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Flexibler neuer Messaufbau für meine Tests von Kopfhörern, Headsets und In-Ears: Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Praxisrelevanz

Der heutige Artikel soll zeigen, wie man mit den Mitteln einer normalen Redaktion eine einigermaßen verlässliche Messung von sehr unterschiedlichen Schallwandlern hinbekommen kann, obwohl man natürlich schnell an gewisse Grenzen stößt. Das liegt vor allem auch daran, dass man eigentlich gleich drei optimierte und genormte Kuppler bräuchte, denn man unterscheidet zwischen In-Ear, On-Ears und Over-Ear Kopfhörern. Und genau diese Herausforderung hat mich wirklich gereizt, weil ich drei Messaufbauten in einem einzigen Gerät verbinden wollte. Und ich habe mich bei der Ideenfindung fast schon wie MacGyver gefühlt, als ich suchenden Auges durch den Baumarkt geschlendert bin oder einschlägige Websites nach einer Inspiration durchsucht habe. Denn man braucht schon eine zündende Idee zur Umwidmung käuflicher Produkte für den eigenen Zweck.

Was ich hier im Artikel nicht liefern möchte, ist eine genaue Nachbauanleitung. Da dürfen die Mitbewerber gern selbst aktiv tätig werden und sich das nötige Grundlagenwissen bei Bedarf noch aneignen und auch bei der praktischen Umsetzung gern selbst tüfteln. Sonst ginge ja auch der Spaß an so einer Herausforderung verloren. Aber ich werde genügend Transparenz bieten, um meine Lösung verstehen und bewerten zu können. Dann ist der Schritt zur eigenen Lösung nur noch ein kleiner.

Kalibrierter Messaufbau nach IEC 711 und zwei Silikon-Ohren

Das Investment einschließlich aller Teile und Kalibrierung/Vergleichsmessung mit zwei Referenzplattformen samt Dienstleistung liegt bei reichlich 1000 Euro. Das mag nach viel klingen, aber in Anbetracht der Preise für fertige Lösungen ist das fast schon geschenkt. Es wäre natürlich auch deutlich günstiger gegangen, wenn man am Mikrofon etwas spart (ich habe hier gebrauchte, professionelle Technik erworben) und die Dienstleistungen weglässt. Wir sehen auf dem Bild eine fertige Lösung für In-Ears (nur wäre das allein ja nur eine reine 1/3-Lösung für die Ohrstöpsel) und zwei sehr gut nachgebildete „Gummi-Ohren“ aus Silikon, deren Größe so gewählt wurde, dass sie dem Durchschnitt entspricht und auch unter alle zu testenden Over-Ears passen sollte. Dazu gab es noch ein Messprotokoll und eine Kalibrierungsdatei, Arta als Messprogramm besitze ich ja eh.

Das allein ist natürlich noch kein fertiger Messaufbau für alles, aber schon einmal eine gute Basis. Und so geht mein Dank auch an die Community für die vielen Kommentare, Anregungen und Einschränkungen, was so manchen „Goldstandard“ auch in der Praxis in einem etwas anderen Licht dastehen lässt. Und ich kann jetzt schon spoilern, dass ich die Over-Ears sogar mit 2 Methoden messen werde, denn Gehörgang ist nun einmal nicht gleich Gehörgang. Doch kommen wir zurück zum Ausgangspunkt und den drei verschiedenen Messaufbauten samt Begründung und den dahinterstehenden Grundlagen. 

Drei Kopfhörer-Typen benötigen drei verschiedene Kuppler

Drei Prinzipien, ein Problem

Generell gilt, dass man zur Messung des Übertragungsverhaltens von Kopfhörern sogenannte Kuppler mit klar definierten Volumina und fest eingebauten, sauber kalibrierten Messmikrofonen nutzt. Für Einsteckhörer (In-Ears) und Kleinhörer (z.B. aus Hörgeräten) gibt es zwei international genormte Kuppler. Da hätten wir den sehr einfach aufgebauten 2-cm³-Kuppler (IEC 126) und den technisch deutlichen besseren Simulator für den abgeschlossenen Gehörgang nach IEC 711, wie ich ihn ebenfalls nutzen werde.

Einfachere Kopfhörer und Headsets als sogenannte On-Ears (siehe oben den Beyerdynamic links im Bild) bezeichnet man auch als Kopfhörer mit supraauralen Kissen. Für solche Kopfhörer (On-Ear) existieren mittlerweile zwei international genormte Kupplerformen, der sehr einfach aufgebaute 6-cm³-Kuppler (IEC 303) und das in seiner Technik schon deutlich bessere „künstliche Ohr“ nach IEC 318, an die ich mich mit jeweils eigenen Umsetzungen angelehnt habe. Das mit dem Ohr ist gut, aber eben auch sehr speziell. Da kann ich später sowohl mit meinem nachgebauten „künstlichen Ohr“ oder aber einer weichen Platte die Ergebnisse sehr gut vergleichen. Warum ich hier also doppelt messen werde bzw. sogar messen muss, das erkläre ich dann gleich noch im Detail. 

