbewiesen war, war man damit der Realisierung des originalgetreu übertragenden Kunstkopfes praktisch noch keinen Schritt näher. In der Folgezeit wurden weitere noch offene oder strittige Detailfragen zur Außenohrphysik geklärt, aus denen sich prinzipielle Hinweise für einen zumindest bezüglich der Übertragung räumlicher Hörereignismerkmale originalgetreuen Kunstkopf ableiten lassen. So wiesen HUDDE und SCHROETER in /18/ nach, daß die akustische Impedanz des Trommelfells bzw. die akustische Eingangsimpedanz des mit dem Trommelfell abgeschlossenen Gehörgangs am Kunstkopf nicht notwendigerweise nachgebildet werden muß. - GENUIT und PLATTE /15/ fanden an Versuchspersonen als typisch vermutete Unsymmetrien im akustischen Übertragungsverhalten zwischen linkem und rechtem Außenohr. Solche Unsymmetrien sind in vorbekannten Kunstköpfen (z.B. /5/, /14/) konstruktiv nicht berücksichtigt oder sogar, z. B, in /16/, bewußt vermieden worden. - KUHN /17/ zeigte, daß der früher als vernachlässigbar geltende akustische Einfluß des Oberkörpers auf die Außenohrrichtcharakteristik meßtechnisch bis hinauf zu Frequenzen von 1500 Hz nachweisbar ist. KUHN wies in /17/ ebenfalls nach, daß die akustische Impedanz der menschlichen Haut nur einen vernachlässigbar geringen Einfluß auf die Außenohrrichtcharakteristik hat.
  • 1980 beschrieben HUDDE und SCHROETER in /18/ einen neuen Kunstkopf, der aus einer Umarbeitung des früheren Kunstkopfes KU80 (vgl. /14/) der Firma Georg Neumann GmbH, Berlin entstand. Auch dieser junge Kunstkopf erfüllt nachweislich nicht die oben genannten Anforderungen an einen in jeder Hinsicht originalgetreu übertragenden Kunstkopf: So schließen bereits die dort verwendeten Miniatur-Elektretmikrofone des Typs BT-1759 des amerikanischen Herstellers KNOWLES (vgl. /19/) einen für Originaltreue ausreichend hohen Dynamikbereich und ein für Originaltreue ausreichend geringes Grundrauschen des Kunstkopfes aus. Da bekanntlich die Mikrofonankopplung im Kunstkopf ein wesentliches andere Konstruktionsmerkmale beeinflussendes und selbst von anderen Merkmalen abhängendes Konstruktionsmerkmal eines Kunstkopfes darstellt, darf der Kunstkopf nach /8/ keinesfalls als diejenige wesentliche erfinderische Lösung des Kunstkopfproblems angesehen werden, der lediglich noch ein wenig Zusatzaufwand zur Rauschminderung fehle. In Wirklichkeit sind, wie die nachfolgende Arbeit /20/ von WOLLHERR und die damit einhergehende Patentanmeldung P 31 01 264.7 belegen, weiterführenden Maßnahmen zur Rauschabstandsverbesserung an einem vorbekannten Kunstkopfsystem einer erfinderischen Neulösung gleichzusetzen. WOLLHERR zeigt in /20/ weiterhin, daß der Signalrauschabstand des von HUDDE und SCHROETER /8/ realisierten Kunstkopfes für die professionelle elektroakustische Aufnahmetechnik nicht akzeptabel ist.
  • Im zeitlichen Rückblick schien mit dem Kunstkopf von HUDDE und SCHROETER /8/ die Frage des Signal/Rauschabstandes endlich auch bei der Kunstkopftechnik ins Gespräch zu kommen. So bestätigen die Untersuchungen von SCHOENE /21/, daß ein praktisch brauchbares Kunstkopfaufnahmesystem unbedingt einen größeren Signal/Rauschabstand als alle bis dahin vorbekannten Systeme haben muß. Seine in /22/ publizierten Vorschläge, ein Mikrofon von ca. 24 mm Außendurchmesser für einen Kunstkopf zu verwenden und dieses am Ende eines etwa 20 mm langen Kanales anzukoppeln, erscheinen jedoch für eine praktische Verwirklichung in mancher Hinsicht problematisch. - Auch einem Vortrag von Danilenko /23/ zur Anwendung der Kunstkopfstereofonie im Fernsehen ist zu entnehmen, daß das Grundrauschen eines dort geeigneten Kunstkopfes möglichst gering sein soll. Denn um keine Diskrepanz zwischen Hör- und Sehwinkel entstehen zu lassen, muß der Kunstkopf hinter der Kamera stehen und bei Einsatz von Objektiven langer Brennweite einen entsprechend großen Aufnahmeabstand vertragen, d. h. bei geringen akustischen Signalpegeln noch unverrauschte elektrische Ausgangssignale liefern.
  • Obwohl verschiedene jüngere Arbeiten (z. B. Genuit /24/, Schoene /25/ oder Mellert /26/) beinahe wie Konstruktionsanleitungen für einen Kunstkopf anmuten, gelingt es erst mit der hier beschriebenen Erfindung, einen breitbandigen rauscharmen Kunstkopf mit hoher Dynamik und der Eigenschaft der originalgetreuen Übertragung von Hörereignissen herzustellen.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen für meßtechnische Anwendung brauchbaren und damit zunächst selbst meßtechnisch einwandfreien Kunstkopf in folgenden Einzelanforderungen herzustellen:
    • 1. Die Richtcharakteristik des Kunstkopfaußenohres muß bis auf eine richtungsunabhängige und damit entzerrbare Grundfunktion der für viele Versuchspersonen repräsentativen Außenohrrichtcharakteristik entsprechen.
    • 2. Der Kunstkopf muß im gesamten Frequenzbereich des menschlichen Gehörs den aus Anforderung 1 folgenden Übertragungsfaktor realisieren, d. h. seine obere und untere Grenzfrequenz muß außerhalb des Hörfrequenzbereiches liegen.
    • 3. Der Kunstkopf muß im gesamten Dynamikbereich des menschlichen Gehörs, der z. B. von Zwicker et. al. auf Seite 3 in /28/ angegeben wird, ohne hörbare Verzerrungen arbeiten.
    • 4. Der Kunstkopf muß im gesamten Hörfrequenzbereich mit seiner Leistungsdichte des elektrischen Grundrauschens nicht oder ausrechend wenig über der zur menschlichen Hörschwelle äquivalenten Rauschleistungsdichte liegen, so daß kein elektrisches Grundrauschen hörbar wird.
    • 5. Dem Kunstkopf muß ein angepaßtes Filter zuzuordnen sein, dessen Ausgangssignale die Schnittstelle zur Wiedergabe über Kopfhörer und über Lautsprecher bilden.
    • 6. Dem Kunstkopf muß ein Entzerrungsfilter zur frequenzgangmäßigen Anpassung eines als besonders geeignet erscheinenden Kopfhörers an die Schnittstelle nach Anforderung 5 zuzuordnen sein, solange sich noch keine einheitliche, z. B. genormte Übertragungsfunktion für am Markt erhältliche Kopfhörer durchgesetzt hat.
    • 7. Dem Kunstkopf muß ein Rauschminderungssystem insbesondere für eine analoge Bandaufzeichnung zugeordnet werden.
    • 8. Für die vorgesehene meßtechnische Anwendung muß das Kunstkopfübertragunössystem "über alles", d.h. vom akustischen Eingang des Mikrofons bis zum akustischen Ausgang des Kopfhörers kalibrierfähig sein.
