Основной психофизический закон: Основной психофизический закон

Психофизика ощущений. Основной психофизический закон

Психофизика — это наука об измерении ощущений, изучающая количественные отношения между интенсивностью раздражителя и силой ощущения.

Основной психофизический закон

Густав Фехнер предпринял попытку разработать точный количественный метод измерения ощущений (душевных явлений). То, что сильные раздражители вызывают сильные ощущения, а слабые раздражители — слабые, было известно давно. Задача состояла в том, чтобы определить величину ощущения для каждого предъявляемого раздражителя. Попытка сделать это в количественной форме восходит к исследованиям греческого астронома Гиппарха (ок. 180 или 190-125 до н.э.). Он разработал шкалу звездных величин, делящую видимые невооруженным глазом звезды на шесть категорий: от самых слабых (шестой величины) до самых ярких (первой величины).

Эрнст Генрих Вебер на основе экспериментов по различению силы давления на кожу (веса поднимаемых на ладони грузов) установил, что вместо того, чтобы просто воспринимать разницу между раздражителями, мы воспринимаем отношение этой разницы к величине исходного раздражителя. До него аналогичный вывод уже был сделан в середине XIX в. французским физиком и математиком Пьером Бугером в отношении яркости зрительных ощущений. Г. Фехнер выразил сформулированную Э. Вебером закономерность в математической форме:

ΔR — изменение раздражителя, необходимое для обнаружения едва заметного различия в стимуляции;
R — величина раздражителя;
k — константа, значение которой зависит от вида ощущений.

Конкретное числовое значение k называют отношением Э. Вебера. В последующем было обнаружено, что величина k не остается постоянной во всем диапазоне интенсивности раздражителя, а увеличивается в области низких и высоких значений. Тем не менее отношение приращения величины раздражителя и силы ощущения (или отношение увеличения стимула к исходному его значению) остается постоянным для средней области диапазона интенсивности раздражителей, вызывающих практически все виды ощущений (закон Бугера — Вебера).

В дальнейшем измерение ощущений стало предметом исследований Г. Фехнера. Опираясь на закон Бугера — Вебера, а также на собственное допущение о том, что ощущение раздражителя представляет собой накопленную сумму равных приращений ощущения, Г. Фехнер сначала выразил все это в дифференциальной форме как dR=adI/I, затем проинтегрировал [принимая R=О при интенсивности раздражителя, равной абсолютному порогу (Iο)] и получил следующее уравнение:

R=clog Iο/I

где R — величина ощущения;
с — константа, величина которой зависит от основания логарифма и от отношения Вебера;
I — интенсивность раздражителя;
Iο — величина абсолютного порога интенсивности.

Приведенное выше уравнение получило название основного психофизического закона, или закона Вебера — Фехнера, согласно которому ощущения описываются кривой уменьшающегося прироста (или логарифмической кривой). Например, увеличение яркости, ощущаемое при замене одной лампочки десятью, будет таким же, как и в случае замены десяти лампочек сотней. Иначе говоря, возрастанию величины раздражителя в геометрической прогрессии соответствует прирост ощущения в арифметической прогрессии.

Позже были сделаны попытки уточнить основной закон психофизики. Так, американский психофизик С. Стивенс выявил степенной, а не логарифмический характер зависимости между силой ощущения и интенсивностью раздражителя:

где R — сила ощущения;
с — константа;
I — интенсивность раздражителя;
Iο —  величина абсолютного порога ощущения;
n — показатель степени, зависящий от модальности ощущений (значения приводятся в справочниках).

Обобщенный психофизический закон, предложенный Ю. Забродиным, учитывал тот факт, что характер зависимости между ощущениями и воздействующими раздражителями обусловлен осведомленностью человека о процессах ощущения. Исходя из этого, Ю. Забродин ввел в формулу закона С. Стивенса показатель z, характеризующий степень осведомленности:

Из формулы видно, что при z=0 формула обобщенного закона Ю. Забродина принимает вид закона Вебера — Фехнера, а при 2=1 — закона Стивенса.

Современные исследования шкалирования указывают, что уравнение Ю. Забродина не является обобщенным «в последней инстанции» психофизическим законом, т.е. оно не может охватить все существующее многообразие психофизических функций. В целом же Ю. Забродиным разработан системно-динамический подход к анализу сенсорных процессов.

