「ヘッドフォンチェック」とは何ですか？
私たちの知る限り、ヘッドフォンチェックという言葉は2017年にケビン・ウッズと彼の同僚たちによって造られ、オンライン研究において参加者がヘッドフォンを通してリスニングしているかどうかを判断するための最初の方法が開発されました。この基礎的な研究に基づき、ヘッドフォンチェックは、特定の刺激を聴く際に参加者がヘッドフォンを使用しているのか、あるいはスピーカーのいずれかを使っているのかを特定するタスクに過ぎません。
制御されたラボ環境で研究が行われる場合、研究者は参加者にヘッドフォンを着用させる必要がないため、ヘッドフォンチェックは不要です。リスニング環境は制御され、厳密に監視されています。
しかし、オンライン研究では、参加者が何をしているのかを制御する方法はありません。参加者にヘッドフォンを着用するよう頼むことで得られる“誠実さの規則”、つまりは参加者がそれに従ってくれることを期待するだけです。
なぜヘッドフォンチェックは必要なのですか？
研究者たちは、幾つかの理由から参加者がヘッドフォンの要件に従ってくれることを望んでいます。聴覚刺激を提示する際には、参加者がオーディオクリップをどのように聴いているかを標準化することが重要です。これにより、「バックグラウンドノイズからの干渉、ノートパソコンスピーカーの音質の悪さ、環境の反響」(Woods et al. 2017)といった混乱要因を防ぎ、スピーカーからの距離やステレオ対モノラル音も考慮されます。
ヘッドフォンの種類には幅広いバリエーションがあります。参加者は有線または無線のデバイスを使用している可能性があります。ヘッドフォンスタイルには、オーバーイヤー式ヘッドフォンやイヤフォン、さらにモノラルまたはバイノーラルのセッティングも含まれます。一部のヘッドフォンはノイズキャンセリング機能があり耳道を完全に遮りますが、他のヘッドフォンは耳道の外側に位置し、バックグラウンド音を聴くことができます。このようなヘッドフォン内の変動があるにもかかわらず、ヘッドフォンのカテゴリー全体は、測定可能な方法でスピーカーと異なります。
この測定はどのように行われるのでしょうか？
最初のヘッドフォンチェックはどのように作られたのですか？
ヘッドフォンを通して聴くこととスピーカーを通して聴くことの主な違いの一つは、位相キャンセリングです。ウッズと彼の同僚たちは、この原理を利用して判断を行いました。具体的には、同じ位相の2つのトーンと、他のトーンと180度位相が逆のトーンの3つのトーンを使用しました。
位相キャンセリング、または破壊的干渉と呼ばれる現象は、2つの波がすべての面で同一でありながら位相が逆方向（180度異なる）である場合に発生します。この差異により、波はお互いに相殺され、同時に再生した場合には音が聞こえなくなります。
スピーカーで聴く場合とヘッドフォンで聴く場合では、音の位相に違いがあります。ウッズと同僚たちは、この違いがスピーカーの位置と聴き手の位置に起因していることを見出しました。ヘッドフォンを使用すると、音の位相の相殺が行われず、スピーカーでは相殺されるのがポイントです。
タスク自体はシンプルでした：参加者は3つのトーンを聴き、グループ内で最も静かなトーンを判断する必要がありました。著者らは、低周波の音（特に200Hz）がこの測定に最適であることを発見しました。3つのトーンが再生されました：2つは同じ音量レベル（デシベルで測定）で、うち1つは位相が180度逆転し、もう1つのトーンは最初のトーンと同じ位相ですが6デシベル静かでした。トーンの順序は、トライアルごとにランダム化されました。
全体的に、研究者たちは位相キャンセリングのため、スピーカーを通して聴いていた参加者がしばしば位相が逆のトーンを最も静かなトーンとして誤って選択したことを発見しました。ヘッドフォンを使用している場合、参加者はしばしば他の2つのトーンよりも6デシベル静かなトーンを正しく特定できました。これにより、約70%の真のヘッドフォンユーザーがスクリーニングに合格しました。
ヘッドフォンチェックの新しい技術
ウッズらのヘッドフォンチェックが登場してから4年の間に、参加者のリスニング技術を評価するための2つの新しい方法が出現しました。まだあまり引用はされていませんが、これらの新しい方法はこのテーマに関する研究が常に成長し進化していることを示しています。
ハギンズピッチ
ロンドン大学コレッジのChaitLab、2020年
ウッズ et al. スクリーニングの選択性を向上させるために、UCLのChaitLabは80%のヘッドフォンユーザーを正しく検出するテストを開発しましたが、以前の選択性は約70%でした。しかし、両方の方法を組み合わせることでさらに良い結果が得られることも指摘しています：偽陽性率はわずか約7%です。
