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11款耳机的灵敏度测试和比较

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发表于 2014-1-19 22:44:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 lq19512003 于 2014-1-20 09:49 编辑

     大约是2006年的3、4月份我无意中闯进了矿坛,从此又燃起了儿时对矿石机的兴趣,当时手中仅有两副耳机,都是在网上淘的二手的军用耳机,一副是4400欧的高阻动铁耳机,专为矿机时买的,另一副是300欧的耳机,用来玩晶体管收音机。
    一次偶然的机会在本坛矿友处买了几只SC2-300舌簧耳机,配了一个220V变12V的小电源变压器,接到矿石机上一听,让我大吃一惊,竟然多收了几个弱台,4400欧高阻军用耳机接上去,这几个弱台就找不到了,从那时起便知道了耳机的好与不好对矿石机的灵敏度有巨大的影响,于是开始收集高灵敏度的耳机了。
    几年来在与矿友们的不断交流中,尤其是在麦老师的帮助下见识并收集到了一些高灵敏度的耳机,这些耳机都是舌簧结构的,在很多实验中都能体会到舌簧耳机的灵敏度明显高于普通的高阻动铁耳机。
    在以往的实验中都是直接将耳机接到矿石机上用耳听的方式判断灵敏度的高低,一直以来很想认真的测试耳机的灵敏度,为此还购置了声级计,无奈家中琐事缠身,无暇测试,声级计一直躺在柜子里,原装的电池都要放置的没电了。
    上个星期抽时间拆解并测量了一副USI耳机,这个周末把手中的各式耳机集中起来,选出了11款做了灵敏度的测试比较,现汇报如下。
    在测量敏度之前,首先测量了耳机的电阻值和电感量,虽然电阻值和电感量与耳机灵敏度无关,但也是耳机的基本参数,一并测了出来。


业余条件下耳机灵敏度测试方法:
    耳机生产厂家有一套耳机灵敏度的测量和标注的方法,业余条件下不具备专业的设备和环境,很难做到专业测量。
    琢磨了一段时间并做了些简单的实验,确定了业余条件下方便测量、比较耳机灵敏度的简易方法,称之为“等音量法”。
    我们知道耳机声音大小是取决于加在耳机上的音频信号功率。在业余条件下用“等音量法”测试和比较耳机的灵敏度比较简单方便。所谓“等音量法”就是每测一只耳机时先把耳机调到一个预先规定好的标准音量上,然后测量耳机此时加载的音频信号功率,用这一音频功率标注耳机的灵敏度,音频功率越小的耳机灵敏度就越高,反之灵敏度就就低。其道理非常简单:灵敏度高的耳机在比较小的音频功率下就能发出较大的声音。
    被测耳机发出的标准音量可以用声级计监测,声级计读数相同时耳机的声音就一样大。
    耳机的音频功率可以用毫伏表测量耳机两端的音频电压,然后用这一音频电压的平方除以耳机的阻抗计算得到音频功率。
    测量的首个关键问题是被测耳机的音量定在多大合适?反正是玩儿,用不着像搞科研项目那样严谨,自己定吧!
为了试验方便,用直径 40mm  长52mm 的PVC管和泡沫塑料做了一个耳机测量架,当测量架与HT-850A声级计组合后声级计的拾音头上端面与支架上端面距离是13mm,将耳机放在支架上端面上就可以用声级计测量耳机发声的大小了。
这个支架的结构以及与声级计的安装配合如下面照片中所示:
DSC01443a.jpg

DSC01444a.jpg

DSC01445a.jpg

DSC01446a.jpg

DSC01447a.jpg




    把音频信号发生器输出1000Hz正弦信号接到了一只耳机上,调整信号大小使耳机里的声音听上去比较舒服,感觉音量不是太小也不很吵,此时将耳机放到声级计支架上,测的声级计的读数是70.2db,确定标准音量就是在此支架上声级计指示的70.2db所对应的音量了。


    因为计算耳机上的音频功率需要知道耳机的阻抗,所以要测量每只被测耳机的阻抗,测量阻抗使用替代法,测试电路如下:
无标题a.jpg

为了保证测量结果的准确性,图中的电阻R1的阻值要充分大于被测耳机的阻抗,取R1=160K。测量步骤如下:


