第七講心理物理學(xué)

1、心理物理學(xué)科學(xué)心理學(xué)之初1860年，費(fèi)希納，心理物理學(xué)綱要心理物理學(xué)方法的中心問(wèn)題是揭示物理量（對(duì)身體各感官的刺激）與心理量（各種感覺(jué)或主觀印象）之間的數(shù)量關(guān)系。促成了科學(xué)心理學(xué)的誕生物理量與心理量物理量物理量測(cè)量?jī)x器測(cè)量?jī)x器心理量心理量亮度光度計(jì)明度聲強(qiáng)（聲壓）聲級(jí)計(jì)響度重量秤重量覺(jué)溫度溫度計(jì)溫度覺(jué)傳統(tǒng)的心理物理學(xué)感覺(jué)閾限的測(cè)量閾上感覺(jué)的測(cè)量，也就是心理量表的制作感覺(jué)閾限的測(cè)量絕對(duì)閾限：剛剛能引起感覺(jué)的最小刺激強(qiáng)度叫做絕對(duì)閾限（absolute threshold）。差別閾限：剛剛能覺(jué)察出兩個(gè)刺激有差異的刺激變化量稱為差別閾限（difference threshold），又稱最小可覺(jué)差（ju

2、st noticeable difference，j.n.d）。操作定義絕對(duì)閾限：有50%的次數(shù)能引起感覺(jué)，50%的次數(shù)不能引起感覺(jué)的刺激強(qiáng)度為該刺激的絕對(duì)閾限。差別閾限：有50%的次數(shù)能覺(jué)察出差別，50%的次數(shù)不能覺(jué)察出差別的刺激強(qiáng)度差別值為該刺激的差別閾限。某些近似的絕對(duì)閾限感覺(jué)種類感覺(jué)種類覺(jué)察閾限值覺(jué)察閾限值視 覺(jué)清晰無(wú)霧的夜晚30英里處看到的一只燭光聽(tīng) 覺(jué)安靜條件下20ft.處表的滴答聲味 覺(jué)一茶匙糖溶于8L水中嗅 覺(jué)一滴香水?dāng)U散到三室一套的整個(gè)房間觸 覺(jué)一只蜜蜂的翅膀從1cm高處落到你的背部測(cè)量感覺(jué)閾限的方法最小變化法恒定刺激法平均差誤法最小變化法又稱極限法（limit method

3、）、序列探索法（method of serial explortation）、最小可覺(jué)差（或最小差異法）（method of least difference）等。特點(diǎn)：將刺激按遞減或遞增系列的方式，以相隔相等的小步變化，尋求從一種反應(yīng)到另一種反應(yīng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)或閾限的位置。基本程序l測(cè)定絕對(duì)閾限刺激：刺激系列（遞增或遞減系列）起點(diǎn)的確定程序：呈現(xiàn)刺激系列，要求被試報(bào)告是否感覺(jué)到刺激，當(dāng)被試反應(yīng)變化時(shí)停止閾限的計(jì)算（1）求每個(gè)系列的閾限值被試反應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)折處的兩個(gè)刺激值的中點(diǎn)；（2）求所有系列絕對(duì)閾限的算數(shù)平均值，即該感覺(jué)的絕對(duì)閾限值最小變化法測(cè)定音高絕對(duì)閾限測(cè)定差別閾限u刺激：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刺激（Sl

4、）和比較刺激（Sv）序列（遞增或遞減）u序列：呈現(xiàn)比較刺激序列，要求被試將之與標(biāo)準(zhǔn)刺激比較，直到被試反應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)折，以“+”“-“”=“”？”記錄被試反應(yīng)。u閾限的確定：每個(gè)系列中最后一次“+”到非“+”之間的中點(diǎn)是差別閾限的上限(Lu)，最后一次“-”到非“-”之間的中點(diǎn)是差別閾限的下限(Ll)上限和下限之間的距離是不肯定間距(Iu)不肯定間距的1/2定義為差別閾限(DL)不肯定間距的中點(diǎn)是主觀相等點(diǎn)(PSE)，理論上PSE與標(biāo)準(zhǔn)刺激(St)相等，兩者之間的差距稱常誤(CE)將所有系列的上限平均，下限平均，即可求得該刺激的絕對(duì)差別閾限 DL=(Lu-Ll)/2最小變化法測(cè)定時(shí)間差別閾限(標(biāo)準(zhǔn)刺