Ставя перед собой задачу измерения ощущений, Г. Фехнер предполагал, что человек не способен непосредственно количественно оценить их величины. Поэтому он предложил косвенный способ измерения — в единицах физической величины стимула. Величина ощущения представлялась как сумма едва заметных его приращений над исходной точкой. Для ее обозначения Г. Фехнер ввел понятие порога ощущений, измеряемого в единицах стимула. Он различал абсолютный порог чувствительности и различительный (дифференциальный) порог.

Что такое психофизический закон Вебера Фехнера и на что он распространяется

В 19 веке появилась новая наука – психофизиология. Если раньше ученые искали, где в теле человека спрятана душа, то теперь они желали раскрыть все особенности восприятия мира человеком через биологию. Именно в 19 веке были открыты законы из общей психологии, которые лежат в основе ВУЗовского обучения психологов и сегодня.

В этой статье:

Густав Теодор ФехнерСуть закона ФехнераЭкспериментыПсихологические выводыПрименение закона

Густав Теодор Фехнер

Фото автора Djordje Cvetkovic: Pexels

Ученый родился в Польше, в 1901 году в семье пастора, однако во взрослом возрасте считал себя атеистом. Поступив в университет в Лейпциге, прослушал курс лекций Э.Г. Вебера, одного из первых практиков психофизиологической науки.

Вдохновленный новым направлением естествознания, Фехнер остался заниматься наукой, а к 1834 году стал профессором физики. Его стремление изучать восприятие человеком мира основывалось на философии Шиллинга, которая утверждала, что есть «светлая» реальность, и она имеет приоритет над материальной истинной.

Для Фехнера даже небесные тела были одушевленными, а, значит, обладающими своим восприятием действительности. Основываясь на трудах своего учителя, Фехнер исследует вопрос: почему изменения реальных физических величин человек воспринимает неверно. В ходе этого исследования и родился известнейший постулат Фехнера.

Суть закона Фехнера

Суть «основного психофизиологического закона восприятия» – интенсивность ощущения чего-либо прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. И эта зависимость характерна для любого раздражителя: свет, вес, звук, температура и т. п.

Основной психофизический закон Фехнера-Вебера

Куда проще понять суть закона на практических примерах.

Если люстра состоит из 2 лампочек и к ним добавить еще одну, человеку будет казаться, что стало значительно ярче. А если ту же лампочку добавить к люстре из 15 лампочек, для человека субъективное восприятие света вообще может не измениться. Или если добавить в сум немного перца, ты это сразу почувствуешь. А вот посыпь перец чили черным перцем – хуже уже не сделать.

Возвращаясь к вопросу о лампочках: как несколько раз усилить освещение помещения, чтобы человек субъективно ощущал, что свет изменяется одинаково?

Ответ прост: увеличивать число лампочек не арифметически, добавляя по одной, а геометрически. Для человека разница в освещении между двумя и четырьмя лампочками такая же, как между четырьмя и восемью.

Эксперименты

Исследования Фехнера очень легко проверить даже в домашних условиях, для этого нужен набор гирек. Человеку на вытянутую руку кладутся гирьки, глаза человека завязаны, так что понять, что вес изменился, он может только основываясь на ощущениях.

Сначала можно положить на руку гирьку 50г и затем добавлять постепенно вес, пока испытуемые не скажет, что вес изменился. Разницу между первым и вторым весом записать.

Вторая часть эксперимента: положить человек на руку сначала гирьку в 300г и постепенно добавлять еще вес. Во втором случае необходимый для появления ощущения изменения вес будет в несколько раз больше. Согласно закону Фехнера, разница будет в 6 раз.

Тот же фокус повторяется при восприятии яркости цвета на карточке. Увеличение яркости слабого цвета человек заметит быстрее, чем яркого. Для этого эксперимента существуют и компьютерные программы, где в момент изменения цвета человек должен нажать на кнопку, а время считает система.

Giphy

Эксперименты со вкусом вообще просты: сделать более соленым пересоленое блюдо сложнее и потребуется больше соли, чем при досоле несоленого блюда.

Психологические выводы

На основе закона Фехнера стали изучаться верхний и нижний пороги чувствительности человека. Это индивидуальные величины, но сам факт их наличия подтверждает, что закон Фехнера имеет место быть.

Нижний порог чувствительности – это минимальная интенсивность раздражителя, которую ощущает человек. Например, слабый запах человек не ощутит, и только концентрация в воздухе определенного числа молекул позволят человеку отметить наличие запаха.

Верхний порог – это максимальная интенсивность, после которой человек перестает ощущать различия, или ощущает их неадекватно. Например, на улице настолько холодно, что субъективно человек перестает различать разницу температур. Неадекватные ощущения часто связывают с болевым порогом. Слишком громкий звук в какой-то момент начнет делать больно ушам, и уже ни о каком адекватном восприятии сигнала речи быть не может.

