第五章 心理物理法

实验心理学讲义第五章心理物理学方法1第五章心理物理学方法

PSYCHOPHYSICALMETHOD感觉阈限的测量感觉阈限感觉阈限测量的方法最小变化法恒定刺激法平均差误法信号检测论色子游戏人对信号刺激的觉察信号检测论的实验方法有无法评价法心理量表差别阈限法、等距量表与Fechner定律数量估计法、比例量表与Stevens定律心理物理判断的相对性对偶比较法、等级排列法与顺序量表实验心理学讲义第三章心理物理学方法2心理物理学（1）

Psychophysics定义：就是研究心理量和物理量之间的关系的科学。物理量是指对身体各感官的刺激；心理量是指各种感觉或主观印象。亮度（luminance）——明度（brightness）强度——响度实验心理学讲义第三章心理物理学方法3心理物理学（2）

Psychophysics心理物理学的先驱是G.T.Fechner（1801-1887）。Fechner通过对感觉强度与刺激强度之间的数量关系的长期研究，发展出了测量感觉的基本方法。一百多年来，心理物理学方法不断发展，但它的中心问题仍然是物理量和心理量之间的数量关系的问题。心理物理学方法所处理的问题大体上可以分为两大类感觉阈限的测量；阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作。自从本世纪50年代，W.P.Tanner,Jr.和J.A.Swets把信号检测论（signaldetectiontheory，SDT）引入心理学领域以来，又为心理物理学的研究提供了一个新的有力工具。实验心理学讲义第三章心理物理学方法4一、感觉阈限的测量著名的实验心理学史专家EdwinG.Boring（1950）认为对内部感受（internalimpression）（the‘psycho’ofpsychophysics）与外部世界（the‘physics’ofthepsychophysics）之间关系的测量方法的引入，是科学心理学开始的一个标志。这主要是因为科学家使用心理物理学的方法提出了第一个心理现象的精确定律（mathematicallaws），尽管这个定律不一定那么完美。首先，测量感觉是非常困难的，我们不能象测量石头的重量或光的强度那样来测量感觉。其次，内部判断与作用于感受器的物理量之间并不是完全一对一的。因此，我们必须把物理刺激及其引起的感觉区分开。实验心理学讲义第三章心理物理学方法5（一）感觉阈限（1）刚刚能引起感觉的最小刺激强度被叫做绝对阈限（absolutethreshold）。按照这种说法，低于绝对阈限的刺激强度我们总是感觉不到的，而高于绝对阈限的刺激强度我们总是能感觉到的。实验心理学讲义第三章心理物理学方法6（一）感觉阈限（2）有50%的次数能引起感觉，50%的次数不能引起感觉的那一种刺激强度。（操作定义）实验心理学讲义第三章心理物理学方法7（一）感觉阈限（3）

表1某些近似的觉察阈限感觉种类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

*引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。1ft.=30.48cm实验心理学讲义第三章心理物理学方法8（一）感觉阈限（4）差别阈限是有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的差别。差别阈限值也称最小可觉差（justnoticeabledifference，j.n.d）。实验心理学讲义第三章心理物理学方法9（一）感觉阈限（5）1846年E.H.Weber发表了他关于重量差别阈限的研究，系统地阐明了差别阈限和标准刺激之间的关系。他指出差别阈限和标准刺激成正比，并且差别阈限和标准刺激的比例是一个常数，通常用△I/I=k

表示。在这里，△I代表差别阈限，I代表标准刺激强度，k是小于1的常数。K也称作韦伯比例或韦伯分数。不同感觉道的韦伯分数是不同的。后来，Fechner把这个关于差别阈限的规律称为韦伯定律（WeberLaw）。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法10（一）感觉阈限（6）

