6第章-心理物理學(xué)

11三月20246第章心理物理學(xué)本章主要內(nèi)容：第一節(jié) 傳統(tǒng)心理物理學(xué)感覺閾限及閾上感覺的測量第二節(jié) 心理物理函數(shù)韋伯定律；費希納定律；史蒂文斯定律第三節(jié) 感覺的直接測量第四節(jié) 信號檢測論原理及應(yīng)用第二節(jié)心理物理函數(shù)物理刺激可由物理量表來測量。例如，一個西瓜的重量，我們可以用千克來量，一張桌子的長度我們用米來量。但是，心理量的大小卻不能用物理量表來測量。為什么？心理量與物理量的屬性不同。1ft.=30.48cm1.刺激的物理值的變化不一定會引起心理上相應(yīng)的一對一的變化。例如，實驗證明聲音的頻率從1000Hz到3000Hz增加了兩倍，但作為心理量的音高卻只增加了一倍。2.有一些物理刺激本身就難以用物理量表來測量。因此這些物理刺激引起的心理量的變化當(dāng)然也就不能用物理量表來測量。例如，一幅山水畫、書法作品就不好用什么物理量表來度量，因而，由它們引起的我們心理上的美感、喜愛程度也就不是物理量表所能測量的。心理量與物理量的關(guān)系傳統(tǒng)心理物理學(xué)的主要研究內(nèi)容：對感覺閾限的測量，三種傳統(tǒng)心理物理法的應(yīng)用；閾上感覺的測量，心理物理量表的建立。在以上兩類工作的基礎(chǔ)上，心理學(xué)家就有能力建立所謂的”心理物理函數(shù)”（psychophysicsfunction）。心理物理函數(shù)是描述對刺激的心理感受和刺激的物理屬性之間關(guān)系的函數(shù)。一、韋伯定律刺激臨界值函數(shù)（stimuluscriticalvaluefunctions），描述了臨界刺激值（criticalstimulusvalue）即閾限，和刺激的其他方面屬性的函數(shù)關(guān)系。確定感覺閾限是否受到各種因素的影響，以及受到怎樣的影響。刺激強度與差別閾限之間的關(guān)系。即韋伯定律，也稱為差別閾限的規(guī)律或感覺的規(guī)律。（一）韋伯定律和韋伯分數(shù)所有刺激，無論其作用于眼、耳、鼻、舌或任何其他感覺器官，其刺激強度水平與其差別閾限的大小之間存在固定的數(shù)學(xué)關(guān)系：ΔΦ/Φ=C其中ΔΦ和Φ分別代表差別閾限的大小和刺激的強度水平，C代表韋伯分數(shù)。這個公式也被叫做韋伯定律（Weber’slaw）。韋伯定律——評價比較不同感覺道及不同條件下的感受性。一個可比較辨別能力的重要指標。1.不同個體某一感覺道的辨別能力2.對不同感覺道的感受性進行比較韋伯定律只適用于中等強度范圍的刺激，對于標準刺激微弱或很強時不適用。識記韋伯定律公式及定義理解：10克中增或減1克，比100克增減1克更易被覺察。定義：所有刺激，無論其作用于眼、耳、鼻、舌或任何其他感覺器官，其刺激強度水平與其差別閾限的大小之間存在固定的數(shù)學(xué)關(guān)系：ΔΦ/Φ=C韋伯定律的應(yīng)用我們的舌頭吃足夠多的辣椒以后就可以吃更辣的辣椒？在市場營銷中有多方面的運用。比如，在降或漲價的過程中；或?qū)Ξa(chǎn)品加以改變過程中的應(yīng)用。二、費希納定律費希納(1801-1887)：德國物理學(xué)家、實驗心理學(xué)家，心理物理學(xué)、實驗美學(xué)的創(chuàng)始人。費希納生平1.受謝林的自然科學(xué)的影響，相信自然界是有序的。2.斯賓諾沙的心身合一的雙邊論，心和身是同一物的兩個方面，可以像研究自然一樣研究人的精神世界。如何使用定量的科學(xué)方法探索研究人的精神世界？