Die dicken Over-Ears, also circumaurale bzw. Ohr-umschließende Kopfhörer, sind quasi die Königsklasse, wenn es um die Messung und vor allem um die Reproduzierbarkeit geht. Denn genau dafür gibt es ja noch gar keine genormten Kuppler. Die Gründe dafür liegen in Schwierigkeiten der Messtechnik und den vielen beeinflussenden Faktoren begründet, die eine sichere Reproduzierbarkeit fast unmöglich machen. Daher werden solche circumaurale Kopfhörer überwiegend mit entsprechend umgebauten Kupplern für supraaurale Kopfhörer gemessen, indem man zusätzlich eine eine flache und dämpfende Platte als Auflage für das circumaurale Kissen nutzt.

Da habe ich natürlich auch noch bei der Materialwahl viel experimentieren müssen, aber mit den Ergebnissen war ich später durchaus zufrieden. Da mich zudem diverse Vibrationen und Resonanzen von einem ersten Aufbau aus Holz schnell wieder abgebracht haben, bin ich auf eine sehr massive Lösung aus Stahl in Verbindung mit gut dämpfenden weichen Materialien für die Auflage gekommen. Wie ich das dann alles im Detail gelöst habe, das zeige ich Euch natürlich gleich. Einmal umblättern bitte!

 

Kommentar

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ipat66

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Das hört sich noch nach einer Menge Feintuning an....
Bin sehr gespannt auf die ersten Kurven !

Super Projekt !!!

Hast Du vor,einen sehr linearen KH als „Referenz-Kurve“ zu vermessen?

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Igor Wallossek

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Ja, da suche ich aber mal noch was nach dem Kalibrieren.

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S
Schrauber1982

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27 Kommentare 8 Likes

Echt tolles Projekt! Ich würde nur nicht meine schwerhörigen Ohren anbieten.
Mach bitte immer weiter - es ist sehr interessant und auch hilfreich - zumindest für mich.

Danke

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Igor Wallossek

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10,173 Kommentare 18,757 Likes

Heute mal einen Ear Bud getestet - geht mega...

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XXL

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71 Kommentare 15 Likes

Ich bin wie immer stark beeindruckt von deinem Streben nach den zuverlässigsten Messwerten, um die unwissenden Mitmenschen ( wie mich ) mit Empfehlungen und Hinweisen zu versorgen, die genau auf diesen beruhen. Danke dafür! Und wie ich heraus zu lesen glaube, hast du auch Spaß an dieser Tüftelei. Achso und ja ich kenne die 3 Herren von denen du sprichst, waren ein schöner Teil meiner Kindheit. :love:

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Ozzy

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225 Kommentare 137 Likes

Woher hast du denn die Durchschnittsgröße der Ohren?
Ich hab das jetzt gerade bei meinen neuen Corsair bemerkt, offenbar sind meine schon am Limit.
Was mir so jetzt nicht bewusst wäre.

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Igor Wallossek

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10,173 Kommentare 18,757 Likes

Die Größen habe ich von meiner Doc, die hat sich extra schlau gemacht. Und dann habe ich mir die passenden Silikon-Segler rausgepickt. Meine Löffel sind auch größer, aber das steigert sich ja mit dem Alter.

Die Corsair kommen aus Vietnam, da sind die Ohren im Allgemeinen kleiner. Bei Beyerdynamic werden noch die Löffel alter weißer Männer eingepreist :D

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O
Ozzy

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225 Kommentare 137 Likes

:)
Stimmt, das Alter hab ich nicht mit berücksichtigt. ;)
Da mein Astro kaputt ging bin ich zu Corsair gewechselt.
Beyer wird das nächste Mal ins Auge gefasst.

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RevAngel

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120 Kommentare 87 Likes
ipat66

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1,352 Kommentare 1,353 Likes

Diese sind aber für das altersbedingte selektive Hörvermögen notwendig...;)

Der AKG K702 könnte vielleicht als preiswerter linearer KH einen Versuch wert sein.
Dazu etwas aus Deiner Edel-Sammlung..., ?

Audio ist wirklich ein sehr spannendes Thema!

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Igor Wallossek

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Finde ich auch. Und im DE-Raum machen es leider nur wenige richtig. Ich kann das ganze HiFi-Geschwurbel echt nicht mehr lesen. Und die, die wirklich gut sind, haben eine andere Zielgruppe.

