第七讲心理物理学

1、心理物理学科学心理学之初1860年，费希纳，心理物理学纲要心理物理学方法的中心问题是揭示物理量（对身体各感官的刺激）与心理量（各种感觉或主观印象）之间的数量关系。促成了科学心理学的诞生物理量与心理量物理量物理量测量仪器测量仪器心理量心理量亮度光度计明度声强（声压）声级计响度重量秤重量觉温度温度计温度觉传统的心理物理学感觉阈限的测量阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作感觉阈限的测量绝对阈限：刚刚能引起感觉的最小刺激强度叫做绝对阈限（absolute threshold）。差别阈限：刚刚能觉察出两个刺激有差异的刺激变化量称为差别阈限（difference threshold），又称最小可觉差（ju

2、st noticeable difference，j.n.d）。操作定义绝对阈限：有50%的次数能引起感觉，50%的次数不能引起感觉的刺激强度为该刺激的绝对阈限。差别阈限：有50%的次数能觉察出差别，50%的次数不能觉察出差别的刺激强度差别值为该刺激的差别阈限。某些近似的绝对阈限感觉种类感觉种类觉察阈限值觉察阈限值视 觉清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光听 觉安静条件下20ft.处表的滴答声味 觉一茶匙糖溶于8L水中嗅 觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间触 觉一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部测量感觉阈限的方法最小变化法恒定刺激法平均差误法最小变化法又称极限法（limit method

3、）、序列探索法（method of serial explortation）、最小可觉差（或最小差异法）（method of least difference）等。特点：将刺激按递减或递增系列的方式，以相隔相等的小步变化，寻求从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈限的位置。基本程序l测定绝对阈限刺激：刺激系列（递增或递减系列）起点的确定程序：呈现刺激系列，要求被试报告是否感觉到刺激，当被试反应变化时停止阈限的计算（1）求每个系列的阈限值被试反应发生转折处的两个刺激值的中点；（2）求所有系列绝对阈限的算数平均值，即该感觉的绝对阈限值最小变化法测定音高绝对阈限测定差别阈限u刺激：一个标准刺激（Sl

4、）和比较刺激（Sv）序列（递增或递减）u序列：呈现比较刺激序列，要求被试将之与标准刺激比较，直到被试反应发生转折，以“+”“-“”=“”？”记录被试反应。u阈限的确定：每个系列中最后一次“+”到非“+”之间的中点是差别阈限的上限(Lu)，最后一次“-”到非“-”之间的中点是差别阈限的下限(Ll)上限和下限之间的距离是不肯定间距(Iu)不肯定间距的1/2定义为差别阈限(DL)不肯定间距的中点是主观相等点(PSE)，理论上PSE与标准刺激(St)相等，两者之间的差距称常误(CE)将所有系列的上限平均，下限平均，即可求得该刺激的绝对差别阈限 DL=(Lu-Ll)/2最小变化法测定时间差别阈限(标准刺

5、激0.4)误差控制p测定绝对阈限时产生的误差以及控制u习惯误差：继续作同一种判断的倾向；使递增系列阈限值偏高，递减系列阈限值偏低；当递增系列的阈限大于递减系列的阈限且差异显著时，可以判定存在习惯误差u期望误差：期望转折点的尽快到来的倾向；使递增系列阈限值偏低，递减系列阈限值偏高；当递减系列的阈限大于递增序列的阈限且差异显著时，存在期望误差 抵消习惯和期望误差的方法为递增和递减序列数量一致u练习误差：练习使速度和准确性提高，阈限降低u疲劳误差：随实验进行，速度和准确性降低，阈限升高 控制练习和疲劳误差的方法为递增和递减系列按照ABBA法安排测定差别阈限时产生的误差及其控制u习惯、期望、练习和疲劳

6、误差及其控制方法如上u时间与空间误差：标准刺激和比较刺激呈现的时间先后和空间位置 多层次ABBA法控制比较刺激系列呈现顺序标准刺激呈现位置左右右左右左左右相继呈现的先后顺序前后后前前后后前阶梯法最小变化法的一种变式，它和最小变化法不同的地方，就在于它把增加和减少刺激程序连续进行。当被试报告感觉不到开始呈现的刺激时，主试按一定梯级来增加刺激强度；当增加到被试感觉到时，又按照一定的梯级来减少刺激强度。实验按这样的顺序继续下去，直到达到一个先定的标准或先定的实验次数时求出各转折点的平均数就是所求的阈限值。恒定刺激法基本程序u选择距离相等的5到7个刺激，最大刺激强度被感知的可能性大于95%，最小刺激强