表2最优条件下各种感觉道的韦伯比例

感觉道韦伯比例

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实验心理学讲义第三章心理物理学方法11（一）感觉阈限（7）韦伯定律的主要贡献第一，给我们提供了一个比较辨别能力的指标。第二，可对不同感觉道的感受性进行比较。实验心理学讲义第三章心理物理学方法12（二）测量感觉阈限的方法测量感觉阈限的方法有三种最小变化法恒定刺激法平均差误法学习者应特别注意这三种方法的实验程序和实验结果的统计处理。实验心理学讲义第三章心理物理学方法131、最小变化法（1）最小变化法的刺激由递减和递增的两个系列组成，每次呈现刺激后让被试报告他是否有感觉。刺激的增减应尽可能地小，目的是系统地探求被试由一类反应到另一类反应的转折点，即在多强刺激时，由有感觉变为无感觉，或由无感觉变为有感觉。每个系列的转折点就是该系列的绝对阈限。实验心理学讲义第三章心理物理学方法141、最小变化法（2）当用最小变化法进行实验时，被试会产生习惯误差或期望误差。所谓习惯误差就是指被试因习惯于由原先的刺激所引起的感觉或感觉状态，而对新的刺激作了错误的判断。期望误差是指被试因过早期望将要来临的刺激而导致错误的判断。实验心理学讲义第三章心理物理学方法151、最小变化法（3）abba实际无感觉报告无感觉报告有感觉实际有感觉实验心理学讲义第三章心理物理学方法162、恒定刺激法刺激通常都由5——7个组成，在实验过程中维持不变，因而这种方法叫做恒定刺激法。刺激的最大强度要大到它被感觉的概率达到95%左右，刺激的最小强度要小到它被感觉的概率只在5%左右。各个刺激之间的距离相等，与最小变化法不同的是，恒定刺激法的刺激是随机呈现的，每个刺激呈现的次数应相等。在用恒定刺激法来测量差别阈限时，标准刺激和比较刺激是继时呈现的，这就可能产生时间误差。如主观相等点小于标准刺激，就产生负的时间误差。反之，就产生正的时间误差。实验心理学讲义第三章心理物理学方法173、平均差误法（1）这个方法的典型实验程序是，实验者规定以某一刺激为标准刺激，然后要求被试调节另一个比较刺激，使后者在感觉上与标准刺激相等。客观上一般不可能使比较刺激与标准刺激完全一样，于是每一次比较就都会得到一个误差，把多次比较的误差平均起来就可得到平均误差。因为平均误差与差别阈限成正比，所以可以用平均误差来表示差别感受性。实验心理学讲义第三章心理物理学方法183、平均差误法（2）求平均误差的方法有两种把每次调节的结果（或每次的判断）与标准刺激之差的绝对值平均起来作为差别阈限。把每次调节的结果与主观相等点之差的绝对值平均起来作为差别阈限。在这里，主观相等点是相等地带的中点，它等于各比较刺激的平均值。实验心理学讲义第三章心理物理学方法19三种方法的比较以上3种古典心理物理学方法各有自己的特点最小变化法的实验程序和计算过程都具体地说明了感觉阈限的含义，但它会因其渐增和渐减的刺激系列而产生习惯误差与期望误差。恒定刺激法的实验结果可以应用各种数学方法加以处理，因而便于与其它测定感受性的方法进行比较。在应用3类反应的实验程序时，被试的态度会对差别阈限值有较大影响。平均差误法的特点是求等值，它的实验程序容易引起被试的兴趣，但对不能连续变化的刺激则不能用平均差误法来测其差别阈限。实验心理学讲义第三章心理物理学方法20测量阈限的三种方法的比较测量阈限的三种方法各有自己的特点最小变化法的实验程序和计算过程都具体地说明了感觉阈限的含义，但它会因其渐增和渐减的刺激系列而产生习惯误差与期望误差。恒定刺激法的实验结果可以应用各种数学方法加以处理，因而便于与其它测定感受性的方法进行比较。在应用3类反应的实验程序时，被试的态度会对差别阈限值有较大影响。平均差误法的特点是求等值，它的实验程序容易引起被试的兴趣，但对不能连续变化的刺激则不能用平均差误法来测其差别阈限。实验心理学讲义第三章心理物理学方法21二、信号检测论信号检测论（signaldetectiontheory，SDT）是信息论的一个重要分支。1954年，美国心理学家W.P.Tanner和J.A.Swets把它应用于人的知觉过程，使心理物理学方法发展到一个新的阶段。实验心理学讲义第三章心理物理学方法22四、阈限概念和理论的发展上一章我们介绍了传统心理物理学的三种基本方法。传统心理物理学方法用极限法、恒定刺激法和调整法来测定绝对阈限和差别阈限，并以阈限的倒数来表示感受性的大小，阈限值越小，感受性越高。

用传统心理物理学方法测定阈限时，常有一些非感受的因素对阈限的估计产生影响。因此，传统心理物理法测得的数据，往往是感受性和被试反应的主观因素相混合的。例如痛阈，因各人的主观因素不同，痛阈因人而异。所以，传统心理物理法的科学性和可靠性就受到一定的影响。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法23为了有效地测定感受性，传统心理物理法中也想设法通过各种手段来消除如动机、态度等因素的影响。正是由于采用种种手段，使传统心理物理法在感受性测量中能得到较科学和较可靠的结果。但上述这种种手段也不能从根本上排除被试的主观态度的一类因素的影响。所以我们常发现，用传统方法获得的结果，有时甚至是相互对立的。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法24例如，精神分裂症患者和正常人关于大小常性的对照研究：伯雷斯等人认为精神分裂症患者比正常人的大小常性要高；汉米尔顿等人则认为精神分裂症患者比正常人的大小常性要低；皮什克姆-史密斯等人的看法认为他们彼此并没有差别。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法25这些情况，以前总认为是实验条件和方法的不同造成的，实际上，最根本的问题是无法把感受性的测量和被试的动机、态度等主观因素所造成的反应偏向区分开。

