Was ist ein "Kopfhörer-Check?"
Der Begriff Kopfhörer-Check wurde nach unserem Wissen 2017 geprägt, als Kevin Woods und Kollegen die erste Methode entwickelten, um zu bestimmen, ob ein Teilnehmer an einer Online-Studie über Kopfhörer hört oder nicht. Basierend auf dieser grundlegenden Studie ist ein Kopfhörer-Check einfach eine Aufgabe, die identifiziert, ob ein Teilnehmer Kopfhörer verwendet oder eine Art von Lautsprecher, während er spezifische Stimuli anhört.
Wenn Forschung in einem kontrollierten Laborumfeld durchgeführt wird, ist ein Kopfhörer-Check nicht erforderlich, da der Forscher entscheidet, ob er den Teilnehmer Kopfhörer aufsetzen lässt oder nicht. Die Hörumgebung ist kontrolliert und wird genau überwacht.
In Online-Studien gibt es jedoch keine Möglichkeit, zu kontrollieren, was die Teilnehmer tun. Es bleibt nur das Element des Vertrauens, die „Ehrenkodex“, sozusagen, das entsteht, wenn man die Teilnehmer bittet, Kopfhörer zu tragen, und hofft, dass sie sich daran halten.
Warum sind Kopfhörer-Checks notwendig?
Forscher hoffen aus verschiedenen Gründen, dass die Teilnehmer die Kopfhörervorgaben befolgen. Bei der Präsentation auditive Stimuli ist es entscheidend, zu standardisieren, wie die Teilnehmer Ihre Audio-Clips hören. Dies verhindert Verwirrungsvariablen wie „Störungen durch Hintergrundgeräusche, die schlechte Klangtreue von Laptoplautsprechern und Umgebungsnachhall“ (Woods et al. 2017) sowie den Abstand von Lautsprechern und sogar Stereo- versus Mono-Sound.
Innerhalb der verschiedenen Kopfhörertypen gibt es eine große Vielfalt. Teilnehmer könnten kabelgebundene oder drahtlose Geräte verwenden. Zu den Kopfhörerstilen gehören Over-Ear-Kopfhörer und Ohrstöpsel sowie monaurale oder binaurale Konfigurationen. Einige Kopfhörer sind geräuschunterdrückend und schließen den Gehörgang vollständig ab, während andere näher an der Außenseite des Kanals sitzen und Hintergrundgeräusche weiterhin hörbar lassen. Trotz dieser Variabilität innerhalb der Kopfhörer unterscheidet sich die Kategorie der Kopfhörer insgesamt in messbaren Aspekten von Lautsprechern.
Wie erfolgt diese Messung?
Wie wurde der erste Kopfhörer-Check erstellt?
Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen dem Hören über Kopfhörer und dem Hören über Lautsprecher ist die Phasenabsage. Woods und Kollegen nutzten dieses Prinzip, um ihre Bestimmungen zu treffen, indem sie drei Töne verwendeten: zwei Töne mit der gleichen Phase und einen Ton, der genau 180 Grad phasenversetzt im Vergleich zu den anderen war, insbesondere zwischen den Stereo-Kanälen.
Phasenabsage, auch destruktive Interferenz genannt, tritt auf, wenn zwei Wellen in allen Aspekten identisch sind, außer in der Phase, bei der sie um 180 Grad unterschiedlich sind. Dieser Unterschied führt dazu, dass sich die Wellen gegenseitig aufheben, was zu keinem Geräusch führt, wenn die Wellen gleichzeitig abgespielt werden.
Beim Hören über Lautsprecher gibt es einen Unterschied in den Phasen der Geräusche im Vergleich zum Hören über Kopfhörer. Woods und Kollegen fanden heraus, dass dieser Unterschied auf die Position des/der Lautsprecher(s) und die Position des Hörers zurückzuführen ist. Der Trick besteht darin, dass Kopfhörer nicht zulassen, dass die Phasen der Geräusche sich gegenseitig aufheben, während Lautsprecher dies tun.
Die Aufgabe selbst war einfach: Die Teilnehmer mussten 3 Töne anhören und entscheiden, welcher Ton der leiseste der Gruppe war. Die Autoren fanden heraus, dass ein niederfrequenter Ton (insbesondere 200 Hz) für diese Messung am besten geeignet war. Es wurden drei Töne abgespielt: zwei auf demselben Lautstärkepegel (gemessen in Dezibel), von denen einer um 180 Grad phasenversetzt war, und ein dritter Ton in Phase mit dem ersten Ton, aber 6 Dezibel leiser. Die Reihenfolge der Töne wurde zwischen den Versuchen randomisiert.
