第三章 心理物理法

第三章心理物理法 心理物理学的先驱G T Fechner180l 1887有一天他忽然发现 在日常生活中可以观察到这样一种数量关系 感觉强度的增长同刺激的增长并不是1 1的关系晚上开灯vs白天开灯压死骆驼的最后一根稻草 Fechner通过对感觉强度与刺激强度之间的牧量关系的长期研究 发展出了测量感觉的基本方法 1860年 他发表了 理物理学纲要 一书 为心理物理学研究方法的发展奠定了基础 他给心理物理学下的定义是 一门研究心身之间或心物之间函数关系的精密科学 它的范围包括感觉 知觉 感情 行为 注意等等 心理物理学方法不断发展 但中心问题仍然是物理量 对身体各感官的刺激 与心理量 各种感觉或主观印象 之间数量关系问题 本章讨论两个问题 感觉阈限的测量以及阈限以上感觉的测量 第一节感觉阈限的测量 1 区分感觉及其刺激 物理的化学的等 晚上开灯vs白天开灯 亮度与亮度感压死骆驼的最后一根稻草 重量与重量感引起感觉的刺激 一 阈限及其操作定义 阈限分为两种 绝对阈限和差别阈限绝对阈限 刚刚能够引起感觉的最小刺激强度 是以被试判断信号的能力为基础的 是对单个信号的绝对判断 差别阈限 指刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小强度差 以两种刺激的比较为基础 把一系列变化的刺激与一个恒定不变的标准刺激做比较进行对比 回答两种刺激间的差别多大时 才能区分出它们来 由于测试环境的微小变化以及被试的注意 情绪等的微小变化 强度4并不100 引起感觉 而低于4并不是0 的引起感觉 从有感觉到没感觉 对应于一系列强度由小到大的刺激 对强度小的刺激 我们有感觉的概率小些 而强度大的刺激 我们有感觉的概率大些 绝对阈限不是一个单一强度的刺激 而是一系列强度不同的刺激 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那一种刺激强度同一个刺激有时能被感觉到有时则不能阈限值是时时变动的 差别阙限是有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 又称最小可觉差 韦伯定律 1 差别阈限随标准刺激的增长而增长2 对于某一特定的感觉 差别阈限相对于标准刺激的比值是恒定的 I I k 二 测量感觉阈限的三种方法 1 最小变化法 极限法 测绝对阈限测差别阈限绝对阈限 阅读p63 67 阅读思考 用最小变化法测绝对阈限 自变量是 如何呈现自变量 为什么刺激系列要按递增和递减交替的方式来呈现 为什么每个序列应该以不同的强度开始 因变量 反应变量 是什么 阈限如何确定 误差主要有哪些 如何控制 如何判断习惯误差和期望误差的存在 如何判断练习误差和疲劳误差的存在 习惯误差 被试因习惯于有原先的刺激所引起感觉状态 而对新的刺激作了错误的判断当递增系列的阈限大于递减系列的阈限且差异显著 可以认为被试存在习惯误差 期望误差是指被试因为过早期望将要来临的刺激而导致错误的判断 当递减系列的阈限大于递增系列的阈限且差异显著时 被试就有期望误差 为消除习惯和期望误差 用最小变化法来测阈限时 须同时应用递增和递减序列的刺激 而且二者的次数还应相等 练习误差 被试由于多次重复实验 逐渐熟悉实验情境 对实验产生兴趣和学习效应 而导致反应速度加快 准确性提高的系统误差如果前一半实验中的阈值 后一半 且差异显著 则说明有练习误差 疲劳误差 被试由于疲劳和厌倦的影响 而导致反应速度减慢 准确性降低的系统误差如果前一半实验中的阈值 后一半 且差异显著 则说明有疲劳误差练习误差和疲劳误差的平衡 为了消除练习和疲劳因素的影响 就要在整个测定阈限的过程中 使所受的练习或疲劳因素的影响相等 ABBA 测差别阈限 计算方法 最小变化法的变式 阶梯法在得到第一个阈限值后 刺激强度就开始向相反方向调整 优点 清楚地表达了阈限的概念缺点 阈下知觉对传统阈限概念的挑战 最小变化法无法应对 这是所有传统概念下阈限的测量方法都无法解决的根本性的冲突 不只是最小变化法 2 恒定刺激法 又称正误法或次数法刺激通常有5到7个 在实验过程中保持不变 故叫恒定刺激法 刺激一般是从预备实验中选出 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被感觉的概率只在5 左右 各个刺激之间的距离相等每种刺激值在整个测定中多次 50 200次 