而信号检测论，在测定感受性上，能把被试的主观态度区分出来。所以，我们把费希纳倡导的心理物理学三种基本方法称之为传统心理物理法，而把信号检测论这一心理物理法的新发展称为现代心理物理学。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法26但是必须注意，不能因此否定传统心理物理法在测定感觉阈限方面的作用，一般情况下测定感受性，传统心理物理法是可用的。而信号检测论的实验更宜用于人的主观因素对实验结果影响较大的实验条件中，它解决了传统心理物理法所不能解决的问题。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法27一、阈限概念的发展（一）传统的阈限概念（二）对传统阈限概念的异议（三）现代心理物理学的研究课题实验心理学讲义第三章心理物理学方法28（一）传统的阈限概念

传统的阈限概念起源于费希纳。波林在《实验心理学史》一书中指出，心理物理学的古典问题有五个：（1）绝对阈限：观察者对个别刺激的感受；（2）差别阈限：观察者对刺激增量的感受性；（3）等量：被判断为相等的刺激，一般指主观判断的强度方面；（4）感觉距离：被判断为相等的两对刺激间的差别；（5）感觉比例：彼此判断为有特定比率的那些刺激。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法29史蒂文斯的补充（1）刺激次序：观察者将某些组的刺激排成等级或次序的测定；（2）刺激等级评定：确定观察者评定刺激的真正物理值的准确性。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法30由此可见，一百多年前，费希纳在创建心理物理学时，就把注意力集中在感觉阈限的测量上。经过长期来的研究，形成了许多阈限理论，包括柏拉克韦尔的高阈限理论，路司的低阈限理论，格林的高-低两种阈限理论，以及史蒂文斯的神经量子理论和斯韦茨等人的信号检测理论。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法31从测量上考虑传统阈限的概念，最后形成了传统觉察理论基础。这种觉察论假设有三个连续量：刺激、内部反应和判断。从图5-1中可见，刺激S2被定义为绝对阈限（T），因为它是引出“有”反应的一半次数。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法32实验心理学讲义第三章心理物理学方法33上图的三种连续量是相互联系的。假设实验与实验间刺激的物理变量是固定不变的，而内部反应则被认为是可变的，每个恒定的物理刺激所引起的反应可看作是常态分配。这样刺激的连续将引起一系列重叠的分布。在这些重叠的分布中，阈限T就是一个固定点（参见中间一条线）。通常，被试判断的连续是被假设准确地对应于它的反应连续，当刺激强度超过阈限T时，被试判断有刺激出现，低于阈限T时，则判断无信号出现。实验心理学讲义第三章心理物理学方法34根据阈限的传统定义，刺激S2是这个被试的绝对阈限。由于反应分布是常态的，所以阈值对应于S2所引起的反应平均值。常态分布的对称性，使得刺激S2

所引起的反应有一半次数是超过阈限。一半次数不超过阈限。S1有时可以超过；S3

则一般会超过；S4

超过的概率就更高了。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法35（二）对传统阈限概念的异议

起源于费希纳的传统阈限概念，在20世纪50年代前，没有受到多大挑战。可是，近四十年来，关于阈限概念的理解上已成为古典的和现代的心理物理学争论的焦点。50年代以后，许多心理物理学家愈来愈感到，经典的阈限测量最大的问题在于没有能够把被试的辨别能力（感受性）和他们做出判断时的倾向性（反应标准）区别开来。实验心理学讲义第三章心理物理学方法36也就是说，经典的阈限测量没有考虑许多非感觉变量对被试的影响。在这些非感觉变量中，主要有下列二种最为主要：刺激出现的概率

反应代价实验心理学讲义第三章心理物理学方法371.刺激出现的概率

传统的心理物理学实验中，刺激出现的概率以P（S）表示，其值总是1.0，这样被试做出“有”或“无”的判断时，即使凭机遇也有50％的精确性，难以避免地存在着期望误差。

实验证明，当P（S）系统变化时，做出“有”判断的概率以P（yes）表示，也会发生变化，测出的阈限值亦发生变化。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法38察觉指端震动的实验