Применение закона

Древнегреческий ученый Гиппархом, не имея специального оборудования, оценивал яркость звезд «на глаз» от 1 до 6.

Фото автора Pavel Danilyuk: Pexels

Конечно, сегодня его оценки полностью пересмотрены, но ученые заметили: если даже в Древней Греции ученый использовал поправку на ошибку субъективного восприятия, так что даже тогда люди использовали знания о явлении, описанном Фехнером.

Знание закона пригодилось и маркетологам. Считается, что люди склонны искать, где сэкономить большой процент на покупках, даже если они совсем небольшие и в рублях сумма будет незначительной. При этом намного реже людей стремятся найти небольшую скидку на дорогие товары, хотя разница в рублях будет намного выше.

Главное, что помогает понять закон Фехнера: твое восприятие на абсолютно. Если слабые изменения в самом начале ты замечаешь, то затем восприятие притупляется. Чем больше у тебя денег, тем меньше ты замечаешь траты и удивляешься, куда делись средства. И объективно различать вкусовые особенности дорогих блюд в ресторанах ты вряд ли сможешь, не имея специальной подготовки и навыков.

Психофизические законы

Психофизические законы

Психофизические законы:
Фехнера против Стивенса

Фон:

Психофизика — это изучение связи между стимулами реального мира и восприятием этих стимулов. Один из основных цели психофизики состоит в том, чтобы определить математические формулы, которые позволяют предсказать перцептивную реакцию на физический объект. Например, психофизика позволит вам предсказать, насколько ярким будет свет заданной физической интенсивности. Два общих психофизические законы — это закон Фехнера и степенной закон Стивенса.

В этом исследовании вы оцените, насколько яркими являются несколько цветовых пятен. Согласно закону Фехнера, воспринимаемая (психологическая) яркость цветовых пятен должна быть логарифмической функцией физической интенсивности цветовых пятен:

ψ = k ln(I / I ₀ )

Где ψ — психологическая яркость цветового пятна, I — физическая интенсивность цветового пятна (измеренная люксметр), I ₀ — это физическая интенсивность едва заметного цветового пятна, а k — константа (константа Вебера). Закон Фехнера основан на предположении, что каждая едва заметная разница (JND) психологически эквивалентна. Поэтому JND могут быть используется как линейка для определения психологической интенсивности раздражителя.

Согласно степенному закону Стивенса, воспринимаемая яркость цветовых пятен должна быть степенной функцией физической интенсивности. цветовых пятен:

ψ = с I ⁿ

Где ψ — психологическая яркость цветового пятна, I — физическая интенсивность цветового пятна (измеренная люксметр), n — степень, в которую возводится интенсивность, а c — постоянная величина. Степенной закон Стивенса основан не на предположении, а на он основан на эмпирических наблюдениях соотношения между психологической яркостью и физической интенсивностью многих различных виды раздражителей.

Цель этого исследования состоит в том, чтобы вы определили, какой из этих двух законов, Фехнера или Стивенса, лучше описывает отношение между психологической яркостью и физической интенсивностью цветовых пятен на основе предоставленных вами данных.

Исследование:

Ниже вы увидите три круга на синем фоне. Два меньших круга являются якорями для ваших суждений о яркости. из большего круга. Яркость меньшего черного круга произвольно устанавливается равной единице, а меньшему белому кружку произвольно устанавливается яркость яркость 100. Относительно двух меньших кругов вы должны ввести целое (целое) число от 1 до 100 включительно, которое указывает насколько ярким, по вашему мнению, является больший круг. Например, если вы думаете, что яркость большего круга находится ровно на полпути между яркости черного и белого круга, введите 50 (половина между 1 и 100). Если вы считаете, что яркость большего круг был на три четверти ярче меньшего белого круга, вы должны ввести 75 (три четверти от 100)

В испытаниях больший круг будет иметь несколько различных физических нагрузок. Каждая из различных физических нагрузок будут представлены четыре раза. Как только вы оцените психологическую яркость каждого цветового пятна (это не должно занять слишком много времени — не более пару минут, чтобы оценить яркость всех цветовых пятен) вы увидите таблицу своих результатов.

В таблице будут указаны приблизительные физические интенсивности и каждое из ваших четырех суждений о яркости каждой физической интенсивности. В таблицу также войдут среднее из ваших четырех суждений о каждой физической интенсивности.