    A.将开关WS置于位置“1”,调整信号发生器的输出信号幅度使耳机声音适中,并记录音频毫伏表的读数。
    B.将开关WS置于位置“2”,调整电阻箱R2的阻值,使毫伏表的读数与上述的记录值相同,此时记录下电阻箱的阻值就是耳机的阻抗。
下面照片是在阻抗测量中:
DSC01451a.jpg


知道了耳机阻抗就可以测量耳机的灵敏度了,步骤如下:

1. 将耳机安放到声级计的耳机支架上。
2. 将信号发生器输出1000Hz的正弦信号送入耳机,调整信号发生器的音频信号幅度使声级计的读数是70.2dB。
3. 用音频毫伏表测量并记录此时耳机两端的音频电压。
4. 用测到的音频电压的平方值除以耳机阻抗,得到耳机此时加载的音频功率。
   为了方便测量将11只耳机编了号:
      1号耳机是老电话机上用的动铁式受话器,耳机的结构简陋制作工艺粗糙。
      2号耳机是军用动铁式高阻耳机的一个单元,一副耳机是由两个单元串联组成,单只耳机的标称电阻为2200欧,         两只串联标称电阻是4400欧。耳机制作精良坚固。为测试方便将两只耳机拆下来一只编号测试。
      3号耳机是品相很旧的甲板耳机,舌簧结构,美国的产品,型号是D-173016,其阻抗很低估计可能是个咪头,这          只耳机看上去虽然很旧但是很精美,品质很好。
      4号耳机是著名的大罐头耳机舌簧结构,。
      5号耳机老版的SC2-300耳机,舌簧结构。
      6号耳机是SHH-1耳机,是差动式耳机。
      7号耳机也是国外生产的耳机,这只耳机无论是外观还是尺寸都与国产的SHH-1很像,估计内部结构也可能差不          多。
      8号耳机是英国制造的TMC Sound Power 送话器元件,舌簧结构。
      9号耳机是USI甲板耳机中的咪头,舌簧结构。
      10号耳机是USI甲板耳机,舌簧结构。
      11号耳机是成色很新的高阻万里耳机,动铁结构,单只标称电阻750欧,单只标称阻抗5K,两只串联,标称电阻1500欧,标称阻抗10K。
1至9号被测耳机:
DSC01440a.jpg

军用高阻耳机拆下一只测量:
DSC01436a.jpg

DSC01437a.jpg

DSC01438a.jpg

DSC01439a.jpg

10号耳机:
DSC01441a.jpg

DSC01424b.jpg

11号耳机:
DSC01442a.jpg

IMG_3697.JPG

耳机电阻测量:
DSC01455a.jpg

耳机电感测量:
DSC01456a.jpg

等音量法耳机灵敏度测量:
DSC01453a.jpg

    下面的表格就是测到的这11款耳机的电阻值、电感量、阻抗值、标准音量下的耳机两端的音频电压以及计算出的标准音量下的音频功率等各项数据:
耳机数据.jpg

    为了测试结果可靠,灵敏度测试共进行了2次,第一次测量结束后间隔了大约1小时在进行第二次测量,表中所列的是第一次测到的数据,第二次测到的电压毫伏数与第一次测到的基本一样,只是有几个耳机的毫伏数的末位数有正负两个数的变化,这说明测试数据基本可靠,所以就用第一次的测量数据了。
    在数据整理完成后仔细观察,明显感觉到8号耳机的数据存在问题,就是下面照片中的这只耳机:
DSC01373a.jpg