    • 9. Die Ohren des Kunstkopfes müssen zur Kalibrierung einfach aus dem Kunstkopf herauszunehmen und ebenso einfach und unzweifelhaft wieder in die vorbestimmte Position einzubringen sein.
    • 10. Der Kunstkopf muß ohne zusätzliche Hilfsmittel einfach in eine vorbestimmte Ausrichtung zu einer Schallquelle zu bringen sein.
    • 11. Die zum Kunstkopf gehörige Elektronik muß eine Umschaltmöglichkeit auf einen Testtongenerator enthalten, der nach Kalibrierung der Kunstkopfmikrofone - z. B. außerhalb des Kunstkopfes - auch die Kalibrierung der gesamten nachfolgenden Elektronik inklusive des zu verwendenden Magnetbandgerätes auf einen vorzugebenden Übertragungsfaktor - z.B. den Übertragungsfaktor 1 für eine originalgetreue Lautstärkeübertragung - erlaubt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Frontansicht der mechanischen Komponenten des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems in der Art einer Explosionszeichnung,
    • Fig. 2 eine Seitenansicht der mechanischen Komponenten des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems in der Art einer Explosionszeichnung,
    • Fig. 3 eine Seitenansicht von links der auf der Schulternachbildung montierten Kopfnachbildung mit dem entsprechenden Ohreinsatz,
    • Fig. 4 eine Aufsicht auf die Kopfgrundplatte,
    • Fig. 5 eine Seitenansicht der auf einem Stativ angebrachten Kopfnachbildung ohne Ohreinsatz,
    • Fig. 6 verschiedene Ansichten des linken Ohreinsatzes,
    • Fig. 7 drei Schnitte bzw. Ansichten zur Passung des linken Ohreinsatzes in die Kopfnachbildung,
    • Fig. 8 das Blockschaltbild der signalverarbeitenden Kunstkopfelektronik für den linken Kanal,
    • Fig. 9 das Blockschaltbild des Stromversorgungsteils für die Kunstkopfelektronik,
    • Fig. 10 die Freifeld-Außenohrübertragungsfunktion für Schalleinfall horizontal von vorn, gemessen an einer repräsentativen Versuchsperson,
    • Fig. 11 die Übertragungsfunktionen des Kunstkopfentzerrers, getrennt für den linken und den rechten Kanal,
    • Fig. 12 die Schaltung des Kunstkopfentzerrers, dargestellt nur für den linken Kanal,
    • Fig. 13 die spektrale Leistungsdichtefunktionen des elektrischen Grundrauschens des Kunstkopfsystems, getrennt für den linken und den rechten Kanal, und die der Hörschwelle entsprechende Rauschleistungsdichte.
  • Fig. 1 zeigt in Form einer Explosionszeichnung die Frontansicht der wesentlichen mechanischen Komponenten des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems, wie sie sich dem Anwender bei äußerer Betrachtung zeigen. Fig. 2 zeigt die entsprechende Seitenansicht. Die Kopfnachbildung (1) trägt links und rechts seitlich die Ohrmuschelnachbildungen (102) und (202} Jede Ohrmuschelnachbildung (102, 202)ist fest verbunden mit einem zylindrischen Körper (101), (201) und bildet so den jeweiligen Ohreinsatz (100), (200), der einfach aus der Kopfnachbildung(1) seitlich herauszunehmen und ebenso einfach wieder einzusetzen ist. Im Bereich der Nasenspitze der Kopfnachbildung(1) befindet sich eine optisch transparente Stelle (22) als funktioneller Teil einer in die Kopfnachbildung integrierten optischen Projektionseinrichtung(25) die es erlaubt, den Kopf auf ein "Ziel", in der Regel auf eine Schallquelle oder einen akustischen Fixpunkt im Aufnahmeraum auszurichten. Dabei wird die Anordnung entsprechend Fig. 1 bzw. Fig. 2 so gedreht, daß die fest mit der Kopfnachbildung (1) verbundene Projektionseinrichtung(25)eine Lichtmarke auf den jeweiligen Zielgegenstand projiziert.
  • Die Kopfnachbildung (1), die fest verbunden ist mit der Kopfgrundplatte (40), wird im Normalfall auf die Schulternachbildung (300) aufgesetzt und mittels einer Schnellklemmverbindung dort verriegelt. Die Schulternachbildung(300)wird ihrerseits im Normalfall auf den Kasten (400) aufgesetzt, wobei die Führungsstangen (306) (307) durch die Löcher(414), (415)in das Innere des Kastens(400)eingeführt werden; dann werden Schulternachbildung(300)und Kasten (4000mittels Schraube (416)und Gewindeloch (305)miteinander verbunden. Der Kasten (400) ist so geformt, daß er in Verbindung mit der Schulternachbildung (300) in grober Nährung den Oberkörper einer repräsentativen Versuchsperson nachbildet. Der Kasten (400) als unterer Teil der Oberkörpernachbildung enthält einerseits den größeren Teil (418) der zum erfindungsgemäßen Betrieb notwendigen Elektronik, andererseits den Raum (403) und die Befestigungsmittel (405), (406), (407), (408), (409), (410) für eine kleine hochqualitative MagnetbandAufzeichnungsanlage, bestehend z. B. aus einer Kompandereinheit (419) und einem kleinen analogen Magnetbandgerät (420) oder aus einem sog. PCM-Adapter (421) und einem kleinen Videorecorder(422). Um zu verhindern, daß die unvermeidbaren mechanischen Laufgeräusche des Bandaufzeichnungsgerätes (420) oder (422) im Aufnahmeraum hörbar werden oder sogar über die Mikrofone (130), (230)aufgenommen werden, ist der untere Raum (403) des Kastens (400)mit schallabsorbierendem Material(404)ausgekleidet und ist die Klappe (401)mit akustischem Dichtband (402) versehen, so daß der untere Raum (403) des Kastens (400) bei geschlossener Klappe (401) eine schalldichte Kapsel bildet.
  • Seitlich am Kasten (400) ist ein Buchsenfeld (412) zum Anschluß der Versorgungsspannungszuführung, der Signalausgangsleitungen und einer Fernbedienung für das im Kasten befindliche Magnetbandgerät(420)oder(422)vorgesehen. Die ebenfalls am Kasten(400)angebrachte Aussteuerungsanzeige (413)ermöglicht es dem Benutzer, ohne weitere Hilfsmittel die korrekte Aussteuerung des bei Betrieb im Kasten (400) nicht sichtbaren Magnetbandgerätes (420) oder (422) zu kontrollieren. Das am Boden des Kastens (400) eingebrachte Gewinde (411) dient zur Befestigung des Kastens (400) auf einem Stativ.