5、激0.4)誤差控制p測(cè)定絕對(duì)閾限時(shí)產(chǎn)生的誤差以及控制u習(xí)慣誤差：繼續(xù)作同一種判斷的傾向；使遞增系列閾限值偏高，遞減系列閾限值偏低；當(dāng)遞增系列的閾限大于遞減系列的閾限且差異顯著時(shí)，可以判定存在習(xí)慣誤差u期望誤差：期望轉(zhuǎn)折點(diǎn)的盡快到來(lái)的傾向；使遞增系列閾限值偏低，遞減系列閾限值偏高；當(dāng)遞減系列的閾限大于遞增序列的閾限且差異顯著時(shí)，存在期望誤差 抵消習(xí)慣和期望誤差的方法為遞增和遞減序列數(shù)量一致u練習(xí)誤差：練習(xí)使速度和準(zhǔn)確性提高，閾限降低u疲勞誤差：隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，速度和準(zhǔn)確性降低，閾限升高 控制練習(xí)和疲勞誤差的方法為遞增和遞減系列按照ABBA法安排測(cè)定差別閾限時(shí)產(chǎn)生的誤差及其控制u習(xí)慣、期望、練習(xí)和疲勞

6、誤差及其控制方法如上u時(shí)間與空間誤差：標(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激呈現(xiàn)的時(shí)間先后和空間位置 多層次ABBA法控制比較刺激系列呈現(xiàn)順序標(biāo)準(zhǔn)刺激呈現(xiàn)位置左右右左右左左右相繼呈現(xiàn)的先后順序前后后前前后后前階梯法最小變化法的一種變式，它和最小變化法不同的地方，就在于它把增加和減少刺激程序連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)被試報(bào)告感覺(jué)不到開(kāi)始呈現(xiàn)的刺激時(shí)，主試按一定梯級(jí)來(lái)增加刺激強(qiáng)度；當(dāng)增加到被試感覺(jué)到時(shí)，又按照一定的梯級(jí)來(lái)減少刺激強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)按這樣的順序繼續(xù)下去，直到達(dá)到一個(gè)先定的標(biāo)準(zhǔn)或先定的實(shí)驗(yàn)次數(shù)時(shí)求出各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的平均數(shù)就是所求的閾限值。恒定刺激法基本程序u選擇距離相等的5到7個(gè)刺激，最大刺激強(qiáng)度被感知的可能性大于95%，最小刺激強(qiáng)

7、度被感知的可能性低于5%u每種刺激呈現(xiàn)到50到200次u刺激呈現(xiàn)順序隨機(jī)安排，測(cè)量絕對(duì)閾限時(shí)，無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)量差別閾限時(shí)，需將以上刺激與某一標(biāo)準(zhǔn)值比較u求出各個(gè)刺激變量引起某種反應(yīng)的次數(shù)，如有、無(wú)或大、小絕對(duì)閾限的計(jì)算絕對(duì)閾限的計(jì)算以兩點(diǎn)閾的測(cè)以兩點(diǎn)閾的測(cè)定為例定為例 實(shí)驗(yàn)程序：5個(gè)等距的刺激8、9、10、11、12毫米，每個(gè)呈現(xiàn)200次，要求被試報(bào)告是“兩點(diǎn)還是“一點(diǎn)”u用直線內(nèi)插法求絕對(duì)閾限：將刺激作為橫坐標(biāo)，以正確判斷的百分?jǐn)?shù)作為縱坐標(biāo)畫(huà)曲線從縱軸的50%處畫(huà)出與橫軸平行的直線，與曲線相交于點(diǎn)a,從點(diǎn)a向橫軸畫(huà)垂線，垂線與橫軸相交處就是兩點(diǎn)閾。應(yīng)用比例算式計(jì)算：11-10/66-29=X

8、-10/50-29差別閾限的計(jì)算差別閾限的計(jì)算以重量辨別實(shí)驗(yàn)為例以重量辨別實(shí)驗(yàn)為例 實(shí)驗(yàn)程序：以200克為標(biāo)準(zhǔn)刺激，以從185到215克間隔為5克的7個(gè)重量作為比較刺激，要求被試做“重”“相等”“輕”三類反應(yīng)u用直線內(nèi)插法求差別閾限：u以三種反應(yīng)的次數(shù)作為縱坐標(biāo)畫(huà)曲線u直線內(nèi)插求得50%次被判斷為比標(biāo)準(zhǔn)刺激重的重量和50%次被判斷比標(biāo)準(zhǔn)刺激輕的重量，分別作為上限和下限，根據(jù)上限和下限，計(jì)算差別閾限=1/2(上限-下限)。 75%差別閾限 當(dāng)反應(yīng)只有兩類，如大、小，直線內(nèi)插選取75%的點(diǎn)進(jìn)行（75%重于和75%輕于標(biāo)準(zhǔn)刺激的點(diǎn)）平均差誤法（method of average error）基本程序

