Was ist eine "Kopfhörerüberprüfung?"
Die Kopfhörerüberprüfung wurde unserem Wissen nach 2017 geprägt, als Kevin Woods und Kollegen die erste Methode entwickelten, um festzustellen, ob ein Teilnehmer in einer Online-Studie mit Kopfhörern hörte oder nicht. Basierend auf dieser grundlegenden Studie ist eine Kopfhörerüberprüfung einfach eine Aufgabe, die identifiziert, ob ein Teilnehmer Kopfhörer verwendet oder ob er über irgendeine Form von Lautsprechern hört, wenn er spezifische Reize anhört.
Wenn Forschung in einer kontrollierten Laburumgebung durchgeführt wird, ist keine Kopfhörerüberprüfung erforderlich, da der Forscher entscheidet, ob er dem Teilnehmer Kopfhörer aufsetzt oder nicht. Die Hörumgebung ist kontrolliert und unterliegt einer genauen Überwachung.
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 Kopfhörerüberprüfungen notwendig?
Forscher hoffen, dass die Teilnehmer aus verschiedenen Gründen die Anforderungen an Kopfhörer einhalten. Bei der Präsentation von akustischen Reizen ist es entscheidend, zu standardisieren, wie Ihre Teilnehmer Ihre Audio-Clips hören. Dies verhindert konfundierende Variablen wie "Störungen durch Hintergrundgeräusche, die schlechte Wiedergabetreue von Laptop-Lautsprechern und Umweltverhallung" (Woods et al. 2017) sowie den Abstand zu den Lautsprechern und sogar Stereo- versus Mono-Sound.
Innerhalb der Kopfhörerarten gibt es eine große Vielfalt. Teilnehmer könnten kabelgebundene oder kabellose Geräte benutzen. Kopfhörer-Stile umfassen over-ear Kopfhörer und Ohrstöpsel sowie monaurale oder binaurale Setups. Einige Kopfhörer sind geräuschunterdrückend und schließen den Gehörgang komplett ab, während andere außen am Kanal sitzen und es ermöglichen, Hintergrundgeräusche dennoch zu hören. Trotz dieser Variabilität innerhalb der Kopfhörer unterscheidet sich die Kategorie der Kopfhörer insgesamt in messbaren Weisen von Lautsprechern.
Wie wird diese Messung durchgeführt?
Wie wurde die erste Kopfhörerüberprüfung erstellt?
Einer der entscheidenden Unterschiede zwischen dem Hören über Kopfhörer und dem Hören über Lautsprecher ist die Phasenkonstruktion. Woods und Kollegen verwendeten dieses Prinzip, um ihre Bestimmungen durch die Verwendung von drei Tönen zu treffen: zwei Töne mit derselben Phase und ein Ton, der genau 180 Grad aus der Phase war im Vergleich zu den anderen, speziell zwischen den Stereo-Kanälen.
Phasenkonstruktion, auch als zerstörerische Interferenz bezeichnet, 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 bedeutet, dass kein Sound erzeugt wird, wenn die Wellen zur gleichen Zeit abgespielt werden.
Beim Hören über Lautsprecher gibt es einen Unterschied in den Phasen der Klänge im Vergleich zum Hören über Kopfhörer. Woods und Kollegen fanden heraus, dass dieser Unterschied durch die Position der Lautsprecher und die Position des Zuhörers verursacht wird. Der Trick ist, dass Kopfhörer die Phasen der Klänge nicht auslöschen lassen, Lautsprecher jedoch schon.
Abb. 1: Diagramme der Phasenkonstruktion von Woods et al. 2017
Die Aufgabe selbst war einfach: 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) am besten für diese Messung funktionierte. Es wurden drei Töne abgespielt: zwei mit demselben Lautstärkepegel (gemessen in Dezibel), von denen einer 180 Grad aus der Phase war, und ein dritter Ton, der in Phase mit dem ersten Ton war, aber 6 Dezibel leiser. Die Reihenfolge der Töne wurde zwischen den Versuchen randomisiert.
Insgesamt fanden die Forscher heraus, dass aufgrund der Phasenkonstruktion Teilnehmer, die über Lautsprecher hörten, oft fälschlicherweise den Ton wählten, der aus der Phase war, als den leisesten Ton. Bei der Verwendung von Kopfhörern konnten Teilnehmer oft den Ton korrekt 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 die Überprüfung bestanden.
Abb. 2: Ergebnisse der Kopfhörerüberprüfung von Woods et al. 2017
Neue Techniken für Kopfhörerüberprüfungen
In den 4 Jahren seit der Einführung der Kopfhörerüberprüfung von Woods et al. sind zwei weitere Methoden zur Bewertung der Hörtechnologie der Teilnehmer entstanden. Obwohl diese neuen Methoden noch nicht so häufig zitiert wurden, zeigen sie, dass die Forschung zu diesem Thema stetig wächst und sich weiterentwickelt.