  • Fig. 4 zeigt die normalerweise fest mit der Kopfnachbildung(1) verschraubte Kopfgrundplatte (40). Zur Verbindung der Kopfnachbildung (1) mit der Schulternachbildung (300) dienen das Zentrierloch (41) und die Bajonettlöcher (42), (43) in der Kopfgrundplatte (40). Beim Vorgang des Aufsetzens der Kopfnachbildung(l)mit der fest verbundenen Kopfgrundplatte (40) auf die Schulternachbildung (300) wird die Kopfnachbildung(1)zunächst so weit an die Schulternachbildung(300) herangebracht, daß der Zentrierstift(301) in das Zentrierloch(41) greift. Bei weiterer Annäherung muß die Kopfnachbildung (1) um den im Eingriff befindlichen Zentrierstift(301) so gedreht werden, daß die Bajonettraststifte (302) und (303) in die Bajonettlöcher (42) und (43) eintauchen können. Nur in dieser Stellung kann die Kopfnachbildung (1) mit der Kopfgrundplatte (40) flächig berührend auf die Schulter- nachbildung(300)aufgesetzt werden. Eine anschließend vorzunehmende Drehung im Uhrzeigersinn der Kopfnachbildung (1) gegen die Schulternachbildung(300)verbindet beide Teile durch den Kraft- und Formschluß der Bajonettraststifte (302) (303) in den Bajonettlöchern (42), (43) miteinander.
  • In das Loch (45) der Kopfgrundplatte (40) ist bei betriebsfähiger Montage aller Einzelteile ein mehrpoliger Stecker oder eine mehrpolige Buchse(45)eingesetzt, die eine schnell zu lösende elektrische Verbindung der im Innern der Kopfnachbildung (1) angebrachten Mikrofone(130), (230)bzw. Impedanzwandler(131), (231) mit der im Kasten (400) untergebrachten Elektronik (418) erlaubt. Das Loch (44) in der Kopfgrundplatte (40) mit einem für Stative gängigen Gewinde ist unter einem solchen Winkel gegen die Flächennormale eingebracht, daß bei Verschraubung mit einem senkrecht stehenden Staüv (50) - vgl. Fig. 5 - die Kopfnachbildung (1) die erfindungsgemäße Neigung zur Horizontalen und Lotrechten einnimmt, entsprechend der experimentell ermittelten ungezwungen eingenommenen Kopfneigung einer repräsentativen Versuchsperson. Dieselbe erfindungsgemäße Neigung der Kopfnachbildung (1) wird bei Montage auf der auf horizontaler Fläche stehenden Schulternachbildung (300) erreicht. Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht dieses Falles.
  • Fig. 6 zeigt den linken Ohreinsatz(l00)- stellvertretend auch für den entsprechend aufgebauten rechten Ohreinsatz (200) - in verschiedenen Schnitten bzw. Ansichten. Fig. 3 zeigt den linken Ohreinsatz (100) in erfindungsgemäßer Position in der Kopfnachbildung (1). Diese Position wurde durch stereometrische Übertragung der Lagerelation zwischen der Ohrmuschelstruktur und den Bezugsbereichen (18), (19) (201 (21) des Gesichtes von einer repräsentativen Versuchsperson auf die Kopfnachbildung(l)ermittelt. Die Einhaltung dieser Lagerelation bei gleichzeitig vom Benutzer auszutauschender Ohrmuschel wird im erfindungsgemäßen System dadurch gewährleistet, daß die Ohrmuschel(102)fest verbunden ist mit einem zylindrischen Körper (101)mit nicht rotationssymmerischer Querschnittfläche und der zylindrische Körper (101) in ein mit der Kopfnachbildung (1) fest verbundenes Rohrstück (4) mit mechanischem Tiefenanschlag einzustecken ist (vgl. Fig. 7). Die nichtrotationssymmetrische Ausbildung der Querschnittfläche des eine Passung mit dem zylindrischen Rohr (2) bildenden zylindrischen Körpers (101) verhindert eine Verdrehung der Ohrmuschelnachbildung (102) gegen ihre vorbestimmte Fixierung relativ zur Geometrie der Kopfnachbildung(1). Der durch Nuten (106) (107), (108) und Gegenstücke (8), (10), (12) ausgeführte Tiefenanschlag für das Einschieben von zylindrischem Körper(101) in das Rohr (2) ist so angebracht, daß die Ohrmuschelnachbildung (101) den an einer repräsentativen Versuchsperson vorgefundenen Abstand von der seitlichen Kopfoberfläche hat. Die der Ohrmuschelnachbildung(102) zugewandte stirnseitige Oberfläche (103) des zylindrischen Körpers (101) ist auf der Basis einer Nachbildung des entsprechenden Kopfoberflächenausschnittes einer repräsentativen Versuchsperson nur soweit gegen diesen verändert, daß nach Einschieben des zylindischen Körpers (101) in das zugeordnete Rohr (4) bis zum mechanischen Anschlag die äußere stirnseitige Oberfläche (103) des zylindrischen Körpers (101) allseits stetig in den umgebenden Oberflächenbereich (6) der Kopfnachbi1dung (1) übergeht (vgl. Fig. 7). Die der Ohrmuschelnachbildung(102)abgewandte stirnseitige Oberfläche (104) des zylindrischen Körpers (101) ist als Aufnahme für das Mikrofon(130)und den Impedanzwandler(131) ausgeführt. Die zylindrische Materialausnehmung(111) nimmt das Mikrofon(130)des Typs 4166 des dänischen Herstellers Brüel + Kjaer /29/ so auf, daß einerseits ein erfindungsgemäß vorgegebenes Koppelungsvolumen(112) und ein ebenso vorgegebenes Stück (113) einer Ohrkanalnachbildung verbleibt und andererseits das Mikrofon(130), das mit dem Impedanzwandler (131) verschraubt wird, durch die Verschraubung des Impedanzwandlers (131) mit der Stirnfläche (104) des zylindrischen Körpers (101) in der erfindungsgemäßen Position fixiert ist. Die Gewindelöcher(1091 (110)nehmen die Befestigungsschrauben für den lmpedanzwandler(131) auf.
  • Der Raum zwischen Mikrofon (130) und der Eingangsebene (114) der Ohrkanalnachbildung - bestehend aus den Teilräumen Koppelungsvolumen (112) und Stück Ohrkanal (113)- ist in seinem Volumen und seinen linearen Abmessungen so gewählt, daß sich in Verbindung mit der akustischen Eingangsimpedanz des verwendeten Mikrofons nach /29/ eine akustische Hohlraumresonanz bei 12 kHz einstellt. Diese Resonanz, die vorzugsweise oberhalb der oberen Grenzfrequenz des Mikrofons (130) angesiedelt ist, wird erfindungsgemäß als passive und damit rauschfreie Verstärkung zur Erhöhung des Signal/Rauschabstandes im Frequenzbereich der Hohlraumresonanz und damit praktisch zur Erhöhung der Mikrofongrenzfrequenz im Kunstkopfsystem benutzt, verglichen mit der konstruktiv vorbestimmten oberen Grenzfrequenz des Mikrofons (130) bei Betrieb im freien Schallfeld.
  • Die den behaarten Partien des menschlichen Kopfes entsprechende Fläche der Kopfnachbildung (1) ist mit schallabsorbierendem Material (17) belegt (vgl. Fig. 1, Fig. 3 und Fig. 5). Auch die Oberfläche der Schulternachbildung(300), insbesondere der den Ohrmuschelnachbildungen(102)und(202)direkt zugewandte Oberflächenteil ist mit schallabsorbierendem Material (308) belegt. Die äußere Oberfläche des Kastens (400) ist ebenfalls mit akustisch absobierendem Material(417) belegt.