Insgesamt fanden die Forscher heraus, dass aufgrund der Phasenabsage Teilnehmer, die über Lautsprecher hörten, oft fälschlicherweise den phasenversetzten Ton als den leisesten Ton wählten. Bei der Verwendung von Kopfhörern konnten die Teilnehmer oft korrekt den Ton identifizieren, der 6 Dezibel leiser war als die anderen beiden Töne, obwohl er phasenlich mit einem der lauteren Töne war. Dies führte dazu, dass etwa 70% der tatsächlichen Kopfhörerbenutzer das Screening bestanden.
Neue Techniken für Kopfhörer-Checks
In den 4 Jahren seit dem Debüt des Kopfhörer-Checks von Woods et al. sind zwei weitere Methoden zur Bewertung der Hörtechnologie der Teilnehmer aufgetaucht. Obwohl sie noch nicht so häufig zitiert werden, zeigen diese neuen Methoden, dass die Forschung zu diesem Thema ständig wächst und sich weiterentwickelt.
Huggins Pitch
ChaitLab von University College London, 2020
Um die Selektivität des Screenings von Woods et al. (auch AP für Anti-Phase genannt) zu verbessern, entwickelte das ChaitLab von UCL einen Test, der zu einer korrekten Erkennung von 80% der Kopfhörerbenutzer führte im Vergleich zur vorherigen Selektivität von etwa 70%. Sie stellten jedoch fest, dass die Kombination der beiden Methoden zu noch besseren Ergebnissen führte: einer falsch-positiven Rate von nur etwa 7%.
Der Huggins Pitch beinhaltet ebenfalls eine Phasenverschiebung, jedoch auf eine etwas andere Weise. Die drei Stimuli, die in dieser Aufgabe verwendet werden, sind 2 identische weiße Rauschgeräusche und ein drittes, das einen „versteckten“ Wobble-Ton enthält. Die Wissenschaft hinter diesem dritten Klang ist „ein weißes Rauschstimulus für ein Ohr und dasselbe weiße Rauschen - aber mit einer Phasenverschiebung von 180° - für das andere Ohr“ (Milne et al. 2020). Der Trick bei dieser Aufgabe besteht darin, dass das versteckte Wobble nur durch das Tragen von Kopfhörern aufgrund der binauralen (oder dichotischen) Natur des an die Ohren gelieferten Sounds detektiert werden kann. Dies ist eine Erkennungsaufgabe, die, wie die Autoren anmerken, eine geringere kognitive Nachfrage hat als eine Diskriminierungsaufgabe wie das Screening von Woods et al.
Abb. 3: Vergleich von Anti-Phase- und Huggins-Pitch-Stimuli, von Milne et al. 2020 CC BY 4.0
Kopfhörer- und Lautsprecher-Test (HALT)
Hochschule für Musik, Drama und Medien Hannover, 2022
Der HALT, entwickelt von Wycisk et al. im Jahr 2022, ist ein noch anspruchsvolleres Screening: Die Ergebnisse zeigen, dass es eine zuverlässige und effiziente Methode ist, um herauszufinden, welches Gerät der Teilnehmer verwendet, um auditive Stimuli anzuhören, und zwischen vier Wiedergabegeräten zu differenzieren: zwei Arten von Kopfhörern und 2 Arten von Lautsprechern.
Lautstärke-Check
Mit einem Musik-Ausschnitt, pinkem Rauschen und geloopten Segmenten von pinkem Rauschen als unterschiedlichen Stimuli führten die Teilnehmer zuerst eine Reihe von Lautstärke-Kalibrierungsaufgaben durch. Anschließend erfüllten die Teilnehmer eine Zählaufgabe mit unterschiedlichen Zahlen von „Rauschereignissen“. Damit die Aufgabe als korrekt markiert wurde, sollten die Teilnehmer nur eine bestimmte Anzahl von Ereignissen hören: zwischen 5 und 7 der 9 präsentierten Ereignisse. Wenn sie weniger hörten, war ihre Lautstärke zu leise, und mehr zu hören bedeutete, dass die Lautstärke zu laut war. Die Aufgabe wurde später wiederholt, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer seine Lautstärke in der Zwischenzeit nicht angepasst hatte (sie wurden angewiesen, dies nicht zu tun).