Будет представлен график приблизительной физической интенсивности (ось X) в зависимости от среднего значения вашей психологической интенсивности (ось Y). На графике будут две кривые. Красная кривая — это наилучшая логарифмическая функция (кривая регрессии по методу наименьших квадратов) для ваших данных. показатель того, насколько хорошо закон Фехнера описывает ваши данные. Синяя кривая представляет собой наиболее подходящую (кривая регрессии по методу наименьших квадратов) степенную функцию для ваши данные — это показатель того, насколько хорошо степенной закон Стивенса описывает ваши данные.

Для количественной оценки того, насколько хорошо каждая кривая описывает ваши данные, коэффициент детерминации, r ² , указывается для каждой кривой. r ² сообщает нам долю изменчивости переменной оси Y, которая объясняется изменчивостью переменной по оси X. В этом случае r ² говорит нам, сколько различий в психологической напряженности объясняется различиями в физической напряженности. Чем ближе р ² до 1.000, тем лучше кривая описывает данные.

Собрать данные!:

Яркость: 1Яркость: 100

Насколько ярким кажется большой круг по сравнению с меньшими кругами?
Введите число от 1 до 100:

Психофизические законы исследуют, как разум воспринимает физический мир • Earth.com

12-08-2019

ByChrissy Sexton

Штатный сотрудник Earth.com

Психофизические законы используют математические термины для описания связей, которые связывают физический мир с ментальным миром. В частности, эти законы измеряют психологические ощущения ума в ответ на физические раздражители.

Старейшим и наиболее прочно установленным законом в психофизике является закон Вебера, заключающийся в том, что едва заметная разница в стимуле пропорциональна его первоначальной величине.

Этот закон был установлен около 200 лет назад, когда немецкий врач Эрнст Генрих Вебер определил, что вероятность того, что человек правильно угадает, какой из двух предметов тяжелее, зависит от соотношения между двумя весами.

Например, участник, который правильно сравнил два предмета весом 1 кг и 1,1 кг в 75% случаев, также окажется прав в 75% случаев при сравнении пары предметов весом 2 и 2,2 кг. Другими словами, этот человек имел бы 75-процентную вероятность успеха при сравнении любой пары весов, где один был бы на 10 процентов тяжелее другого.

Открытие Вебера открыло двери для количественной оценки поведения с точки зрения математических законов. Это простое, но точное правило восприятия важно, потому что его можно использовать для получения математических объяснений поведения с точки зрения мозговых процессов.

Было предложено много объяснений закона Вебера, но не было найдено ни одного экспериментального теста, позволяющего определить, какая модель верна. Но теперь группа исследователей из Центра неизвестного Шампалимо, возможно, наконец решила эту загадку, выявив новое психофизическое правило, лежащее в основе закона Вебера.

Согласно исследованию, которым руководил Альфонсо Ренар, закон Вебера можно объяснить количеством времени, которое требуется для принятия решения, а не только самим решением.

Для исследования крыс обучали различать два звука немного разной интенсивности и указывать на свой выбор, ориентируясь на более громкий звук. Крысы могли слушать совпадающие звуки столько, сколько им было нужно, а значит, каждая попытка давала не только выбор, но и время принятия решения.

«Наши эксперименты подтвердили, что поведение животных соответствует закону Вебера», — пояснил соавтор исследования Хосе Пардо-Васкес. «Их способность определить, какой из двух звуков громче, зависела только от соотношения интенсивности звуков. Если крысе нужно было сравнить интенсивность двух звуков, воспроизводимых тихо, ее точность была такой же хорошей, как и при воспроизведении пары громких звуков, при условии, что обе пары имели одинаковое соотношение интенсивности».

«Обычно исследования закона Вебера сосредоточены на точности различения, что и описал сам Вебер», — сказал Пардо-Васкес. «Удивительно, но времени, затраченному на принятие решения, уделялось мало внимания».

Команда поняла, что время принятия решения очень четко связано с громкостью пар звуков: чем громче звук, тем короче время принятия решения. Было обнаружено, что природа этой связи настолько математически точна, что время принятия решения, наблюдаемое для двух тихих звуков, было точно пропорционально времени принятия решения, измеренному для двух громких звуков, при условии, что их относительная интенсивность была постоянной.

Эксперты назвали этот новый психофизический закон эквивалентностью времени и интенсивности при различении (TIED), который является более жестким, чем закон Вебера, поскольку связывает точность выбора и связанное с ним время принятия решения. «Точность этого соотношения между временем принятия решений в наших экспериментах поразительна, — сказал Пардо-Васкес.