這個問題在很長一段時間困擾著費希納，他想找到一個確定身心活動關(guān)系的方法。費希納生平通過對感覺的實驗觀察，他突然領(lǐng)悟到在日常生活中存在一種數(shù)量關(guān)系，當(dāng)感覺強度按算術(shù)級數(shù)增長的時候，刺激似乎是以幾何級數(shù)增長的。費希納生平以心理量的最小可覺差為單位，對應(yīng)物理量以刺激增量為單位，看看刺激強度的變化會引起感覺上如何變化？如何測得絕對閾限和差別閾限是建立數(shù)量關(guān)系要解決的主要問題？1.他設(shè)計了三種測量感覺閾限的方法——最小變化法、恒定刺激法及平均差誤法，2.差別閾限的實驗使得求證過程變得非常寵大韋伯定律對費希納的啟發(fā)。刺激強度水平與其差別閾限的大小之間存在不變的正比例關(guān)系。費希納用公式ΔΦ/Φ＝c概括韋伯的發(fā)現(xiàn)。韋伯定律的提出啟發(fā)了費希納，用差別閾限法構(gòu)建心理量表的大量試驗就可以節(jié)省下來。二、費希納定律（一）費希納定律的推導(dǎo)理論準備：1.韋伯定律是正確的，用于確定差別閾限量值。2.每一個差別閾限稱為一個最小可覺差j.n.d[JustNoticeableDifference]，假設(shè)每個j.n.d在心理上都是相等的。3.心理量就用JND來作單位，物理刺激強度以刺激增量為單位，建立物理刺激強度與心理感覺之間的數(shù)量關(guān)系來說明。（一）費希納定律的推導(dǎo)第1個j.n.d所對應(yīng)的刺激強度：I1=I0+I0*W=I0（1+W）1第2個j.n.d所對應(yīng)的刺激強度：I2=I1+I1*W=I0（1+W）2第3個j.n.d所對應(yīng)的刺激強度：I3=I0（1+W）3……第s個j.n.d所對應(yīng)的刺激強度：IS=I0（1+W）S

S表示主觀上感覺的大小，以j.n.d為單位。I表示物理刺激的強度，I0表示刺激的絕對閾限，W表示韋伯分數(shù)。（一）費希納定律的推導(dǎo)己知：某感覺道的絕對閾限為10個單位，a＝10;韋伯分數(shù)為0.2，C＝0.2。心理量………刺激強度0………………...感覺閾限a=101………………...a(1+C)=10(1+0.2)2………………...a(1+C)2＝10(1+0.2)23………………...a(1+C)3＝10(1+0.2)3….n………………...a(1+C)n＝10(1+0.2)na(1+C)n＝Φ………………...（1）心理量ψ對應(yīng)的是感覺閾限上j.n.d數(shù)目ψ=log(1+C)(Φ/a)……………（2）K=1/[lg(1+C)lga]ψ=KlgΦ………………...…（3）費希納定律的公式ψ=KlgΦψ是心理感覺的量值，Φ是物理刺激高出絕對閾限以上的單位數(shù)量，K是固定的系數(shù)。這個公式就是費希納對數(shù)定律。感覺強度的變化和刺激強度的對數(shù)變化成正比。說明心理量是刺激量的對數(shù)函數(shù)，即當(dāng)刺激強度以幾何級數(shù)增加時，感覺的強度成算術(shù)級增加。以刺激強度的對數(shù)為橫坐標，感覺強度為縱坐標，兩者之間成線性關(guān)系。（二）費希納定律的成立條件費希納定律成立的條件，兩個假設(shè)：（1）假定韋伯定律對所有類型和強度的刺激都是正確的；（2）假定所有最小可覺差在心理上都是相等的。對費希納定律的批評基于以上兩個假設(shè)，對費希納定律提出不同的意見有：1.由于韋伯定律只適用于中等強度范圍的刺激，對于標準刺激微弱或很強時不適用。因此，同樣當(dāng)刺激強度接近絕對閾限或很強時，費希納定律就再不適用。2.關(guān)于最小可覺差在心理上是否等量，有著不同的意見。