心理物理法及应用

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1、 第二讲 心理物理法一 传统心理物理学方法二 心理量表三 信号检测论四 应用实例一 传统心理物理学方法n最小变化化 刚刚引起感觉（50次数报告感觉到）n恒定刺激法n平均差误法n阶梯法报告感觉到刺激强度二二 心理（感觉）量表的编制心理（感觉）量表的编制（一）等距量表（二）等比量表（三）顺序量表 心理量的大小不能用物理量表，只能用心理量表（Psychological Scales）来测量。n顺序量表只能依照某种规则给所测量的特征排一个数量上的顺序，它没有相等单位，也没有绝对的零点。例如1500米赛跑的名次，最先到的是第一名，其次是第二名，然后是第三名等等。n等距量表有相等的单位，能够给所测量的特征

2、赋予不同的数值，表示它们之间的差别，但是没有绝对的零点。所以数据之间只能加减运算以求其差距，而不能乘除运算，求其比例。比如温度计。n 比例量表是最高级的一种量表，既有相等的单位，又有绝对的零点。因而可以做任何算术运算。比如尺子，天平等等。所谓的心理量表，在这里主要指的是阈上感觉的测量问题。即心理量变化和物理量的变化是如何对应的。1 1 感觉等距法感觉等距法 感觉等距法（equal sense distance method）是一种直接的方法，它是通过把感觉分成主观上相等的距离来制作。它要求被试将某种感觉上的一段心理量分成主观上相等的两个或两个以上的等份。（一）等距量表的制作（一）等距量表的制作

3、n 二分法（Bisection）R1和R5是两个的不同响度的声音，R5R1。被试调整声音刺激的强度，首先找出R3，使其响度正好在R1和R5之间。再找出R4，使其响度在R3和R5之间，再找出R2，使其响度正好在R1和R3之间。这样利用三次二分法，把R1和R5之间在响度上分成4分。这样就得到了按等距变化的一系列声音刺激强度。把这一系列的刺激强度作为横坐标，把等响单位作为纵坐标画出一条曲线，这就是响度的等距量表。差别阈限法是制作等距量表的一种间接办法，通过在不同强度的基础上测量最小可觉差来实现。具体的说，用任何一种古典的心理物理法测出感觉的绝对阈限，并以此为起点，产生第一个最小可觉差的刺激强度，再以

4、此为基础，测量第二个最小可觉差的强度，依次类推。得到很多个最小可觉差的刺激强度。以这些刺激强度为横坐标，以绝对阈限上的最小可觉差为纵坐标，画出的心理物理关系图就是一个等距量表。实验者可以依此找出产生某一感觉水平所需要的刺激值。2 2 差别阈限法差别阈限法3 3 韦伯定律和费希纳对数定律韦伯定律和费希纳对数定律 I/I=K I/I=K 刚刚感觉到差别的刺激的增量与标准刺激的比值是一个常数。这就是通常所说的韦伯定律。常数K称为韦伯分数。I 也就是差别阈限。这种物理刺激上的差别造成了主观感觉上的最小可觉差（just noticeable difference，简 称j.n.d）。前者是物理差别，后者

5、是心理感觉上的差别。费希纳在韦伯定律的基础上，提出了物理刺激和心理感觉关系的对数定律。他以最小可觉差为心理量的单位，假定不同强度水平刺激的主观感觉上都是相等的。经过一系列的数学推导，发现了最小可觉差的数目与物理刺激强度的关系是一种对数关系。也就是说以算术级数增长时，物理刺激要以几何级数增长。第1个所对应的刺激强度：I I1 1=I=I0 0+I+I0 0 W=IW=I0 0（1+W1+W）1 1第2个所对应的刺激强度：I I2 2=I=I1 1+I+I1 1 W=IW=I0 0（1+W1+W）2 2第3个所对应的刺激强度：I I3 3=I=I0 0（1+W1+W）3 3第s个所对应的刺激强度：

6、I IS S=I=I0 0（1+W1+W）S S 那么 S=K log I+b S=K log I+bS S表示主观上感觉的大小，以为单位。I表示物理刺激的强度，I0表示刺激的绝对阈限，W表示韦伯分数。比例量表具有真正意义上的零点。若一项测量结果在比例量表上是0，那么我们可以说某个事物并不具有被测量的属性或特征。由于它具有绝对零点，且量表上的单位相等。因而可以对数据进行加减乘除等算术运算。（二）比例量表的制作（二）比例量表的制作 分段法（fractionation method）是制作感觉比例量表的的一种直接方法。这种方法通过把一个感觉量加倍或减半或取其它任何比例来建立心理量表的。具体做法是，

