基于Psychopy的语音感知实验操作示例

PsychoPy 是一个功能强大的工具，用于创建和运行心理学实验。它提供了直观的图形用户界面（Builder）和灵活的编程环境（Coder），使得无论是没有编程经验的初学者，还是需要高级控制的研究者，都能够方便地设计复杂的实验。本文将介绍PsychoPy的主要页面及其功能，并且给出一个基于Psychopy的语音感知实验操作示例。

页面介绍

1. 启动PsychoPy

当你启动PsychoPy时，会看到以下界面：

  • Builder视图：用于图形化地创建实验。
  • Coder视图：用于编写自定义代码。
  • Runner视图：用于运行和监控实验。

默认情况下，PsychoPy会打开Builder视图。

2. Builder视图

Builder视图是PsychoPy的核心功能区，提供了一个直观的图形化界面，用户可以通过拖放组件来设计实验。

2.1 工具栏

工具栏提供了一些常用功能的快捷方式。

image-ifya.png

2.2 流程（Flow）

image-wewv.png

流程区域显示实验的整体结构，通过将例程或循环 拖放到流程中，用户可以设置实验的顺序和循环。每个例程代表实验中的一个步骤或阶段。

2.3 例程编辑器（Routine Editor）

例程编辑器用于设计每个实验阶段的具体内容。用户可以在例程中添加各种刺激和响应组件，例如文本、图片、声音、键盘响应等。每个组件都有详细的属性设置，可以精确控制其显示和行为。

3. 主要组件介绍

PsychoPy的Builder视图提供了多种组件，用于创建不同类型的实验内容。以下是一些常用组件的介绍：

  • 文本组件（Text）用于在屏幕上显示文本。
  • 图片组件（Image）用于在屏幕上显示图片。
  • 声音组件（Sound）用于播放声音。
  • 键盘响应组件（Keyboard）用于记录参与者的按键响应。
  • 代码组件（Code）用于设置一些复杂的实验逻辑。

这些组件一般都涉及以下基础设置：
名称（Name）：组件的名称，用于在代码和其他设置中引用该组件。

  • 起始时间（Start）：
  • 时间（s）：组件开始的时间，以秒为单位。
  • 结束时间（Stop）：
  • 持续时间（s）：组件的持续时间。
    在此处不展开叙述各个组件的特性设置，在后文操作步骤中会详细叙述。

屏幕单位

在PsychoPy中，坐标系统的设置取决于你选择的单位和实验的需求。PsychoPy支持多种单位系统，包括像素（'pix'）、归一化（'norm'）、高度（'height'）和度（'deg'）等，每种单位系统对坐标的解释都有所不同。下面是关于这些单位系统及其坐标设置的一些详细信息：

  1. 像素 ('pix'):

    • 这是最直接的单位，坐标原点在窗口中心，向右和向上为正方向。例如，一个1920x1080的窗口中，原点为(0, 0)，右上角为(960, 540)。

  2. 归一化 ('norm'):

    • 在这个单位系统中，坐标原点同样位于窗口中心，但每个轴的范围从-1到1，不论窗口的实际尺寸。例如，右上角的坐标是(1, 1)，左下角是(-1, -1)。

  3. 高度 ('height')⭐:

    • 这个单位基于窗口的高度，保持高度为1单位，宽度根据窗口比例自动调整。原点位于窗口中心，顶部中心坐标为(0, 0.5)。

  4. 度 ('deg'):

    • 用于视觉实验，假设观察者位于屏幕的正中央，屏幕距离适当。单位是视觉角度，常用于视觉刺激的呈现。

设置坐标时，你可以根据实验的设计和需要选择最合适的单位。例如，如果你正在做一个视觉搜索任务，可能会使用'pix'或'deg'单位以获得更精确的控制。一般来说，使用height或norm对不同屏幕的兼容性最好。

使用 norm 或height作为单位时，字符高度设置为0.05表示字符高度为屏幕高度的5%。norm单位通常用于定义相对于屏幕尺寸的位置和尺寸，使得实验在不同分辨率下具有一致的比例。

更改默认单位

如果你需要更改默认单位，可以按照以下步骤操作：

  1. 在PsychoPy Builder中:

    • 打开实验设置（Experiment Settings）。

    image-ntaf.png

  • 在“通用” 选项卡中，你可以找到“Units” 设置。

  • 从下拉菜单中选择所需的单位，本案例选择 height。

    image-gtka.png

收集参与者信息

设置实验信息对话框

  1. 打开实验设置

    • 在PsychoPy Builder模式中，点击顶部菜单栏中的“实验设置”按钮（齿轮图标）。

    image-gpgi.png

  2. 添加实验信息字段

  • 在弹出的对话框中，找到“实验信息”部分。

  • 在“Field”列中添加需要收集的信息字段名称，例如“sex”（性别）和“age”（年龄）。

  • 在“默认”列中可以设置默认值或者留空。

    image-mdhc.png

配置实验信息字段

  1. 性别字段设置

    • 在“Field”中添加sex，表示需要收集被试的性别。
    • 默认值可以留空。

  2. 年龄字段设置

    • 在“Field”中添加age，表示需要收集被试的年龄。
    • 默认值同样可以留空。

实操：一个辨认实验的预实验流程

本实验旨在研究参与者在不同刺激条件下的反应时间。实验流程包括指示页面、凝视点显示、实验刺激呈现和反馈阶段。以下是实验各个步骤的详细描述。

流程概述

image-fkes.png

  1. Instruction 1 (指示页面)：
    • 参与者首先看到一段指示文字，解释实验任务并指导他们按空格键开始实验。
    • 这个阶段使用了文本刺激（instruction_1）和键盘响应（key_intro_start）来控制实验开始。
  2. Fixation Point (注视点)：
    • 在每个实验试次开始前，屏幕中央会显示一个凝视点“+”，确保参与者的注意力集中。
    • 这个阶段持续2秒左右，包含一个声音提示（beep），视觉凝视点（fixation）和一个预实验声音（sound_pre）。
  3. Pre-experiment Trials (预实验试次)：
    • 在正式实验开始前，参与者会进行一些预实验试次，以熟悉实验流程和任务。
    • 这一阶段包括两个文本刺激（leftText_pre和rightText_pre）分别显示在屏幕的左侧和右侧，以及一个键盘响应（practice_resp）来记录参与者的反应。
    • 代码组件（code_pre）用于计算和评估参与者的反应时间，并生成反馈信息。
  4. Feedback (反馈)：
    • 每个试次结束后，参与者会收到基于其反应时间的反馈。
    • 反馈阶段持续1秒，通过文本刺激（feedback）呈现反馈信息，会显示“按键太慢了”或“很棒”
  5. familiar_check
    • 询问参与者是否已经熟悉流程了流程，如果参与者已经熟悉，则继续后面的实验，如果不熟悉，则继续进行预实验循环。

详细步骤

1.创建新的实验

  1. 打开PsychoPy。
  2. 创建一个新的实验文件，可以命名为 demo.psyexp。

2.创建说明页面

  1. 在 Flow 标签下，点击 插入例程 按钮，命名为 instruction1。
  2. 在 instruction1 例程中，添加一个文本刺激（Text）和一个键盘响应（Keyboard）。

image-jded.png

  • 文本刺激的基础设置：

    image-zmrw.png

  • 名称: instruction_1

  • 文本: "(自行设置你的实验介绍)……如果准备好了，请按空格键开始，开始练习。"

  • 起始: 0.0

  • 终止-持续时间: 设置为空白（空白表示持续到按键响应为止）
    文本刺激的布局设置：

    image-iaqz.png

  • 位置[x, y] (Position [x, y]): 这里显示的值是 (-0.5, 0)，表示刺激在屏幕上的横纵坐标位置。横坐标 (x) 为 -0.5，表示相对于屏幕中心向左移动0.5个单位。纵坐标 (y) 为 0，表示不在垂直方向上移动。单位取决于 “Spatial units” 设定。

  • Spatial units: 这里的选项为 “从实验设置 ”，表示位置的单位是根据实验的全局设置来决定的。常见单位有像素 (pixels)、度 (degrees)、norm (标准化坐标) 等。