后來的實驗已經(jīng)證明，隨著刺激強度水平的增長，每一個最小可覺差所代表的心理感受量值并不是相等的（Stevens，1936）。杜那普和皮耶?。―urup和Piéron，1933）要求被試調(diào)整藍色光和紅色光的亮度，使它們看起來明度一致。這種判斷在心理上都是對明度感覺。調(diào)整藍色光和紅色光增減同數(shù)量的最小可覺差。如果最小可覺差是不變的，那調(diào)整后的兩色光明度應(yīng)該是一樣的。實驗結(jié)果表明：明度一致的兩種色光，在同樣變化相同數(shù)量的最小可覺差之后，明度變得不一致了。3.以W.詹姆斯為代表的內(nèi)省心理學(xué)家認為，每個感覺都是完整的，是不能分析成部分的。對深紅色的感覺是一個完整的感覺，而不是感到一份淺紅色上加上許多淺紅色。三、史蒂文斯定律心理量和物理量之間的共變關(guān)系，并非對數(shù)函數(shù)關(guān)系，而應(yīng)是一個冪函數(shù)關(guān)系。也被稱為冪定律。這一方法是對心理感覺的直接測量。被認為是現(xiàn)代心理物理法的開端。不管心理量與物理量之間的關(guān)系依什么定律，它們之間都有一定的函數(shù)關(guān)系。這是肯定的。（一）史蒂文斯定律的由來對最小可覺差的重新理解：神經(jīng)量子理論在聲音的辨別實驗，推論基本神經(jīng)過程是按全或無定律進行。假設(shè)反應(yīng)刺激變化過程的神經(jīng)結(jié)構(gòu)在機能上被分為各個單元或量子。聲音靜息激活水平閾限水平神經(jīng)量子神經(jīng)量子論的模型有兩種連續(xù)體：（1）刺激連續(xù)體（stimuluscontinuum）（2）神經(jīng)單元階梯式的感覺連續(xù)體（sensorycontinuum）在刺激連續(xù)體上，St是標準刺激值。a、b、c是肯定能夠興奮附加量子的刺激增量；ΔΦ只能部分興奮神經(jīng)量子所需要的刺激增量。在感覺連續(xù)體上，P是St產(chǎn)生的“剩余”興奮量只有ΔΦ+剩余量(P)達到等于或大于興奮一個附加量子所需的能量(Q)時，才能產(chǎn)生可覺的感覺反應(yīng)。ΔΦ=Q-PΔΦ≥Q-P時，給定的ΔΦ就完全可以興奮附加量子。增量愈大，辨認的數(shù)量愈多。理論上刺激反應(yīng)間關(guān)系曲線應(yīng)是梯形跳躍式實際測量是遞加的拱形曲線刺激強度Φ正確感覺差別的反應(yīng)（二）冪定律的提出數(shù)量估計法主試者先呈現(xiàn)一個標準刺激，例如，一個重量，并賦予標準刺激一個主觀值，例如為10然后讓被試者以這個主觀值為標準，將其他比較刺激的主觀強度用數(shù)據(jù)表示。以刺激值為橫坐標，感覺值為縱坐標，制成感覺比例量表。假設(shè)：如果兩個刺激的比例不變，則由此引起的感覺的比例也不變。以Si和Sj代表Ii和Ij所引起的心理量Ii/Ij=K，Si/Sj=N （K、N為常數(shù)）lgIi-lgIj=lgK，lgSi-lgSj=lgN。這個結(jié)果表明在雙對數(shù)坐標上，在物理量表上距離相等的兩個刺激在心理量表上距離也相等（見下圖）。雙對數(shù)坐標得到的直線圖以上直線可表示為lgS=algI+lgb（y=kx+b的形式)兩邊取反對數(shù)得到S=Ia×b即S＝bIa提出了刺激強度和感覺量之間關(guān)系的冪定律：S＝bIaS是感覺量；I代表物理量；b是由量表單位決定的常數(shù)；a是感覺道和刺激強度決定的冪指數(shù)。實驗者呈現(xiàn)一個標準刺激，一個長度（某一明度或某一電擊），規(guī)定它的主觀值為1。以這個主觀值為標準，對其他同類強度不同的刺激進行判斷，用一個數(shù)字表示。電擊的感覺強度比產(chǎn)生電擊的物理強度的增長快得多 S＝I3.5