向被试呈现恒定刺激法的刺激是随机呈观的 每个刺激呈现的次数应相等 恒定刺激法测绝对阈限 自变量 一系列的刺激强度 从高于感觉阈限到低于感觉阈限的范围内选5 7个等距的刺激强度 参考文献 等距是指物理强度上的等距因变量 被试的口头报告 计算 直线内插法 s p作图法 平均z分数法 s z作图法 数据个数为奇数 中间的数据应用两次 偶数分为两半 分别计算上下两半的平均数和平均z分数 再求出标准差 SD 计算平均数 或z 0时刺激值 Z x M SD 最小二乘法y ax b适用于有线性关系的两个变量x是实验中的刺激强度s y是各强度所对应的z值 求出y z 0时的x值最小二乘法 10 52平均z分数法 10 54直线内插法 10 56同一实验 处理方法不同 结果会有差异 其中最小二乘法最精确 恒定刺激法测差别阈限 自变量 一系列的比较刺激因变量 被试的比较结果三类反应结果 的计算 上限 50 次比标准刺激强的刺激量下限 50 次比标准刺激弱的刺激量不肯定间距 上限减下限差别阈限 1 2不肯定间距 两类反应 的计算在恒定刺激法中 当要求被试只做两类回答时 只有50 次能与标准刺激区分的比较刺激 实际上是不能与标准刺激相区分的 它不是差别阈 而是主观相等点 即该点的刺激强度被试感觉到与标准刺激相同 在50 处的主观相等点 可以理解为 对标准刺激完全没有辨别力 即完全没感到差别 而100 的正反应则表示完全可以辨别 因此 取二者的中点 即75 点 则可表示 有一半的实验次数能被感觉到与标准刺激的差别 同样道理 25 点也是如此 上限 75 次比标准刺激强的刺激量 处于50 100 的中点 下限 75 次比标准刺激弱的刺激量 或25 重于标准刺激 不肯定间距 上限减下限差别阈限 1 2不肯定间距 三类反应与两类反应的比较三类反应更容易受到主试的指导语和暗示以及被试的态度和自信程度的影响 不易区分被试的辨别力和自信 两类判断应该受到偏爱 它省时 省事 所得结果又都可用 3 平均误差法 又称调整法或再造法方法 给被试呈现一个标准刺激 令被试再造 复制或调节一个比较刺激 使其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 于是每次比较都会得到一个误差 把多次比较的误差平均起来 就得到一个平均误差 用平均误差表示差别感受性 特点 1 要求被试判断在什么时候比较刺激与标准刺激相等 直接给出主观相等点 且这个主观相等点落在不肯定间距之内 被试的反应不是口头报告 而是调整的等值 2 被试积极参与 实验过程中由被试本人调整刺激的变化 通过渐增与渐减两个系列求出刚刚不能引起和刚刚能够引起感觉的刺激值 然后取其平均值作为感觉的绝对阈限 3 刺激量是连续变化的 在极限法时 刺激一般是按梯级变比 4 在接近阈限时 被试可以反复调整刺激 以减少刺激的起始点对结果的影响 直到自己满意时为止 平均误差法测差别阈限 要有两个刺激 一个是标准刺激 一个是比较刺激 被试每次反复调整比较刺激 直到他感觉与标准刺激相等时为止 每次比较刺激按渐增和渐减两个系列进行调整 找出与标准刺激相等的值来 如此反复实验 各次的结果并不是一个固定的数值 而是围绕着一个平均数变化 计算 计算方法 1 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 2 把每次调节的结果与主观相等点 调整结果的平均值 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数 3 用标准差来表示差别阈限标准差 数据的离散程度反映被试的辨别力还可用四分差来表示 中间50 的次数的全距之半或上下四分点之差的一半 上述三种方法计算的结果 都可以作为差别阈限的估计值 只要在一个研究中坚持前后使用同一种方法 其结果都可以作为测量感受性的可靠指标 或对韦伯比率的良好性进行考验上述三种方法所计算的结果并不相等 可见差别阈限只是一个估计数 而绝非一个定值 依不同的操作而异 误差及控制 动作误差 有被试操纵实验仪器 调整比较刺激时 由于所采用的方式的不同而产生的误差 比较刺激大于标准刺激 从大调小比较刺激小于标准刺激 从小调大控制 把从大于和小于标准刺激开始调整的次数各占一半 空间误差 呈现时的空间位置所带来的误差 标准刺激在左在右的次数各占一半时间误差 标准刺激和比较刺激相继呈现所到来的误差 标准刺激在前在后的次数各占一半 