  • 朝向 (Orientation): 这里的值为 0，表示刺激没有旋转，即保持初始方向。

  • 换行宽度 (Wrap width): 这里的值为 0.5，通常用于文本刺激，表示文本在屏幕上换行的宽度。

  • 翻转（镜像）(Flip): 这里的选项为 “None”，表示不对刺激进行镜像翻转。
    后文各种组件的“布局”设置与此相同，后文中不再详细解释。

  • 键盘响应：

    image-seov.png

  • Name: key_intro_start

  • Start: 0.0

  • Force end of Routine: 勾选，表示操作后就结束该例程，进入下个页面。

  • 允许的按键：'space'，即空格键。

3.创建注视点页面

在 Flow 标签下，点击 插入例程 按钮，命名为 Fixation_point。

添加“beep”组件

  1. 在右侧页面选择“Sound组件”。

image-owif.png

  1. 将新添加的声音组件命名为“beep”。

  2. 设置“beep”组件的属性：

    image-dcvb.png

  • 名称（Name）：组件的名称“beep”。
  • 起始时间（Start）：
    • 时间（s）：在本例中，beep组件从0秒开始。
  • 结束时间（Stop）：
    • 持续时间（s）：在本例中，beep组件持续1秒。
  • 声音：设置声音的频率或选择声音文件。在本例中，输入200，即输入一个200 Hz的声音。
  • 同步屏幕开始（Sync start with screen）：勾选后，声音组件将与屏幕刷新同步开始，从而提高实验结果的准确性和一致性。

添加“sound_pre”组件

  1. 在右侧页面选择“Sound组件”。

image-xlhx.png

  1. 将新添加的声音组件命名为“sound_pre”。
  2. 设置“sound_pre”组件的属性：

image-bdzl.png

  • 起始（s）：1.1
  • 持续（s）：1.2
  • 声音文件：$sound（需要在循环中的条件文件中定义这些变量，见后文）。
  • 勾选“Sync start with screen”选项。

添加“fixation”组件

  1. 在右侧页面选择“Polygon组件”。

image-zamp.png

  1. 将新添加的图形组件命名为“fixation”。
  2. 设置“fixation”组件的属性：

image-akmf.png

  • 起始时间（s）：0.0
  • 持续时间（s）：2.3，这里的数值和音频长度有关。
  • 形状：组件的形状，可以选择十字（Cross）、圆点（Dot）等。在本例中，选择的是十字。

例程概览

image-naxd.png

4.创建预实验例程

在 Flow 标签下，点击 插入例程 按钮，命名为 Pre_experiment。

添加“leftText_pre”组件和“rightText_pre”组件：

  1. 在右侧页面选择“Text组件”。

  2. 将新添加两个文本组件，分别命名为“leftText_pre”和“rightText_pre”。

  3. 设置它们的属性：

    image-oqhj.png

    image-acag.png

  • 名称（Name）：组件的名称，。
  • 起始时间（Start Time）：0.0 秒。
  • 持续时间（Duration）：
  • 文本内容（Text）：$text1 和 text2（需要在循环中的条件文件中定义这些变量，见后文）。

添加“practice_resp”组件：

  1. 在右侧页面选择“Keyboard组件”。
  2. 设置它的属性：

image-oxtz.png

  • 名称（Name）：practice_resp，
  • 起始时间（Start Time）：0.0 秒。
  • 持续时间（Duration）：设置为空。
  • 允许的按键（Allowed keys）：'f', 'j'。
  • 结束例程（Force end routine）：勾选后，当按下允许的按键时，例程将结束。

添加代码组件

  1. 添加“code_pre”组件：

    • 在右侧页面选择“Code”

    • 将新添加的代码组件命名为“code_pre”。

    • 在“结束例程（End routine）”选项卡中，输入以下代码以检查响应时间并设置反馈文本：

      image-buny.png

# 检查practice_resp.rt是否为列表
if isinstance(practice_resp.rt, list):
    rt = practice_resp.rt[0]  # 获取第一个反应时间
else:
    rt = practice_resp.rt  # 直接使用反应时间

# 检查反应时间是否小于或等于4秒
if rt is not None and rt <= 4.0:
    feedback_text = "很棒" #变量feedback_text会在后面的feedback页面中引用。
else:
    feedback_text = "太慢了"

