Was ist eine "Kopfhörerprüfung?"

Der Begriff Kopfhörerprüfung wurde unserer Kenntnis nach erstmals 2017 geprägt, als Kevin Woods und Kollegen die erste Methode zur Bestimmung entwickelten, ob ein Teilnehmer an einer Online-Studie über Kopfhörer zuhört oder nicht. Basierend auf dieser grundlegenden Studie ist eine Kopfhörerprüfung einfach eine Aufgabe, die identifiziert, ob ein Teilnehmer Kopfhörer oder eine Art von Lautsprechern verwendet, wenn er spezifische Stimuli hört.

Wenn Forschung in einem kontrollierten Laborsetting durchgeführt wird, ist keine Kopfhörerprüfung erforderlich, da der Forscher wählt, ob er dem Teilnehmer Kopfhörer anlegt 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 gibt nur das Element des Vertrauens, den „Ehrenkodex“, sozusagen, der daraus resultiert, die Teilnehmer zu bitten, Kopfhörer zu tragen und zu hoffen, dass sie sich daran halten.

Warum sind Kopfhörerprüfungen notwendig?

Forscher hoffen, dass die Teilnehmer aus vielen Gründen den Kopfhöreranforderungen nachkommen. Bei der Präsentation akustischer Stimuli ist es entscheidend, zu standardisieren, wie Ihre Teilnehmer Ihre Audioclips hören. Dies verhindert Störvariablen wie „Störungen durch Hintergrundgeräusche, die schlechte Klangqualität von Laptop-Lautsprechern und Umgebungsnachhall“ (Woods et al. 2017) sowie die Distanz zu Lautsprechern und sogar Stereo- versus Mono-Sound.

Innerhalb der Kopfhörertypen gibt es eine große Vielfalt. Teilnehmer könnten kabelgebundene oder kabellose Geräte verwenden. Die Kopfhörer-Stile umfassen Über-Ohr-Kopfhörer und Ohrstöpsel sowie monaurale oder binaurale Setups. Einige Kopfhörer sind geräuschunterdrückend und schließen den Gehörgang vollständig ab, während andere eher am äußeren Gehörgang sitzen und Hintergrundgeräusche weiterhin hörbar sind. Trotz dieser Variabilität bei Kopfhörern unterscheidet sich die Kategorie der Kopfhörer insgesamt in messbaren Aspekten von Lautsprechern.

Wie wird diese Messung durchgeführt?

Wie wurde die erste Kopfhörerprüfung erstellt?

Einer der Schlüsselunterschiede zwischen dem Hören über Kopfhörer und dem Hören über Lautsprecher ist die Phasenauslöschung. Woods und Kollegen nutzten dieses Prinzip, um ihre Feststellungen zu treffen, indem sie drei Töne verwendeten: zwei Töne mit derselben Phase und einen Ton, der genau 180 Grad außerhalb der Phase im Vergleich zu den anderen war, insbesondere zwischen den Stereo-Kanälen.

Phasenauslöschung, auch destruktive Interferenz genannt, tritt auf, wenn zwei Wellen in allen Aspekten identisch sind, außer in der Phase, wo sie sich um 180 Grad unterscheiden. Diese Differenz führt dazu, dass sich die Wellen gegenseitig auslöschen, was zu keinem Ton führt, wenn die Wellen gleichzeitig abgespielt werden.

Beim Hören über Lautsprecher gibt es einen Unterschied in den Phasen der Töne im Vergleich zum Hören über Kopfhörer. Woods und Kollegen fanden heraus, dass dieser Unterschied auf die Position der Lautsprecher und die Position des Hörers zurückzuführen war. Der Trick ist, dass Kopfhörer nicht zulassen, dass sich die Phasen der Töne auslöschen, während Lautsprecher dies tun.

