Закон Вебера-Фехнера. Принципы нормирования негативных факторов

Непосредственной основой развития психофизики явились работы немецкого психофизика Э.Г. Вебера, который, изучая связь между интенсивностью физического раздражителя (света, звука, давления на кожу груза) и его ощущением, в 30-х годах прошлого века обнаружил, что ощущения у человека увеличиваются пропорционально не абсолютному приросту интенсивности раздражителя, а его относительному приросту. На основе этих наблюдений Э.Г. Вебер вывел следующий закон, названный его именем:

(3.1)

где J – интенсивность исходного раздражителя,

– минимально различимое приращение интенсивности раздражителя (дифференциальный порог различения).

Действие этого закона можно проиллюстрировать следующим образом. Если световой раздражитель имеет исходную интенсивность J₀ = 100 кандел, то, чтобы ощутить прирост интенсивности света, нужно увеличить ее минимум на = 1 канделу. Если же исходная интенсивность составляет J₀^* = 1000 свечей, то, чтобы ощутить прирост интенсивности сигнала, ее надо увеличить минимум на ^* кандел. Таким образом, для световых сигналов отношение ; для звуковых раздражителей оно оказалось равным 0,1. Справедливость этого закона подтверждается, главным образом, при средних интенсивностях раздражителей.

Исходя из закона Э.Г. Вебера, Г.Т. Фехнер, физик и философ XIX в., выражая приращения интенсивности раздражителя и приращения ощущения в дифференциалах, вывел следующую зависимость:

(3.2)

означавшую, что минимальное приращение ощущения (dE) над абсолютным порогом (J₀) пропорционально (k - коэффициент пропорциональности) относительному приращению интенсивности раздражителя Интегрируя это уравнение, он получил формулу, связывающую величину ощущения (Е) с интенсивностью раздражителя (J):

.

(3.3)

Для исключения из формулы постоянной интегрирования С. Фехнер допустил, что при величине раздражителя, равной абсолютному порогу (т.е. при J = J₀), ощущение Е = 0. В таком случае из последней формулы следует, что С = ln(J₀).

Подставляя в нее полученное значение С, он пришел к формуле:

.

(3.4)

Установленная зависимость получила наименование основного психофизического закона Вебера-Фехнера. Из этого закона следует, что с увеличением интенсивности раздражителя величина его ощущения растет значительно медленнее, чем сам раздражитель – по логарифмическому закону (если интенсивность раздражителя возрастает в 100, в 1000 раз, то величина ощущения по закону натурального логарифма увеличивается соответственно в ~ 4,6, в ~ 6,9 раза).

Закон Стивенса. Следует отметить, что закон Вебера - Фехнера справедлив только при средних значениях интенсивностей раздражителей. Вблизи пороговых значений сигнала он не дает достаточно точных соответствий.

В 50-х годах нашего столетия, с разработкой более прямых и точных методов измерения ощущений, С. Стивенсом были получены экспериментальные данные, указывающие на то, что связь между интенсивностью стимула и величиной его ощущения правильнее описывать не логарифмической, а степенной зависимостью следующего вида:

.

(3.5)

где k – константа,

n – показатель, который определяется экспериментально, обусловлен видом раздражителя и изменяется в пределах от 0,2 до 3,5.

Отличие формулы С.Стивенса заключается в том, что она предполагает у отдельных раздражителей (для которых n = 1) существование линейной связи между увеличением интенсивности сигнала и уровнем его ощущения, а для целого ряда раздражителей (с n > 1) – возможность значительно более быстрого роста ощущения, по сравнению с ростом интенсивности раздражителя. Так, если при восприятии яркости, громкости, запахов значение n колеблется в пределах 0,2 – 0,6, а рост величины ощущений, как в законе Вебера-Фехнера, отстает от роста интенсивности соответствующих раздражителей, то при восприятии отдельных раздражителей, например сигналов электрического тока, когда n =3,5, рост ощущений в несколько раз опережает рост интенсивности воздействующего сигнала. При оценке воздействия негативных факторов на человека следует учитывать степень влияния их на здоровье и жизнь человека, уровень и характер изменений функционального состояния и возможностей организма, его потенциальных резервов, адаптивных способностей и возможности развития последних.

На базе закона Вебера – Фехнера построено нормирование вредных факторов. Чтобы исключить необратимые биологические эффекты, воздействие факторов ограничивается предельно допустимыми уровнями или предельно допустимыми концентрациями.

Предельно допустимый уровень или предельно допустимая концентрация – это максимальное значение фактора, которое, воздействуя на человека (изолированно или в сочетании с другими факторами), не вызывает у него и у его потомства биологических изменений даже скрытых и временно компенсируемых, в том числе заболеваний, изменений реактивности, адаптационно-компенсаторных возможностей, иммунологических реакций, нарушений физиологических циклов, а также психологических нарушений (снижения интеллектуальных и эмоциональных способностей, умственной работоспособности). ПДК и ПДУ устанавливают для производственной и окружающей среды. При их принятии руководствуются следующими принципами:

– приоритет медицинских и биологических показаний к установлению санитарных регламентов перед прочими подходами (технической достижимостью, экономическими требованиями);

– пороговость действия неблагоприятных факторов (в том числе химических соединений с мутагенным или канцерогенным эффектом действия, ионизирующего излучения);

– опережение разработки и внедрения профилактических мероприятий появления опасного и вредного фактора.