7、呈现一个固定的阈上刺激作为标准，让被试调整比较刺激，使它所引起的感觉为标准刺激的一定比例，例如2倍，3倍，1/2，1/3等。1 1 分段法分段法 制作宋（sone）量表。1936年，史缔文森确定一个在绝对阈限以上40db的1000HZ的声音为1宋。当一个47分贝的声音被判断为是它的2倍时，那么就可以确定47分贝的声音响度为2宋，依次类推。而30分贝的声音被判断为是它的1/2时，30分贝声音的响度就是0.5宋。结果作出来的量表不符合费希腊的对数定律。2 2 数量估计法数量估计法 数 量 估 计 法（method of magnitude estimation）是制作比例量表的一种直接方法。具体步

8、骤是主试先呈现一个标准刺激，并赋予标准刺激一个主观值，比如10；然后让被试以这个主观值为标准，把其他不同强度的比较刺激和它比较，用数字给出相应的主观值。然后计算出每组被试对每个刺激量估计的几何平均数或中数。以刺激值为横坐标，感觉值为纵坐标，即可做成比例量表。3 3 斯蒂文森的幂定律斯蒂文森的幂定律 费希纳定律有两个前提，假定韦伯比例在强弱不同水平上都是固定的；在所有刺激强度水平上JND都是相等的，即主观刚刚感觉到的差别在不同刺激水平上都是一样的。韦伯比例在中等强度上是恒定的，而人也经常接受中等强度的刺激，但在低或高强度下，韦伯比例发生变化。另外，有人认为，不同刺激强度上的JND也不一定相等。因

9、而不能用JND来做单位。20JND的声音应该比10JND的声音响一倍，但实际上前者比后者要响的多。在这些批评的背景上，S.Steves提出了制作心理量表的一种直接方法-数量估计法，并在此基础上于1957年提出了物理量和心理量之间关系的新定律-幂定律。幂定律认为心理量是物理量的幂函数。S=b I S=b I a a S表示心理感觉量，I是物理刺激，a是指数，是一个常数。Log S=log b+a log I Log S=log b+a log I 如果心理量和物理量都取对数的话，那么两者是直线函数关系。在上述公式中，如果a1，表明心理量的增长快于物理量的增长，如电击的感觉强度。如果a 1，表明心

10、理量的增长慢于物理量的增长。S.Steves 1970 S.Steves 1970 数量估计法和电生理学方法的比较数量估计法和电生理学方法的比较 （三）、顺序量表的制作（三）、顺序量表的制作1 1 等级排列法等级排列法 等级排列法（rank-order method）是一种制作顺序量表的直接方法，这个方法把许多刺激直接呈现，让许多被试按照一定标准，把这些刺激排一个顺序，然后把许多人对同一刺激评定的等级加以平均，这样就能求出每一刺激的平均等级。最后把各刺激按平均等级排出的顺序就是一个顺序量表。实验：对实验：对1010个名人用等级排列法进行排序个名人用等级排列法进行排序 著名世界领导人：邓小平 朱

11、镕基 比尔.克林顿 乔治.布什 萨达姆 希拉克 普京 布莱尔 阿拉法特 沙龙 曼德拉 请按人格魅力对他们排序。著名世界体坛人物：足坛：齐达内 罗纳尔多 里瓦尔多 贝克汉姆 欧文 维艾里 罗伯特.巴乔 巴蒂斯图塔 费戈 劳尔 篮坛：迈克尔.乔丹 奥尼尔 科比.布莱恩特 邓肯 艾佛逊 卡尔.马龙 斯托克顿 罗德曼 2 2 对偶比较法对偶比较法 对偶比较法（method of paired comparison）是把所有要比较的刺激都配成对，然后一对一对的呈现，让被试对刺激的某一特性进行比较，并做出判断。因为每一刺激都要分别和其它刺激进行比较，假如刺激的总数是n，那么配对的个数就是n（n-1）/2。

