各種有趣的示波器量測結果

[JesseTsai]

最近敗了一台入門級示波器 (Twintex TSO 1022)，量測系統中各級的輸出，覺得蠻有趣的。所以決定開一個討論串，專門用來發表一些有趣的測試結果。

首先是音量對訊噪比的影響。以下是 SMSL M8 DAC，播放 1khz 正弦波，透過 PC 去設定音量，在各種音量下的波型 (無載情況下直接測量 DAC 的 RCA 輸出):

100% 音量，完美的正弦波


50% 音量，看起來也還好


25% 音量，有明顯的毛邊


10% 音量，這個病得很嚴重


下面四張，是對 iphone 6 的量測，一樣是 1khz 的正弦波，直接測量 phont out (無載)的輸出：

100% 音量


大約 50% 音量


大約 25% 音量，有點慘


大約 10% 音量，慘不忍睹

[JesseTsai]

以下是 iphon6 推 apple earpod 時，1khz 各種音量下的波型：

音量 100%，美!


音量大約 50%，還可以


音量大約 25%，長毛了


音量大約 10%，長好多毛

[skyboat]

在實用上一定是"有載"狀態，再測一次有載的波形才有對照組可評比呀！有輕載、半載、重載結果更好

[JesseTsai]

在實用上一定是"有載"狀態，再測一次有載的波形才有對照組可評比呀！有輕載、半載、重載結果更好

謝謝飛船老師，後續會補上

[JesseTsai]

下面這四張圖就真的是冒著生命危險量出來的，SPL PHONITOR MINI 接 HD800，PC 端音量開最大，靠 PHONITOR MINI 去調節音量，1khz 正弦波，量測 HD800 上的波型。配置如下：

MBPR -> SMSL M8 DAC -> PHOINTOR MINI -> HD800

3 點鐘方向，根本是小喇叭


12 點鐘方向，還是很大聲


9 點鐘方向，小弟一般聆聽都是在 9~11 點鐘的範圍


7點半方向，有點慘了


結論是 PHONITOR MINI 接 HD800 開在 9 點鐘以上的音量比較適合

[JesseTsai]

接下來要展示 hi-res audio file 對波型的影響。使用 5khz 方波 (注意! 是方波!)，八種不同解析度的聲音檔(44100、48000、88200、96000、176400、192000、352800、384000)，foobar2000(ASIO 無使用 DSP)播放，透過 SMSL M8 DAC 輸出的波型。八個聲音檔是小弟寫程式產生的，程式碼可以到這裡找到：http://jessetsai1024.blogspot.tw/2016/05/sample-rate-5khz-using-system-using_1.html，或者到這裡直接下載聲音檔：https://drive.google.com/folderview?id=0B1ZJBWaA2S6FU3c2T1MwZE1EQ3M&usp=sharing

44100，慘不忍賭


48000，一樣慘


88200，稍微好一點，不過還是不及格


96000，又稍微好一點


176400，開始像方波了


192000，Good!


352800，Very good!


384000，當前大部分機器的極限!

[JesseTsai]

承上文，這次要展示 foobar2000(ASIO) 的 MultiResampler DSP 對波型的影響。檔案是 5khz 方波，sampling rate 44.1khz 的 wav 檔，一樣是量測 SMSL M8 DAC 的 RCA 輸出(空載, DAC 的後級通常輸入阻抗都不小，所以測空載數值就可以)

首先是無 DSP 時的原始波型


Zero Order Hold



Blep Synthesis



Linear Interpolation



Blam Synthesis



Cubic Interpolation



Sinc Interpolation

[13F]

若負載改為水泥電阻30/60/300ohm,是否會有相同問題呢?
另外,25%的音量,若變更不同頻率是否也有相同現象.
這些凸波毛邊是固定不移動?還是隨機的發生在波形任意的位置,會移動.

[JesseTsai]

若負載改為水泥電阻30/60/300ohm,是否會有相同問題呢?
另外,25%的音量,若變更不同頻率是否也有相同現象.
這些凸波毛邊是固定不移動?還是隨機的發生在波形任意的位置,會移動.

