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继续测试和比较几种耳机的灵敏度

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发表于 2014-2-2 15:34:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 lq19512003 于 2014-2-8 14:06 编辑

大约两个星期前用等音量的办法测试和比较了11种耳机的灵敏度,测试报告发表在本坛,详见:http://www.crystalradio.cn/thread-503221-1-3.html   前些日子hhyy99韩兄看过这篇测试报告后与我联系,他那里有几种我没有的耳机,希望我能测试一下并把测试结果补充到上次测试结果的表格中,我对这几种耳机的测试非常有兴趣,因为其中有两种是我没有的。既然要再搞一次测试,我就把手里的耳机又整理了一番,选出了8只上耳机与韩兄的耳机一起测量。原打算按照韩兄的建议将测试结果添加到上次测试的表格中就行了,也就不再多写东西了,可是测完之后观察得到的数据颇有一些新的感受,因此就另起一贴了,希望能把这些感受描述清楚,这样或许大家也能和我一起从这次的测试数据中感悟到一些规律性的东西,也就不枉费时费力的测试一回了。
    为了方便与上次的测试结果放在一起比较,这次测时的耳机编号排在了上次编号的后面,下面照片中就是这些被测耳机:
12号到21号被测耳机:
DSC01465a.jpg


12号,拆掉云母保护膜的TMC sound power送话器。
13号,DYNALEC 耳机,见下面照片:
DYNALEC 1.jpg

DYNALEC 2.jpg

14号,国产的737 耳机,下面照片是737耳机:
737 1a.jpg

737 2a.jpg

15号,国产SH091耳机。
16号,国外耳机,型号不详,请见下面照片:
DSC01469a.jpg

DSC01470a.jpg

DSC01471a.jpg

DSC01472a.jpg

DSC01485a.jpg

DSC01486a.jpg

17号,黑色新版SC2-300耳机。
18号,橙色新版SC2-300耳机
19号,万里636耳塞机,见下面照片:
DSC01462a.jpg

20号,改绕成高阻的SC2-300耳机。
21号,改绕成超高阻的SC2-300耳机。

被测的22号和23号耳机:
DSC01478a.jpg

DSC01479a.jpg

22号,老版SC2-300耳机(绿色)。
23号,老版SC2-300耳机(青色)。

其中特别要说明的是上次测试中已有TMC sound power送话器,这种送话器为了防止唾液以及其他脏污损坏振膜,在振膜外面有一层起保护作用的云母膜,将这款送话器作为耳机使用时这层云母膜会对耳机的灵敏度产生较大的影响,编号12的这只TMC sound power送话器是被韩兄拆掉了云母膜的,从测到的数据中应该能看到作为耳机使用时这层云母膜到底对灵敏度的影响有多大。
下面3款也是韩兄提供的,是上次测试中所没有的


13号,DYNALEC 耳机
14号,国产的737 耳机
15号,国产SH091耳机


16号到23号共8种是我找来的耳机.
测试方法仍然是等音量功率比较法,在正弦波1000Hz的频点上用声级计测量耳机架上的耳机音量,调整音量大小,使声级计的读数是70.2dB,然后用音频毫伏表测量耳机两端的音频电压,再根据耳机阻抗求得音频功率。
下面是测试现场的照片:
DSC01481a.jpg