Stereo- vs. Mono-Check
Um zu bestimmen, ob das Wiedergabegerät des Teilnehmers stereo oder mono war, wurden sie angewiesen, alle pinken Rauschsegmente zu zählen, die sie nur auf der rechten Seite hörten. Bei Mono wären alle Ereignisse hörbar, aber nur einige (eine zufällige Anzahl) wären im Stereo-Setup wahrnehmbar.
Niedrigfrequenz-Grenze
Der HALT überprüfte auch, was der tiefste Ton war, den das Wiedergabegerät ausgeben würde, um zu helfen, zu bestimmen, welches Gerät verwendet wurde. Die Teilnehmer hörten eine Reihe von reinen Tönen und mussten berichten, wie viele sie hörten, in der Annahme, dass die Zahl den Fähigkeiten ihres Geräts entsprechen würde.
Um den Test zu normieren, führten die Forscher eine elektroakustische Analyse ihres eigenen Equipments durch und verglichen die Ergebnisse von Kontrollen mit den experimentellen Teilnehmern.
Die Ergebnisse des HALT folgten einer Normalverteilung und zeigten eine hohe Zuverlässigkeit bei der Vorhersage, ob die Teilnehmer ihre Lautstärke angepasst hatten, ob sie über Stereo- oder Mono-Setups hörten und welche Art von Gerät sie verwendeten (Kopfhörer oder Lautsprecher).
Kopfhörer-Checks in Labvanced
Der Kopfhörer-Check von Woods et al. 2017, der Anti-Phase-Stimuli beinhaltet, ist in Labvanced implementiert und steht Ihnen zur Verfügung. Besuchen Sie einfach unsere Beispielstudien-Seite und klicken Sie auf Importieren, um es in Ihr Konto zu kopieren!
Abb. 4: Der Kopfhörer-Check, entworfen von Woods et al. 2017, jetzt in Labvanced verfügbar!
Obwohl das Huggins Pitch Kopfhörer-Screening von ChaitLab ursprünglich in Gorilla implementiert wurde, ist dieses Screening auch in Labvanced verfügbar. Die Autoren stellten das gesamte Projekt auf dem ChaitLabUCL GitHub zur Verfügung, das es unserem Team ermöglichte, diese Version für Ihre Nutzung zu erstellen. Es ist ebenfalls auf der Beispielstudien-Seite und steht zum Import zur Verfügung!
Abb. 5: Der Kopfhörer-Check, entworfen vom ChaitLab der UCL, jetzt in Labvanced verfügbar!
Nicht zuletzt ist der HALT Teil 1 auch auf GitHub verfügbar, dank Kilian Sander. Wenn Sie diesen Test auch in Labvanced sehen möchten, senden Sie uns bitte eine Nachricht über Discord oder an [email protected]!
Fazit
Alle hier vorgestellten Kopfhörer-Checks wurden durch Daten validiert, aber die Wissenschaft entwickelt sich ständig weiter und verbessert sich. Jeder Check hat seine eigenen Vor- und Nachteile und ist auf seine Weise nützlich. Wir empfehlen, jeden Check auszuprobieren und deren Methoden zu kombinieren, um das Experiment, das Sie durchführen, abzustimmen.
Referenzen
Milne, A. E., Bianco, R., Poole, K. C., Zhao, S., Oxenham, A. J., Billig, A. J., & Chait, M. (2021). An online headphone screening test based on dichotic pitch. Behavior research methods, 53(4), 1551–1562. https://doi.org/10.3758/s13428-020-01514-0
Woods, K., Siegel, M. H., Traer, J., & McDermott, J. H. (2017). Kopfhörer-Screening zur Erleichterung webbasierter auditiver Experimente. Attention, perception & psychophysics, 79(7), 2064–2072. https://doi.org/10.3758/s13414-017-1361-2
Wycisk, Y., Kopiez, R., Bergner, J. et al. Der Kopfhörer- und Lautsprecher-Test – Teil I: Vorschläge zur Steuerung der Eigenschaften von Wiedergabegeräten in Internetexperimenten. Behav Res (2022). https://doi.org/10.3758/s13428-022-01859-8