回 13F 大大，這些雜訊非常隨機振幅大約都是 幾 到 幾十 mV。當訊號輸出振幅大時，相對不明顯，訊號振幅越小，雜訊對波型的影響就很明顯，無載或有載皆同 (上面兩個有載的案例分別是 apple earpod 以及 hd800) 。小弟晚點會試試使用大大建議的那幾顆水泥電阻試試有無差別。

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小弟 iphone 無載的接法 (iphone 開飛航模式):


有載 (earpod) 的接法:

[skyboat]

只測輸出而無同步監測輸入？示波器的 Vertical resolution：8 bit 可能影響弱訊號觀測結果。

[妙妙貓]

音量小時雜訊大,可能是示波器探棒感應到週邊的雜訊, 如LED檯燈, 電腦顯示器...等
不代表播放器或耳擴有輸出雜訊

[人生不可重來]

如果音量小的時候測量到的雜訊這麼多的話
那是不是代表聽音樂的時候音量不要開小呢？
因為環境雜訊已經多到足以改變訊號原本的形狀了
（目視是增加了很多高頻雜訊，不確定是來自環境
還是數位示波器本身

[JesseTsai]

關於音量與失真的實驗，小弟繼續做了一些測試。

探棒短路時，有 2mV 左右的雜訊。小弟換過三種不同廠牌的探棒，所以應該跟探棒品質無關。


探棒接 33 歐姆 5W 水泥電阻，雜訊幅度不變


iphone6 輸出 1khz 25% 音量正弦波(飛航模式)，負載是 33 歐姆 5W 水泥電阻。13mV 的峰峰值加上大約 2mV 的雜訊產生這種波型很合理


開啟低通濾波，濾除 500khz 以上訊號，波型變乾淨了


濾除 200khz 以上訊號，波型更乾淨


濾除 25khz 以上訊號，超乾淨


其實小弟實驗了許久還是搞不清楚雜訊哪來的，把所有電器關掉雜訊還是在。不過因為雜訊的頻率高過 20khz，所以人耳應該是聽不到的，不會影響聲音品質。

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後來小弟量了一下探棒的電阻，居然有 150 歐姆... 這樣看來應該是探棒接收到大氣中的電磁波雜訊了...

[JesseTsai]

根據前面的經驗，小弟重新設計了一個實驗，用來測試透過 PC 調整 DAC 音量是否會影響聲音的品質。作法是透過 PC 將 DAC 的音量調小，然後透過擴大機將音量調大，讓輸出峰峰值維持在 300mV 的水準，並開啟 300khz 的低通濾波。接法如下:

MBPR -> SMSL M8 DAC -> PHONITOR MINI -> 300 歐姆 5W 水泥電阻

PC 100% 音量，AMP 大約 9 點鐘方向音量


PC 50% 音量，AMP 大約 11 點鐘方向音量


PC 25% 音量，AMP 大約 2 點鐘方向音量


PC 10% 音量，AMP 大約 4 點鐘方向音量


四張圖看起來似乎沒什麼明顯的改變...
結論是透過 PC 調節 DAC 的音量對輸出的波型在上面這個案例中沒有肉眼可見的改變

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之後又進行了一次類似的實驗，這次把 SMSL M8 DAC 的位置換成 iphone6，結論跟上面的實驗差不多 -> 調節手機的音量對波型沒有肉眼可見的改變

[wuvincent]

這跟以往認知的似乎不一樣...照理說越大聲雜訊放大越嚴重..擴大機控制力也越差不是嗎?
一般聽耳機推力正常的耳擴大多不超過11點中..低阻耳機有的連9點中都不到...這樣不就都不能聽了

[JesseTsai]

這跟以往認知的似乎不一樣...照理說越大聲雜訊放大越嚴重..擴大機控制力也越差不是嗎?
一般聽耳機推力正常的耳擴大多不超過11點中..低阻耳機有的連9點中都不到...這樣不就都不能聽了

