Меняется спектральная окраска воспринимаемого звука. Я выделил "воспринимаемого", потому что, как Вы пояснили в комментах, эффект проявляется ещё и с изменением уровня громкости. То есть, основных слагаемых здесь два - разная спектральная окраска воспроизводимого звука (звучание колонок отличается от звучания наушников) и разное восприятие звука, в том числе и из-за различий в громкости (восприятие разных частот у человека меняется с изменением громкости, гуглить "кривые равной громкости" или "кривые Флетчера-Мансона"). Кроме того, у наушников и колонок разные оконечные тракты звукоусиления и к звучанию колонок добавляется влияние акустики помещения, которого нет в наушниках. Что-то из этого заставляет Ваш мозг по другому воспринимать звук.
Психоакустика иной раз такие фортели выкидывает...
У меня в практике был случай, когда исполнительница не могла петь в 965-й Sennheiser (дорогой и очень качественный микрофон) - ей казалось, что она поёт на 1/4 тона мимо, причём затруднялась сказать в какую сторону. Я игрался с частоткой в её тракте, со звучанием её монитора, попробовал пустить мониторный микс в наушник по радиотракту - ничего не помогало. Спас положение "старый добрый" Shure SM-58, который я обычно использую для объявления остановок в троллейбусе ведущих на концерте.