Geräuschreduzierender Kopfhörer

Begriff und Zweck

Ein geräuschreduzierender oder geräuschmindernder Kopfhörer schützt das Gehör, indem er Störschall bei der Wiedergabe eines gewünschten Tonsignals, des Nutzschalls, verringert. Dadurch kann der Nutzschall mit geringerer und besser erträglicher Lautstärke wiedergegeben werden. Die Geräuschreduktion kombiniert passive Dämpfung durch schalldämmende Materialien mit aktiver Geräuschreduktion durch Gegenschall. Die englischen Bezeichnungen dafür sind Active Noise Reduction (ANR) und Active Noise Cancelling (ANC).

Aktive Geräuschunterdrückung

Ein oder zwei eingebaute Mikrofone nehmen den Schall aus der Umgebung auf. Ein integrierter Verstärker erzeugt daraus ein gegenpoliges Signal, das über die Lautsprecher des Kopfhörers wiedergegeben wird. Treffen Umgebungsschall und Gegenschall aufeinander, löschen sie sich durch destruktive Interferenz aus oder schwächen sich zumindest ab. Übrig bleibt vor allem das zuvor zugemischte Nutzsignal. Bei aktuellen Kopfhörergenerationen funktioniert dieses Prinzip auch bis in hohe Frequenzbereiche gut bis sehr gut.

Aktive Geräuschunterdrückung gibt es bei drei Bauweisen:

• On-Ear: ohraufliegender Bügelkopfhörer
• Over-Ear: ohrumschließender Bügelkopfhörer
• In-Ear: Ohrstöpsel

Für die aktive Geräuschminderung ist eine eigene Stromquelle erforderlich, meist eine kleine Batterie oder ein Akku.

Einsatz, Vor- und Nachteile

Geräuschreduzierende Kopfhörer werden verwendet, wenn Tonsignale trotz lauter Umgebung verständlich oder angenehm hörbar sein sollen. Im Cockpit eines Flugzeugs dienen sie beispielsweise dem Flugfunk und der Kommunikation zwischen den Piloten. Passagiere in lauten Fahrzeugen nutzen sie etwa, um während der Reise entspannter Musik zu hören. In Innenräumen können sie Geräusche elektrischer Geräte wie Gebläse, Klimaanlagen oder Elektromotoren mindern.

Der geringere Gesamtschallpegel am Ohr reduziert die Belastung beim Hören. Zugleich wird weniger Nutzschall vom Kopfhörer an die Umgebung abgegeben. Die Kopfhörer lassen sich auch ohne Nutzsignal allein zur Geräuschreduktion verwenden.

Ein Nachteil ist die notwendige Stromversorgung durch Batterien, Akkus oder Kabel. Einige Geräte können ohne Stromversorgung auch keine Nutzsignale wiedergeben.

Entwicklung

Lord Rayleigh entdeckte 1878 erstmals das Prinzip der aktiven Geräuschunterdrückung. Er übertrug die aus der Optik bekannte Interferenz auf Geräusche und lokalisierte mit zwei Stimmgabeln Maxima und Minima, konnte das Verfahren aber noch nicht praktisch umsetzen.

1934 entwickelten Paul Lueg und Henri Marie Coanda präzisere theoretische Ansätze. In Luegs Patent wurde erstmals aktive Lärmminderung beschrieben. Bichovskij meldete 1949 ein Patent für einen geräuschreduzierenden Kopfhörer an, realisierte ihn jedoch nicht. Erste praktische Experimente folgten 1953, brachten wegen der damals fehlenden Technik aber noch keinen praktischen Nutzen.

1988 ermöglichte die Digitaltechnik schließlich die Umsetzung. Bose entwickelte den ersten Aktivkopfhörer mit Antischall-Technik. Er war zunächst für Flugzeugpiloten zur Kommunikation mit dem Bodenpersonal bestimmt; später wurden solche Kopfhörer kommerziell verkauft.

Passive Alternative

Als Alternative können Ohrenstöpsel verwendet werden. Sie arbeiten passiv: Sie dämpfen den eindringenden Schall oder verhindern ihn teilweise beziehungsweise vollständig. Sogenannte „Loop Earplugs“ sollen trotz der Dämpfung weiterhin Gespräche ermöglichen.