На самом деле там несколько сложнее. В девятнадцатом веке перехода [э] в [о] после мягких в притяжательных формах на -ин еще не было (и до сих пор сохранилось произношение женин и сестрин (хотя в формах множественного числа "жены" и "сестры" переход, разумеется, был). Носители ряда таких фамилий настаивали, чтобы и в двадцатом веке сохранялось "традиционное" произношение их фамилии (самый известный пример - шахматный чемпион Александр Алехин). Но в живой речи естественно было сбиваться на [о]. Отличие фамилий "Левин" и "Алехин" только в том, что для первой есть омографическая еврейская фамилия.