Muschelkopfhörer: Elektromagnetisch, piezoelektrisch & Co

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Elektromagnetisch, piezoelektrisch & Co.: Übersicht über die Variationen von Muschelkopfhörern

Muschelkopfhörer sind als halb offene, offene und geschlossene Systeme erhältlich. Ob ein Muschelkopfhörer als offen oder geschlossen zu bezeichnen ist, hängt von der Isolierung zur umgebenden Umwelt ab – und nicht etwa davon, ob das Ohr von dem Muschelkopfhörer umschlossen wird oder nicht. Mit einem Bügel, der am Nacken oder über dem Kopf entlang führt, werden die beiden Hörer zusammengehalten und sind so mehr oder weniger angenehm zu tragen. Der folgende Ratgeber liefert Ihnen eine Übersicht über die Variationen von Muschelkopfhörer, bei denen unterschiedliche Schallwandlertechniken zum Einsatz kommen.

Die unterschiedlichen Schallwandlertechniken

Wie bei Lautsprechern gibt es ebenso bei Kopfhörern unterschiedliche Systeme der Schallwandlung. Ein Kopfhörer ist dabei nichts anderes als ein Schallwandler in klein. Dieser wird entweder über dem Ohr oder im Ohr getragen.

Was ist ein Schallwandler?

Der Schallwandler wandelt ein elektrisches Signal in ein akustisches Signal um – oder umgekehrt. Das Mikrofon ist ein Schallempfänger, Kopfhörer oder Lautsprecher sind Schallerzeuger.

Elektromagnetische Schallwandlung

Die elektromagnetische Schallwandlung ist lediglich für das Verstehen von Sprache ausreichend. Vor langer Zeit die einzige Bauform ist die elektromagnetische Schallwandlung heutzutage nur noch in antiken Telefonen zu finden. Eingesetzt wurde die Technik auch in Hörgeräten. Zwei Spulen sind durch einen Permanentmagneten vormagnetisiert und werden von dem Strom des Verstärkers durchflossen. Die Magnetpole der Spulen befinden sich hinter einer Stahlblechmembran. Das Stahlblech wird aufgrund der magnetischen Eigenschaften der Spulen bewegt. Die Wiedergabe von Musik klingt bei dieser Art der Schallwandlung verzerrt. Heute sind elektromagnetische Kopfhörer fast nicht mehr zu finden – bei eBay jedoch sind antike Kopfhörer durchaus erhältlich.

Elektrodynamische Schallwandlung

Das Funktionsprinzip der elektrodynamischen Schallwandlung besteht aus zwei Komponenten. Ein statisches Magnetfeld wird von einem Festmagneten erzeugt, der an dem Rahmen des Kopfhörers befestigt ist. Der Festmagnet ist meist aus Neodym oder Ferrit hergestellt. Die zweite Komponente ist die Tauchspule. Dabei handelt es sich um einen dünnen, spiralförmig aufgewickelten Draht, der unterhalb der Membran befestigt ist. In dem Luftspalt des Festmagneten bewegt sich diese Tauchspule bei fließendem Strom. Auf diese Weise wird die mit der Tauchspule verbundene Membran in Bewegung versetzt, sodass Schall entsteht.

Diese Form der Schallwandlung ist heute die am weitesten verbreitete mit hoher Qualität der Wiedergabe. Die Membran besteht dabei aus Metall, Plastik, Pappe oder Zellulose. Wichtig ist, dass das verwendete Material für die Membran möglichst steif und gleichzeitig leicht ist. Handmikrofone und einfache Kopfhörer arbeiten nach diesem Prinzip.

Isodynamische, orthodynamische Schallwandlung (Magnetostat)

Von der Anordnung der beteiligten Elemente ist die isodynamische Schallwandlung der elektrostatischen Schallwandlung ähnlich. Die Membrane wird durch die elektrodynamische Wirkung von einer regulären Tonfrequenz angetrieben. Vom Zentrum der Membran nach außen ist eine Leiterbahn, der die Spannung zugeführt wird, schneckenförmig aufgeklebt oder aufgedampft. Um mit der isodynamischen Schallwandlung einen brauchbaren Wirkungsgrad zu erreichen, sind relativ große Magnete notwendig. Die Verwendung solcher Magnete führt zu einem ungewöhnlich hohen Gewicht des Kopfhörers.