2.明度比光能的增長卻慢得多

S＝I0.343.線段的主觀長度和線段的物理長度則有同樣的增長率

S＝I1

電擊：S＝I3.5明度：S＝I0.34長度：S＝I1電擊：logS＝3.5logI明度：logS＝0.34logI長度：logS＝logI冪函數(shù)的指數(shù)值a決定著曲線的形狀。例如，當(dāng)指數(shù)值為1.0時，便是一條直線，即刺激和感覺之間為簡單的正比關(guān)系；a>1時，則為正加速曲線；a<1時，便為負加速曲線。心理物理學(xué)三大定律的比較比較內(nèi)容韋伯定律費希納定律史蒂文斯定律基礎(chǔ)重量辨別實驗韋伯定律神經(jīng)量子理論表達式ΔΦ/Φ=C其中ΔΦ和Φ分別代表差別閾限的大小和刺激的強度水平，C代表韋伯分數(shù)（Weber’sfraction）。ψ=KlgΦψ是心理感覺的量值，Φ是物理刺激高出絕對閾限以上的單位數(shù)量，K是固定的系數(shù)。S＝bIaS是感覺量；I代表物理量；b是由量表單位決定的常數(shù)；a是感覺道和刺激強度決定的冪指數(shù)。含義所有刺激，無論其作用于眼、耳、鼻、舌或任何其他感覺器官，其刺激強度水平與其差別閾限的大小之間存在固定的數(shù)學(xué)關(guān)系。感覺強度的變化和刺激強度的對數(shù)變化成正比。說明心理量是刺激量的對數(shù)函數(shù)，即當(dāng)刺激強度以幾何級數(shù)增加時，感覺的強度成算術(shù)級增加。心理量與物理量的冪成正比例函數(shù)關(guān)系。比較內(nèi)容韋伯定律費希納定律史蒂文斯定律應(yīng)用比較不同感覺道及不同條件下的感受性。對差別閾限法制作心理-物理量表的發(fā)展。不同感覺通道之間的主觀量比較。適用條件只適用于中等強度范圍的刺激，對于標準刺激微弱或很強時不適用。假定韋伯定律對所有類型和強度的刺激都是正確的；假定所有最小可覺差在心理上都是相等的。冪定律的重要性在于其相等的刺激比例產(chǎn)生相等的感覺比例這一含義。由此可以認為，如果所有的刺激強度都按百分比增加或是減少，那么感覺變化的比例則保持恒定。第三節(jié)感覺的直接測量一、感覺的直接測量法感覺的間接測量是指借助于某一中介變量或中介反應(yīng)來測量感覺（如恒定刺激法、最小變化法、調(diào)整法）。間接的方式確定心理量的大?。罕辉囆枰磻?yīng)的是對刺激有無的判斷，或是將刺激調(diào)整到心理上等值，卻并不需要直接報告自身感覺的強弱程度。直接測量感覺：對心理感受直接按其強度賦予數(shù)值，而不必通過如最小可覺差的個數(shù)等中介變量或有無刺激出現(xiàn)等中介反應(yīng)。感覺直接測量法主要有數(shù)量估計、數(shù)量生產(chǎn)和絕對數(shù)量估計。（一）數(shù)量估計數(shù)量估計（MagnitudeEstimation）：Richardson和Ross（1930）程序：被試聽到一個標準音調(diào)而且被告知它的響度用數(shù)字“1”來表示。然后要求被試用其他數(shù)字表示測驗的音調(diào)，這些音調(diào)在強度上與標準數(shù)字”1”成比例變化。當(dāng)聲音強度用被試直接賦予的數(shù)值來描述時，得到的結(jié)果是一個冪函數(shù)而不是費希納的對數(shù)函數(shù)。其研究結(jié)果可視作史蒂文斯定律（S＝bIa）的前身被試在數(shù)量估計中用數(shù)字表示的反應(yīng)R隨刺激強度￠的變化能夠描述為一個冪函數(shù)，方程包含指數(shù)β和常數(shù)k。