平均误差法测绝对阈限 标准刺激假设为零 被试调整的是变异刺激 被试每次是与0相比较的 把刺激调整到刚刚感觉不到则是与0等值 每次测定的强度与标准刺激的差仍然是它本身 故将每次测定的强度平均即为绝对阈限 评价优点 对被试来说比较自然 可引起他的兴趣 不易厌烦 可直接测量被试的反应 实验结果可以采用正常的统计处理 缺点 由于被试调整仪器 动作技巧在判断中也常产生影响 因此 有时他调整的位置 并不就是他当时认为的相等点 平均差误法的特点是要被试调整标准刺激的相等点 因此被试的判断落在不肯定间距内 用平均差误法求得的差别阈限比极限法的小 因此 两种方法的结果不能直接进行比较 强调阈限的含义 最小变化法刺激强度不易改变 恒定刺激法强调自然轻松的情境 强调高效 平均误差法 第二节心理量表法 测量阈上感觉的方法测量 依据一定的规则 将某心理特质用数字符号来表示 而且使心理特质的变化符合数字符号的变化规律 所谓对阈上感觉进行度量 就是依据一定的规则 将感知觉以及某些心理特质 用一定的数字符号来表示 心理物理量表要处理两个对象 一为物理向度 一为心理向度 研究者操纵物理量的变化 借以观察感觉量的变化 一 量表的类型 名称量表 类型 不能进行数学运算顺序量表 程度的差异 没有相等单位 无绝对零点 绝对零点是指某事物并不具备被测量的属性或特征 运用的统计方法有 中位数 百分位数 等级相关 肯德尔和谐系数及等级变异数分析法等 等距量表 有相等单位 无绝对零点 心理测量方面的等距量表 通常在对一些测量做些假设和转换成正态之后 才能成为等距量表 等距量表适用的统计方法大体有 平均数 标准差 积差相关 T和F检验 变异数分析 等 等比量表 有相等单位 有绝对零点 可进行统计分析除了等距量表的统计方法之外 还可用几何平均数 二 顺序量表 1 等级排序法把许多刺激同时呈现 让被试按照一定标准 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 按平均等级排出的等级就是一个顺序量表 也可以通过平均选择分数 每一个与其他样品比较时获胜的次数 求出p分数 获胜比率 转化为z分数 然后排序 更精准 平均选择分数Mc k MRk 被评判的样本总数MR 平均等级p Mc k 1 为避免p等于0或者1 可以在求每个p值时给Mc加0 5 可理解为每个样品在与自身相比较时胜了0 5次 而此时p Mc 0 5 k 例 2 对偶比较法 把所有要比较的刺激配成对 然后一对一对地呈现 让被试对于两刺激的某一特性进行比较 判断两刺激中哪一个更明显 每个刺激都要和其他刺激做比较循环赛N个刺激 要比较1 2 N N 1 次 运用的统计方法有 中位数 百分位数 等级相关 肯德尔和谐系数及等级变异数分析法等 三 等距量表 等距量表 有相等单位但没有绝对零点的量表 整个量表的各个部分的单位是相等的 两种方法 感觉等距法差别阈限法 1 感觉等距法 通过把一个感觉分成主观上相等举例来制作 1 二分法找出两个不同强度刺激的心理量上的中点 二分之一点 这样就把两刺激量在强度上分成两个等级例 R1和R3是两个不同强度的声音刺激 R3大于R1 被试的任务 找出R2 使其响度正好在在R1 R2之间物理刺激 R1R2R3心理量 响度响度R3 响度R2 响度R2 响度R1 2 调整法同时分成几个等份找出两个不同强度刺激的心理量上的N分之一点 这样就把两刺激量在强度上分成N个等级 2 差别阈限法与Fechner定律 是制作等距量表的一种间接方法 心理量表值来源于分辨能力的测量 用任何一种古典心理物理法 测出某种感觉的绝对阈限 并以绝对阈限为起点 产生第一个最小可觉差的刺激强度 以第一个最小可觉差为基础再测量第二个最小可觉差 这样 测量许多最小可觉差以后 以刺激强度为横坐标 以绝对阈限以上的最小可觉差为纵坐标 画出的心理物理关系图 表 就是等距量表 韦伯定律 差别阈限是标准刺激的一个固定的比率这就是说 为使两个量的主观感觉构成一个可觉差 当其中一个标准刺激的物理量增加时 另一个量也必随之按一定的比例增加 才能使两个主观上的量保持恒定 即一个最小可觉差 但可觉差的阶梯也必然要增高 差别阈限 I 刺激增量 造成了最小可觉差 justnoticeabledifference JND 用JND做单位来衡量感觉量的大小 当感觉JND以算术级数增长时 刺激强度需以几何级数增长 成对数关系 感觉与刺激强度之间的关系用如下的经验公式表述Sk