Kopfhörer Frequenzverlauf messen?

[ReDu]

Hallöchen Soundyman

Da sind noch einige Unbedachtheiten, die dein Messergebnis und die Interpretation erheblich verfälschen.

Die Anhebung, auch OEG (open Ear Gain) genannt ist nicht bei 3-4 kHz sondern darunter bei ca. 2,6 kHz. Sie berechnet sich aus der Gesetzmäsigkeit zur Resonanz eines einseitig geschlossenen Rohres. Tommelfell schallhart = geschlossen, anderes Ende des Gehörgangs nach aussen offen. Der Gehörgang ist typisch 28 – 32 mm lang.

Diese Resonanz wird durch einen Kopfhörer beeinflusst, da nun nach aussen nicht mehr offen. Das Volumen des Kopfhörers zum Kopf bildet ein weiteres akustisches Filter. Je nachdem wie groß und dicht (geschlossener oder offener Kopfhörer) beeinflusst es die Gehörgangsresonanz unterschiedlich. Dies zudem an individuellen Köpfen differierend.

Auch ein Mikrofon am oder im Gehörgang beeinflusst die Resonanz und den Frequenzgang insgesamt. Daher werden oft für Messungen im Ohr (Insitu) dünne Schallschläuche am Mikrofon angebracht und dies als Schallnehmer in das Ohr eingeführt. Das macht zuvor die Linearisierung des Schallnehmers nicht einfacher.

Bei einem In-Ear, der den Gehörgang verschließt, ist die OEG komplett weg (typisch über Minus 10 dB bei 2,6 kHz), da das O der OEG nicht mehr gegeben ist. Hier entsteht dafür eine Resonanz bei der ½ Wellenlänge entsprechend der Gesetzmäsigkeit eines beidseitig geschlossenen Rohres. Also bei (etwas über) der doppelten Frequenz zur OEG.

Jedoch meiner Einschätzung ist dein größter Fehler gleich zu Beginn entstanden. Zunächst brauchst du eine geeignete (lineare) Schallquelle um die HRTF’s deines individuellen Ohres zu erfassen, also die Beeinflussung von Kopf, Torso, Ohrmuschel. Diese Beinflussung (lineare Verzerrung) ist auch beim natürlichen Hören immer gegeben, wird vom Gehör so als „richtig“ ausgewertet.

Weiter ist nun der Frequenzgang von Direktschall, dessen Einfallsrichtung und Reflexionsschallen getrennt zu bewerten, ab hier wird es nicht trivial. Psychoakustik, Mensch hört auch mit den Augen, Kopfbewegungen, Klangmuster, Erwartungshaltung, ..

Da gibt es noch so viel zu beachten, bis Messungen etwas verwertbar Interpretierbares liefern. Basics hierzu sind beispielsweise die Literatur von Blauert, Hudde, Zwicker, u. a.

[Soundyman]

Hallo ReDu,

die wichtigste Frequenzganganhebung beim Ohr kommt primär vom Staudruck am Ohr, aber auch am Kopf und teils am Rumpf zustande. Die Resonanz im Ohrkanal scheint bei den heute verbreiteten recht offenen KH-Bauformen keine grosse Rolle zu spielen; bei geschlossenen oder gar In-Ear KH muss dies aber im Design des KH eingeflossen sein. Soweit mein Eindruck nach der Sichtung von über 100 Forschungsartikeln zur Kopftransfer-Kurve. Keine Ahnung wer Blauert und Hudde sind; die Forscher deren Arbeiten ich gesichtet habe tragen Namen wie Struck, Lohro, Thiele, Moeller, Hammershoi, u.v.a.m. und Olive natürlich auch.

Dass das 1/4 Zoll Mic einen Einfluss hat, ist klar - nur: Wo setzt der Staudruck bei 6mm ein ? Bei 20 kHz ansatzweise - rein von der Grösse bedingt. Und unter dem Kopfhörer spielen Freifeld-Mechanismen wie auch Raum-Moden keine grosse Rolle; die Situation ist eher der eines Kalibrators vergleichbar - die Form des Mikrofon-Schutzgitters spielt dort keine Rolle - nur das Volumen. Beim 1/4 Zoll Mic geben die KH-Muscheln deutlich nach und vom Mic geht nur ein Teil des Volumens in die Kammergrösse ein. Und solche Volumenänderungen gibt es auch zwischen schmalen und breiten Köpfen; denn der Anpressdruck ist dann nicht gleich und die KH-Muscheln geben schnell mal etwas nach; das erlebt man wenn man die KH-Muscheln nur schon leicht andrückt und der Klang sich ändert.