例程概览

image-ilyg.png

5.创建feedback页面

  1. 在 Flow 标签下，点击 插入例程 按钮，命名为 feedback。

  2. 在右侧页面选择“Text组件”。

  3. 设置属性：

    image-xabd.png

例程概览

image-rbto.png

6.创建小循环trials_pre

在 Flow 标签下，点击 插入循环 按钮，命名为 trials_pre，包括以下内容：

image-hrsh.png

image-rcwx.png

  • 名称（Name）：用于指定该循环的名称，方便在代码和其他设置中引用该循环。
    • 示例：trials_pre
  • 循环类型（Loop type）：用于选择循环的类型，有以下选项：
    • 顺序（sequential）：按顺序进行循环。
    • 随机（random）：随机选择条件进行循环。
    • 完全随机（fullRandom）：每次完全随机选择条件。
    • 本例选择random
  • Is Trials（in trials）：用于指定该循环是否为试验循环。勾选后，PsychoPy会将该循环视为试验循环，每一行条件对应一个试验。
    • 示例：勾选
  • 循环次数（Number of repeats）：用于设置循环应重复的次数，本例输入1次，因为是预实验阶段，只是让被试熟悉步骤，不需要循环很多次。
  • 选择行（Selected rows）：用于指定要选择的行。可以输入特定的行号或行号范围。如果为空，则选择所有行。如输入 0:5 表示选择第0到第4行。
  • 随机种子（Random seed）：用于设置随机种子，确保实验的随机选择可以重复。如果为空，则每次运行实验时随机选择会不同。
  • 条件（Conditions）：用于选择包含实验条件的文件。通常是一个Excel文件或CSV文件，其中每一行定义了一组试验条件。本案例填写的是lib/condition/pre_experiment1.xlsx

本案例的条件文件 pre_experiment1.xlsx，其中包含以下列：

image-xtuk.png

  • text1：左侧文本的内容，所以leftText_pre填入$text1
  • text2：右侧文本的内容，所以rightText_pre填入$text2
  • sound：声音文件的路径，所以sound_pre里填入了$sound。并且可以观察到，sound里面是声音文件的路径，而且使用了相对路径。
  • sound_type：声音类型（这一列没有用到，和本次实验无关。但是最终数据文件导出的时候也会随之导出，有时候这样做可以减少后期分类的工作量。）

关于相对路径

在之前的步骤中，我们会发现条件文件和声音文件都使用了lib文件夹，这里涉及相对路径的格式，也就是引用的文件的路径是相对于你保存的 .psyexp 实验文件所在的目录的。
这是本案例项目文件结构：

image-hfca.png

可以发现lib和psyexp文件是同级的，此时就可以直接引用类似lib/sound/a10.wav的格式。普遍来说，相对路径有如下格式：

  1. 当前目录：使用相对路径中的.表示当前目录，此处的.可以省略。
    • 示例：./filename.xlsx
  2. 子目录：如果文件在当前目录的子目录中，使用相对路径从当前目录指向子目录，此处的.可以省略，本案例就是这种情况。
    • 示例：./subdir/filename.xlsx
  3. 父目录：使用相对路径中的..表示上一级目录，可以用来访问上一级目录。
    • 示例：../filename.xlsx（上一级目录中的文件）
    • 示例：../subdir/filename.xlsx（上一级目录的子目录中的文件）
  4. 多层目录：可以组合多个相对路径符号访问多层目录。
    • 示例：../../subdir/filename.xlsx（上两级目录中的子目录中的文件）

使用相对路径的好处是它提高了实验的可移植性，无论是在不同的计算机上还是在不同的文件系统结构中，实验文件都可以正确找到所需的资源文件。确保你的相对路径是基于你的 .psyexp 文件所在的目录的相对位置。

7.添加熟悉度检查例程

在 Flow 标签下，点击 插入例程 按钮，命名为 familiar_check。

添加“key_resp_check”组件
  1. 在PsychoPy的时间轴中，右键点击选择“添加”->“键盘响应组件”。
  2. 将新添加的键盘响应组件命名为“key_resp_check”。
  3. 设置“key_resp_check”组件的属性：

image-ezjr.png

  • 名称（Name）：key_resp_check
  • 起始时间（Start Time）：0.0 秒。
  • 持续时间（Duration）：保持默认值，表示组件在整个例程中都有效。
  • 允许的按键（Allowed keys）：'y', 'n'。
  • 结束例程（Force end routine）：不勾选，以便根据代码组件的判断来结束例程。
添加“text”组件

  1. 在PsychoPy的时间轴中，右键点击选择“添加”->“文本组件”。

  2. 将新添加的文本组件命名为“text”。

  3. 设置“text”组件的属性：

    image-gfwr.png

  • 名称（Name）：text
  • 起始时间（Start Time）：0.0 秒。组件开始的时间，以秒为单位。
  • 持续时间（Duration）：保持默认值，表示组件在整个例程中都显示。
  • 文本内容（Text）：
你是否已经熟悉按键操作？ 如果要再练习一遍，请按N。 如果开始正式实验，请按Y。
添加“code_familiar_check”代码组件