R=kφβ VS ψ＝kφβ其中的變化在于公式左邊由表示被試估計數(shù)字的反應(yīng)R，變成了代表心理感覺量值的ψ。因此，隱含在史蒂文斯定律中的一條假設(shè)是：他假設(shè)觀察者的平均反應(yīng)是和感覺經(jīng)驗的數(shù)量成比例的（R∝ψ，∝指成比例）。數(shù)量估計法的兩種形式（一）其一是給被試呈現(xiàn)一標準刺激，并告訴他們這一刺激對應(yīng)的感覺是某個確定值，例如10。在隨后的試驗中，被試要根據(jù)標準刺激的數(shù)值，給由其他刺激（標準刺激的某個倍數(shù)）產(chǎn)生的感覺賦值。一般來說，使用大約10到20個刺激且每個刺激以隨機順序呈現(xiàn)給被試2到3次。通過每個被試對每個刺激的反應(yīng)來計算中數(shù)或幾何平均數(shù)，然后通過計算所有觀察者的中數(shù)或幾何平均數(shù)把數(shù)據(jù)結(jié)合在一起（Stevens，1957，1958）。數(shù)量估計法的兩種形式（二）其二是沒有標準刺激的初始賦值，所有刺激都隨機呈現(xiàn)給被試。他們要對第一個呈現(xiàn)的刺激隨意指定一個數(shù)值來代表它所產(chǎn)生的感覺量，并據(jù)此對接下來的所有刺激一一賦值。不少研究者認為這種形式的數(shù)量估計法更好一些，因為它讓被試自己決定采用的數(shù)字大小范圍，能夠避免因?qū)嶒炚咧付ǖ臉藴蚀碳じ杏X量值不合被試使用習(xí)慣而造成的影響。算術(shù)平均數(shù)與幾何平均數(shù)在數(shù)量估計法中，絕少使用算術(shù)平均數(shù)進行統(tǒng)計，而普遍采用幾何平均數(shù)（n個正數(shù)乘積的n次方根）。原因幾何平均數(shù)能避免少數(shù)被試在賦值時采用極大或極小數(shù)字的影響。如果心理-物理的冪函數(shù)關(guān)系正確的話，那么幾何平均數(shù)能保留在算術(shù)平均過程中損失的心理物理函數(shù)特征。如果不同被試的冪函數(shù)具有不同的指數(shù)，那么這些被試數(shù)據(jù)的幾何平均仍然服從冪函數(shù)關(guān)系，其指數(shù)將是所有被試各自冪函數(shù)指數(shù)的算術(shù)平均數(shù)；反之，對所有被試數(shù)據(jù)作算術(shù)平均，最終的結(jié)果很可能不再服從冪函數(shù)關(guān)系。（二）數(shù)量生產(chǎn)數(shù)量生產(chǎn)（MagnitudeProduction）是數(shù)量估計法的反向程序。在數(shù)量生產(chǎn)中，給被試一個用數(shù)字表示的感覺量值，要求他們調(diào)整刺激產(chǎn)生相應(yīng)的感覺量。數(shù)量生產(chǎn)法配合對同一感覺的數(shù)量估計法測量，可以作為抵消任一種方法固有系統(tǒng)誤差的方式（Stevens，1958）。直接測量中的系統(tǒng)誤差此處的系統(tǒng)誤差主要是數(shù)量估計時的回歸效應(yīng)，指被試避免作出極端反應(yīng)、盡量向中間反應(yīng)值靠攏的傾向?？梢灶A(yù)計被試對刺激的賦值一般會在中間大小的數(shù)字范圍內(nèi)。非常弱的刺激所引起的感覺數(shù)量估計可能會被夸大，而那些強刺激所引起的感覺量可能會被估計不足。在數(shù)量生產(chǎn)程序中，情況恰恰相反：當(dāng)被試試圖調(diào)整很小數(shù)值對應(yīng)的刺激時，回歸效應(yīng)會使得調(diào)整結(jié)果