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Flexible new measurement setup for my headphone, headsets and in-ears tests: accuracy, reproducibility and practical relevance

Disclaimer: The following article is machine translated from the original German, and has not been edited or checked for errors. Thank you for understanding!

Measurements, errors and reproducibility

That the results of the earplugs fit need not be explained further, for this the initial solution was explicitly produced and also used for some time in a laboratory. We see here the curves for the left channel (yellow) and the right channel (violet) as superimposed graphs.

But that’s tricky with the over-ears. Let’s start with the rubber ear on the padded plate (my simulated head) I am using nearly unsmoothed curves here for illustration. In the first run, I put the headphones on, took them off, and put them on again four times, so I measured them individually a total of four times and then superimposed the curves.

The first three measurements use the edges I mentioned as a guide when positioning, although I then deliberately placed the earpiece at a slight angle on the fourth and last attempt (yellow curve). All three measurements with the positioning aid really coincide almost perfectly, at least within the range of acceptable tolerances. Only the lovelessly placed listener deviates a bit, but not too much either. Target achieved, I would say.

By the way, this curve also shows the complex filtering effect of the head, the outer ear (pinna) and the trunk. The slight exaggeration at about 3 KHz is, after all, what I always preach in my sound tests of headphones for localization and spatiality as the most sensitive area of the auditory system and what is also known as HRTF (Head-Related Transfer Function). The amplitude evaluation in this frequency range is, after all, the essential basis of our “spatial” hearing in addition to the also occurring travel time differences between the ears and not artificial 5.1 surround gimmicks.

If you now simply remove the inserted ear and leave the large opening as it is, you will unfortunately measure completely unusable rubbish. One gets a mismatched, huge inner volume and even records a mode-like effect with partial cancellation and exaggeration in the low frequency range. It is completely worthless

So you can’t get there with that, and if you want to leave the ear out and just measure lying on it, you have to use a thinner cushion with a specially adapted opening so that the distances are right again.  It’s nice that my system is modular and you can attach or easily replace many parts. The result of this new measurement then looks like this with the same headphones (purple with ear, yellow with flat pad) that it makes more sense. Nevertheless, in a direct comparison, I would prefer the version with the replicated ear canal, since all sounds from the upper mids upwards are reproduced much more vividly and realistically. The overall picture of this variant is still a bit too dull. But I will definitely optimize this part, I have to test and measure the distances exactly.

Summary and first conclusion

What do you actually want to measure? Of course, you always have to answer this question for yourself first. Do you want to measure the exact frequency response produced by the transducer directly at a measurement microphone by placing the ear flat on a plate with the microphone inserted? Then you’re about where I myself was already with the dummy head and the OKM, because the microphones sat on the outside and you could never include the ear canal. Or do you really want to measure what really arrives at a (replicated) ear by including anatomical conditions? I think I’ll go for the rubber ear version after all, because it’s also subjectively much closer to my hearing sensation.

I’m not completely satisfied yet, but almost and also really happy that I managed such good reproducibility for the over-ears. I still have to decide whether and how to change various things in advance for the headphone tests that follow later. Maybe your feedback will help me a bit more. But that with the drill stand, the leather and the foam plates has almost real entertainment value. Mighty powerful, Egon, Benny, or Kjeld would surely say. If anyone else knows them. 😀

 

Kommentar

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ipat66

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1,359 Kommentare 1,357 Likes

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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10,209 Kommentare 18,886 Likes

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

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XXL

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73 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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O
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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10,209 Kommentare 18,886 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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122 Kommentare 88 Likes
ipat66

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1,359 Kommentare 1,357 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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10,209 Kommentare 18,886 Likes

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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4,665 Kommentare 2,553 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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e
eastcoast_pete

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1,490 Kommentare 841 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:

View image at the forums

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:

View image at the forums

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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10,209 Kommentare 18,886 Likes

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

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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