什么是“耳机检查”?
据我们所知,耳机检查这个术语最早是在2017年由Kevin Woods及其同事提出的,他们创造了第一种确定在线研究参与者是否佩戴耳机的方法。基于这项基础研究,耳机检查仅仅是一项任务,用于确定参与者在听特定刺激时是使用耳机还是某种扬声器。
在受控实验室环境中进行研究时,不需要耳机检查,因为研究人员可以选择是否在参与者身上放置耳机。听觉环境是受控并且密切监控的。
然而,在在线研究中,无法控制参与者的行为。只有信任的要素,即“荣誉守则”,希望参与者能够遵守耳机佩戴的要求。
为什么耳机检查是必要的?
研究人员希望参与者能够遵守耳机要求,原因有很多。当呈现听觉刺激时,标准化参与者听到音频剪辑的方式至关重要。这可以防止混淆变量,例如“背景噪音干扰、笔记本电脑扬声器的音质差和环境混响,”(Woods 等,2017),以及距离扬声器的远近,甚至是立体声与单声道的音效。
耳机的种类繁多。参与者可能使用有线或无线设备。耳机风格包括覆耳耳机和耳塞,以及单声道或双声道设置。有些耳机具有噪声取消功能,可以完全遮挡耳道,而其他耳机则位于耳道外侧,可以让背景声音被听到。尽管耳机内部存在变化,耳机作为一个整体的类别在可测量的方面与扬声器有所不同。
如何进行这种测量?
第一个耳机检查是如何创建的?
耳机和扬声器之间听音的关键区别之一是相位抵消。Woods 和同事们利用这一原理来进行判断,他们使用了三种音调:两种相位相同的音调和一种与其他音调相比恰好相位相差180度的音调,具体而言,是在立体声通道之间。
相位抵消,也称为破坏性干扰,发生在两个波在所有方面都相同但相位不同(相差180度)时。这种差异会导致波相互抵消,从而在同时播放这些波时没有声音。
在扬声器上听音时,各种声音的相位存在差异,而在使用耳机时则没有。Woods 和同事发现,这种差异是由于扬声器的位置和听众的位置。关键在于耳机不允许声音的相位相互抵消,但扬声器会。
图 1: 来自 Woods 等,2017 的相位抵消示意图
任务本身很简单:参与者必须听三种音调并决定哪种音调是组中最安静的。作者发现,低频音调(具体为200 Hz)最适合该测量。播放了三种音调:两种音量相同(以分贝为单位测量),其中一种音调的相位相差180度,第三种音调与第一种音调同相位,但安静6分贝。音调的顺序在试验之间是随机的。
总体而言,研究人员发现,由于相位抵消,通过扬声器收听的参与者通常错误地选择了相位错位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安静6分贝的音调,尽管与其中一个响亮的音调同相位。这使得大约70%的真正耳机用户通过了筛查。
图 2: 来自 Woods 等,2017 的耳机筛查结果
耳机检查的新技术
自从 Woods 等的耳机检查首次亮相以来,已有两种评估参与者听音技术的新方法出现。尽管尚未获得广泛引用,但这些新方法表明,关于这一主题的研究正在不断发展和演变。
Huggins Pitch
伦敦大学学院的 ChaitLab,2020年
为了提高 Woods 等筛查的选择性(也称为反相抗相位),UCL 的 ChaitLab 开发了一种测试,使得耳机用户的正确检测率达到了80%,相比之下,之前的选择性大约为70%。然而,他们注意到,结合两种方法的效果甚至更好:假阳性率仅约7%。
Huggins Pitch 同样涉及相位偏移,但方式略有不同。在该任务中使用的三种刺激为两个相同的白噪声音效和一个包含“隐藏”颤音的第三种声音。第三个声音的科学原理是“将白噪声刺激传送到一只耳朵,而将相位偏移180°的同样白噪声刺激传送到另一只耳朵”(Milne 等,2020)。这一任务的诀窍在于,隐藏的颤音只有通过戴耳机才能被检测到,因为声音是双耳(或二分法)传递到耳朵的。这是一个检测任务,作者指出其认知需求低于 Woods 等的筛查所需的辨别任务。
图 3: 来自 Milne 等,2020 的反相和 Huggins Pitch 刺激比较
耳机和扬声器测试(HALT)
汉诺威音乐、戏剧和媒体大学,2022年
HALT 是由 Wycisk 等人在 2022 年开发的一个更复杂的筛查:结果表明,它是一种可靠且高效的方法,用于检测参与者用于聆听听觉刺激的设备类型,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、粉红噪声以及循环的粉红噪声段作为不同的刺激,参与者首先完成一系列音量校准任务。接下来,参与者完成一项涉及“噪声事件”不同数量的计数任务。为了使任务标记为正确,参与者只能听到指定数量的事件:在呈现的9个事件中,数量介于5到7之间。如果他们听到的少于这个数量,则音量太小;如果听到的多于这个数量,则音量太大。之后任务将在稍后重复,以确保参与者在此期间没有调整音量(他们被告知不要这样做)。
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,他们被指示仅在右侧计数所听到的所有粉红噪声段。对于单声道,所有事件都将可被听到,但在立体声设置中,仅有少数(随机数量)将被感知。
低频限制
HALT 还检查播放设备可以输出的最低音调,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,假设该数量与其设备的能力相对应。
为了规范测试,研究人员对自己的设备进行了电声学分析,并将对照组的结果与实验参与者的结果进行比较。
HALT 的结果遵循正态分布,显示出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聆听以及使用什么类型的设备(耳机或扬声器)方面具有很高的可靠性。
Labvanced中的耳机检查
在 Labvanced 中实施了 Woods 等 2017 年的耳机检查,包括反相刺激,您可以使用它。只需访问我们的示例研究页面,点击导入将其复制到您的帐户中!
图 4: 由 Woods 等设计的耳机检查,现已在 Labvanced 中提供!
虽然 ChaitLab 的 Huggins Pitch 耳机筛查最初是在 Gorilla 中实施的,但该筛查也可在 Labvanced 中使用。作者在ChaitLabUCL GitHub上提供了完整项目,使我们的团队能够为您创建此版本。此版本也可在示例研究页面上导入!
图 5: 由 UCL 的 ChaitLab 设计的耳机检查,现已在 Labvanced 中提供!
最后,HALT 第1部分也可以在 GitHub 上通过Kilian Sander找到。如果您希望在 Labvanced 中查看此测试,请通过 Discord 或发送邮件至 [email protected] 与我们联系!
结论
这里介绍的所有耳机检查均已通过数据验证,但科学始终在发展和改进。每个检查都有其自身的优缺点,并且在各自的方式中都很有用。我们建议尝试每个检查,并结合它们的方法以匹配您正在进行的实验。
祝研究顺利!
注意: 使用任何这些资源时,请给予原始创作者信用!Labvanced 不声称拥有上述研究人员创造的任何材料的所有权。
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