9、u呈現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刺激，令被試再造、復(fù)制或調(diào)解一個(gè)比較刺激，使它們與標(biāo)準(zhǔn)刺激相等。u測(cè)定差別閾限時(shí)，主試呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)刺激，被試調(diào)整比較刺激，遞增或遞減u測(cè)定絕對(duì)閾限時(shí)，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)刺激為零。閾限計(jì)算u絕對(duì)閾限：每次調(diào)節(jié)結(jié)果的算術(shù)平均數(shù)u差別閾限： 或u其中，PSE為主觀相等點(diǎn)，即多次調(diào)整結(jié)果的平均數(shù)，St為標(biāo)準(zhǔn)刺激強(qiáng)度u也可以用每次調(diào)整的刺激分布的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示差別閾限誤差控制u動(dòng)作誤差： 因被試所采用的動(dòng)作方式不同而過(guò)高或過(guò)低估計(jì)比較刺激的反應(yīng)傾向。u時(shí)間誤差： 標(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激是相繼呈現(xiàn)導(dǎo)致的反應(yīng)傾向。u控制方法： 多層次的ABBA法閾上感覺(jué)的測(cè)量測(cè)定感覺(jué)閾限：為心理物理函數(shù)標(biāo)定起點(diǎn)閾上感覺(jué)測(cè)量：確定

10、心理物理函數(shù)的走勢(shì)；建立心理量表心理量表物理刺激可由物理量表來(lái)測(cè)量。 但是，心理量的大小卻不能用物理量表來(lái)測(cè)量。刺激的物理值的變化與心理值的變化并非一一對(duì)應(yīng)。有一些刺激難以用物理量來(lái)測(cè)量，如一幅 山水畫(huà)心理量表與物理量表一樣，也有順序量表、等距量表和比例量表三類。順序量表等距量表比例量表順序量表的建立l兩種方法：等級(jí)排列法與對(duì)偶比較法兩種方法：等級(jí)排列法與對(duì)偶比較法l等級(jí)排列法等級(jí)排列法程序：同時(shí)呈現(xiàn)許多刺激，讓多個(gè)被試按照一定標(biāo)準(zhǔn)，把這些刺激排成順序，然后將每個(gè)被試對(duì)同一刺激評(píng)定的等級(jí)加以平均，最后將各刺激按平均等級(jí)進(jìn)行排列便構(gòu)成順序量表。例子：17名被試評(píng)定10張廣告，根據(jù)結(jié)果求出各指標(biāo)M

11、R、MC、P、Z、 MC、P、Z注意問(wèn)題：被試樣本的代表性；一次排序中的隨機(jī)誤差。結(jié)果l對(duì)偶比較法對(duì)偶比較法程序：刺激成對(duì)出現(xiàn)，要求被試判斷哪一個(gè)刺激在某一特性上更為突出，然后根據(jù)每個(gè)刺激優(yōu)于其它刺激的百分比進(jìn)行排序，建立順序量表；每一刺激都要分別和其他刺激比較，假如以n代表刺激的總數(shù)，那么配成對(duì)的個(gè)數(shù)是n(n1)/2例子：比較5種樣品，根據(jù)結(jié)果求出C、P、Z、P、C、Z10對(duì)樣品對(duì)偶比較數(shù)據(jù)整理注意問(wèn)題：針對(duì)一個(gè)被試得到的心理物理量表的推廣性差；要求這種對(duì)偶比較是可傳遞的，如果刺激A優(yōu)先于刺激B，而且刺激B優(yōu)先于刺激C，那么刺激A優(yōu)先于刺激C。等距量表的建立l等距量表：無(wú)真正零點(diǎn)，有等距單位

12、，可進(jìn)行加減運(yùn)算l通過(guò)PZO轉(zhuǎn)換，將順序量表直接轉(zhuǎn)化為等距量表（廣告例子）l感覺(jué)等距法制作方法：將一個(gè)感覺(jué)分為主觀上相等的距離二分法：呈現(xiàn)兩個(gè)刺激A和C，要求選擇第三個(gè)刺激B，使得A和B之間的距離等于B和C之間的距離漸進(jìn)的解決方案（見(jiàn)右圖）同時(shí)分出幾個(gè)等分：同時(shí)的解決方案（見(jiàn)右圖），如音高等距量表l差別閾限法(間接方法)制作方法：以絕對(duì)閾限為量表起點(diǎn)；然后以絕對(duì)閾限為標(biāo)準(zhǔn)刺激，確定第一個(gè)差別閾限；再以絕對(duì)閾限加上第一個(gè)差別閾限的刺激強(qiáng)度為基準(zhǔn)，再測(cè)量第二個(gè)差別閾限.每一個(gè)最小可覺(jué)差在心理上都是相等的，因此最小可覺(jué)差可以作為心理物理量表的等距單位以刺激強(qiáng)度為橫坐標(biāo)，以絕對(duì)閾限以上的最小可覺(jué)差數(shù)為

