什么是“耳机检查”？

根据我们所知，耳机检查一词首次出现是在2017年，当时Kevin Woods及其同事创建了第一个确定在线研究参与者是否使用耳机的方法。基于这项基础研究，耳机检查仅仅是一个识别参与者在听取特定刺激时是否使用耳机而不是某种扬声器的任务。

在受控实验室环境中进行研究时，不需要耳机检查，因为研究者可以选择是否让参与者佩戴耳机。听觉环境是受控并且受到严格监控的。

然而，在在线研究中，无法控制参与者的行为。只有信任的因素，即“荣誉守则”，来自于要求参与者戴上耳机并希望他们遵守。

为什么耳机检查是必要的？

研究人员希望参与者遵循耳机要求有许多原因。呈现听觉刺激时，标准化参与者听到音频片段的方式是至关重要的。这可以防止混杂变量，例如“背景噪声的干扰、笔记本电脑扬声器的低保真度和环境混响，”（Woods等，2017）以及与扬声器的距离，甚至是立体声与单声道声音之间的差异。

在耳机类型中，有着广泛的选择。参与者可以使用有线或无线设备。耳机样式包括耳罩式耳机和耳塞，以及单声道或双声道配置。有些耳机具有噪声消除功能，并完全封闭耳道，而其他耳机则靠近耳道外部，并允许背景声音仍然被听到。尽管耳机内部存在这种可变性，但耳机整体与扬声器在可测量的方式上是不同的。

如何实现这种测量？

第一次耳机检查是如何创建的？

耳机与扬声器之间的一个关键区别是相位抵消。Woods及其同事使用这个原理，通过使用三种音调来判断：两种相同相位的音调和一种与其他音调相位完全相反（即180度）的音调，特别是在立体声通道之间。

相位抵消，也称为破坏性干涉，当两个波的所有方面都相同但相位不同（相差180度）时发生。这种差异导致波相互抵消，从而在同时播放波时产生无声。

使用扬声器时，声音的相位存在差异，而使用耳机时则没有。Woods及其同事发现，这一差异是由于扬声器（或扬声器）的定位和听众的位置。关键是耳机不允许声音的相位抵消，而扬声器允许。

任务本身很简单：参与者必须听3种音调，并决定哪一个音调是组中最安静的。作者发现低频音调（具体为200 Hz）对这一测量效果最佳。播放了三种音调：两种音量相同（以分贝计），其中一种波形相位差180度，第三种音调与第一种音调同相位，但音量低6分贝。音调的顺序在试验之间进行了随机化。

总体而言，研究人员发现，由于相位抵消，使用扬声器的参与者通常错误地选择了与相位相反的音调作为最柔和的音调。使用耳机时，参与者通常能够正确识别出比其他两个音调低6分贝的音调，尽管该音调与其中一个较响的音调同相位。这导致约70%的真正耳机用户通过了筛选。

耳机检查的新技术

自从Woods等人的耳机检查首次亮相以来的四年中，出现了两种用于评估参与者听音设备的方法。尽管这些新方法尚未被广泛引用，但显示出对这一主题的研究始终在不断发展和演变。

哈金斯音高

伦敦大学学院ChaitLab，2020

为了提高Woods等人筛选的选择性（也称为反相），伦敦大学学院的ChaitLab开发了一项测试，结果表明80%的耳机用户能够被正确检测，相较于之前约70%的选择性。然而，他们确实注意到，将这两种方法结合起来可以获得更好的结果：虚假阳性率仅约为7%。

哈金斯音高也涉及相位变化，但方式略有不同。这项任务中使用的三种刺激是两个相同的白噪声声音和第三种内部含有“隐藏”颤音的声音。这第三种声音的科学原理是“一只耳朵接收到白噪声刺激，而另一只耳朵则接收到相同的白噪声，但相位偏移180°”（Milne等，2020）。这项任务的关键在于隐藏的颤音仅通过耳机才能被检测到，因为声音以双耳（或二元）形式传递给耳朵。这是一个检测任务，作者指出，与Woods等人的筛选等区分任务相比，认知需求较低。