ハギンズピッチも位相シフトを含みますが、少し異なる方法で行われます。このタスクで使用される3つの刺激は、2つの同一のホワイトノイズ音と、その中に「隠された」ワーブルトーンが入っている3つ目の音です。この3つ目の音の科学は「片方の耳にホワイトノイズ刺激を、もう片方の耳には位相シフトされたホワイトノイズ（180°）を与えることです」（Milne et al 2020）。このタスクのポイントは、隠されたワーブルがヘッドフォンを着用しないと検出できないということです。これは、音が耳に届けられる双耳（または二重）性質から来ています。このタスクは、著者らが指摘するように、ウッズ et al. スクリーニングのような識別タスクよりも認知的負担が低い検出タスクです。
図3: アンチフェーズとハギンズピッチ刺激の比較、Milne et al. 2020より CC BY 4.0
ヘッドフォンおよびスピーカーテスト (HALT)
ハノーバー音楽演劇メディア大学、2022年
Wycisk et al. によって2022年に開発されたHALTは、さらに洗練されたスクリーニングです：結果は、参加者が聴覚刺激を聴くために使用している機器の種類を検出する信頼性が高く効率的な方法であることを示しています。これは、2種類のヘッドフォンと2種類のスピーカーを区別します。
音量チェック
音楽の抜粋、ピンクノイズ、およびループしたピンクノイズセグメントを異なる刺激とし、参加者はまず一連の音量キャリブレーションタスクを完了しました。次に、参加者は「ノイズイベント」の数を数えるタスクを実行しました。タスクが正しくマークされるためには、参加者は提示された9つのイベントの中で特定の数のイベント（5〜7）だけを聞かなければなりません。少なく聞こえた場合、音量が低すぎ、より多く聞こえた場合、音量が大きすぎることを意味しました。このタスクは、その後、参加者がその間に音量を調整していないことを確認するために繰り返されました（参加者には調整しないよう指示されていました）。
ステレオ対モノチェック
参加者の再生デバイスがステレオかモノかを判断するために、右側でしか聞こえないピンクノイズセグメントを数えるよう指示されました。モノの場合、すべてのイベントは聞こえますが、ステレオ設定ではごく一部（ランダムな数）しか認識されません。
低周波数制限
HALTは、再生デバイスが出力できる最低音を確認し、どのデバイスが使用されているかを判断するためにチェックしました。参加者は一連の純音を聴き、聞こえた数を報告し、その数が自分のデバイスの能力に対応していると仮定します。
テストの標準化のために、研究者は自分たちの機器で電気音響分析を実施し、対照群の結果と実験参加者の結果を比較しました。
HALTの結果は正規分布に従っており、参加者が音量を調整したか、ステレオまたはモノのセットアップで聴いているか、そしてヘッドフォンまたはスピーカーのどちらが使用されているかを予測する高い信頼性を示しました。
Labvancedにおけるヘッドフォンチェック
ウッズ et al. 2017によるアンチフェーズ刺激を含むヘッドフォンチェックはLabvancedに実装されており、あなたの利用のためにご用意されています。サンプル研究ページにアクセスし、インポートをクリックするだけで、あなたのアカウントにコピーできます！
図4: Woods et al. 2017によって設計されたヘッドフォンチェック、現在Labvancedで利用可能！
ChaitLabによるハギンズピッチヘッドフォンスクリーニングはGorillaで最初に実装されましたが、このスクリーニングもLabvancedで利用可能です。著者らは、私たちのチームがあなたの利用のためにこのバージョンを作成できるように、ChaitLabUCL GitHub上に完全なプロジェクトを提供しました。また、サンプル研究ページにもあり、インポート可能です！
図5: UCLのChaitLabによって設計されたヘッドフォンチェック、現在Labvancedで利用可能！
最後に、HALTパート1もキリアン・サンダーのおかげでGitHubで利用可能です。このテストをLabvancedでも見たい場合は、Discordからメッセージを送信するか、[email protected]にご連絡ください！
結論
ここで紹介したすべてのヘッドフォンチェックはデータによって検証されていますが、科学は常に進化し改善され続けています。それぞれのチェックには独自の利点と欠点があり、それぞれ特有の方法で有用です。各チェックを試すことをお勧めし、実施している実験に合わせてそれらの方法を組み合わせてください。
参考文献
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