13、縱坐標(biāo)，畫(huà)出的心理物理關(guān)系圖就是等距量表（如右圖）數(shù)據(jù)結(jié)果支持費(fèi)希納定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉例比例量表的建立l比例量表：真正零點(diǎn)，等距單位，可進(jìn)行加減乘除運(yùn)算l分段法制作方法：把一個(gè)感覺(jué)量加倍或減半或取任何其他比例具體做法：一個(gè)閾上刺激做標(biāo)準(zhǔn)，被試調(diào)整比較刺激，使其感覺(jué)為標(biāo)準(zhǔn)刺激的一定比例，如2倍、3倍、1/2倍、或1/3倍等。例子：聽(tīng)覺(jué)響度量表的制作，史蒂文斯采用半分法，給被試者一個(gè)響度的音，作為標(biāo)準(zhǔn)刺激，讓他調(diào)節(jié)另一個(gè)音直到他感覺(jué)到比標(biāo)準(zhǔn)刺激的音低一半。40dB的1000Hz的音響度為一宋。當(dāng)一個(gè)宋被判斷為 是47dB強(qiáng)度音的一半響度時(shí)，可肯定 47dB的響度就是2個(gè)宋。同樣，可以得出55dB的響度

14、為4個(gè)宋，以此類推即可制成一個(gè)宋的聽(tīng)覺(jué)響度量表。l數(shù)量估計(jì)法制作方法：呈現(xiàn)一規(guī)定了主觀數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)刺激，要求被試以這個(gè)主觀值為標(biāo)準(zhǔn)，給其它強(qiáng)度不同的比較刺激附上主觀值，以每個(gè)比較刺激估計(jì)值的幾何平均數(shù)或中數(shù)作為感覺(jué)值；再以刺激值為橫坐標(biāo)，感覺(jué)值為縱坐標(biāo)，即可制成感覺(jué)比例量表。例子：長(zhǎng)度估計(jì)，假定長(zhǎng)度單位1作為標(biāo)準(zhǔn)刺激，用其他10種比它長(zhǎng)的刺激作為比較刺激數(shù)據(jù)結(jié)果支持史蒂文斯定律心理物理函數(shù)描述對(duì)刺激的心理感受和刺激的物理屬性之間關(guān)系的函數(shù)。描述某種感覺(jué)如何隨著刺激量的變化而變化，如“刺激量為X的時(shí)候，心理感覺(jué)Y的值是多少”韋伯定律費(fèi)希納定律史蒂文斯定律韋伯定律關(guān)心刺激強(qiáng)度和差別閾限間的關(guān)系強(qiáng)度為

15、10個(gè)單位的刺激，差別閾限是2個(gè)單位，那么強(qiáng)度變化為30、40或50個(gè)單位時(shí)，其差別閾限是多少1834年，德國(guó)生理學(xué)家韋伯：兩個(gè)較重的物體比兩個(gè)較輕的物體具有更大的差異時(shí)，才能被感受為重量不等的兩個(gè)物體。刺激的差別閾限是刺激本身強(qiáng)度的一個(gè)線性函數(shù)。韋伯分?jǐn)?shù)：對(duì)于任何同一類的刺激，產(chǎn)生一個(gè)最小可覺(jué)差所需增加的刺激量，總是等于當(dāng)前刺激量與一個(gè)固定分?jǐn)?shù)的乘積，這個(gè)固定分?jǐn)?shù)被稱作韋伯分?jǐn)?shù)。韋伯定律：/=C （和分別為差別閾限的大小和刺激的強(qiáng)度水平，C代表韋伯分?jǐn)?shù)）圖示重量的差別閾限意義：比較不同感覺(jué)道及不同條件下的感受性成為可能。如明度和噪音響度的感受性最優(yōu)條件下各種感覺(jué)道的韋伯分?jǐn)?shù)最優(yōu)條件下各種感覺(jué)