图 3: 比较反相和哈金斯音高刺激，来自 Milne et al. 2020 CC BY 4.0

耳机及扬声器测试（HALT）

汉诺威音乐、戏剧和传媒大学，2022

HALT是由Wycisk等人在2022年开发的更为复杂的筛选方法：结果表明，这是一种可靠且高效的方式，可以检测参与者使用何种设备来听取听觉刺激，区分四种播放设备：两种耳机和两种扬声器。

音量检查

使用音乐片段、粉红噪声和循环的粉红噪声段作为不同的刺激，参与者首先完成了一系列音量校准任务。然后，参与者完成了一个计数任务，涉及不同数量的“噪声事件”。要将任务标记为正确，参与者应该只听到特定数量的事件：在9个呈现事件中，听到5到7个。如果他们听到的少于5个，他们的音量太低；听到的多于7个则意味着音量太大。这个任务随后在之后重复，以确保参与者在此期间没有调整音量（他们被指示不这样做）。

立体声与单声道检查

为了确定参与者的播放设备是立体声还是单声道，他们被指示只数右侧听到的所有粉红噪声段。在单声道情况下，所有事件都是可听的，但在立体声设置中，只有少数（随机数量）会被感知。

低频限制

HALT还检查播放设备能输出的最低音调，以帮助确定使用的设备。参与者听到一系列纯音，并必须报告他们听到的数量，假设这个数量与他们设备的能力相对应。

为了规范测试，研究人员对自身设备进行了电声分析，并将对照组的结果与实验参与者的结果进行了比较。

HALT的结果遵循正态分布，并表明在预测参与者是否调整了音量、是否通过立体声或单声道设置进行监听，以及使用何种设备（耳机或扬声器）方面具有高度可靠性。

Labvanced中的耳机检查

Woods等人2017年涉及反相刺激的耳机检查已在Labvanced中实现，供您使用。只需访问我们的 示例研究页面 并点击导入，即可将其复制到您的帐户中！

图 4: Woods等人2017年设计的耳机检查，现在在Labvanced中可用！

尽管伦敦大学学院的哈金斯音高耳机筛选最初是在Gorilla中实施的，但这个筛选器现在也在Labvanced中可用。作者在 ChaitLabUCL GitHub 上提供了完整的项目，允许我们的团队创建这个版本供您使用。它也在 示例研究页面 上，可供导入！

图 5: 由UCL的ChaitLab设计的耳机检查，现在在Labvanced中可用！

最后，HALT Part 1也感谢 Kilian Sander 的支持在GitHub上可用。如果您希望在Labvanced中看到这个测试，请通过Discord或发送电子邮件至[email protected]与我们联系！

结论

这里展示的所有耳机检查都得到了数据的验证，但科学总是在发展和改善。每种检查都有其优缺点，并在各自的方式上具有实用性。我们建议尝试每种检查并结合它们的方法，以匹配您正在进行的实验。

参考文献

Milne, A. E., Bianco, R., Poole, K. C., Zhao, S., Oxenham, A. J., Billig, A. J., & Chait, M. (2021). 基于二元音调的在线耳机筛选测试。行为研究方法, 53(4), 1551–1562. https://doi.org/10.3758/s13428-020-01514-0

Woods, K., Siegel, M. H., Traer, J., & McDermott, J. H. (2017). 鼓励进行基于网络的听觉实验的耳机筛选。注意、感知与心理物理学, 79(7), 2064–2072. https://doi.org/10.3758/s13414-017-1361-2

Wycisk, Y., Kopiez, R., Bergner, J. 等. 耳机和扬声器测试 - 第一部分：建议控制互联网实验中播放设备的特性。行为研究 (2022). https://doi.org/10.3758/s13428-022-01859-8