Hier mal ein Beispiel:

Coole Umschreibung für eine basslastige Abstimmung ohne echte Höhen. Ich habe exakt diese Teile mal nachgemessen und sie sind reichlich dumpf. Das subjektive Hörbild deckt sich mit meinen Messungen erschreckend gut. Bei 8k und 12k sind nochmal Peaks, was Höhen vorgaukelt, wo keine sind. "Seidig" statt geschmeidig. Nun ja... :D

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RedF

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4,650 Kommentare 2,547 Likes

Ich war ja immer Fan von viel Mitte, etwas weniger Bass und bei Höhen bekomme ich schnell Schmerzen.

Die kurve sieht nicht aus als würde mir das gefallen.

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O
Ozzy

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225 Kommentare 137 Likes

Gerade Audio ist ja sehr subjektiv.
Da geben echte Meßkurven eben echten Mehrwert für die Kaufentscheidung.

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eastcoast_pete

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1,460 Kommentare 818 Likes

Sehr interessant! Bin immer wieder beeindruckt, wieviel Sorgfalt Du (Igor) beim Aufbau von Messstellen betreibst. Und ja, das menschliche Ohr ist ein akustisches Wunder, nicht nur ein Loch seitlich am Kopf. Die Ohrmuscheln sind eben doch wichtig.
Ich frage mich allerdings auch, wie viele Hersteller von (v.a. billigeren) Kopfhörer sich da auch die Mühe machen, zumindest einen vergleichbaren Testpark zu betreiben und ihre Designs auch korrekt austesten.

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K
Kistenklaus

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13 Kommentare 8 Likes

Eindrucksvoll. Ich bin bei jedem Testaufbau erneut darüber erstaunt, wie viel Mühe du dir gibst und wie viele Gedanken in der Vorbereitung stecken.
Bereits der Messaufbau für die Kühler hielt ich für beeindruckend. Derartig aufwändige Messaufbauten sind im Review-Bereich ja die Ausnahme.

Wenn ich an die Vergangenheit denke (lange ists her), in der ich auf der Suche nach einem neuen CPU-Kühler über Benchmarks gestoßen bin, die nicht das Delta als Leistungsreferenz angaben, sondern die absoluten Temperaturen, stechen deine Berichte regelmäßig heraus. Nicht umsonst habe ich bereits das Kompliment gemacht, dass deine Tests und Reviews auf akademischen bzw. wissenschaftlichen Niveau sind. Fehlt im Prinzip nur noch die Anfangshypothese vor jedem Testbericht. Dieses Kompliment kann bei dem hier vorgestellten Messaufbau in jedem Fall aufrecht gehalten werden.

Die Messergebnisse werden sicher interessant, insbesondere wenn es darum geht, wie sich die Kopfhörer untereinander schlagen.
Bei allen darüber hianusgehenden Schlussfolgerungen werde ich allerdings skeptisch bleiben. Das Thema Klang ist subjektiv. Das ließt man immer wieder und es stimmt (leider). Man hört auch interessanterweise mit dem gesamten Ohr, nicht nur mit dem Trommelfell.
Insoweit muss ich gestehen, dass das ganze Thema für mich immer "Schlangenöl-Thema" war und vermutlich bleiben wird. Entweder mir gefallen Kopfhörer vom Klang her oder aber nicht. Dass es auch objektiv gute und schlechte Fabrikate gibt, keine Frage. Doch am Ende entscheidet der Nutzer. Dennoch: deine Testberichte dienen mir sicher zur Orientierung am Markt und beeinflussen die Produkte, die ich in den Fokus nehmen würde. Was bleiben darf und gekauft wird, wird am Ende die Höhrprobe zeigen.

Mach weiter. Ich bin gerne hier und lese mit. Und vielleicht bald mal mit einem Bericht im Forum. Der PC Aufbau steht wohl Ende '22 endlich an.

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Igor Wallossek

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Na dann... Ich habe nie Zeit für meinen eigenen PC :D

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FragwürdigesIndividuum

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Erstmal ein Lob für die viele Arbeit!
Viele (teilweise sogar kleinere Hersteller) machen es sich ja leicht und nutzen die miniDSP EARS oder Mikrofon mit Röhre/Platte welche aufgrund fehlender Simulatoren vor allem bei In-Ears keine guten Ergebnisse liefern. Allein deswegen verdient dein Aufwand großen Respekt.
Um deine Lösung einschätzen zu können wären Messungen von gängigen Kopfhörern von Vorteil. K701/2/12, HD600/650 wurden zu tode gemessen und bieten somit einen guten Vergleichspunkt. Wenn ich mich nicht irre befindet sich in deinem Fuhrpark auch ein Amiron Home, der auf den gängigen Seiten bereits durchexerziert wurde:

Die verlinkten Websites messen alle mit an 711 angelehnten Kupplern mit Silikonohr. Dieses Setup erlaubt die Messung von jedem Kopfhörertyp, auch In-Ears. Spezialisten werden sagen, dass eine In-Ear Messung an der "Reference-Plane" vom Kuppler mit konischem Passstück erfolgen sollte. In folgender Grafik zeigt der Pfeil c senkrecht auf diese Bezugsebene:

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Pfeil a = konischer Gehörgangsimulator(Aufsatz), b = Mutter, d = Staubfilter, e&f = Ringnuten (Seitenvolumen), g = Gehäuse, h = Bohrungen für Druckausgleich, i = Mikrofon, welches in das Gehäuse (g) geschraubt wird, j = Mikrofonvorverstärker

Das Ohrpassstück vom In-Ear wird also so weit in das Passstück vom Kuppler reingequetscht, bis es auf c aufliegt. Diese Art der Messung entstammt dem Sektor der Gehörgeräte und ist für consumer-in-ears meiner Meinung nach nicht realitätsnah, weil viele In-Ears gar nicht so weit reingedrückt werden können. Das Gehäuse vom In-Ear limitiert. Ich finde es demnach besser den konischen Aufsatz wegzulassen und anstelle das Silikonohr zwischen Bezugsebene und in-ear zu haben. Der Kopfhörer wird dann reingedrückt, bis er in der Concha ansetzt.
Die Bezugsebenenmethode ist aber nicht schlecht insbesondere aufgrund der Reproduzierbarkeit.
Ich glaube die einzige Online-Person, die einen In-Ear jemals wirklich richtig gemessen hat war Rinchoi:

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Messung bei Bezugsebene und zwei weitere mit je +3mm Abstand zur BE. Man sieht hier sehr gut wie der Peak von 10 kHz auf 7 kHz mit abnehmender "insertion depth" runterwandert. Der Ear Entrance Point EEP liegt ca. 10mm von der Bezugsebene entfernt. Bei mir messe ich mit Silikonohr 13mm von der BE zum Gehörgangeingang.

Zur Messung von Circum/Supra:
Polster als Platte ist nicht mein Favorit. Die Region ums Ohr herum ist bis auf die Haut und Nacken eher massiv und das einpressen des weichen Ohres in eine steife Platte erzwingt Abdichtung.
Das Beispiel mit dem Avantone deckt sich nicht ganz: https://www.dropbox.com/s/o867ox65g124mp1/Avantone Planar.pdf?dl=0
Er müsste eigentlich bis 20 Hz einigermaßen linear runtergehen, was auf eine Leckage hindeutet. Entweder der Schaumstoff schluckt oder die Platte dichtet nicht zum Ohr beziehungsweise das Ohr dichtet nicht zum Kuppler ab. Oder es liegt nur an deinem Exemplar vom Avantone.

Der Rest vom Spektrum schaut wie ich finde aber gut aus, alle relevanten Merkmale decken sich ( Senke bei 1.8, 4 und 7 kHz). Genau wird das mit den Toleranzen (vor allem vom Kopfhörereigenen Polster) nie 100%. Über 8 kHz ist die Kopfhörer'messung' meistens raten. Viele plotten ja gerne noch eine Referenzkurve als Anhaltspunkt oder kompensieren mit der Referenzkurve weil viele Leser sonst verwirrt darüber sind, warum der Kopfhörer bei 3 kHz lauter zu werden scheint. Könnte man darüber nachdenken, welche Kurve da sinnvoll ist (ich nehme da gerne den HD 650), oder ob man sie einfach weglässt.

Genug geschrieben, habe morgen IHK Zwischenprüfung :^)

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Igor Wallossek

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Danke erst mal, der modulare Aufbau lässt es mich ja einfach abändern. 😁

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geist4711

Veteran

274 Kommentare 127 Likes

klasse aufbau und wiedermal viel 'hirnschmalz' der da drinne steckt.

apropo schmalz, ich sehe da schon vergleichsmessungen auf uns zukommen mit und ohne schmalz und zu viel/ zu langen haaren
um und in den ohren :) .

habe selber solch ein problem, weil ich mal in einer firma mit defekter klima gearbeitet hab, hab ich probleme mit chronisch erhöhten ohr-ablagerungen -sowas nervt und beeinflusst irgendwann auch den klang :cool:

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About the author

Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB als inhaltlichem Nachfolger von Tom's Hardware Deutschland, deren Lizenz im Juni 2019 zurückgegeben wurde, um den qualitativen Ansprüchen der Webinhalte und Herausforderungen der neuen Medien wie z.B. YouTube mit einem eigenen Kanal besser gerecht werden zu können.

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.

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