DSC01482a.jpg

DSC01483a.jpg

DSC01484a.jpg

DSC01467a.jpg

DSC01468a.jpg

DSC01473a.jpg

DSC01474a.jpg

12号到23号的测试数据如下,其中蓝色的是本次测试数据,黑色是上次测试数据:
无标题.jpg

根据这两次测到的数据,被测耳机灵敏度由高到低依次排序如下,其中蓝色的是本次测试数据,黑色是上次测试数据:
灵敏度排序.jpg

    从排序的结果看国外生产高灵敏度舌簧耳机占绝对优势,让人感到意外的是竟有3只SC2-300耳机进入了前10名,仔细分析便知这和测试方案有关,这两次测试的耳机是都在等音量的条件下测试的,但是只测了1000Hz这一个频点上耳机的灵敏度,所以SC2-300这种小音盆的耳机会表现好些,如果在2、3百Hz的频点上或是更低的频点上测试耳机的灵敏度,小音盆耳机的缺点将暴露无遗,小音盆耳机在低频率频点上的敏度会比较低,所以说在矿机实际使用中排在这几只SC2-300耳机后面的音盆较大的耳机实际收听效果肯定会好于这几只SC2-300耳机,道理很简单,实际收听中除了1000Hz以及大于1000Hz的中、高频的音频信号,还有大量几百Hz,甚至更低频率的信号,SC2-300对这部分频率较低的信号衰减很厉害,具体表现就是在这部分频率上的音量很小,而大音盆耳机在低频上发音很正常,所以总的效果肯定是大音盆耳机声音比SC2-300声音大。尽管如此,SC2-300耳机在1000Hz以上的良好表现会给收听者在听弱信号时的感觉是虽然音量不大但是能听得很清楚。
    从排序的结果看,排在后面最后的几位都是动铁式耳机,显然这是动铁式耳机的结构所决定的,从等音量的功率测试的数值上看,舌簧耳机与动铁耳机的差距是巨大的。
    在以往的矿石机实验中大家都会有一个共同的体会,这就是耳机对矿石机灵敏度的影响是很大的,换一副高灵敏度的耳机就能收到原来收不到的弱台,这并不是一句神话,而是实实在在的现实,这也从另一个侧面证实了这样一个事实:不同耳机之间的灵敏度存在着巨大的差异!其实不仅仅是不同的耳机之间,就是同型号的耳机有时灵敏度也有不小的差异。
    耳机的灵敏度取决于自身的结构,几年前就有一些网友在努力研究如何提高耳机的灵敏度,记得当时tnlby、L.D.XIONG、YJ9386三位网友用SC2-300耳机改绕高阻和超高阻耳机干得热火朝天并取得了好效果,同时期,好动脑筋的矿友lllsssppp先生提出了另一个反其道而行之想法与我商讨,引起了我极大的兴趣,他的想法是基于这样一个事实:耳机线架空间是有限的,要想耳机灵敏度高就要充分利用耳机线架的绕线空间的利用率,尽可能的多绕线,这样才可能获得更大的安匝数,耳机的灵敏度才会更高。无疑,这一说法是正确的。接下来lllsssppp先生就顺理成章的提出:用细线改绕高阻或是超高阻耳机时,由于线太细根本无法排线,只能乱绕,耳机的绕线空间利用率低,而改用较粗的线绕制耳机线包,线可以排列的很整齐,绕线空间利用率高,更有利于提高耳机的灵敏度。