  • Fig. 8 und Fig. 9 zeigen das schematisierte Blockschaltbild der gesamten Kunstkopfelektronik, bestehend aus dem Stromversorgungsteil der Fig. 9 und aus zwei gleich aufgebauten Signalzweigen entsprechend Fig. 8. Das Stromversorgungsteil (Fig. 9) ist wahlweise mit der örtlichen Netzspannung oder aus Batterien mit vorzugsweise 12 V zu betreiben; es erzeugt mit Hilfe der Gleichspannungswandler (532) und (533) die zum Betrieb der Schaltung nach Fig. 8 notwendigen Betriebsspannungen. Das Umschaltrelais (531) ist so beschaltet, daß mit Anlegen der örtlichen Netzspannung an den entsprechenden Eingang des Stromversorgungsteiles (530) eine ggf. gleichzeitig angeschlossene Batterie vom Eingang des Gleichspannungswandler (532) getrennt wird und die signalverarbeitende Elektronik entsprechend Fig. 8 aus dem Lichtnetz versorgt wird. Mit Abschalten der Netzspannung schaltet das Umschaltrelais (531) automatisch auf Spannungsversorgung aus Batterien um.
  • Fig. 8 zeigt die signalverarbeitende Elektronik am Beispiel des linken Kanales. Der rechte Kanal ist völlig entsprechend aufgebaut. Das linke Mikrofon (130) des erfindungsgemäßen Systems ist mit dem in unmittelbarer Nähe innerhalb der Kopfnachbildung(l) angeordneten Impedanzwandler (131) verbunden, dessen Ausgangssignal über ein innerhalb des Kunstkopfhalses geführtes Kabel (132) mit einem Anschluß eines Umschalters (500) verbunden ist. Der Umschalter (500) verbindet entweder den Ausgang(507) des Impedanzwandlers (131) oder den Ausgang(508) eines Testtongenerators (501) mit dem Eingang des Kunstkopfentzerrers (502), Beim normalen Betrieb verbindet der Umschalter(500)den Ausgang(507)des Impedanzwandlers (131) mit dem Eingang des Kunstkopfentzerrers (502).
  • Der Ausgangspegel dieses Kunstkopfentzerrers(502)wird über eine Spitzenwertanzeige (503) zur laufenden Kontrolle der Aussteuerung angezeigt. Das Ausgangssignal des Kunstkopfentzerrers (502) wird verstärkt bzw. im Pegel umgesetzt auf z. B. symmetrische Leitungsführung mit festgelegtem Bezugspegel. Danach steht das linke sog. Kunstkopfsignal am Ausgang(509)des Ausgangstreibers (504) zur Aufzeichnung oder Übertragung an.
  • Das rechte Kunstkopfsignal steht am Ausgang einer entsprechenden rechten Elektronik an, die ihrerseits aus dem rechtem Mikrofon (230) dem rechten Impedanzwandler(231), dem rechten Anschlußkabel (232), dem rechten Umschalter (600), dem rechten Kunstkopfentzerrer (6021 dem rechten Testtongenerator (601), der rechten Spitzenwertanzeige (603)und dem rechten Ausgangstreiber (604) besteht.
  • Nach Umschaltung der mechanisch oder elektrisch gekoppelten linken und rechten Umschalter (500) und (600)fungieren der linke und rechte Testtongenerator (501) und (601) als Ersatzspannungsquellen für die jeweilige Kombination aus Mikrofon (130) bzw. (230)und Impedanzwandler(131) bzw. (231). Die Testtongeneratoren(501)und(601) liefern bei einer in der akustischen Meßtechnik eingeführten Kalibrierfrequenz von z. B. 240 Hz denselben Ausgangspegel wie der zugeordnete Impedanzwandler (131) bzw. (231) bei Beaufschlagung des jeweiligen Mikrofons (130) bzw. (230) mit einem eingeführten Kalibrierschallpegel von z. B. 94 dB im freien Schallfeld. Diese Umschaltmöglichkeit von Mikrofon auf Testtongenerator erlaubt es dem Kunstkopfanwender, seine nachgeschaltete Aufzeichnungs-oder Übertragungsanlage so einzustellen oder so zu kalibrieren, daß der Übertragungsfaktor "über alles", d. h. vom akustischen Einangssignal des Kunstkopfes bis zum akustischen Ausgangssignal des Wiedergabewandlers, z. B, des Kopfhörers (506) und (606) einen vorbestimmten Wert annimmt. Für den Fall der erfindungsgemäßen originalgetreuen Übertragung würde dieser Übertragungsfaktor gerade gleich 1 sein müssen.
  • Nach einer solchen Kalibrierung würden für den normalen Betrieb die gekoppelten Umschalter (500) und (600) in die in Fig. 8 gezeichnete Stellung gebracht werden. Die entsprechend Fig. 8 vorverarbeiteten Mikrofonsignale können dann von den Ausgängen (509), (609) der Ausgangstreiber (504), (604) abgegriffen und übertragen oder auf Magnetband aufgezeichnet oder unmittelbar über Lautsprecher oder angepaßte Kopfhörer wiedergegeben werden. Da sich derzeit noch keine einheitliche, z. B. genormte Übertragungsfunktion für am Markt erhältliche Kopfhörer durchgesetzt hat, enthält die Kunstkopfelektronik (400) zwei Kopfhörerentzerrer (505), (605), die auf geeignete Kopfhörer(506) (606)abgestimmt sind. Diese Kopfhörer sind - dem erfindungsgemäßen Grundanspruch folgend - so ausgewählt oder so konstruiert, daß sie den großen Dynamikbereich des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems, insbesondere bei sehr tiefen und sehr hohen Frequenzen, ohne hörbare Verzerrungen wiederzugeben vermögen.
  • Fig. 10 zeigt die Freifeld-Außenohrübertragungsfunktion einer repräsentativen Versuchsperson bei Schalleinfall horizontal von vorn. Man erkennt hierin viele charakteristische Einbrüche und Anhebungen - jeweils bezogen auf eine durch das Übertragungsmaß bei tiefen Frequenzen vorgegebene Bezugslinie (als 0 dB in Fig. 10 gekennzeichnet). Die Anhebungen (551) und (552) und der Einbruch (553) sind speziell der akustischen Wirkung der Schulter zuzuschreiben. Die anderen Strukturen ergeben sich aus dem akustischen Zusammenwirken von Kopf, Ohrmuschel und Gehörgang. für das erfindungsgemäße Kunstkopfaufnahmesystem gilt nun u. a. die Forderung, daß die entsprechend gemessene Übertragungsfunktion der Zusammenschaltung von Kunstkopf und Kunstkopfentzerrer gleich der repräsentativen Übertragungsfunktion eines Meßmikrofons (z. B. B+K 4134 /29/ der Firma Brüel und Kjaer) sein muß. Hieraus ergeben sich die Soll-Übertragungsfunktionen (560) und (660) der Kunstkopfentzerrer (502) und (602). Zu diesen Soll-Übertragungsfunktionen wird mit einem selbst approximierenden Digitalrechnerprogramm ein aktives Entzerrernetzwerk der in Fig. 12 gezeigten Struktur berechnet. Fig. 11 zeigt die am so realisierten System gemessenen Übertragungsfunktionen (560) und (660) der Kunstkopfentzerrer (502) und (602). Die Struktur des in Fig. 12 anhand seiner Schaltung dargestellten Kunstkopfentzerrers (502), (602) ist z. B. von Platte in /10/ ausführlich beschrieben.