实验结果表明，改变P（S）对于传统的阈限测量具有强烈的影响。当P（S）等于0.7时，阈限是1.3微米；P（S）为0.3时，阈限则是2.3微米。而且，当刺激不出现时，P（yes）也明显地高于零。而根据传统的阈限理论，在不呈现刺激时，训练有素的、忠实可靠的被试者只是偶然地报告“有”感觉，P（yes）不可能明显地高于零。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法392.反应代价反应代价影响反应的结果，即反应受到奖赏和惩罚的影响。传统的阈限理论是对此忽略不顾的。事实上，如果正确地报告了“有”刺激（称为“击中”）得到的奖赏多，而且错报时受到的惩罚少，则被试倾向于降低反应标准，在这种情况下，所测量的阈限相对值便低。反之，如果击中时所得奖赏少，而错报时所受惩罚多，则被试者倾向于提高反应标准，不会轻易做出“有”反应，这时，所测量的阈限值便高。这一显而易见的事实，传统的阈限理论恰不能给予解释。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法40从上述二种非感觉变量的讨论中看到，现代心理物理学从对阈限概念的不同理解出发，把被试者的辨别力和他的反应倾向区分开处理，而传统心理物理学测得的感觉阈限是二者不可分割的混合物。这是现代心理物理学对阈限概念和感觉理论的新发展。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法41（三）现代心理物理学的研究课题现代心理物理学不仅对心理研究方法带来新的突破，而且也对心理学理论带来了巨大影响。这些变化不仅明显地表现在对阈限概念的理解上，而且也反应在心理物理学所研究的课题上。对研究的课题，现代心理物理学从系统论出发，将一个事物看成是有层次阶段和多水平的结构，因此，它所面临要解决的问题也是有层次和不同水平的事件。具体地说，现代心理物理学课题可分割为检测、认知、分辨、量表等四个基本问题，叙述如下：

实验心理学讲义第三章心理物理学方法421.检测问题

检测（或觉察）（detection）就是察觉一个事物是否存在的问题。这是一个低水平、低层次的感知觉问题，它所要解决的问题是，人检测到了信号，报告为“有”，没有检测到信号，报告为“无”的简单问题。在使用方法时，如果研究者承认“阈限”的存在，就可用传统的极限法和常定刺激法来测定阈限；如果不承认“阈限”的存在，就可用信号检测论来分析检测信号的辨别力和反应倾向。实验心理学讲义第三章心理物理学方法432.认知问题

认知（cognitive）就是辨认一个事物的问题。这里已包括较高水平的问题，如当一个雷达操作员在屏幕上观察到了有信号以后，就要进一步向自己提出这样的问题：“这是什么？”。这就包括了复杂的知觉过程。这里包括可以采用信息论的方法来认知对象。应当指出，检测和认知阶段有时是不可分的，相互联结的，所以有时也称为检测-认知阶层。实验心理学讲义第三章心理物理学方法443.辨别差异问题

辨别差异是叙述某些事物与标准的区别问题。这是一个更高的梯级。例如雷达操作员要正确无误地分辨出这一刺激不同于别的刺激。心理物理学中的韦伯定律（或韦氏定律）（Weber’slaw），分辨中的信号检测论，以及用反应时来测定分辨等，都属于辨别差异问题。实验心理学讲义第三章心理物理学方法454.量表问题

量表（scale）这方面的研究方法和内容，已构成了一个专门的学科——心理测量学（psychometrics）。测量心理活动并转换成某种尺度（yardstick）的问题。实验心理学讲义第三章心理物理学方法46（一）色子游戏（1）假设一次掷三颗色子：两颗是正常的，即每个面有一个数字，依次为1到6。第三颗是特殊的，三面写0，另三面写3。你的任务是猜测，特殊色子的哪一面朝上？在猜测之前，告诉你三颗色子朝上的数目总和。实验心理学讲义第三章心理物理学方法47（一）色子游戏（2）8=3+50+81+42+33+24+1出现3的可能性为4种总数特殊色子（三）正常色子（二）正常色子（二）+6+5+4+3+2出现0的可能性为5种实验心理学讲义第三章心理物理学方法48（一）色子游戏（3）033三颗色子数目总和出现次数出现次数出现概率（%）2100320043005411/5=206522/7=297633/9=338544/9=449455/9=5610366/9=6711255/7=7112144/5=8013033/3=10014022/2=10015011/1=100总和3636表3色子数目总数与特殊色子出现概率的关系实验心理学讲义第三章心理物理学方法49（一）色子游戏（4）击中漏报虚报正确否定色子游戏的四种情形猜3030特殊色子实验心理学讲义第三章心理物理学方法50（一）色子游戏（5）实验心理学讲义第三章心理物理学方法51（二）人对信号刺激的觉察（1）