7、度被感知的可能性低于5%u每种刺激呈现到50到200次u刺激呈现顺序随机安排，测量绝对阈限时，无需标准值，测量差别阈限时，需将以上刺激与某一标准值比较u求出各个刺激变量引起某种反应的次数，如有、无或大、小绝对阈限的计算绝对阈限的计算以两点阈的测以两点阈的测定为例定为例 实验程序：5个等距的刺激8、9、10、11、12毫米，每个呈现200次，要求被试报告是“两点还是“一点”u用直线内插法求绝对阈限：将刺激作为横坐标，以正确判断的百分数作为纵坐标画曲线从纵轴的50%处画出与横轴平行的直线，与曲线相交于点a,从点a向横轴画垂线，垂线与横轴相交处就是两点阈。应用比例算式计算：11-10/66-29=X

8、-10/50-29差别阈限的计算差别阈限的计算以重量辨别实验为例以重量辨别实验为例 实验程序：以200克为标准刺激，以从185到215克间隔为5克的7个重量作为比较刺激，要求被试做“重”“相等”“轻”三类反应u用直线内插法求差别阈限：u以三种反应的次数作为纵坐标画曲线u直线内插求得50%次被判断为比标准刺激重的重量和50%次被判断比标准刺激轻的重量，分别作为上限和下限，根据上限和下限，计算差别阈限=1/2(上限-下限)。 75%差别阈限 当反应只有两类，如大、小，直线内插选取75%的点进行（75%重于和75%轻于标准刺激的点）平均差误法（method of average error）基本程序

9、u呈现一个标准刺激，令被试再造、复制或调解一个比较刺激，使它们与标准刺激相等。u测定差别阈限时，主试呈现标准刺激，被试调整比较刺激，递增或递减u测定绝对阈限时，假设标准刺激为零。阈限计算u绝对阈限：每次调节结果的算术平均数u差别阈限： 或u其中，PSE为主观相等点，即多次调整结果的平均数，St为标准刺激强度u也可以用每次调整的刺激分布的标准差来表示差别阈限误差控制u动作误差： 因被试所采用的动作方式不同而过高或过低估计比较刺激的反应倾向。u时间误差： 标准刺激和比较刺激是相继呈现导致的反应倾向。u控制方法： 多层次的ABBA法阈上感觉的测量测定感觉阈限：为心理物理函数标定起点阈上感觉测量：确定

10、心理物理函数的走势；建立心理量表心理量表物理刺激可由物理量表来测量。 但是，心理量的大小却不能用物理量表来测量。刺激的物理值的变化与心理值的变化并非一一对应。有一些刺激难以用物理量来测量，如一幅 山水画心理量表与物理量表一样，也有顺序量表、等距量表和比例量表三类。顺序量表等距量表比例量表顺序量表的建立l两种方法：等级排列法与对偶比较法两种方法：等级排列法与对偶比较法l等级排列法等级排列法程序：同时呈现许多刺激，让多个被试按照一定标准，把这些刺激排成顺序，然后将每个被试对同一刺激评定的等级加以平均，最后将各刺激按平均等级进行排列便构成顺序量表。例子：17名被试评定10张广告，根据结果求出各指标M

11、R、MC、P、Z、 MC、P、Z注意问题：被试样本的代表性；一次排序中的随机误差。结果l对偶比较法对偶比较法程序：刺激成对出现，要求被试判断哪一个刺激在某一特性上更为突出，然后根据每个刺激优于其它刺激的百分比进行排序，建立顺序量表；每一刺激都要分别和其他刺激比较，假如以n代表刺激的总数，那么配成对的个数是n(n1)/2例子：比较5种样品，根据结果求出C、P、Z、P、C、Z10对样品对偶比较数据整理注意问题：针对一个被试得到的心理物理量表的推广性差；要求这种对偶比较是可传递的，如果刺激A优先于刺激B，而且刺激B优先于刺激C，那么刺激A优先于刺激C。等距量表的建立l等距量表：无真正零点，有等距单位

12、，可进行加减运算l通过PZO转换，将顺序量表直接转化为等距量表（广告例子）l感觉等距法制作方法：将一个感觉分为主观上相等的距离二分法：呈现两个刺激A和C，要求选择第三个刺激B，使得A和B之间的距离等于B和C之间的距离渐进的解决方案（见右图）同时分出几个等分：同时的解决方案（见右图），如音高等距量表l差别阈限法(间接方法)制作方法：以绝对阈限为量表起点；然后以绝对阈限为标准刺激，确定第一个差别阈限；再以绝对阈限加上第一个差别阈限的刺激强度为基准，再测量第二个差别阈限.每一个最小可觉差在心理上都是相等的，因此最小可觉差可以作为心理物理量表的等距单位以刺激强度为横坐标，以绝对阈限以上的最小可觉差数为