  • Fig. 13 zeigt die spektralen Rauschleistungsdichten (562) und (662) des linken und des rechten Kanales des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems im Vergleich mit der der menschlichen Hörschwelle entsprechenden Rauschleistungsdichte (570) (vgl. z. B. Zwicker et. al. /28/). Man erkennt, daß die menschliche Hörschwelle (570) im Bereich der jeweiligen Rauschleistungsdichte (562), (662) des Kunstkopfaufnahmesystems liegt, d. h. das Grundrauschen des menschlichen Gehörs liegt in der Größenordnung des erfindungsgemäßen Kunstkopfaufnahmesystems. Im mittleren Frequenzbereich zwischen etwa 300 Hz und etwa 10 kHz liegt die Rauschleistungsdichte (562), (662) des Kunstkopfaufnahmesystems in der hier beschriebenen derzeitigen Ausführungsform noch bis zu 5 dB über der Rauschleistungsdichte (570) des menschlichen Gehörs; diese Eigenschaft ist jedoch entsprechend den Ansprüchen 18 und 19 in der praktischen Ausführung noch weiter optimierbar. Die geringen Unterschiede in der Rauschleistungsdichte des linken und des rechten Kanales sind aus den geringen Unterschieden der Übertragungsfunktionen (560), (660) der beiden Kunstkopfentzerrer (502), (602) zu erklären. Wie bereits vorher beschrieben, ist jeder dieser Entzerrer unter Einbeziehung der meßtechnisch ermittelten linken und rechten Kunstkopfübertragungsfunktion so berechnet und so realisiert, daß das linke Mikrofon (130) mit dem linken Impedanzwandler (131) und dem linken Kunstkopfentzerrer(502) dieselbe Übertragungsfunktion (550) für Schalleinfall horizontal von vorn approximiert wie das rechte Mikrofon (230) mit dem rechten Impedanzwandler (231) und dem rechten Kunstkopfentzerrer (602). Fig. 11 zeigt die Übertragungsfunktionen (560) und (660) de s linken und de s rechten Kunstkopfentzerrers.
  • Die durch die Elemente (300)und (400) gebildete Oberkörpernachbildung ist mit akustisch absorbierendem Material(417) belegt.
  • Der Kasten(400)wirkt als unterer Teil der durch (400) und (300) gebildeten Oberkörpernachbildung, insbesondere als Gehäuse für die zum erfindungsgemäßen Betrieb des Systems erforderlichen elektrischen, elektronischen und elektromechanischen Komponenten. Der Kasten enthält insbesondere eine transport- und betriebsfähige Aufnahme (405), (406) oder (407), (408), (409), (410) für eine kleine Magnetbandaufzeichnungsanlage (420) oder (421), (442).
  • Die der behaarten Fläche des natürlichen Kopfes entsprechende Oberfläche der Kopfnachbildung (1) ist mit akustisch absorbierendem Material(17)belegt.
  • Der Raum (112), (113), (212), (213) zwischen dem Ohrkanaleingang(114), (214)- definiert durch den Boden der Haupthöhlung(115), (215)der Ohrmuschelnachbildung(102), (202)- und der Membran des am anderen Ende des zylindrischen Körpers (101), (201) angekoppelten Mikrofons(130), (230) ist in seinem Volumen und in seinen linearen Abmessungen so ausgebildet ist, daß sich eine akustische Resonanz bei 12 kHz einstellt.
  • Diese akustische Resonanz bei 12 kHz, die insbesondere oberhalb der Mikrofongrenzfrequenz liegt, wirkt wie ein dem Mikrofon (130), (230) vorgeschalteter passiver Verstärker, der den im freien Schallfeld mit dem Mikrofon(130), (230) enutzbaren Frequenzbereich nach oben erweitert und den Störabstand vergrößert.
  • Dabei ist das verwendete Mikrofon(130), (230) hinsichtlich seines Äquivalentvolumens so ausgewählt oder so konstruiert, daß eine Einstellung dem vorher Gesagten möglich ist.
  • Die verwendeten Mikrofone (130), (230) sind, insbesondere in ihren konstruktiven Parametern, so ausgelegt oder so ausgewählt oder in ihren Betriebsparametern so eingestellt, daß die Rauschleistungsdichte(562) (662) der Mikrofone - gemessen im erfindungsgemäßen System - die der menschlichen Hörschwelle äquivalente Rauschleistungsdichte (570) nicht oder nur wenig übersteigt, d. h. das Grundrauschen der Mikrofone (130), (230) völlig oder zumindest nahezu unhörbar bleibt.
  • Die Mikrofone(130), (230) sind so konstruiert oder ausgewählt oder mit solchen Betriebsparametern betrieben, daß Schaltsignale mit Pegeln im Bereich der typischen menschlichen Schmerzschwelle keine hörbaren oder störenden Verzerrungen durch die Mikrofone erfahren.
  • Insbesondere kann ein leistungsfähiges Kompandersystem (419), beispielsweise TELCOM c4 von AEG-Telefunken integraler Bestandteil der im Kasten(40) angeordneten Elektronikkomponenten sein, so daß es möglich ist, Breitbandigkeit, Rauscharmut und hohe Dynamik des erfindungsgemäßen Kunstkopfes auch bei Wiedergabe als Aufzeichnung auf analogem Magnetband zu erhalten.
  • Alternativ dazu kann auch ein sogenannter PCM-Adapter(421)zur Aufzeichnung der Signale am Ausgang(509), (609)auf Magnetband in PCM-Technik integraler Bestandteil der in der Oberkörpernachbildung(300), (400) angeordneten Elektronikkomponenten sein, welcher es erlaubt, Breitbandigkeit zu erhalten.
  • Dabei sind zwei speziell auf den Kunstkopf abgestimmte Entzerrungsfilter(502t (602)mit den Übertragungsfunktionen(560), (660) integraler Bestandteil der im Kasten (400)untergebrachten Elektronikkomponenten.
  • Insbesondere sind Gleichspannungswandler(532), (533)zur Betriebsspannungsversorgung insbesondere der Komponenten(418), (419)aus Batterien integraler Bestandteil der in der Oberkörpernachbildung (300), (400)untergebrachten Elektronikkomponenten.
  • An einer von außen gut sichtbaren Stelle des Kastens(400)oder der Schulternachbildung(300)oder der Kopfnachbildung(1)sind Betriebs-und Funktionskontrollanzeigen(413)angebracht.
  • Der Kasten (400) oder die Schulternachbildung (300) trägt insbesondere fest montierte Stecker oder Buchsen(412)zum Anschluß von Versorgungs-, Ausgangs- und Steuerleitungen und zum Anschluß eines Fernbedienungsteils für ein innenliegendes Magnetbandgerät (420) oder (422).
  • Die Schulternachbildung(300)ist so ausgebildet und mit zwei Führungsstangen (306), (307) so versehen, daß sie als Teil einer Sitzlehne oder anstelle einer Kopfstütze oder als Teil hiervon insbesondere in einem Fahrzeug angebracht werden kann und dort außer der akustischen Funktion für den Kunstkopf noch die schützende, stützende oder einen Aufprall mildernde Funktion desjenigen Sitzteiles oder Stützteiles übernimmt, an dessen Stelle die Schulternachbildung (300) eingesetzt ist. Dabei ist die Kopfnachbildung mittels einer Schnellklemmverbindung auf der Schulternachbildung (300) befestigt.
  • Diese Schnellklemmverbindung ist vorzugsweise als Bajonettver- schluß mit den Teilen (41), (42), (43), (301), (302), (303)ausgebildet.