Balanced-Armature-Schallwandler

Prinzipiell funktioniert der Balanced-Armature-Schallwandler mit einem Permanentmagneten und einem beweglich gelagerten Anker, der genau im Magnetfeld des Permanentmagneten zentriert ist. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad erhöht, da die Belastung der Membran wegfällt. Da exakt im Zentrum des Ankers keine Kraft auf diesen einwirkt, wird von "balanced" (ausgewogen) gesprochen. Fließt dann schließlich Strom durch diesen Anker, magnetisiert dieser und bewegt sich leicht in die eine oder andere Richtung. An dem Anker ist eine Membran befestigt, die daraufhin Schallwellen erzeugt. Um den Anker ausgewogen zu halten, ist eine Membran mit hoher Steifigkeit und Rückstellkraft erforderlich. Das Prinzip stammt bereits aus den 1920er-Jahren. Wie kaum ein anderes Schallwandler-System ist das Balanced-Armature-Schallwandler-System geeignet, um Klang aus wenig Strom zu erzeugen.

Aufgrund der geringen Ausmaße und niedrigen Impedanz wird die Technik heute in In-Ear-Headphones (Ohrkanalhörern) und Hörgeräten verwendet. Wahlweise sind diese Kopfhörer auch als Headset (mit Mikrofon) erhältlich. Damit die In-Ear-Kopfhörer ihr volles Potenzial entfalten können, ist die perfekte Passform entscheidend. Damit der Bass kräftig klingt, müssen die Gummis den Gehörgang nach außen perfekt abdichten. Dadurch werden störende Umgebungsgeräusche gleichzeitig erfolgreich ausgeblendet.

Elektrostatische Schallwandlung

Kopfhörer mit elektrostatischer Schallwandlung stellen die Luxusklasse der Geräte dar. Prinzipiell arbeitet ein solcher wie ein Kondensatormikrofon, das umgekehrt betrieben wird. Frequenzen werden bei diesem System der Schallwandlung in einem besonders breiten Bereich erzeugt, die weit über die Fähigkeiten des menschlichen Ohrs hinausgehen. Dies ist der leichten und extrem dünnen Membran zu verdanken, die meist nur wenige Mikrometer dick ist. Zwischen zwei perforierten Statoren (Metallplatten) wird eine leitfähig beschichtete und dünne Polyester-Membrane gespannt. Diese wird konstant elektrisch aufgeladen. Eine hohe Antriebsspannung ist notwendig, um einen angemessenen Wirkungsgrad zu erreichen. Aufgrund des enorm hohen Herstellungsaufwands sind die Kosten bei der Anschaffung entsprechend hoch. Ein neuer Kopfhörer mit elektrostatischer Schallwandlung kostet schnell mehr als 1.000 € und ist für absolute Hi-Fi-Enthusiasten zu empfehlen. Elektrostatische Kopfhörer können bei eBay gefunden werden. Stax ist der bekannteste Hersteller dieser Kopfhörer. Ein optimal konzipierter elektrostatischer Kopfhörer überzeugt mit einem besonders klaren und natürlichen Klangergebnis.

Piezoelektrische Schallwandlung

Typischerweise zeichnen sich piezoelektrische Schallwandler durch eine geringe Klangqualität aus, wobei der Wirkungsgrad hoch ist. Eingesetzt wurde dieses System z. B. bei Kristallohrhörern, die mit Detektorempfängern verwendet wurden. Zur mechanischen Deformation der zugeführten elektrischen Spannung werden bestimmte Kristalle genutzt (z. B. Quarz). Solch ein historisches Detektor-Radio ist bei eBay erhältlich.

Die unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten

Unterschiede zwischen den Muschelkopfhörern sind nicht nur bei der eingesetzten Schallwandlungstechnik zu finden. Bei der Art der Verbindung zum Musikabspielgerät, z. B. einem MP3-Player, hat der Nutzer heute die Möglichkeit, zwischen folgenden Varianten zu wählen.

Die kabelgebundene Verbindung

Den Standard der Verbindung zwischen einem Kopfhörer und einem Musikabspielgerät stellt das Kabel dar. Dabei handelt es sich um ein 3,5-mm-Klinkenkabel. So wird die Verbindung z. B. mit einem modernen MP3-Player oder Smartphone hergestellt.

Kabellose Verbindung via Infrarot

Eine alternative Verbindungsmöglichkeit, bei der auf ein Kabel am Kopfhörer verzichtet wird, ist der Infrarot-Kopfhörer. Eine Basisstation wird mit der Stereo-Anlage oder dem Notebook verbunden und sendet das Audio-Signal via Infrarot zum Kopfhörer. Zwischen Kopfhörer und Sender muss Sichtkontakt gegeben sein. Die Verbindungsqualität ist der Kabelverbindung deutlich unterlegen. Vor der Einführung der Bluetooth-Kopfhörer war der Infrarot-Kopfhörer in der Wohnung eine relativ beliebte Möglichkeit, um den Kopfhörer ohne Kabel zu nutzen.