色子游戏已知色子数目总和

3

判断

0

信号觉察获得某种感觉信号判断噪音实验心理学讲义第三章心理物理学方法52（二）人对信号刺激的觉察（2）因此，上面对色子游戏的分析也就完全适用于人对信号的觉察过程。人对信号的觉察也有击中、虚报等四种情形；随着标准的变化，其击中率与虚报率也在变化；也同样可以绘制其操作者特征曲线和分布曲线。实验心理学讲义第三章心理物理学方法53五、信号检测论的原理（一）信号检测论的由来（二）信号检测论的统计学原理（三）信号检测论的二个独立指标（四）接受者操作特征曲线实验心理学讲义第三章心理物理学方法54（一）信号检测论的由来1、电子侦察系统中的信号检测问题电子侦察系统中的关键问题是信息的传输和处理。首先将待传输的数据、资料等各类信息变换为电信号，再借助发射天线辐射到空间，经过电磁波传播，抵达接收天线，接受系统。将接收到的信号加以处理后还原，为所需要的信息，送入接收系统终端或使用者，从而完成信息传输任务。[E]实验心理学讲义第三章心理物理学方法55但是在传输过程中不可避免地会遇到：①外界干扰和内部干扰；②电磁波传播过程中无线电信号畸变；③设备技术的不完善等因素的影响。信号中混入了很多噪音，使信息传输的可靠性降低，这是信息传输过程中的不利因素。如何同这种不利的外界和内部的随机因素作斗争，使对噪音背景上的信号分辨率达到最好，提高信息传输的可靠性，这就是信号检测论所要解决的问题。[E]实验心理学讲义第三章心理物理学方法56举例：雷达侦察系统假定所要侦察的信号是在亮度均匀的背景上出现的一个短暂的闪光。这里对信号侦察起干扰作用的背景叫做噪音(N)，短暂的闪光称作信号(S)·，因它是在均匀亮度的背景上出现的，所以又称信号加噪音，一般常写作SN。信号和噪音都是随机出现的。电子侦察系统包括一个光电传感器和一个侦察反应器，前者是接收信号的，后者是对信号作出反应的。实验心理学讲义第三章心理物理学方法57如果光电传感器的输出达到某一临界水平，侦察反应器就以“有闪光”反应，如果达不到这个临界水平，侦察反应器就以“没有闪光”反应。这个临界水平可以根据需要进行调节。实验心理学讲义第三章心理物理学方法58如果要求尽可能不漏掉信号，就得把反应的临界水平调得很低，但这要付出一定的代价，那就是有时信号并没有出现，只要传感器的输出达到这个反应水平，侦察反应就出现“有信号”反应。此种情况用信号检测论的语言来说，叫“虚报”。如果把反应水平调得过低，漏掉的信号可能会很少，但虚报的可能性却会相当大。反之，如果要求尽量减少虚报，就得把侦察反应器的反应水平调得很高。这样，在没有信号时虽然本会以“有信号”反应，但在有信号时传感器的输出由于达不到一定的反应水平，侦察器也不会以“有信号”反应。这样虚报的概率减少了，但报准(又称击中)的概率即不会很高。实验心理学讲义第三章心理物理学方法59从上述情况可以看出：虚报率与报准率都随着反应水平的变化而变化。乍看起来，似乎在这些情况下，电子侦察系统对信号的辨别力发生了改变，但实际上不是这样，因为在这些情况下，传感器在接受和提供信息的性能上并没有发生变化，没有因反应水平的变化而有所不同，所不同的是侦察反应器对传感器提供的信息进行处理的方式发生了变化。实验心理学讲义第三章心理物理学方法60这里必须分清两个问题:一个是电子侦察系统接收部分的辨别力问题另一个是判定反应部分对所收到信息如何处理的问题。信号检测论要解决的就是如何区分这两方面的问题。实验心理学讲义第三章心理物理学方法612．人类感知过程的信号检测问题人类的感知系统好比是一个信号觉察器，各感官都可看作是一个信息处理系统。我们把各种刺激看作是信号，把刺激的随机物理变化和感官信息处理中的随机变化看作是噪音。这普遍存在于各个实验之中，各感官对信号的分辨问题与电子侦察系统对信号的分辨非常相似。实验心理学讲义第三章心理物理学方法62传统的心理物理学方法所测定的阈限，实际上包含着两方面的内容：一是对刺激的感受性或者叫做辨别刺激的能力，一是被试判定刺激是否出现的标准。实验心理学讲义第三章心理物理学方法63尽管在使用这些传统的心理物理学方法时，曾考虑到被试的态度、偏好、倾向和所采用的标准对测量阈限所产生的影响，并且采取了一些措施来消除这些影响。例如在极限法中，采用渐增系列、渐减系列呈现刺激，用以平衡习惯误差和期望误差。又如用AB法平衡练习误差和疲劳误差；用指导语规定被试的反应标准，并使之保持前后一致；有时对被试事先加以训练，使其在实验中的反应保持稳定等等。实验心理学讲义第三章心理物理学方法64但这一系列的措施，只能是使影响阈限的估计因素保持恒定，并不能测出被试的反应标准，也不能把反应标准和辨别力分开。例如，恒定刺激法的三类反应。由于反应的偏好和自信程度不同，所测得的阈限往往差别很大。因此，把感受性和判断标准加以区分，是心理物理实验中早待解决的问题。实验心理学讲义第三章心理物理学方法65二、信号检测论的统计学原理心理学上的信号检测实验一般是在信号和背景不易分清的条件下进行的。对信号检测起干扰作用的背景叫噪音，这“噪音”不仅是指纯音信号出现时其他的噪音而言的；在视觉实验中，伴随着亮点信号出现时的照度均匀的背景也叫做“噪音”。总之，对信号起着干扰作用的因素都可当作“噪音”。一般的心理物理的辨别实验，其中包含着刺激A和刺激B。在这种情况下，可将其中一个刺激作为噪音，另一个作为信号。实验心理学讲义第三章心理物理学方法66主试呈现的刺激，有时只呈现“噪音”刺激（以N表示）；有时在信号刺激加噪音刺激同时呈现（以SN表示），让被试对信号刺激做出反应。在呈现刺激前，主试要先告诉被试者N和SN各自出现的概率。这个概率称为先定概率（或先验概率）。同时对被试者说明判定结果的奖惩办法。因为先定概率和奖惩办法都将影响被试者的判定标准，每次实验呈现的是N还是SN是随机安排的。主试在呈现刺激之前（约2秒前）要先给被试者一个预备信号。实验心理学讲义第三章心理物理学方法67被试者对有无信号出现的判定在信号检测实验中，被试者对有无信号出现的判定，可以有四种结果：