当然,这样改绕出的耳机阻抗很低,必须通过匹配变压器才能用在矿石机上,而使用匹配变压器就会引入一定的损耗,但是只要提高线架利用率得到的收益大于匹配变压器的损耗,这一方法就是可行的。由于这样做耳机的阻抗很低,而矿石机的输出阻抗有很高的,因此需要大变比的匹配变压器,当时我正好在研制矿机的匹配变压器,便特意做了大变比的匹配变压器实验,发现变比大了变压器的效率会下降(由于实验条件的限制,当时得到的这一结果未必正确),加之如果耳机阻抗过低,耳机外接导线的铜损将变大,考虑再三还是放弃了这一想法。于是乎在完成匹配变压器的试验后我也去改绕高阻和超高阻耳机了,这测试的20号、21号耳机就是当时用SC2-300耳机改绕的。
凡是实验过高阻或是超高阻耳机的矿友,尤其是实验超高阻耳机都会体验到一些其妙的现象:在用耳机的线头触碰金属物,耳机里有“卡啦,卡啦”的声音、用手触摸超高阻耳机的线头是,或是线头靠近、接触某些物体时耳机中有交流声,甚至耳机不连接到矿机上,一手捏着矿机一手捏着耳机线就能听到广播声,而阻抗较低的耳机往往没有这些奇妙的表现,因此我们会感觉高阻或超高阻耳机灵敏度远远高于低阻耳机。在一些几十年前出版的有关矿石机的书中也常用耳机线头触碰金属物去听“卡啦”声这一方法判断耳机的好坏,这种“卡啦”越大耳机的灵敏度就越高。
我们仔细想想就会发现这样一个规律,无论用耳机触碰金属物时耳机线头与其他金属物形成的原电池,还是某些物体感应到50赫兹市电的电场形成的微弱交变电流,或是矿石机输出的音频信号,都有一个共同的特点,他们都是内阻很高的电源,如果用低阻耳机接上去,耳机上的压降很小,电压都降到内阻上去而,耳机得到的功率很小,所以耳机发声会很小甚至没声音,如果是高阻或是超高阻耳机,耳机上的压降就会比较高,耳机得到的功率相对比较大,就能听到耳机里的声音。说白了这还是阻抗匹配的过程,是高阻耳机与高内阻信号源的阻抗匹配!有一个实例可以证实低阻耳机也能收到这些信号:低阻的高灵敏度耳机通过一只良好的匹配变压器将其阻抗提高到数百千欧,用手触摸匹配变压器的高阻端,也能听见交流声。变压器的高阻端触碰某些金属物也能听见“卡啦”声。
在以往大家都习惯用电流的大小定义耳机灵敏度的高低,高阻耳机需要的音频电流要小于低阻耳机,于是便认为高阻耳机灵敏度高,殊不知高阻耳机还需要较高的音频电压呢,而低阻耳机需要的音频电压就低多了,所以耳机的灵敏度应该用音频功率描述,耳机音量的大小取决于音频功率的大小,不论阻抗大小,在同样的音频功率下发出的声音大小相同耳机的灵敏度是相同的,反之同样的音量时如果驱动耳机的音频功率相同也表征了耳机的灵敏度相同。
记得去年在公仆兄那里聚会,tylbu雷兄告诉我,他感觉把耳机改绕成高阻后矿机的灵敏度没有提高,显然他是指的超高阻耳机与使用了匹配变压器的高灵敏度耳机相比较,我以前也有过类似的感觉。
基于上述的想法,我一直在想如何避开阻抗匹配的影响,客观的比较耳机灵敏度,等音量功率比较法刚好能满足这一要求。