  1. 在PsychoPy的时间轴中，右键点击选择“添加”->“代码组件”。

  2. 将新添加的代码组件命名为“code_familiar_check”。

  3. 在“每帧（Each Frame）”选项卡中，输入以下代码以检查按键响应并设置循环控制：

    image-yveg.png

# Each Frame - 选项卡中的代码

# 检查按键响应
keys = key_resp_check.getKeys(['y', 'n'])

# 如果有响应
if keys:
    if 'y' in [key.name for key in keys]:  # 'y'表示熟悉
        trials_familiar.finished = True  # 结束大循环
    else:
        trials_familiar.finished = False  # 继续大循环
    continueRoutine = False  # 结束当前例程
例程概览

image-hqwh.png

大循环

在 PsychoPy Builder 中设置一个外部大循环，包含上文中的预实验循环trials_pre和熟悉度检查familiar_check。即在小循环结束后，进入熟悉度检查阶段，判断是否熟悉操作，如果不熟悉则继续大循环，否则退出大循环并继续后续实验。
在 Flow 标签下，点击 插入循环 按钮，创建外部大循环 trials_familiar：

  • 包含 trials_pre里的各个例程 和 familiar_check。

image-jqxt.png

  • 设置 nReps 为一个很大的数（例如 100）。

image-pkgt.png

步骤7：运行实验

  1. 在菜单栏中选择 Run -> Run Experiment 或按快捷键 Ctrl+R（Windows）或 Cmd+R（Mac）。
  2. 实验会开始运行，将看到文本指示、凝视点、实验刺激和反馈。

总结

通过以上步骤，我们创建了一个简单的PsychoPy实验，包含指令页面、凝视点、实验刺激和反馈页面，可以根据实验需求进行进一步扩展和修改。

进阶技巧

音频结束后立刻结束routine（音频长度未知）

在PsychoPy中，要实现音频播放完毕后自动跳转到下一个routine，你需要在当前routine的最后一个组件中设置结束条件为"音频结束"。具体步骤如下：

  1. 选择音频组件：在你的routine中选择最后一个音频组件（假设是sound_pre）。
  2. 设置音频结束：
    • 在Duration (s)栏中，不填任何数值。
    • 在Stop栏中选择Duration，然后填写音频的实际持续时间。如果你想直接通过音频的结束事件来控制，你可以使用condition，并设置条件为sound_pre.status == FINISHED。

如果你的音频组件没有明确的持续时间，可以按以下步骤设置：

  1. 在代码组件中设置音频结束条件：

    • 添加一个代码组件到routine的最后。

    • 在代码组件的Each Frame标签中，添加以下代码：

      if sound_pre.status == FINISHED:
    continueRoutine = False

这段代码会在每一帧检查sound_pre音频是否播放结束，如果结束则跳转到下一个routine。

  1. 在Experiment Settings中设置End Routine：
    • 打开Experiment Settings，在End Routine选项中确保勾选了Force end of Routine on component finish。

只需确保sound_pre的播放时间和routine的总时间一致，这样在音频播放结束后即可自动跳转。

如果音频长度是未知的，并且需要在 sound_e1 播放结束后立即播放 sound_e2，可以使用 Python 代码来动态控制这些组件的播放和停止。以下是如何实现的步骤：

  1. 在 routine 中，添加一个 Code 组件。
  2. 在 Code 组件中，选择 "Each Frame" 选项卡。
  3. 输入以下代码：
if t >= sound_e1.status == FINISHED and not sound_e2_played:
    sound_e2.play()
    sound_e2_played = True

# 停止整个 routine
if sound_e2.status == FINISHED:
    continueRoutine = False
  1. 在 "Begin Routine" 选项卡中，初始化 sound_e2_played 变量：
sound_e2_played = False

上述代码解释：

  • 在每一帧（Each Frame）中，检查 sound_e1 是否已经播放结束（sound_e1.status == FINISHED）。
  • 如果 sound_e1 播放结束且 sound_e2 尚未播放，则播放 sound_e2 并将 sound_e2_played 设置为 True。
  • 如果 sound_e2 播放结束（sound_e2.status == FINISHED），则将 continueRoutine 设置为 False，从而结束这个 routine。

通过这种方式，可以确保在 sound_e1 播放结束后立即播放 sound_e2，并在 sound_e2 播放结束后结束这个 routine。

#技术
#实验语音学 #感知实验#Python
基于Psychopy的语音感知实验操作示例
http://whxblog.com//archives/edbf7db2-8b8e-4fa0-b62a-5f3fff6cc660
作者
W
发布于
2024年06月01日
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