2.3 Основные психофизические законы восприятия
Закон Вебера-Фехнера. 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:
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:
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):
Е = k(1nJ - C).
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 = lnJ0.
Подставляя в нее полученное значение С, он пришел к формуле:
E = k(InJ - InJ0).
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 (S.Stevens) 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:
E = k (J - J0) n,
где k - константа, n - показатель, который определяется экспериментально, обусловлен видом раздражителя и изменяется в пределах от 0,2 до 3,5.
Согласно формуле (1.4.4) , а также формуле (1.4.5), при интенсивности раздражителя, равной значению абсолютного порога, ощущение падает до нуля. 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.