Abb. 1: Diagramme der Phasenauslöschung von Woods et al. 2017

Die Aufgabe selbst war einfach: Die Teilnehmer mussten drei Töne hören und entscheiden, welcher Ton der leiseste der Gruppe war. Die Autoren fanden heraus, dass ein niederfrequenter Ton (speziell 200 Hz) am besten für diese Messung geeignet war. Drei Töne wurden abgespielt: zwei mit demselben Lautstärkepegel (in Dezibel gemessen), von denen einer 180 Grad außerhalb der Phase war, und ein dritter Ton, der mit dem ersten Ton in Phase war, aber 6 Dezibel leiser. Die Reihenfolge der Töne wurde zwischen den Versuchen randomisiert.

Insgesamt fanden die Forscher heraus, dass aufgrund der Phasenauslöschung die Teilnehmer, die über Lautsprecher hörten, oft fälschlicherweise den Ton wählten, der außerhalb der Phase war, als den leisesten Ton. Bei der Verwendung von Kopfhörern konnten die Teilnehmer oft den Ton identifizieren, der 6 Dezibel leiser war als die anderen beiden Töne, obwohl er in Phase mit einem der lauteren Töne war. Dies führte dazu, dass etwa 70 % der echten Kopfhörerbenutzer das Screening bestanden.

Abb. 2: Ergebnisse des Kopfhörer-Screenings von Woods et al. 2017

Neue Techniken für Kopfhörerprüfungen

In den vier Jahren, seit die Kopfhörerprüfung von Woods et al. eingeführt wurde, sind zwei weitere Methoden zur Bewertung der Hörtechnologie von Teilnehmern entstanden. Obwohl sie noch nicht so häufig zitiert werden, zeigen diese neuen Methoden, dass die Forschung zu diesem Thema stetig wächst und sich weiterentwickelt.

Huggins Pitch

ChaitLab von University College London, 2020

In einem Bemühen, die Selektivität des Screenings von Woods et al. (auch als AP für Antiphase bezeichnet) zu verbessern, entwickelte das ChaitLab von UCL einen Test, der zur korrekten Erkennung von 80 % der Kopfhörerbenutzer führte, im Gegensatz zur vorherigen Selektivität von etwa 70 %. Sie stellten jedoch fest, dass die Kombination der beiden Methoden noch bessere Ergebnisse lieferte: Eine falsch-positive Rate von nur etwa 7 %.

Der Huggins Pitch umfasst ebenfalls einen Phasenwechsel, jedoch auf eine leicht andere Weise. Die drei Stimuli, die in dieser Aufgabe verwendet werden, sind 2 identische Weißrauschgeräusche und ein drittes, das einen „versteckten“ Wobble-Ton enthält. Die Wissenschaft hinter diesem dritten Ton besteht darin, „einem Ohr einen Weißrauschstimulus und dem anderen Ohr denselben Weißrausch - jedoch mit einem Phasenwechsel von 180 ° – zu liefern“ (Milne et al. 2020). Der Trick bei dieser Aufgabe besteht darin, dass der versteckte Wobble nur im Kopfhörer hörbar ist, aufgrund der binauralen (oder dichotischen) Natur des Sounds, der die Ohren erreicht. Dies ist eine Detektionsaufgabe, die, wie die Autoren anmerken, eine geringere kognitive Anforderung als eine Diskriminierungsaufgabe wie das Screening von Woods et al. darstellt.

Abb. 3: Vergleich der Antiphase- und Huggins-Pitch-Stimuli, aus Milne et al. 2020

Kopfhörer- und Lautsprecher-Test (HALT)

Hochschule für Musik, Schauspiel und Medien Hannover, 2022

Der HALT, entwickelt von Wycisk et al. im Jahr 2022, ist ein noch ausgefeilteres Screening: Die Ergebnisse zeigen, dass es eine zuverlässige und effiziente Methode ist, um zu erkennen, welches Gerät der Teilnehmer verwendet, um akustische Stimuli zu hören, und zwischen vier Wiedergabegeräten zu unterscheiden: zwei Arten von Kopfhörern und 2 Arten von Lautsprechern.