Kabellose Verbindung via Bluetooth

Die kabellose Verbindung zwischen Kopfhörer und Musik-Player mittels der Bluetooth-Technologie macht die verlustfreie Übertragung des Audio-Signals möglich. Dabei ist darauf zu achten, dass sowohl das sendende Gerät als auch der empfangende Kopfhörer die A2DP-Technik unterstützen müssen, die für die Übertragung von Stereo-Audiosound zuständig ist. Bluetooth-Kopfhörer sind auch als Headsets erhältlich. In der Regel mit nur einer Ohrmuschel ausgestattet, dienen diese als Telefonhörerersatz.

Kabellose Verbindung via Funk

Der Funk-Kopfhörer ermöglicht die rauschfreie und detailreiche Wiedergabe von Musik ohne Kabel. Für die Verwendung ist eine Basisstation notwendig, die mit dem Musikabspielgerät verbunden wird. Die Reichweite eines solchen Funk-Kopfhörers beträgt je nach Umgebungsbedingungen bis zu 30 m. Die Sendestation gilt häufig gleichzeitig als Ladestation, da dieser Kopfhörer wie auch die beiden vorher genannten kabellosen Kopfhörer Batterien oder Akkus für den Betrieb benötigt.

Bauformen der Muschelkopfhörer im Überblick

Der Kopfhörer ist inzwischen in zahlreichen unterschiedlichen Bauformen erhältlich. Speziell der Muschelkopfhörer wird weiter in drei Untergruppen aufgeteilt.

Der offene Muschelkopfhörer

Offene Kopfhörer isolieren den Hörer nicht von seiner Umwelt. Ein offener Kopfhörer liegt entweder direkt auf dem Ohr auf oder umschließt dieses. Die Bezeichnung „offen" bezieht sich also auf die Isolierung zur umgebenden Umwelt. Die Abdeckung der Hörmuschel ist durchlässig. Sitznachbarn hören so bei einem relativ laut aufgedrehten offenen Kopfhörer jeden Ton – allerdings muss der Nutzer die Lautstärke auch relativ stark aufdrehen, um die Umgebungsgeräusche zu beseitigen. Der produzierte Schall wird sowohl Richtung Ohr als auch Richtung Umgebung abgegeben. Die räumliche Wirkung des Klangs soll auf diese Weise verbessert werden. Gleichzeitig wird die Wärme besser an die Umgebung abgegeben, der Nutzer schwitzt weniger stark als bei der Verwendung eines geschlossenen Muschelkopfhörers.

Der geschlossene Muschelkopfhörer

Im Unterschied zum offenen Muschelkopfhörer wird das Ohr bei einem geschlossenen Muschelkopfhörer größtenteils gegen Geräusche aus der umgebenden Umwelt abgeschirmt. Der Schall der Hörmuscheln strahlt nur in Richtung des Ohres ab, weshalb diese Kopfhörer in der Regel den besten Klang für die Musikwiedergabe bieten. Vor allem der Bass profitiert von der Abschirmung. Sitznachbarn in der U-Bahn können auch bei hoher Lautstärke des Kopfhörers nichts oder kaum etwas hören. Der Nutzer eines solchen Kopfhörers hat den großen Vorteil, dass die Umgebungsgeräusche größtenteils unterdrückt werden. Auch in einer lauten Umgebung ist es damit möglich, Musik mit leiser Lautstärke entspannt zu hören. Im Straßenverkehr sollte solch ein Kopfhörer keinesfalls eingesetzt werden. Sowohl als Fahrradfahrer als auch als Fußgänger – und natürlich erst recht als Kfz-Führer – wird man sonst schnell zur Gefahr für sich selbst und die anderen. Vor allem, wenn der geschlossene Muschelkopfhörer längere Zeit am Stück benutzt wird, entsteht eine Wärme unter den Muscheln, die von vielen als unangenehm empfunden wird. Um Sport zu treiben, ist solch ein Kopfhörer daher nicht geeignet, meist macht das Eigengewicht diesen dafür auch schon untauglich.

Der halb offene Muschelkopfhörer

Der halb offene Muschelkopfhörer zielt darauf ab, einen optimalen Kompromiss aus dem offenen und geschlossenen Muschelkopfhörer zu bilden. Nach außen hat solch ein Kopfhörer weniger Öffnungen als ein offener Kopfhörer. Hohe Töne werden nach außen abgeschirmt, tiefe Töne werden naturgetreuer wiedergegeben. Verbreitet ist die Verwendung im Heimbereich. Im Vergleich zu einem geschlossenen Muschelkopfhörer ist der Tragekomfort besser, und störende Außengeräusche treten kaum auf.

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