  • Die Kopfnachbildung (1) ist zur einfachen und genauen Ausrichtung relativ zu einer Schallquelle fest verbunden mit einer Peileinrichtung(24)oder einer lichtoptischen Projektionseinrichtung (25), durch die ein eindeutiger Aufpunkt in einer durch die Kopfgeometrie vorgegebenen Richtung auf einem entfernt in dieser Richtung befindlichen Gegenstand oder Körper festgelegt wird.
  • Die lichtoptische Projektionseinrichtung (25), die insbesondere als Lichtzeiger funktioniert, ist innerhalb der Kopfnachbildung(l)angebracht und fest mit dieser verbunden und projiziert eine Lichtmarkierung auf einen entfernt in der durch die Ausrichtung der Kopfnachbildung (1) bestimmten Richtung befindlichen Gegenstand oder Körper.
  • Die mit der Kopfnachbildung(l)verbundene Peileinrichtung (24) besteht insbesondere aus zwei Kopföffnungen (22), (231 die - ähnlich Kimme und Korn einer Waffe - das "Zielen" auf einen entfernten Gegenstand erlauben.
  • Dabei liegt die durch die Peileinrichtung (24) oder Projektionseinrichtung (25) festgelegte Richtung, vorzugsweise genau in der horizontalen Ebene (14) durch die Ohrkanaleingänge (116) (216) und gleichzeitig in der akustischen oder mechanischen Symmetrieebene (15) der Kopfnachbildung (1).
  • Vorzugsweise ist schließlich ein dem jeweiligen Mikrofon (130), (230)zugeordneter Pegeltongenerator (501), (601) integraler Bestandteil der im Kasten(400)untergebrachten Elektronikkomponenten, der eine Ausgangsspannung bei z. B. 240 Hz entsprechend der Ausgangsspannung des jeweiligen Mikrofons (130) (230) bei einem festgelegten Schalldruckpegel (z. B. 94 dB) am Ort der Kopfnachbildung (1) liefert und nach Umschaltung vom jeweiligen Impedanzwandlerausgang(507), (607) auf den Ausgang (508), (608) des Pegeltongenerators(501), (601) die Kalibrierung der gesamten nachfolgenden Elektronik bis hin zum Wiedergabekopfhörer(5061 (606) gestattet.
  • Der untere Teil des Kastens (400) ist als schalldichte Kapsel um das Laufgeräusche verursachende Magnetbandgerät(420)oder(422) ausgeführt, deren eine Wand durch die schalldicht schließende Klappe (401) gebildet ist.
  • Die schalldichte Kapsel ist im unteren Teil des Kastens (400) zusätzlich mit schallabsorbierendem Material (403) ausgekleidet. Sowohl die Schulternachbildung (300) als auch der Kasten (400) sind am Boden mit einem gebräuchlichen Stativgewinde (305), (411) versehen.
  • Der Tiefenanschlag jedes zylindrischen Körpers (101), (201) im jeweiligen zylindrischen Rohrstück (2), (3)ist ausgeführt durch je drei Nuten (106), (107), (108) bzw. (206), (207), (208) in den zylindrischen Körpern (101), (201) und entsprechenden Gegenstücken (8), (10) (12) bzw. (9), (11), (13)in den zylindrischen Rohrstücken (2), (3).
    • Literatur
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    • /12/ PLATTE, H. -J. und LAWS, P. und VOM HÖVEL, H. :
      • Anordnung zur genauen Reproduktion von Ohrsignalen. Fortschritte der Akustik; Physik Verlag Weinheim (1975), 361 - 363
    • /13/ PLATTE, H.J. und LAWS, P.: Die Vorne-Ortung bei der kopfbezogenen Stereofonie. Radio Mentor Electronic 42 (1976), 97 - 100
    • /14/ GEORG NEUMANN GmbH, Berlin: Kunstkopf KU 80 bzw. KU 80i im Katalog des Lieferprogramms 1980
    • /15/ GENUIT, K. und PLATTE, H. -J.: Überlegungen zur Substitution des natürlichen Außenohres durch elektroakustische Mittel. Fortschritte der Akustik - Plenarvorträge und Kurzreferate der DAGA 80, München. VDE-Verlag GmbH, Berlin (1980), 779 - 782
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    • /17/ KUHN, G. F.: The pressure transformation form a diffuse sound field to the external ear and to the body and head surface. J. acoust. Soc. Amer. 65 (1979), 991 - 1000
    • /18/ HUDDE, H. and SCHROETER, J.: The equalization of artifical heads without exact replication of the eardrum impedance. Acustica 44 (1980), 301 - 307
    • /19/ KNOWLES ELECTRONICS, Inc.: Datasheet Subminiature Transducer BT-1759.
    • /20/ WOLLHERR, H.: Mikrofonankopplung an das Außenohr eines neuen Kunstkopfes. Sonderdruck der Rundfunktechnischen Mitteilungen (1981), 27 - 31; außerdem Patentanmeldung P 31 01 264.7
    • /21/ SCHOENE, P.: Kopfbezogene Stereofonie. Funkschau (1980), 79 - 84
    • /22/ SCHOENE, P.: Der Signalrauschabstand von Kunstköpfen. Fortschritte der Akustik - Plenarvorträge und Kurzreferate der DAGA' 80, München. VDE-Verlag GmbH, Berlin (1980), 835 - 838
    • /23/ DANILENKO, L.: Kunstkopf-Stereofonie im Fernsehen. Vortrag vor der Fernseh- und Kinotechnischen Gesellschaft, Köln (1980)
    • /24/ GENUIT, K. und PLATTE, H. -J.: Untersuchungen zur Realisation einer richtungsgetreuen Übertragung mit elektroakustischen Mitteln. Fortschritte der Akustik - Plenarvorträge und Kurzreferate der DAGA 81, Berlin. VDE-Verlag GmbH, Berlin (1981), 629 - 632
    • /25/ SCHOENE, P.: Zur Nutzung des Realisierungsspielraumes in der kopfbezogenen Stereofonie. Rundfunktechnische Mitteilungen (1980), 1 - 11
    • /26/ WEBER, R. und MELLERT, V.: Ein Kunstkopf mit "ebenem" Frequenzgang. Fortschritte der Akustik - Plenarvorträge und Kurzreferate der DAGA 78, Bochum. VDE-Verlag GmbH, Berlin (1978), 645 - 648
    • /27/ KLEINER, M.: Problems in the design and use of "dummy heads". Acustica 41 (1978), 183 - 193
    • /28/ ZWICKER, E. und FELDTKELLER, R.: Das Ohr als Nachrichtenempfänger. Hirzel Verlag, Stuttgart (1967)
    • /29/ BRUEL + KJAER: Condenser Microphones and Microphone Preamplifiers. Theory and Application Handbook 1977.