Lautstärkenprüfung

Unter Verwendung eines Musikstücks, von rosa Rauschen und von wiederholten Abschnitten rosa Rauschen als verschiedene Stimuli, führten die Teilnehmer zunächst eine Reihe von Lautstärkekalibrierungs Aufgaben durch. Anschließend führten die Teilnehmer eine Zählaufgabe durch, bei der sie die verschiedenen „Geräuschereignisse“ zählen mussten. Damit die Aufgabe als korrekt gewertet wurde, sollten die Teilnehmer nur eine bestimmte Anzahl von Ereignissen hören: zwischen 5 und 7 der 9 präsentierten Ereignisse. Wenn sie weniger hörten, war die Lautstärke zu leise, und das Hören von mehr bedeutete, dass die Lautstärke zu laut war. Die Aufgabe wurde später wiederholt, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer in der Zwischenzeit die Lautstärke nicht angepasst hatte (sie wurden angewiesen, dies nicht zu tun).

Stereo- vs. Mono-Prüfung

Um festzustellen, ob das Wiedergabegerät des Teilnehmers Stereo oder Mono war, sollten sie alle Rosa-Rauschabschnitte zählen, die sie nur auf der rechten Seite hörten. Bei Mono wären alle Ereignisse hörbar, aber nur einige (eine zufällige Anzahl) würden im Stereo-Setup wahrgenommen.

Niedrigfrequenzgrenze

Der HALT überprüfte auch, was der niedrigste 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, wobei sie annahmen, dass diese Zahl den Fähigkeiten ihres Geräts entsprechen würde.

Um den Test zu normieren, führten die Forscher elektroakustische Analysen an ihrer eigenen Ausrüstung durch und verglichen die Ergebnisse der Kontrollen mit den experimentellen Teilnehmern.

Die Ergebnisse des HALT folgten einer Normalverteilung und zeigten eine hohe Zuverlässigkeit bei der Vorhersage, ob Teilnehmer ihre Lautstärke angepasst hatten, ob sie über Stereo- oder Mono-Setups hörten und welches Gerät sie verwendeten (Kopfhörer oder Lautsprecher).

Kopfhörerprüfungen in Labvanced

Die Kopfhörerprüfung von Woods et al. 2017 mit antiphase Stimuli ist in Labvanced implementiert und steht Ihnen zur Verfügung. Besuchen Sie einfach unsere Beispielstudien-Seite und klicken Sie auf Importieren, um sie in Ihr Konto zu kopieren!

Abb. 4: Die Kopfhörerprüfung, die von Woods et al. 2017 entworfen wurde, jetzt in Labvanced verfügbar!

Obwohl das Huggins Pitch Kopfhörer-Screening vom ChaitLab ursprünglich in Gorilla implementiert wurde, ist dieser Screening-Test auch in Labvanced erhältlich. Die Autoren haben das vollständige Projekt auf dem ChaitLabUCL GitHub bereitgestellt, das es unserem Team ermöglichte, diese Version für Sie zu erstellen. Es befindet sich auch auf der Beispielstudien-Seite und steht zum Import bereit!

Abb. 5: Die Kopfhörerprüfung, die vom ChaitLab von UCL entworfen wurde, jetzt in Labvanced verfügbar!

Nicht zuletzt ist der HALT Teil 1 auch dank Kilian Sander auf GitHub verfügbar. 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 Kopfhörerprüfungen wurden durch Daten validiert, aber Wissenschaft entwickelt sich ständig weiter und verbessert sich. Jede Prüfung hat ihre eigenen Vor- und Nachteile und ist auf ihre Weise nützlich. Wir empfehlen, jede Prüfung auszuprobieren und deren Methoden zu kombinieren, um sie an das Experiment anzupassen, das Sie durchführen.

Viel Spaß beim Forschen!

Hinweis: Bei der Nutzung dieser Ressourcen geben Sie bitte den ursprünglichen Schöpfern Kredit! Labvanced erhebt keinen Anspruch auf das Eigentum an Materialien, die von den vorgenannten Forschern erstellt wurden.

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). Headphone screening to facilitate web-based auditory experiments. Attention, perception & psychophysics, 79(7), 2064–2072. https://doi.org/10.3758/s13414-017-1361-2

Wycisk, Y., Kopiez, R., Bergner, J. et al. The Headphone and Loudspeaker Test – Part I: Suggestions for controlling characteristics of playback devices in internet experiments. Behav Res (2022). https://doi.org/10.3758/s13428-022-01859-8