1.击中当信号出现时（SN），被试报告为“有”，这称为击中，以Y/SN表示。我们把这个判定的概率称为击中的条件概率，以P（H）或P（Y/SN）表示。2.虚惊当只有噪音出现时（N），被试报告“有”，这称为虚惊（或误报），以Y/N表示。我们把这个判定的概率称为虚惊条件概率，以P（FA）或P（Y/N）表示。实验心理学讲义第三章心理物理学方法683.漏报当有信号出现时，被试报告为“无”，这称为漏报（或失察）（miss），以n/SN表示。把这种判定概率称为漏报条件概率，以P（M）或P（n/SN）表示。4.正确拒斥当无信号而只有噪音出现时，被试报告为“无”，这称为正确拒斥（correctrejection）或正确（correct），以n/N表示。我们把这个判定的条件概率称为正确拒斥的条件概率，以P（CR）或P（n/N）来表示。实验心理学讲义第三章心理物理学方法69这样，噪音背景下的信号检测实验，在每种刺激状态下都存在二种反应可能，其组合就构成一个两择一判决矩阵，其中H和CR是正确反应，M和FA是错误反应。如果用概率表示，则有:P（H）＋P（M）=1P（FA）＋P（CR）=1从式中可见，其他两个条件概率是这两个条件概率的补数，即知道其中一个数，就可求出互补的另一个数：P（H）=1-P（M）P（FA）=1-P（CR）实验心理学讲义第三章心理物理学方法70无噪音条件下的信号检测从统计学观点来看，信号检测即是要检验两个统计假设H0（无信号）和H1（有信号）的真伪。设想检测者测量单一变量X，并以此为根据选择H0或H1。在无噪音条件下，当X=A0时，H0为真；当X=A1时，H1为真。实验心理学讲义第三章心理物理学方法71噪音背景下的信号检测在噪音背景下，无信号时X并不总是等于A0，有信号时X也并不总是等于A1，而是分别形成两个概率分布P0（X）和P1（X）。这时，检测者需要确定一个反应标准Xc，将X分成二个值域，当X≤Xc时，判定H0为真；当X≥Xc时，判定H1为真。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法72在噪音背景下，无论将Xc确定在哪一位置，都存在有错误的可能，即虚惊错误FA和漏检错误M。如上图所示，曲线P0（X）在Xc右面部分所包含面积为虚惊率QFA，曲线P1（X）在Xc左面部分所包面积为漏检率QM。

因此，在信号分布和噪音分布不变的情况下，检测者选择的反应标准Xc将影响P（H）、P（M）、P（FA）和P（CR）。反应标准的选择，称为检测者的反应偏向，它是信号检测论的两个独立指标之一。[E]