    在以前的实验中仅凭耳朵听就能感觉出这只耳机的灵敏度要明显高于SC2-300耳机 ,可是这次测到的数据表明这只耳机的灵敏度低于SC2-300和SHH-1耳机,肯定是测量存在问题,于是又两次复测了这只耳机,测到的仍是这个数据,百思不得其解。昨晚睡觉前又把这只耳机拿了出来放到声级计的耳机支架上观察,猛然察觉到了问题所在的根源:在测量的11款耳机中这只耳机的结构与其他10只有所不同,别的耳机发声面都有保护盖,保护盖上有音孔,把耳机倒扣在声级计支架上,支架与保护盖接触不会影响音膜的发音,而8号耳机的发音面没有保护盖,只有一层起保护作用的云母片(这款耳机原本是咪头,音膜前面的云母膜可能是保护音膜免受口水和其他脏物的侵蚀),我们听到这只耳机的声音是耳机音膜振动导致云母片振动发出的,声级计支架的直径远小于云母片的直径,耳机倒扣在支架上,支架的边缘就支撑在云母片的振动部分上,阻碍了云母片的振动发声!故针对这种耳机的测试,应该把声级计支架改造的更粗些,使支架躲开云母片的振动部位,仅支撑耳机边缘才行。
    既然8号耳机数据不正确,将其从下面的比较中删去,剩下的10款耳机进行灵敏度比较:
    从测到的数据可以看出这10款耳机灵敏度的差距是巨大的,将这10款耳机按照灵敏度由高到低顺序排列:
          10号, 4号,  3号, 9号, 5号,  6号, 7号,  2号, 11号,  1号。

    可以看出排在前7位的都是舌簧结构和差动结构的耳机,后3位才是动铁结构的耳机,也就是说这次测量的所有舌簧耳机和差动耳机的灵敏度都高于动铁耳机。


    下面整理了几组数据,分别都是两只耳机之间的灵敏度的比值,非常耐人寻味:
       1. 动铁耳机中灵敏度最高的是2号耳机,灵敏度最低的是1号耳机,2号耳机的灵敏度是1号耳机的 415倍。
       2. 这次测量中灵敏度最高的是10号耳机,灵敏度最低的是1号耳机,10号耳机的灵敏度是1号耳机的6069倍。
       3. 舌簧耳机中灵敏度最高的是10号耳机,动铁耳机灵敏度最高的是2号耳机,10号耳机的灵敏度是2号耳机的14.6倍。
       4. 在舌簧和差动耳机中灵敏度最高的10号耳机,灵敏度最低的是7号耳机,10号耳机的灵敏度是7号耳机的8.5倍。
       5. 在舌簧和差动耳机中灵敏度最低的是7号耳机,在动铁耳机中灵敏度最高的是2号耳机,7号耳机的灵敏度是2号耳机的1.7倍。
       6. 舌簧和差动耳机中灵敏度最低的是7号耳机,动铁耳机灵敏度最低的是1号耳机,7号耳机的灵敏度是1号耳机717倍。


   从这次测量的数据中可以看出以下两点:
      1.        耳机灵敏度的差异非常大,即使同类耳机内部比较,灵敏度的差异也同样很大,所以选择灵敏度高的耳机可以大幅度的提高矿石机的灵敏度。
       2.        舌簧和差动式耳机的灵敏度普遍高于动铁式耳机,所以选择舌簧或差动耳机效果好于动铁耳机。


    从上述数据中还可以看出:1号耳机灵敏度出奇的低,显得很不正常,这只耳机很可能是个特例,并没有代表性,如果忽略掉1号耳机,在动铁耳机中2号耳机和11号耳机比较,2号和11号耳机灵敏度的差异也很大,2号耳机的灵敏度是11号耳机的15倍。
     再有就是排在前4名的耳机灵敏度差别不大,这前4名耳机都没有调整过舌簧位置的,调后灵敏度会更好,而且排名前后顺序也可能会发生变化。


    从测到的数据看,最值得欣慰的是廉价的,在国内市场上还能见到的SC2-300耳机和SSH-1耳机表现不俗:
         灵敏度最高的10号耳机, 5号耳机的型号是SC2-300,10号耳机的灵敏度是5号耳机的2.8倍。
         6号的型号是SHH-1,10号耳机的灵敏度时6号耳机的3.5倍。


         5号耳机的灵敏度是2号的5.1倍,这就是说SC2-300耳机的灵敏度是军用4400欧高阻耳机的5.1倍。
         6号耳机的灵敏度是2号的4.1倍,这就是说SHH-1耳机的灵敏度是军用4400欧高阻耳机的4.1倍。