    这次测试的20号和21号这两只改绕的高阻和超高阻的SC2-300耳机就是为了这一目的。
从测得到的数据看这一目的显然达到了。
    从测到的数据看,新版SC2-300耳机的灵敏度明显不如老版的,而且两只新版的灵敏度差异也很大,但是即使这样测试中这只最差的新版SC2-300耳机的灵敏度也远高于动铁高阻耳机,可见即使是新版的SC2-300耳机也有很强的实用性,远比使用高阻动铁耳机强(有些人总是不顾事实的说动铁耳机灵敏度高于舌簧耳机,却从来拿不出具体数据,我不知道这种说法的说服力在哪里)!值得注意的是新版SC2-300耳机的阻抗明显小于其标称阻抗,因此使用时要选择合适的匹配变压器阻抗端,而不是按照标称值去选择变压器阻抗端,只有这样才能得到较好的效果。
由于考虑到国内广大矿友的实际情况,一些国外生产的极品高灵敏度舌簧耳机很难得到,大家使用SC2-300耳机的机会很大,故在这两次的测试中更关注SC2-300耳机,一共测试了7只SC2-300耳机,其中包含了老版、新版、改造过和未改造等各种情况:
老版未经改绕的有3只,灵敏度分别是:
23号 0.024uW,5号 0.037uW,21号0.044微瓦。
新版为未绕的两只灵敏度分别是:
17号 0.132uW,18号 0.059uW。
而老版改绕的有两只,灵敏度分别是:
20号 改高阻 0.212uW, 21号 改超高阻0.037uW。
    可以看出,改成超高阻后耳机还保持了原来的灵敏度。出乎意料的改成高阻的这只耳机灵敏度反而下降了很多,沦落到了还不及新版耳机的地步,我敢肯定以当时这个耳机装配的有问题,有待于拆开检查,如果装配的没有问题,其灵敏度也应该在0.03到0.04 uW左右。
    写到这里我想起了那天韩兄告诉我他有两只737耳机,给我测试的这只没有拆过,灵敏度高,另一只他拆过了,在装好后灵敏度明显不如拆之前了。
    舌簧耳机的结构虽不复杂,但是加工装配的精良才能保证有高灵敏度,生产厂家为了保证装配的精度和装配效率,肯定有一整套实用的工装夹具,我们没有这套工装夹具,仅凭经验摸索安装,根本无法保证装配精度和质量,所以拆后从新装配的耳机往往灵敏度不如以前,如果不是要改制的耳机,或者是研究结构,耳机能不拆尽量不拆,免得灵敏度下降!
    从测试的数据可以看出改绕成高阻或超高阻后,从加到耳机上的音频的音频信号功率上看耳机的灵敏度并没有增加,细想这是可以在物理层面解释清楚的:耳机线圈产生的磁场强的取决于线圈的安匝数,安匝数越大线圈的磁场越强,耳机的声音就越大,如果在耳机增加了线圈的匝数前后,给耳机同样功率的音频信号,如果线圈的匝数增加的同时安匝数也增加了,耳机的灵敏度就增加了,反之如果匝数增加了而安匝数减少了,耳机的灵敏度就下降了,如果安匝数没有变化则灵敏度没有提高。
    其实简单的演算一下就知道了:
    假设耳机线包的匝数增加一倍,因为形成耳机阻抗的大部分是线包的感抗成分,感抗与匝数的平方成正比,匝数是原来的2倍阻抗就是原来的4倍,如果增加匝数前后的音频功率相等则要保证流过耳机的音频电流是原来的1/2,即音频电流是原来的0.5倍,设原来的阻抗Zy,原来的为Iy,则原来的音频功率Py  =  Iy X Iy X Zy
增加线包匝数后的阻抗为 Zz,电流为 Iz ,功率为 Pz
则有 Pz = Iz X Iz X Zz,由于Zz = 4Zy 且 Py = Pz  故 Iy X Iy X Zy = Iz X Iz X 4Zy
即 Iy X Iy = 4 Iz X Iz   所以Iy = 2 Iz 。
可以看出耳机线包的匝数增加到原来的2倍,如果保持音频功率不变,线包中的音频电流降到了原来的1/ 2,增加匝数前后的耳机线包的安匝数没变化,所以耳机的灵敏度也没有变化。