Ich habe überhaupt nicht im Sinn, irgendwelche HRTF zu messen. Und die Hauptmessage meines Beitrages scheints du überhaupt nicht verstanden zu haben: Mit "meiner" sehr einfachen Messmethode bekam ich (mit meinen Ohren) richtigere Resultate als was mit der sündhaft teuren klassichen Audiometrie-Ausstattung und deren mitgelieferten HRTF erreicht wird; den der Fehler der improvisierten Messung ist weniger bedeutsam als eine für Kopfhörer ungeeignete HRTF zu verwenden. Wie ich aber am Schluss auch erwähnte; audiometrische Hardware und korrekt raumnachbildende HRTF Kurven sind die Ideallösung - mehr gibt die heutige Kopfhörerforschung bezüglich Frequenzgang nicht her. Und Olives Beitrag, endlich eine für KH geeignete HRTF fundiert definiert zu haben, wurde nicht per Zufall als ein Meilenstein in der KH-Entwicklung beschrieben - seit 40 Jahren sucht man schon nach der richtigen und nun ist ein grosser Sprung in die richtige Richtung erfolgt.

Etliche Aspekte die du erwähnst spielen alle mit eine Rolle, aber Ohren streuen sehr stark in ihrem akustischen Verhalten und KH müssen möglichst immun darauf ausgelegt sein - und in dieser Streubreite an Ohrvariationen hat ein kleines, wenig in den Ohrraum vordringendes Mikrofon keinen destruktiveren Einfluss als die menschliche Varianz an Ohrformen.

[Soundyman]

Hier als Beilage ein Beispiel der Positionsauswirkungen:
- Mic soweit aussen wie möglich; da sind aber schon die Seitenlöcher des Schutzgitters teils durch die Ohrmuschel abgedeckt
- Etwa 5 mm vorgeschoben, da ragt das Mic schon in die Luftlinie Kopfhörer-Membrane - Ohreingang.

[Frankynstone]

Dem Mikrofon wird an beiden Messpositionen kaum auffallen, ob die Membran sich direkt neben dem Ohr oder zwecks Vorne-Ortung ein Stück vor dem Ohr befindet. Dem Ohr wird es auffallen. Man müsste die Mikrofonkapsel wirklich in den Gehörgang einführen, um die Richtcharakteristik, die nicht nur durch die Ohrmuschel allein gebildet wird, mit in die Messung einfließen zu lassen. Das Mikrofon sei so klein wie sinnvoll möglich, befinde sich vollständig im Gehörgang, nur eine dünne Leitung schaue heraus und beeinträchtige nicht die Dichtigkeit ohrumschließender Polster. So könnte es was werden. Das Volumen der Mikrofonkapsel muss jedoch vom Gehörgang abgezogen werden und seine Impedanz verändert etwas vom reflektierten Schall, der das Ohr wieder verlässt --> Resonanz des Systems Trommelfell-Gehörgang-Volumen(Ohrmuschel+Kopfhörer)-Membran wird erhöht und die Dämpfung geändert --> Genauer Einfluss auf den gemessenen Frequenzgang zunächst nicht bekannt.

Die Variante, ein dünnes Schläuchlein zum Abgreifen des Schalls einzufädeln, finde ich gar nicht so schlecht. Wobei meine Vorstellungskraft nicht ausreicht, um die Interaktion von Schlauchsystem und Ohrsystem einzuschätzen.

[Soundyman]

Hallo Frankynstone,

Ich mag da nicht philosophieren, denn es gibt einen definierten Ohr-Referenzpunkt, auf den sich die ITU Kopftransferkurve bezieht und diesen kann ich mit dem Mic durch die Delle unten an der Ohr-Muscheln erreichen. Es ist ein durchwegs kalibriertes System auf das ich zurückgreife - die Unsicherheiten kommen primär davon, wie weit mein Ohr "Normen-normal" ist.

Wo der Bezugspunkt ist, steht in ITU 5.57 beispielsweise Seite 4 oben. Diese Norm, so habe ich in Erinnerung, kann man gratis runterladen.

"Mein" Verfahren ist ein billig Verfahren, braucht keine extrem teure Audiometrie Hardware und liefert sinnvollere Resulate als das Standard Audiometrie-Verfahren (dank modifizierter, raumkonformer Kopftransferkurve).

Mehr will es nicht sein; und mir genügt das.

All die Punkt mit Volumen des Mics etc stimmen; nur sind es absolute Nebenschauplätze; das heute käuflich erwerbbare Verfahren führt zu Fehler um 10 dB in bestimmten Frequenzbereichen. Die Kurve von Olive vermeidet diesen Fehler und meine Kurve ist nahe seiner. Und aus seiner Kurve habe ich auch einiges gelernt.

Oder anders formuliert: Ich will nicht erforschen, was längst andere mit ganz anderen Möglichkeiten gemacht haben; sondern auf deren Ergebnissen eine lowest cost Lösung umsetzen.

[Frankynstone]

Für eine Low-Cost-Lösung ist dein Verfahren sicher eines der besten. Genauer als mit In-Ohr-Mikrofonen, die den Gehörgang verschließen, solche gibt es nämlich fertig und nutzen nur die Ohrmuschel quasi als Waveguide.