The green man – the next chapter - HATS

Der grüne Mann – das nächste Kapitel

Wenn Sie in ein beliebiges Akustiklabor kommen, wird Ihnen mit Sicherheit ein Instrument auffallen welches Sie an die Form eines menschlichen Kopfes und Rumpfes erinnert. Kein Wunder also, dass es Kopf- und Rumpfsimulator genannt wird, oder kurz HATS (head and torso simulator).

Von: Alun CreweVice President Telecom AudioBrüel & KjærHATS Typ 4128 wurde erstmals 1986 auf den Markt gebracht. Seine Ursprünge gehen jedoch ein Vierteljahrhundert zurück, als Per Brüel auf die Marktforderung nach besseren Möglichkeiten zur Bewertung von Hörgeräten reagierte und sich an der Erforschung künstlicher Ohren beteiligte. Ergebnis war die Entwicklung des Künstlichen Ohrs Typ 4152. Die 1980er Jahre und die Verbreitung von tragbaren Kassettenrekordern, eingeleitet durch den Walkman von Sony, sowie das Aufkommen des Mobilfunkkonzepts, machten eine umfassendere Methode der Darstellung von Audioleistung über den Hörgerätemarkt hinaus erforderlich – es gab den Bedarf, nicht nur das menschliche Ohr, sondern auch den Einfluss von Kopf und Rumpf besser darzustellen.Das HATS-Konzept kann auf die Arbeit von Knowles Electronics in den frühen 1970er Jahren zurückgeführt werden, deren Ziel es war, eine verbesserte Bewertung von Hörgeräten zu erreichen. Daraus resultierte die Entwicklung des Kopf- und Rumpfsimulators KEMAR. Das Konzept ermöglichte zwar Fortschritte auf dem Gebiet der Audio-Produkt-Bewertung, war jedoch beeinträchtigt durch fehlende Symmetrie der Antwort des linken/rechten Ohrs und verfügte über keinen "Mund", was Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung in Kommunikationsprodukten bedeutete. Bei ihren Überlegungen zur Gestaltung des Typs 4128 zielten die Ingenieure von Brüel & Kjær auf eine durchschnittliche Kopfgeometrie ab, die in internationalen Standards definiert werden konnte, während gleichzeitig die Genauigkeit und Realitätstreue des menschlichen Gehörs beibehalten wurden. Die Gestaltung des heutigen HATS spiegelt das wider. Der Typ 4128 umfasste auch eine Version des kürzlich entwickelten und standardisierten IEC 711-Kopplers, der erstmals eine präzise akustische Impedanz lieferte, die dem menschlichen Ohr bis zu 8 kHz entspricht.

The green man – the next chapterEs gibt zwar mehrere Hersteller von HATS, am auffälligsten ist jedoch wahrscheinlich der Typ 4128 von Brüel & Kjær, der oft als ‘der grüne Mann’ bezeichnet wird – nicht nur, weil er unter allen aktuellen Produkten die größte mit dem allgegenwärtigen Grün von Brüel & Kjær eingefärbte Oberfläche hat, sondern auch, weil er Marktführer im Hinblick auf die Verkaufszahlen ist.Der Teil des Designs, der nicht vereinfacht werden konnte, war die Ohrmuschel. Die Geometrie der Ohrmuschel ist entscheidend für die Erzielung der richtigen kopfbezogenen Transferfunktionen (HRTFs), die die Kodierung der Richtwirkung des Schalls ermöglichen und eine sehr präzise Geometrie aufweisen müssen. Außerdem musste das Material von der gleichen relativen Steifigkeit sein wie ein menschliches Ohr. Diese beiden Anforderungen in Einklang zu bringen ist die große Herausforderung bei dieser Aufgabe.Das Produkt war ein sofortiger Erfolg und fand Unterstützer weit über die Zielmärkte Kommunikation und Hörgeräte hinaus. Für Hersteller im schnell wachsenden Markt für High-End-Audiokopfhörer erwies sich der HATS als von unschätzbarem Wert für die Optimierung ihrer Produkte.Das digitale ZeitalterUm die Jahrtausendwende war das Zeitalter der digitalen Audiogeräte bereits in vollem Gange, mit dem Übergang von tragbaren CD-Spielern zu MP3-Playern und dann zur Apple®iPod®-Revolution. Die Verbesserung der Qualität des Quellmaterials und der Audiowiedergabe war kontinuierlich und die Spezifikationen des Typs 4128 wurden durch diese Entwicklungen herausgefordert. Zu Beginn des neuen Jahrzehnts hatte das F&E-Team von Brüel & Kjær die erforderliche Forschungsarbeit skizziert, um die Wiedergabetreue eines Typ 4128-Nachfolgers zu erweitern. Es war jedoch die Einführung des Apple iPhone® im Jahr 2007, die die Notwendigkeit für ein neues Produkt noch dringlicher machte. Das iPhone brachte schließlich Mobiltelefon, Entertainment-System und PC in einem einzigen Gerät zusammen und erforderte neue, integrierte Messmethoden.Die maximale Frequenzgrenze von 8 kHz war akzeptabel für die vorherige Generation von Kommunikationsgeräten, die auf eine Bandbreite näher an 3 kHz begrenzt waren. Sie ermöglichte jedoch keine genaue Beurteilung der Leistung von Geräten, die den Anspruch erhoben, eine Wiedergabe bis 15 kHz oder sogar 20 kHz zu erlauben.

The green man – the next chapterTelefon-Testkopf Typ 4905 – hier im Test des 'Eriocofon‘ von Ericsson, auch bekannt als Cobra-Telefon (Foto ca. 1970)Der Schlüssel zur erfolgreichen Erzielung der höheren Leistung lag in der besseren Anpassung der akustischen Impedanz des menschlichen Ohrs. Das bedeutete ein neues Design des akustischen Kopplers, das den vereinfachten Gehörgang (ein einfaches Rohr mit einem Durchmesser von 7,5 mm und einer Länge von 8,4 mm) verbesserte und durch eine präzise geometrische Darstellung eines menschlichen Ohrs ersetzte.Die Ingenieure von Brüel & Kjær haben die Gehörganggeometrien von über vierzig Personen genau vermessen und gemittelt, um ein Zielmodell zu erstellen. Die richtige Geometrie war jedoch nur ein Teilaspekt, da die Werkstoffe der Wände des Gehörgangs, von der weichen Ohrmuschel zur harten, knöchernen Struktur in Richtung des Trommelfells, im Hinblick auf die korrekten und variablen Dämpfungseigenschaften des Ohrs optimiert werden mussten. Viele numerische Simulationen der akustischen Eigenschaften und viele Prototypen später war der neue Ohrsimulator am Ziel und lieferte eine genaue Ohrfrequenzmessung bis 20 kHz und führte zur Entstehung des Hochfrequenz-HATS Typ 5128 – ein würdiger Nachfolger des ursprünglichen grünen Mannes.

 The green man – the next chapterHochfrequenz-Kopf und Rumpfsimulator Typ 5128 – neu und grün