    可以看出这一演算的结果与实验结果一致!结论就是从功率的角度看改绕耳机绕组后耳机的灵敏度没有变化。我们得到的灵敏度提高的感受来源于阻抗匹配,既然如此我们也可以通过匹配变压器提高耳机阻抗从而达到同样的效果。


   本来写到这里,该说的都说了,本帖也就可以结束了,但是忽然想到为什么不做一个SC2-300耳机用仿T725 匹配变压器做阻抗变换后灵敏度的实验,岂不更能说明耳机的灵敏度与阻抗无关,下面就是这个实验的具体过程:
   将23号耳机连接到仿T725变压器的公共端和300欧端子上,用替换法测量公共端到100K端子间的实际阻抗是99.2K,用声级计将耳机的1000Hz的声音标定到70.2dB,此时测得的变压器100K端的音频电压是54.5mV,计算出音频功率是0.029uW。
下面照片就是这个测试过程:

DSC01487a.jpg

DSC01488a.jpg

   23号SC2-300耳机原来的灵敏度是0.024uW,使用T725变压器将耳机的阻抗提升到了99.2K后灵敏度是0.029uW,灵敏度变化不大,提升阻抗之后的灵敏度是提升之前的83%,这是变压器的损耗造成的,从这几只耳机灵敏度的排序表中可以看出,即使这只耳机的灵敏度下降到0.029uW,其排序的位置只下降了一位,所以这一损耗还是可以接受的。
使用匹配变压器提高耳机阻抗必须要承担变压器产生的损耗,但是却有两点好处,一是避免了改造耳机时装配不到位使耳机灵敏度下降的风险,而是很容易达到预定的目标阻抗。例如这个23号耳机接到这只仿T725变压器300欧的阻抗端,在100K阻抗端的目标阻抗就是100K,实际测到的阻抗是99.2K,与目标阻抗的误差不到1%,已经很准确了。
如果用改绕耳机线包的办法提升耳机阻抗则很有可能因装配不到位造成灵敏度更多的下降,而且想要比较准确得到预定的目标阻抗也几乎是不太可能的,只能是绕到多少是多少。
几年来一只想做的各种耳机灵敏度的比较这次终于完成了,从开始构思这次试验到这次完成用了大约一年半的时间,但是看着测试得到的结果感觉这次耳机测试方案还是存在一个比较明显的问题,就是测试频点太单一了,只是在1000Hz一个频点上的测试,在这种情况下得到的耳机灵敏度排序就会淡化低音对灵敏度的影响,所以造成低音欠缺的SC2-300耳机排序靠前了,关于这一点在前面文中已经解释了。
测试后把各只耳机放在矿机上实际收听,收听的效果表明排在的8位的9号USI甲板耳机咪头单元的听感明显好于排位第5的23号SC2-300耳机,证实了这一测试方案的缺陷确实存在,改进的方法就是每只耳机要多频点测试,再用加权平均的方法综合得到耳机的灵敏度指标,如果每个频点加权得当,综合后的结果将会很如实的反应出耳机灵敏度,不过这一测量过程将是很繁琐的,需要花费的时间将是这次测试所用时间的N多倍,希望以后我能有时间能按这一思路再测一遍这几只耳机。
两点声明:
1.        本次的耳机测试仅是凭借以往的矿石机爱好的一次实验,说白了就是玩玩而已,因此测试方案并不严谨,所用仪表也未必准确,所测耳机的样本也不是足够多,故测得的结果没有代表性,也不做精度的讨论和争论。
2.        本次所用的所谓“等音量功率比较法”完全是在业余条件下模拟矿石机的工作情况,为了测试方便而设计的,这一方法仅是针对矿石机耳机的测量方法,绝对不是专业的耳机测量方法,纯属个人玩耍而已,与专业耳机测量毫无关系,因此这一方法不可能满足专业测量的要求,测量结果也不代表耳机的专业性能,特此声明。

评分

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 楼主| 发表于 2014-2-3 09:38:26 | 显示全部楼层
大千世界 发表于 2014-2-2 16:26
要是能把所有矿友手里的各种品牌的耳机都测量一下,可以说是功德无量呀。另外,各种耳机大多是旧的,是否都 ...

感谢您的加分!
其实在矿石机小信号的环境下,所有的耳机都没有工作在规定的状态下,因为这些耳机本来就不是专为矿石机设计的,正因为如此我们才去做大量的实验去寻找适合矿石机的耳机,正所谓:不论白猫黑猫,逮着老鼠就是好猫。
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发表于 2014-2-2 16:14:18 | 显示全部楼层
多谢李版主的辛苦劳作,测试结果收藏了。
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发表于 2014-2-2 16:26:38 | 显示全部楼层
要是能把所有矿友手里的各种品牌的耳机都测量一下,可以说是功德无量呀。另外,各种耳机大多是旧的,是否都会工作在各自的标准工作状态值得商榷。
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发表于 2014-2-2 16:48:06 | 显示全部楼层
版主过大年测试耳机,太辛苦啦
向你至敬!
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发表于 2014-2-2 17:27:39 | 显示全部楼层
  一篇图文并茂的好论文   
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发表于 2014-2-2 17:43:09 | 显示全部楼层
李老师辛苦了!谢谢!为大家提供了重要的实测参考数据。
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发表于 2014-2-2 18:26:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 cheungbx 于 2014-2-2 19:47 编辑

太感动了 ! 新年还为大家测试, 得到有用的比较资料,
版主幸苦了.
有趣的是不同年代生產的SC2-300耳机也有十分大的差距.
耳塞机在排在最后.
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发表于 2014-2-2 19:22:33 | 显示全部楼层
虽然看不懂, 但是十分佩服版主的精神,大过年的还在研究
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发表于 2014-2-2 21:06:10 来自手机 | 显示全部楼层
不错发现理清了耳机的实际灵敏度,说明了问题版大辛苦了。
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发表于 2014-2-2 22:31:49 | 显示全部楼层
太祥细的测试了,楼主辛苦了。加分
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发表于 2014-2-3 02:36:00 | 显示全部楼层
积极为广大会员提供真实有效的测试数据,【lq19512003】老师您辛苦了。
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发表于 2014-2-3 07:34:52 | 显示全部楼层
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发表于 2014-2-3 07:37:49 | 显示全部楼层
如果有可能还要继续:同一个耳机到手时和调整最佳状态后的对比测试。
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 楼主| 发表于 2014-2-3 09:32:12 | 显示全部楼层
hhyy99 发表于 2014-2-2 16:14
多谢李版主的辛苦劳作,测试结果收藏了。

感谢99版主加分加精华!
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