实验心理学讲义第三章心理物理学方法73三、信号检测论的二个独立指标信号检测论者认为阈限不是一个纯净的感知能力的指标，它受利害得失、动机、态度、意志等因素的影响。而且，一般纠偏和校正猜测机遇的公式都不能对被试者的真实感知能力作正确的估计。因为被试者在报告他对某个刺激或信号的感受时，总是受到动机等因素的影响，考虑其得失利害，采用某种策略，做出某一抉择，使被试者自己的报告符合他最大的利益。实验心理学讲义第三章心理物理学方法74根据信号检测论把刺激的判断看成对信号的侦察和做出抉择的过程。这样，在同一过程中就出现了两个独立指标：一个是感觉辨别力指标（d‘），表示感知能力，又称为感觉敏感性；另一个是反应偏向，可用似然比值（β），有时也用报告标准（C）来表示，它包括利益得失、动机、态度等因素。实验心理学讲义第三章心理物理学方法75（二）敏感性指标

信号检测论的最主要贡献是在反应偏向与反应敏感性之间能作出区分。击中概率P（N）可以因为检测者持严格的反应标准（高β）而减低；另一方面，即使观测者持宽松的反应标准（低β），P（N）也可能因为敏感性的降低而降低。实验心理学讲义第三章心理物理学方法76敏感性可以表现为内部噪音分布fN(X)与信号加噪音分布fSN(X)之间的分离程度。两者的分离程度越大，敏感性越高；分离程度越小，敏感性越低。下图给出了反应偏向（β）相同的情况下，两种敏感性情况。实验心理学讲义第三章心理物理学方法77实验心理学讲义第三章心理物理学方法78内部噪音分布fN(X)与信号分布fSN(X)的分离程度既受信号的物理性质影响，也受被试者（测验者）特性的影响。因此，fN(X)与fSN(X)之间的距离就可作为敏感性的指标，称为辨别力d’：即辨别力（d’）等于两个分布的均数之差除之N分布的标准差。当N分布与SN分布均为常态分布时，其变异数类同，则有：

实验心理学讲义第三章心理物理学方法79四、接受者操作特性曲线

接受者操作特性曲线，简称ROC曲线，在心理学上又称为感受性曲线，这就是说，曲线上各点反映着相同的感受性，它们都是对同一信号刺激的反应，不过是在几种不同的判定标准下所得的结果就是了。接受者操作特性曲线以虚惊概率为横轴，击中概率为纵轴所组成的坐标图和被试者在特定刺激条件下由于采用不同的判断标准得出的不同结果画出的曲线。实验心理学讲义第三章心理物理学方法80（三）信号检测论的实验方法有无法ßd’评价法ßd’

实验心理学讲义第三章心理物理学方法811、有无法（1）这个方法要求事先选定SN刺激和N刺激，并规定SN和N出现的概率，然后以随机方式呈现SN或N，要求被试回答，刚才的刺激是SN还是N。根据被试对呈现刺激的判断结果来估计P(y/SN)和P(y/N)。实验心理学讲义第三章心理物理学方法821、有无法（2）击中f1漏报f2虚报f3正确否定f4反应ynSNN刺激P(y/SN)=f1/(f1+f2)P(y/N)=f3/(f3+f4)实验心理学讲义第三章心理物理学方法831、有无法（3）实验心理学讲义第三章心理物理学方法841、有无法（4）当被试的反应方式或判断标准发生变化时，虽然击中率和虚报率也发生变化，但如果信号和噪音的差别不变，根据击中率和虚报率计算出来的SN分配和N分配的平均数的距离并不变化，也就是对于ROC曲线上的各点来说，d’是恒定的，所以ROC曲线又叫做等感受性曲线。纯机遇线实验心理学讲义第三章心理物理学方法852、评价法确信程度含义相应的概率判断第6等十分肯定有信号出现100%有信号出现第5等肯定有信号出现80%有信号出现第4等可能有信号出现60%有信号出现第3等可能没有信号出现40%有信号出现第2等肯定没有信号出现20%有信号出现第1等十分肯定没有信号出现0%有信号出现表4各个确信程度含义实验心理学讲义第三章心理物理学方法86三、心理量表（1）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。首先，这是因为刺激的物理值的变化不一定会引起心理上相应的一对一的变化。其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测量。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。实验心理学讲义第三章心理物理学方法87三、心理量表（2）PropertiesofScalesTypeofScaleQuantitativeInformation?ConstantUnit?AbsoluteZero?ExamplesofPermissibleStatementsExamplesNominalNoNoNoA≠BNumberingoffootballjerseys,socialsecuritynumberOrdinalYesNoNoA>BRankingsoffootballteams,militaryranksIntervalYesYesNo(A-B)=(C-D)Temperaturein℃,timeofdayRatioYesYesYesA=2BHeight,weight,cost实验心理学讲义第三章心理物理学方法88三、心理量表法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。首先，这是因为刺激的物理值的变化不一定会引起心理上相应的一对一的变化。其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测量。因此，心理量需要用心理量表来测量。实验心理学讲义第三章心理物理学方法89一个量表具有以下四个测量属性：差别强度等距绝对零点从量表有无相等单位和有无绝对零点来分，心理量表可分为顺序量表、等距量表和比例量表三类。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法90（一）顺序量表