12、如果有10个刺激就可以配成45对。最后依据它们各自优于其它刺激的百分比的大小排成顺序，即可制成一个顺序量表。实验：用对偶比较法对喜爱的明星进行排序实验：用对偶比较法对喜爱的明星进行排序三、信号检测论三、信号检测论（一）背景知识（一）背景知识传统阈限概念传统阈限概念 人对于强度太弱的信号是不能够感觉到的，只有强度到某种程度以上才能感觉出来。那么从感觉不出来到感觉得出来似乎有一个门槛，信号强度过了这个门槛就能感觉出来，没有达到门槛就感觉不出来。这个门槛也就是所谓的阈限。而且这个门槛是一个相对固定的点，长期以来人们一直是这样理解阈限的概念的。这种理解问题何在？1接受刺激的过程 外界刺激作用于人的感受

13、器，如眼睛，耳朵等。然后感受器发出神经冲动沿传入神经到感觉中枢。2中枢进行分析判断的过程 神经冲动到达感觉中枢后，如果神经冲动的信号强度高于某个内在的门槛，那么中枢判断为有信号；如果神经冲动的信号强度低于这个门槛，那么就判断为没有信号。中枢根据分析的结果再发出神经指令到效应器进行反应。人是如何接受刺激并做出反应的人是如何接受刺激并做出反应的？3做出反应的过程 效应器如手，言语器官等接到中枢指令后做出具体的反应，如报告“有”或“无”n人人多多次次接接受受同同一一物物理理刺刺激激所所产产生生的的神神经经冲冲动动的的信号强度是呈正态分布的。信号强度是呈正态分布的。对于同一刺激，由于各方面因素的影响，

14、人所产生的神经信号的强度并不是一成不变的，而是呈正态分布，即大多数情况是相对居中的某种信号强度，很少的情况下产生极强或极弱的信号。如图n所以对于一个特定的物理刺激而言，它所产生的信号强度理论上都有可能超过门槛或阈限，只不过概率不同而已。n物理刺激的强度越高，那么信号超过门槛的概率就越大。n如果100%的次数都感觉不到，那么这个刺激就在阈限或门槛以下，而100%的次数都感觉得到的刺激肯定就在阈限以上了。n一般我们就取它们的中点作为阈限的值，即50%次数感觉得到，50%次数感觉不到的那个刺激点。这也就是阈限的操作性定义。传统阈限概念存在的问题传统阈限概念存在的问题 传统阈限理论认为人的感觉上的门槛

15、或阈限应该是一个相对固定的点，这个点的高低一般只受人的生理构造本身的特性的影响，而不受某些主观因素，比如态度，动机等影响。传统阈限理论认为，人的感受性或敏感性是一种相对不变稳定的能力，这是不正确的。但是实际上用传统的方法测定人的感觉阈限的时候，发现阈限的值随着某些主观因素的改变而改变。人的主观态度，动机等因素影响人的阈限值。同一个人如果谨慎一点，那么得到的阈限值就高一些，如果冒进一点那么阈限值就低一些。用这种变化的阈限值来反应人的相对稳定的感受能力或敏感性是显然有问题的。这种阈限值实际包含了人的感受性成分和判断标准两个成分在内，是上述两者共同影响的结果。（二）信号检测论的提出（二）信号检测论的

16、提出 雷达是如何检测飞机信号的存在的？雷达是如何检测飞机信号的存在的？雷达的构成：雷达的构成：传感器：接收空中的物体反射回来的电磁波，产生某种强度的电信号；检测分析器：用来分析该刺激产生的信号到底是飞机还是鸟类等其它飞行物体。工作原理：工作原理：现在雷达屏幕上出现了一个亮点，那么这个亮点究竟是一架战斗机还是一只老鹰或类似的鸟呢？雷达捕捉到了这一刺激，然后对应产生一个某种强度的电信号。但是该强度的电信号是飞机还是鸟呢？这就必须要作出分析判断。是鸟就可以不管它，是战斗机就要打下来或采取其它措施。此时鸟就成为飞机的干扰物，称为噪音，将飞机称为信号。雷达分析判断的过程是，如果电信号强度超过某一标准，那么就判断是飞机（信号），如果低于某一标准，就判断为鸟（噪音）。但这样就会产生一些问题。因为各种因素（气候，地理等），鸟所产生的电信号有时候会比较强烈，这样它就有可能超过雷达的判断标准，雷达就会判断为是飞机，这就是所谓的虚报。此时地面人员就会采取措施，如攻击。某些情况下，气候恶劣，飞机所产生的信号就比较弱，那么就有可能低于雷达的判断标准，雷达会做出不是飞机（信号）的判断。这就是所谓的漏报。如果本来是