Claims (37)

1. Elektroakustisches Schallaufnahmesystem, insbesondere für hochwertige elektroakustische Übertragungstechnik und akustische Meßtechnik, bei dem zwei in einem als Kopfnachbildung ausgeführten akustischen Beugungskörper (1) angebrachte Mikrofone (130), (230) so an das äußere Schallfeld angekoppelt werden und die beiden elektrischen Ausgangssignale (510), (610) der beiden Mikrofone (130), (230) nach entsprechender Verstärkung in elektronischen Netzwerken (131), (231) so gefiltert werden, daß bei angepaßter Wiedergabe über Kopfhörer (506), (606) eine originalgetreue Übertragung von Hörereignissen erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die genaue Nachbildung der akustisch wichtigen geometrischen Strukturen von Kopf, Ohrmuscheln und Schulter kombiniert wird mit speziellen akustischen, elektroakustischen und elektronischen Maßnahmen, die insbesondere der Erreichung der "akustisch originaltreuen Übertragung" hinsichtlich einer Breitbandigkeit, eines großen Dynamikbereiches und einer Rauscharmut wie beim menschlichen Gehör dienen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß akustisch wichtige geometrische Abmessungen an der Kopfnachbildung (1) und an den Ohrmuschelnachbildungen (102), (202) über maßhaltige Abdrücke in plastischem Material den entsprechenden Abmessungen an ausgesuchten lebenden Personen (sog. Versuchspersonen) nachgebildet sind.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfnachbildung (1) insbesondere ein maßgetreues Abbild des Kopfes einer solchen Versuchsperson darstellt, deren Kopf in guter Näherung durchschnittliche Abmessungen aufweist.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohrmuschelnachbildungen (102), (202) insbesondere maßgetreue Abbilder der Ohrmuscheln einer solchen Versuchsperson darstellen, deren Auße nohrübertragungsfunktionen sich als repräsentativ für viele Versuchspersonen erwiesen haben in dem Sinne, daß viele Versuchspersonen bei der Kopfhörerwiedergabe solcher Signale, die mit der "Anordnung zur genauen Reproduktion von Ohrsignalen" /12/ an der Person mit als repräsentativ vermuteten Außenohrübertragungsfunktionen aufgezeichnet wurden, eine ausreichend geringe Häufigkeit gravierender Fehler bzgl. ihres räumlichen Hörens zeigen.
5. System nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ohrmuschelnachbildung (102), (202) fest verbunden ist mit einem zylindrischen Körper (101), (201) nicht rotationssymmetrischen Querschnitts, dessen der zugehörigen Ohrmuschelnachbildung (102), (202) abgewandte Stirnseite (104), (204) als Adapter für das jeweilige Mikrofon (130), (230) ausgebildet ist und dessen der zugehörigen Ohrmuschelnachbildung (102), (202) zugewandte Stirnseite (103) (203) eine Nachbildung des nicht ebenen Oberflächenausschnittes des Kopfes der Versuchsperson nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 darstellt.
6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfnachbildung (1) links und rechts seitlich mit je einem Stück eines im Kopfinneren befindlichen und an der äußeren Kopfoberfläche endenden Rohres (21 (3) versehen ist, dessen innerer nicht rotationssymmetrischer Querschnitt (4), (5) als Aufnahme im Sinne einer Passung für den jeweiligen die Ohrmuschelnachbildung (102), (202) tragenden zylindrischen Körper (101), (201) nach Anspruch 5 fungiert und das dadurch ein einfaches Herausnehmen und zugleich eindeutig bestimmtes Wiedereinsetzen des jeweiligen zylindrischen Körpers (101), (201) erlaubt.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohrstück (2), (3) einen Tiefenanschlag oder eine Tiefenrastung derart aufweist, daß der jeweilige zylindrische Körper (101), (201) genau soweit von außen in das jeweilige Rohrstück (2), (3) eingeschoben werden kann, daß die der zugehörigen Ohrmuschelnachbildung (1021 (202) zugewandte Stirnseite (103) (203) des zylindrischen Körpers (101), (201) allseits bündig an die umgebende äußere Oberfläche (6), (7) der Kopfnachbildung (1) anschließt.
8. System nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht rotationssymmetrischen Querschnittsflächen (105), (205) der zylindrischen Körper (101), (201) und die Querschnittsflächen (4), (5) der Rohrstücke (2), (3) vorzugsweise oval sind.
9. System nach den Ansprüchen 2, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (2), (3) und ihre Tiefenanschlägen oder Tiefenrastungen so in der Kopfnachbildung (1) angebracht und fest mit ihr verbunden sind, daß nach Einbringen der zylindrischen Körper (1011 (201) die Ohrmuschelnachbildungen (1021 (202) in gleicher räumlicher Relation zu Referenzpunkten (18), (19), (201 (21) des Gesichtes der Kopfnachbildung (1) liegen, wie die Ohrmuscheln der Versuchsperson nach Anspruch 4 zu den entsprechenden Referenzpunkten ihres Gesichtes liegen.
10. System nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfnachbildung (1) mit einer Kopfgrundplatte (40) verbunden wird und diese ihrerseits mit mechanischen Befestigungsmitteln (421 (43) für eine Schulternachbildung (300) und mit einem gebräuchlichen Stativgewinde (44) insbesondere derart versehen ist, daß bei erfindungsgemäßer Befestigung der Kopfnachbildung (1) auf der Schulternachbildung (300) oder auf einem senkrecht stehenden Stativ (50) die Kopfnachbildung (1) bezogen auf die Referenzpunkte (18), (191 (20), (21) gegen Horizontale und Vertikale genau so ausgerichtet ist wie der Kopf der Versuchsperson nach Anspruch 4 bei normaler Kopfhaltung.
11. System nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kopfnachbildung (1) zugewandte Fläche (308) der Schulternachbildung (300) so geformt ist und einen solchen Abstand von der Ohrmuschelnachbildung (102), (202) aufweist, daß die bei Versuchspersonen durch die Schulter verursachten Anhebungen (551), (552) der Außenohrübertragungsfunktion (550) unterhalb von 1000 Hz auch am erfindungsgemäßen System auftritt, und daß die Außenohrübertragungsfunktion der Kopfnachbildung (1) für bestimmte Schalleinfallsrichtungen einen ebensolchen Einbruch (553) geringer Güte um 1100 Hz aufweist, wie er auch an repräsentativen Versuchspersonen nachweisbar ist.
12. System nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch (300) und (400) gebildete Oberkörpernachbildung mit akustisch absorbierendem Material belegt ist (417).
13. System nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (400) als unterer Teil der durch (400) und (300) gebildeten Oberkörpernachbildung insbesondere als Gehäuse für die zum erfindungsgemäßen Betrieb des Systems gemäß Anspruch 1 erforderlichen elektrischen, elektronischen und elektromechanischen Komponenten fungiert; es enthält insbesondere eine transport- und betriebsfähige Aufnahme (405), (406) oder (407), (408), (409), (410) für eine kleine Magnetbandaufzeichnungsanlage (420) oder (421), (422) .
14. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der behaarten Fläche des natürlichen Kopfes entsprechende Oberfläche der Kopfnachbildung (1) mit akustisch absorbierendem Material (17) belegt ist.
15. System nach den Ansprüchen 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (112), (113), (212), (213) zwischen dem Ohrkanaleingang (114), (214) - definiert durch den Boden der Haupthöhlung (115), (215) der Ohrmuschelnachbildung (102), (202) - und der Membran des am anderen Ende des zylindrischen Körpers (101), (201) angekoppelten Mikrofons (130), (230) in seinem Volumen und in seinen linearen Abmessungen so ausgebildet ist, daß sich eine akustische Resonanz bei 12 kHz einstellt.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Resonanz bei 12 kHz insbesondere oberhalb der Mikrofongrenzfrequenz liegt und diese Resonanz um 12 kHz wie ein dem Mikrofon (1301 (230) vorgeschalteter passiver Verstärker wirkt, der den im freien Schallfeld mit dem Mikrofon (130), (230) nutzbaren Frequenzbereich nach oben erweitert und den Störabstand vergrößert.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Mikrofon (1301 (230) hinsichtlich seines Äquivalentvolumens so ausgewählt oder so konstruiert ist, daß eine Einstellung gemäß Anspruch 15 möglich ist.