13、纵坐标，画出的心理物理关系图就是等距量表（如右图）数据结果支持费希纳定律实验数据举例比例量表的建立l比例量表：真正零点，等距单位，可进行加减乘除运算l分段法制作方法：把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比例具体做法：一个阈上刺激做标准，被试调整比较刺激，使其感觉为标准刺激的一定比例，如2倍、3倍、1/2倍、或1/3倍等。例子：听觉响度量表的制作，史蒂文斯采用半分法，给被试者一个响度的音，作为标准刺激，让他调节另一个音直到他感觉到比标准刺激的音低一半。40dB的1000Hz的音响度为一宋。当一个宋被判断为 是47dB强度音的一半响度时，可肯定 47dB的响度就是2个宋。同样，可以得出55dB的响度

14、为4个宋，以此类推即可制成一个宋的听觉响度量表。l数量估计法制作方法：呈现一规定了主观数值的标准刺激，要求被试以这个主观值为标准，给其它强度不同的比较刺激附上主观值，以每个比较刺激估计值的几何平均数或中数作为感觉值；再以刺激值为横坐标，感觉值为纵坐标，即可制成感觉比例量表。例子：长度估计，假定长度单位1作为标准刺激，用其他10种比它长的刺激作为比较刺激数据结果支持史蒂文斯定律心理物理函数描述对刺激的心理感受和刺激的物理属性之间关系的函数。描述某种感觉如何随着刺激量的变化而变化，如“刺激量为X的时候，心理感觉Y的值是多少”韦伯定律费希纳定律史蒂文斯定律韦伯定律关心刺激强度和差别阈限间的关系强度为

15、10个单位的刺激，差别阈限是2个单位，那么强度变化为30、40或50个单位时，其差别阈限是多少1834年，德国生理学家韦伯：两个较重的物体比两个较轻的物体具有更大的差异时，才能被感受为重量不等的两个物体。刺激的差别阈限是刺激本身强度的一个线性函数。韦伯分数：对于任何同一类的刺激，产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称作韦伯分数。韦伯定律：/=C （和分别为差别阈限的大小和刺激的强度水平，C代表韦伯分数）图示重量的差别阈限意义：比较不同感觉道及不同条件下的感受性成为可能。如明度和噪音响度的感受性最优条件下各种感觉道的韦伯分数最优条件下各种感觉

16、道的韦伯分数 感感 觉觉 道道韦韦 伯伯 比比 例例 音高/2000Hz1/333 重压觉/400g1/77 视明度/100光子1/62 举重/300g1/52 响度/100dB，1000Hz1/11 橡胶气味/200嗅单位1/10 皮肤压觉/5g/mm21/7 咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5韦伯定律的修正u韦伯定律在刺激强度水平很低的条件下会失效u修正后的公式：/(+a)= C或者= C(+a)ua是一个数值很小的常数，修定后对极低刺激强度下的数据有较好的拟合u参数a解释为感觉噪音费希纳定律（对数定律）v费希纳定律的推导v费希纳定律的改进v费希纳定律的成立条件费希纳定律的推导u

17、依据的心理量表：差别阈限法u依据韦伯定律推导u韦伯定律所求的心物对应关系（韦伯分数20%）l公式推导按照韦伯定律预测，设绝对阈限的值为a，对应心理量表的零点，韦伯分数/=C ；那么，心理量表的1就对应了a(1+C)；2就对应着a(1+C)2；n就对应着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）为底的对数： =log（1+C）(/a) 经过对数换底公式的变化，可以得到更简洁的形式：=Klg （是心理感觉的量值，是物理刺激高出绝对阈限以上的单位数量，K是固定的系数）。这个公式就是费希纳定律，即：感觉强度的变化和刺激强度的对数变化成正比。l费希纳定律成立

18、的条件假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确 Riesz(1928)的纯音响度实验没有证实这一点假定所有最小可觉差在心理上都是相等的Stevens(1936)的研究和Durup等（1933）的实验否定了这一点史蒂文斯定律（幂定律）l数量估计法：呈现一规定了主观数值的标准刺激，要求被试以这个主观值为标准，给其它强度不同的比较刺激附上主观值，以每个比较刺激估计值的几何平均数或中数作为感觉值l声音响度的比例量表当刺激强度以几何级数(8倍)增加时，心理量也以几何级数(2倍)增加声音强度引起的心理变化与声音强度的立方根成正比；心理量是物理量的幂函数l幂定律 SbIa( S是感觉量；常数b是由被试决定的；a是感觉道和刺激强度决定的幂指数) l数量估计法实验验证：感觉量和刺激量间符合幂定律，如明度（a=0.34）、长度（a=1）和电击（a=3.5）的实验结果各种感觉的幂指数跨感觉道的匹配技术：无需被试产生数字判断，被试的任务是把两个不同感觉道产生的感觉量相等起来。例如，可以要求被试调整施加于指端的震动强度，以便使震动的感觉印象和一爆破音的响度相匹配。这样，在不同的刺激水平上获