小弟的想法如下：
1. 上面實驗單純是用肉眼看示波器的波型，所以只要不是太誇張的失真會看不出來
2. 上面實驗的負載是純電阻，太單純，換上耳機後可能不會是這麼回事 (之後會做實驗)
3. PHONITOR MINI 的 120V OP AMP 失真特性很不錯

[JesseTsai]

下面這個實驗是測試實際接耳機時，音量對波型的影響。使用之前所述的 5khz 方波，sampling rate 384000 的 WAV 檔。硬體配置如下:
MBPR -> SMSL M8 DAC -> PHONITOR MINI

無載的情況下，峰峰值最大可到 6.48V


先用便宜的耳機試，Philips SHP 2000，峰峰值 336mV 得時候看起來還很正常


Philips SHP 2000，峰峰值 476mV 時出現不太對勁的波型


接下來試 AKG K702，峰峰值 576mV 時還算正常


K702，峰峰值 816mV 時開始出現怪現象


最後試 HD800，峰峰值到 2.5V 看起來都很正常，此時音量已經轉到 3 點鐘方向了

[gameguy]

夠專業，頂這篇。

不專業 純破壞的人繼續出國進修去了，科科。

[JesseTsai]

接下來要展示的是 SONY PHA-3 的 lineout 輸出，結果有點出乎意料之外。訊號是 440hz 的方波以及正弦波，調整音量讓峰峰值大約在600mV 左右且關閉所有數字濾波。

先列出對照組的組態，其中 SMSL M8 採用 ESS9018K2M 晶片：
MBPR -> SMSL M8 DAC + SMSL P1(線性電供) -> 量測 RCA 端子的無載輸出


SMSL M8 弦波，還不錯


SMSL M8 方波，也很不錯


實驗組是 SONY PHA-3 (ESS9018 晶片)，量測 lineout 輸出無載

實際接法


方波，有毛邊


正弦波，632mV 的峰峰值居然有這麼明顯的毛邊...


接下來換接 phone out，音量調最大


毛邊比 lineout 還嚴重


開啟低通濾波，要到 100khz 才能濾出好看的弦波

[妙妙貓]

小訊號時的雜訊, 探棒短路, 低通開啟


小訊號時的雜訊, 探棒短路, 全頻寬


小訊號時的雜訊, 探棒開路, 低通開啟


小訊號時的雜訊, 探棒開路, 全頻寬


示波器有訊噪比, 此示波器雜訊小於1mV(RMS)
測量微小訊號,例如唱頭輸出時,應使用差動式探棒,有滿意的結果

[JesseTsai]

小訊號時的雜訊, 探棒短路, 低通開啟
示波器有訊噪比, 此示波器雜訊小於1mV(RMS)
測量微小訊號,例如唱頭輸出時,應使用差動式探棒,有滿意的結果

貓大的示波器真不錯！ 小弟的就算探棒短路也會有 2mV 左右的雜訊，導致設計實驗時都要想辦法規避這個問題....

[妙妙貓]

一般音頻量測應用,大多都是大訊號, 雜訊沒有影響, OK的

[audiotestlabs]

我利用Audio Precision 量測了三個行動產品, 同時比較掛上34ohm Bose 耳機和32ohm 假負載 的差異

iPhone 失真量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載


iPhone 頻響量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載


紅米 失真量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載


紅米 頻響量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載


DELL NB 失真量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載


DELL NB 頻響量測, 紅藍線是HP = Bose Headphone 黑線是假負載

[JesseTsai]

我利用Audio Precision 量測了三個行動產品, 同時比較掛上34ohm Bose 耳機和32ohm 假負載 的差異

真的超專業的！真希望能多看到這種專業的量測！

[妙妙貓]

失真率最好用百分比表示, 如: 1%, 0.1%, 0.01%....等
一般廠商音響機器規格,失真都用百分比表示, 沒有用dB表示的