18. System nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Mikrofone (130), (230) insbesondere in ihren konstruktiven Parametern so ausgelegt oder so ausgewählt sind oder deren Betriebsparameter so eingestellt werden, daß die Rauschleistungsdichte (5621 (662) der Mikrofone - gemessen im erfindungsgemäßen System entsprechend den Ansprüchen 1, 7, 9, 10, 11 - die der menschlichen Hörschwelle äquivalente Rauschleistungsdichte (570) nicht oder nur wenig übersteigt, d. h. das Grundrauschen der Mikrofone (130), (230) völlig oder zumindest nahezu .unhörbar bleibt.
19. System nach den Ansprüchen 1, 15, 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofone (130), (230) so konstruiert, so ausgewählt oder mit solchen Betriebsparametern betrieben werden, daß Schallsignale mit Pegeln im Bereich der typischen menschlichen Schmerzschwelle keine hörbaren oder störenden Verzerrungen durch die Mikrofone erfahren.
20. System nach den Ansprüchen 1, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere ein leistungsfähiges Kompandersystem (419), z. B. TELCOM c4 von AEG-Telefunken, integraler Bestandteil im Kasten (400) angeordneten Elektronikkomponenten ist, welches es erlaubt, Breitbandigkeit, Rauscharmut und hohe Dynamik des erfindungsgemäßen Kunstkopfes auch bei Wiedergabe einer Aufzeichnung auf analogem Magnetband zu erhalten.
21. System nach den Ansprüchen 1, 18, oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zur Ausbildung nach Anspruch 20 auch ein sog. PCM-Adapter (421) zur Aufzeichnung der Signale am Ausgang (509) (609) auf Magnetband in PCM-Technik integraler Bestandteil der in der Oberkörpernachbildung (300), (400) angeordneten Elektronikkomponenten ist, welcher es erlaubt, Breitbandigkeit, Rauscharmut und hohe Dynamik auch bei der digitalen Speicherung auf Magnetband zu erhalten.
22. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zwei speziell auf den Kunstkopf abgestimmte Entzerrungsfilter (502), (602) mit den Übertragungsfunktionen (560), (660) integraler Bestandteil der im Kasten (400) untergebrachten Elektronikkomponenten ist.
23. System nach den Ansprüchen 1, 13, 20, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere Gleichspannungswandler (5321 (533) zur Betriebsspannungsversorgung insbesondere der Komponenten (418), (419) aus Batterien integraler Bestandteil der in der Oberkörpernachbildung (300), (400) untergebrachten Elektronikkomponenten sind.
24. System nach den Ansprüchen 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere an von außen gut sichtbarer Stelle des Kastens (400) oder der Schulternachbildung (300) oder der Kopfnachbildung (1) Betriebs- und Funktionskontrollanzeigen (413) angebracht sind.
25. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten (400) oder die Schulternachbildung (300) insbesondere fest montierte Stecker und Buchsen (412) zum Anschluß von Versorgungs-, Ausgangs- und Steuerleitungen und zum Anschluß eines Fernbedienungsteils für ein innen liegendes Magnetbandgerät (420)oder(422) trägt.
26. System nach den Ansprüchen 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schulternachbildung (300) so ausgebildet ist und mit zwei Führungsstangen (306) (307) so versehen ist, daß sie als Teil einer Sitzlehne oder anstelle einer Kopfstütze oder als Teil hiervon insbesondere in einem Fahrzeug angebracht werden kann und dort außer der akustischen Funktion für den Kunstkopf noch die schützende, stützende oder einen Aufprall mildernde Funktion desjenigen Sitzteiles oder Stützteiles übernimmt, an dessen Stelle die Schulternachbildung (300) eingesetzt ist.
27. System nach den Ansprüchen 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfnachbildung (1) mittels einer Schnellklemmverbindung auf der Schulternachbildung (300) befestigt ist.
28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellklemmverbindung nach Anspruch 27 insbesondere als Bejonettverschluß mit den Teilen (41), (42), (431 (301), (302), (303) ausgebildet ist.
29. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfnachbildung (1) zur einfachen und genauen Ausrichtung relativ zu einer Schallquelle fest verbunden ist mit einer Peileinrichtung (24) oder einer lichtoptischen Projektionseinrichtung (25), durch die ein eindeutiger Aufpunkt in einer durch die Kopfgeometrie vorgegebenen Richtung auf einem entfernt in dieser Richtung befindlichen Gegenstand oder Körper festgelegt wird.
30. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtoptische Projektionseinrichtung (25) insbesondere als Lichtzeiger funktioniert, welche innerhalb der Kopfnachbildung (1) angebracht und fest mit dieser verbunden ist und eine Lichtmarkierung auf einen entfernt in der durch die Ausrichtung der Kopfnachbildung (1) bestimmten Richtung befindlichen Gegenstand oder Körper projiziert.
31. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kopfnachbildung (1) verbundene Peileinrichtung (24) insbesondere aus zwei Kopföffnungen (22), (23) besteht, die - ähnlich Kimme und Korn einer Waffe - das "Zielen" auf einen entfernten Gegenstand erlauben.
32. System nach den Ansprüchen 29 und 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Peileinrichtung (24) oder Projektionseinrichtung (25) festgelegte Richtung vorzugsweise genau in der horizontalen Ebene (14) durch die Ohrkanaleingänge (114 (216) und gleichzeitig in der akustischen oder mechanischen Symmetrieebene (15) der Kopfnachbildung (1) liegt.
33. System nach den Ansprüchen 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere ein dem jeweiligen Mikrofon (130), (230) zugeordneter Pegeltongenerator (501), (601) integraler Bestandteil der im Kasten (400) untergebrachten Elektronikkomponenten ist, der eine Ausgangsspannung bei z. B. 240 Hz entsprechend der Ausgangsspannung des jeweiligen Mikrofons (1301 (230) bei einem festgelegten Schalldruckpegel (z. B. 94 dB) am Ort der Kopfnachbildung (1) liefert und nach Umschaltung vom jeweiligen Impedanzwandlerausgang (507), (607) auf den Ausgang (508), (608) des Pegeltongenerators (501), (601) die Kalibrierung der gesamten nachfolgenden Elektronik bis hin zum Wiedergabekopfhörer (506), (606) gestattet.
34. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (403) des Kastens (400) als schalldichte Kapsel um das Laufgeräusche verursachende Magnetbandgerät (420) oder (422) ausgeführt ist, deren eine Wand durch die schalldicht schließende Klappe (401) gebildet wird.
35. System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die schalldichte Kapsel im unteren Teil des Kastens (400) zusätzlich mit schallabsorbierendem Material (403) ausgekleidet ist.
36. System nach den Ansprüchen 10 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Schulternachbildung (300) als auch der Kasten (400) am Boden mit einem gebräuchlichen Stativgewinde (305), (411) ausgestattet ist.
37. System nach den Ansprüchen 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefenanschlag jedes zylindrischen Körpers (101), (201) im jeweiligen zylindrischen Rohrstück (2), (3) ausgeführt ist durch je drei Nuten (106), (107), (108) bzw, (206), (207), (208) in den zylindrischen Körpern (101), (201) und entsprechenden Gegenstücken (8), (10), (12)bzw. (9), (11), (13) in den zylindrischen Rohrstücken (2), (3).
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