16、道的韋伯分?jǐn)?shù) 感感 覺(jué)覺(jué) 道道韋韋 伯伯 比比 例例 音高/2000Hz1/333 重壓覺(jué)/400g1/77 視明度/100光子1/62 舉重/300g1/52 響度/100dB，1000Hz1/11 橡膠氣味/200嗅單位1/10 皮膚壓覺(jué)/5g/mm21/7 咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5韋伯定律的修正u韋伯定律在刺激強(qiáng)度水平很低的條件下會(huì)失效u修正后的公式：/(+a)= C或者= C(+a)ua是一個(gè)數(shù)值很小的常數(shù)，修定后對(duì)極低刺激強(qiáng)度下的數(shù)據(jù)有較好的擬合u參數(shù)a解釋為感覺(jué)噪音費(fèi)希納定律（對(duì)數(shù)定律）v費(fèi)希納定律的推導(dǎo)v費(fèi)希納定律的改進(jìn)v費(fèi)希納定律的成立條件費(fèi)希納定律的推導(dǎo)u

17、依據(jù)的心理量表：差別閾限法u依據(jù)韋伯定律推導(dǎo)u韋伯定律所求的心物對(duì)應(yīng)關(guān)系（韋伯分?jǐn)?shù)20%）l公式推導(dǎo)按照韋伯定律預(yù)測(cè)，設(shè)絕對(duì)閾限的值為a，對(duì)應(yīng)心理量表的零點(diǎn)，韋伯分?jǐn)?shù)/=C ；那么，心理量表的1就對(duì)應(yīng)了a(1+C)；2就對(duì)應(yīng)著a(1+C)2；n就對(duì)應(yīng)著a(1+C)n。= a(1+C)n心理量值恰好就是物理量值除以a之后，并取以（1+ C）為底的對(duì)數(shù)： =log（1+C）(/a) 經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)換底公式的變化，可以得到更簡(jiǎn)潔的形式：=Klg （是心理感覺(jué)的量值，是物理刺激高出絕對(duì)閾限以上的單位數(shù)量，K是固定的系數(shù)）。這個(gè)公式就是費(fèi)希納定律，即：感覺(jué)強(qiáng)度的變化和刺激強(qiáng)度的對(duì)數(shù)變化成正比。l費(fèi)希納定律成立

18、的條件假定韋伯定律對(duì)所有類型和強(qiáng)度的刺激都是正確 Riesz(1928)的純音響度實(shí)驗(yàn)沒(méi)有證實(shí)這一點(diǎn)假定所有最小可覺(jué)差在心理上都是相等的Stevens(1936)的研究和Durup等（1933）的實(shí)驗(yàn)否定了這一點(diǎn)史蒂文斯定律（冪定律）l數(shù)量估計(jì)法：呈現(xiàn)一規(guī)定了主觀數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)刺激，要求被試以這個(gè)主觀值為標(biāo)準(zhǔn)，給其它強(qiáng)度不同的比較刺激附上主觀值，以每個(gè)比較刺激估計(jì)值的幾何平均數(shù)或中數(shù)作為感覺(jué)值l聲音響度的比例量表當(dāng)刺激強(qiáng)度以幾何級(jí)數(shù)(8倍)增加時(shí)，心理量也以幾何級(jí)數(shù)(2倍)增加聲音強(qiáng)度引起的心理變化與聲音強(qiáng)度的立方根成正比；心理量是物理量的冪函數(shù)l冪定律 SbIa( S是感覺(jué)量；常數(shù)b是由被試決定

19、的；a是感覺(jué)道和刺激強(qiáng)度決定的冪指數(shù)) l數(shù)量估計(jì)法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：感覺(jué)量和刺激量間符合冪定律，如明度（a=0.34）、長(zhǎng)度（a=1）和電擊（a=3.5）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果各種感覺(jué)的冪指數(shù)跨感覺(jué)道的匹配技術(shù)：無(wú)需被試產(chǎn)生數(shù)字判斷，被試的任務(wù)是把兩個(gè)不同感覺(jué)道產(chǎn)生的感覺(jué)量相等起來(lái)。例如，可以要求被試調(diào)整施加于指端的震動(dòng)強(qiáng)度，以便使震動(dòng)的感覺(jué)印象和一爆破音的響度相匹配。這樣，在不同的刺激水平上獲得跨感覺(jué)道的匹配，可繪成一條稱為等感覺(jué)函數(shù)的曲線，表示一感覺(jué)道的刺激值與造成相等感覺(jué)量判斷的另一感覺(jué)道刺激的關(guān)系。證明不同感覺(jué)道可以匹配： S1= I1m，S2= I2n I1m= I2n，lgI1=n/mlgI2 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，等感覺(jué)函數(shù)是直線，斜率由兩個(gè)指數(shù)決定。感覺(jué)的直接測(cè)量l傳統(tǒng)心理物理學(xué)