    有一些矿友对使用舌簧耳机心存疑虑,认为舌簧耳机的阻抗比较低,必须要用匹配变压器,怕引入了变压器损耗使耳机灵敏度降低了。从测到的数据看,质量好的SC2-300耳机的灵敏度是性能较好的高阻军用耳机的5倍,假如SC2-300耳机的匹配变压器有20%的损耗,使用变压器后SC2-300耳机的灵敏度也是高阻军用耳机的4倍,退一万步讲,即使用了质量很差的,效率仅有50%匹配变压器,SC2-300耳机的灵敏度仍然还是高阻耳机的2倍多!SC2-300耳机加质量很好的匹配变压器的价格一般不会高于高阻军用动铁耳机的售价,所以用舌簧耳机加匹配变压器可以少花钱且效果好,这等好事何乐而不为呢?干嘛非要放着沙发不坐非坐砖头呢?
    当然,如果为了怀旧,并不计较矿石机的实际效果,或是玩儿矿石机的同时还玩儿电子管单管机,高阻动铁耳机便是不二的选择了。


    如果仔细品味发现这些数据中还会有其他值得关注的启示,由于时间的关系我就不一一列举了,有兴趣的朋友可以自己揣摩。
声明:
     1.        以上耳机测试的样本很少,每个品种只有一只,故测量结果不具有代表性,不代表同型号的耳机具有同样的指标数据。
     2.        测试过程未必严谨,所用仪表未必准确,测量结果未必正确,整个测量过程不过是笔者仅凭一时的兴趣玩玩而已,因此不做精度上的讨论和争论。

评分

13

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发表于 2014-1-19 22:56:22 | 显示全部楼层
老师辛苦了!这么好的文章!顶起来!
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发表于 2014-1-19 23:10:30 | 显示全部楼层
好像坛中有人卖田737,除了这种耳机,好像还有不少类似的耳机。不知道版主这些甲板耳机都是在哪弄到的,我想每一只老甲板耳机背后都是一个故事吧。真的希望听听前辈们讲讲滛老甲板耳机的故事。
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发表于 2014-1-20 00:00:01 | 显示全部楼层
这是一个非常好的科学的测试,多谢分享。
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发表于 2014-1-20 00:01:07 | 显示全部楼层
顶起来 感谢版主
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发表于 2014-1-20 00:37:23 来自手机 | 显示全部楼层
建议楼主用等功率法测量,即给各耳机的音频电功率相同;应测量一下各种动圈耳机,当有不俗的表现;改变频率约略的此较各型耳机的频率特性
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 楼主| 发表于 2014-1-20 00:56:01 | 显示全部楼层
异想添K 发表于 2014-1-20 00:37
建议楼主用等功率法测量,即给各耳机的音频电功率相同;应测量一下各种动圈耳机,当有不俗的表现;改变频率 ...

我只关心矿石机上使用的耳机,呵呵。
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 楼主| 发表于 2014-1-20 01:02:02 | 显示全部楼层
zjy2010 发表于 2014-1-20 00:01
顶起来 感谢版主

多谢支持!
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 楼主| 发表于 2014-1-20 01:02:56 | 显示全部楼层
看风者 发表于 2014-1-19 22:56
老师辛苦了!这么好的文章!顶起来!

多谢您的鼓励!
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 楼主| 发表于 2014-1-20 01:05:50 | 显示全部楼层
大千世界 发表于 2014-1-19 23:10
好像坛中有人卖田737,除了这种耳机,好像还有不少类似的耳机。不知道版主这些甲板耳机都是在哪弄到的,我想 ...

其实也没什么故事,都是在高人的帮助下得到的。
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 楼主| 发表于 2014-1-20 01:07:42 | 显示全部楼层
感谢99版主加分鼓励!感谢99版主把本帖加入精华!
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发表于 2014-1-20 01:30:18 | 显示全部楼层
认真地看完了全文,文章描述得很精彩,有很强的指导意义,非常好!
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发表于 2014-1-20 02:28:31 | 显示全部楼层
李老师辛苦! 非常好的测试,让人受益匪浅! ! !
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发表于 2014-1-20 07:27:54 | 显示全部楼层
lq19512003 发表于 2014-1-20 01:05
其实也没什么故事,都是在高人的帮助下得到的。

其实真是想得到几只甲板耳机,经常去电子市场和旧物市场,别说甲板耳机了,就是空气双联都很少见到了。玩矿机的老元件真是宝贝了,一件难得呀。
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发表于 2014-1-20 08:00:29 | 显示全部楼层
非常有用的测量数据,楼主的数据证实了我的一个想法,耳机灵敏度与耳机的电阻\电感是有关联的.
灵敏度高的耳机,电感量大电阻小.
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