顺序量表是一种较粗略的量表，它既无相等单位又无绝对零点，只是把事物按某种标准排出一个次序。例如赛跑时不用秒表测速，按先到终点的算第一名，第二个到的算第二名等等。这样，我们可以按快慢排出一个顺序，这个顺序在一定程度上也可以表示跑的速度量。因为它没有相等单位，所以就是知道了第二名比第一名慢5秒，也不能以此推算出第三名比第二名慢几秒；又因为它没有绝对零点，所以不能推知第二名的速度是第三名的几倍。所以，顺序量表只是在一个分类基础上对事物进行分类，每一类别只具有序列性，并不表示数与数之间的差别是相等的。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法91对偶比较法、等级排列法与顺序量表我们可以用对偶比较法和登记排列法制作顺序量表。对偶比较法最早出现在颜色爱好的研究中。实验心理学讲义第三章心理物理学方法92顺序量表的制作方法

1.等级排列法

2.对偶比较法

实验心理学讲义第三章心理物理学方法931.等级排列法等级排列法是一种制作顺序量表的直接方法。这个方法是把许多刺激同时呈现，让许多被试者按照一定标准，把这些刺激排成一个顺序，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各自平均等级，最后，把各刺激按平均等级排出的顺序就是一个顺序量表。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法94等级排列法举例某广告公司要对10张广告的优劣作评比，请来了17名评判者（即被试者）。评判的方法是让被试者将10张广告排成美到丑的一个顺序。通过众多被试者的比较，就可求出全体被试者对同一广告评判的等级的平均值，这个值就是广告的平均等级。各广告按平均等级排出的顺序就是一个顺序量表。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法95实验结果和具体运算过程

书上189页表4-8上我们可以看清楚等级排列法制作顺序量表的具体过程。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法962.对偶比较法

对偶比较法是把所有要比较的刺激配成对，然后一对一对地呈现，让被试者对于刺激的某一特性进行比较，并做出判断：这种特性的两个刺激中哪一个更为明显。因为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，所以配成对的个数是n（n-1）/2。如共有10个刺激则可配成45对。最后依它们各自更明显于其他刺激的百分比的大小排列成序，即可制成一个顺序量表。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法9710对样品呈现次序

如果有五种样品，A、B、C、D、E，则可配成5×（5-1）/2=10对。这10对呈现次序如下表所示。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法98对偶比较法的两类误差及消除如果各对样品同时呈现，则要消除空间误差——即样品在空间中不同方位呈现，于判断时产生的误差现象。若第一轮以AB形式呈现，则第二轮中以BA形式呈现即左右颠倒。如果是相继呈现，则要注意消除时间误差——即相等的二个样品在先后不同时间出现，于判断时产生的误差。若第一轮以先A后B次序相继呈现，则第二轮要按先B后A次序相继呈现。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法99（二）等距量表

等距量表（equalintervalscale）是一种有相等单位但没有绝对零点的量表。等距量表除了其有类别量表和等级量表的性质外，它要求整个量表的各个部分的单位是相等的，但没有绝对的零点。例如在普通温度上60°和70°的差别与70°和80°的差别是一样的，都是10°。这在量表上单位是等距的。但它的参照点是人定的，这不是绝对的零点。而温度的绝对零点是摄氏零下273℃。因此我们不能说80°是40°的二倍。因为这是不合理的，等距量表没有绝对的零点，只能做加减的运算，不能作乘除的运算。

实验心理学讲义第三章心理物理学方法100差别阈限法、等距量表与Fechner定律如果你运用差别阈限的方法制作等距量表，那么实验结果支持Fechner定律。Fechner提出，可以用j.n.d为单位测量感觉量的大小。客观刺激强度——∆I主观经验的感觉——j.n.dRk=logS0+Klog(1+W)实验心理学讲义第三章心理物理学方法101制作等距量表的方法1.感觉等距法

2.差别阈限法实验心理学讲义第三章心理物理学方法1021.感觉等距法要制作一个等距量表，最直接的方法是采用感觉等距法，它是通过把一个感觉分成主观上相等距离来制作。它要求被试者将某种感觉上的一段心理量分成两个或两个以上的等分。最简单的是二分法。实验心理学讲义第三章心理物理学方法103二分法例如R1和R5是两个不同响度的声音，且R5＞R1。被试者的任务是：（1）找出R3，使其响度正好在R1和R5之间也即R5-R3=R3-R1。（2）再找出R4，使其响度正好在R3和R5之间，也即R5-R4=R