Huggins Pitch
ChaitLab von University College London, 2020
In einem Versuch, die Selektivität des Screener 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 noch bessere Ergebnisse brachte: eine falsch-positive Rate von nur etwa 7 %.
Der Huggins Pitch beinhaltet ebenfalls einen Phasenwechsel, jedoch auf eine etwas andere Weise. Die drei Stimuli, die in dieser Aufgabe verwendet werden, sind 2 identische weißes Rauschen und ein dritter Ton, der einen "versteckten" Warble-Ton enthält. Die Wissenschaft hinter diesem dritten Ton ist "ein weißes Rauschstimulus auf eines der Ohren, und dasselbe weiße Rauschen - aber mit einem Phasenwechsel von 180° - auf das andere Ohr" (Milne et al 2020). Der Trick dieser Aufgabe besteht darin, dass der versteckte Warble nur durch das Tragen von Kopfhörern erkennbar ist, aufgrund der binauralen (oder dichotischen) Natur des Sounds, der an die Ohren geliefert wird. Dies ist eine Erkennungsaufgabe, die, wie die Autoren anmerken, einen geringeren kognitiven Aufwand erfordert als eine Diskriminierungsaufgabe wie das Screening von Woods et al.
Abb. 3: Vergleich von Anti-Phase- und Huggins-Pitch-Stimuli, aus Milne et al. 2020
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 anspruchsvollerer Screening-Test: Die Ergebnisse zeigen, dass er eine zuverlässige und effiziente Möglichkeit bietet, zu erkennen, welches Gerät der Teilnehmer verwendet, um akustische Reize zu hören, und zwischen vier Wiedergabegeräten zu unterscheiden: zwei Arten von Kopfhörern und zwei Arten von Lautsprechern.
Lautstärkeüberprüfung
Unter Verwendung eines musikalischen Auszugs, rosa Rauschens und in Schleife abgespielte rosa Rauschabschnitte als verschiedene Stimuli, führten die Teilnehmer zunächst eine Reihe von Aufgaben zur Lautstärkekalibrierung durch. Anschließend absolvierten die Teilnehmer eine Zählaufgabe, bei der es um verschiedene Mengen von "Rauschereignissen" ging. Damit die Aufgabe als korrekt markiert wird, 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 das Hören von mehr bedeutete, dass die Lautstärke zu laut war. Die Aufgabe wurde dann später wiederholt, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer in der Zwischenzeit seine Lautstärke nicht angepasst hatte (sie wurden angewiesen, dies nicht zu tun).
Stereo- vs. Mono-Überprüfung
Um festzustellen, ob das Wiedergabegerät des Teilnehmers Stereo oder Mono war, wurden sie angewiesen, alle rosa Rauschabschnitte zu zählen, die sie nur auf der rechten Seite hörten. Bei Mono wären alle Ereignisse hörbar, aber nur wenige (eine zufällige Anzahl) würden im Stereo-Setup wahrgenommen werden.
Tieffrequenzgrenze
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 angeben, wie viele sie hörten, in der Annahme, dass diese Anzahl den Fähigkeiten ihres Gerätes 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).
Kopfhörerüberprüfungen in Labvanced
Die Kopfhörerüberprüfung von Woods et al. 2017 mit Anti-Phase-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 von Woods et al. 2017 entworfene Kopfhörerüberprüfung, jetzt in Labvanced verfügbar!
Obwohl die Huggins Pitch Kopfhörerüberprüfung von ChaitLab ursprünglich in Gorilla implementiert wurde, ist dieser Screener 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 auch auf der Beispielstudien-Seite verfügbar und kann importiert werden!
Abb. 5: Die von ChaitLab von UCL gestaltete Kopfhörerüberprüfung, jetzt in Labvanced verfügbar!
Zu guter Letzt ist auch der HALT Teil 1 dank Kilian Sander auf GitHub verfügbar. Wenn Sie möchten, dass dieser Test ebenfalls in Labvanced verfügbar ist, senden Sie uns bitte eine Nachricht über Discord oder an [email protected]!
Fazit
Alle hier präsentierten Kopfhörerüberprüfungen wurden durch Daten validiert, aber die Wissenschaft entwickelt sich ständig weiter und verbessert sich. Jede Überprüfung hat ihre eigenen Vorteile und Nachteile und ist auf ihre Weise nützlich. Wir empfehlen, jede Überprüfung auszuprobieren und ihre Methoden zu kombinieren, um dem Experiment, das Sie durchführen, gerecht zu werden.
Viel Spaß bei der Forschung!
Hinweis: Bei der Verwendung eines dieser Ressourcen geben Sie bitte den ursprünglichen Erstellern Anerkennung! Labvanced beansprucht kein Eigentum an Materialien, die von den oben genannten Forschern erstellt wurden.
Quellen
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