S0 1 W S0 零点或起点的刺激值 以绝对阈限刺激值充任 Sk 为任何刺激值 即第k个感觉阶梯的刺激值 W 韦伯分数K 从S0到Sk之间的JND数目两边取对数logSk logS0 Klog 1 W Sk引起的心理量用Rk表示Rk logS0 Klog 1 W 费希纳定律 K 内部心理量表上的一点 总对应于一个固定的物理刺激值 固定的数量关系 费希纳定律的假设 韦伯定律正确绝对阈限是指零感觉点不同刺激强度水平上的JND都是相等的注意 感觉零点并不是绝对零点韦伯定律的应用范围只是中等强度 而且只是近似值JND在心理量上的等值是尚待研究的等距量表适用的统计方法大体有 平均数 标准差 积差相关 T和F检验 变异数分析 等 四 等比量表 等比量表 既有真正的零点 也有相等单位Stevens 测量中观察者是直接以心理量表的单位来反应的 是直接测量的方法感觉比例法 分段法 数量估计法 1 感觉比例法 分段法 具体做法 呈现一个固定的阈上刺激作为标准刺激 让被试调节一个变异刺激 使它引起的感觉为标准刺激所引起的感觉的一定的比例 每次实验只选定一个比例进行比较 以明度比例量表为例共有八个刺激 每个被试对每个标准刺激作减半 1 2 判断各20次 平均 取对数 2 数量估计法 也是一种制作感觉比例量表的直接方法具体步骤 主试先呈现一个标准刺激 并规定其一个主观数值 然后让被试以这个主观值为标准 把其他同类 但强度不同的主观值放在这个标准刺激的主观值关系中进行判断 并用一个数字表示出来 为避免被试使用的数字过大或过小对结果的影响 使用几何平均数 n个数值乘积的n次方根 例 用数量判断气味强度的实验中 给被试的指示语 我们让你估计一种气味的强度 这个刺激是标准刺激强度 并将你感觉到的这个标准刺激气味强度规定为10 其他任何所呈现的变异刺激强度是多少都放在10中进行判断 就是说 标准刺激强度感觉是10 其他刺激的强度感觉该是几 如果是标准刺激强度的1 5就说2 如果是标准刺激强度的2倍就说20 数字可以是任何你所认为合适的数字 分数 整数都行 回答无所谓对错 只是想了解你是怎样判断气味的也可让被试自己规定标准刺激的心理强度 一般而言 心理量是物理量的幂函数 这就是stevens的幂定律 S 心理量I 物理量a由感觉道和刺激强度决定的幂函数b由量表单位决定的常数 把标准刺激定为100 b为100 定为2 则b为2两边取对数logS logb alogI就是直线关系 指数a代表直线的斜率 logb代表直线的截距 直线的不同斜率表示心理量随物理量增加而增加的速度不同 Stevens测定的声音响度等比量表发现 声音强度增加10倍 相应的主观感觉响度增加2倍声学领域中 分贝的定义是声源功率与基准声功率比值的对数乘以10的数值声音强度每增加10个dB 即增加10倍 心理物理判断的相对性数量估计法中的判断都是基于即时的上下关系 时间上的 对当前刺激的判断受到前一刺激强度及给出数字的影响 对当前刺激的判断仅仅是顺序性的 数量估计法引起的变异比简单地分辩这个声音比那个声音更响所引起的变异要大的多 等距量表适用的统计方法大体有 平均数 标准差 积差相关 T和F检验 变异数分析 几何平均数等 第三节信号检测论 信号检测论的基本思想信号检测论的两种独立指标接受者操作特征曲线 传统心理物理学假设 被试报告为 有 的概率P y 仅是物理刺激强度的函数 不受到刺激出现概率P S 被试的个性特征等非感觉因素的影响 事实上 P S 总是为1 100 将反应局限在击中和漏报两种真实的被试反应P y 会受到P S 的影响 反应代价也会影响被试的反应倾向被试反应 客观的感受过程 主观的决策过程 传统心理物理法无法把感受性的测量和被试的动机 态度等主观因素造成的反应分开 信号检测论的优点就是能够把人的感受性与他的判断标准区分开来 并以独立的数据来分别表达它们因为它不仅考察人对信号刺激的反应 还考察对噪音刺激的反应 关于信号检测论 信号检测论 signaldetectiontheory SDT 是信息论的一个重要分支 最早应用于通讯工程中 把信号从噪音中分离出来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 信号 S 目标刺激噪音 N 所有对目标刺激起干扰作用的因素 不仅用于听觉 同样可用于其他感觉道 信号刺激的出现总是伴随有背景噪音 所以表示为 SN心理学中刺激变量 S随机变化 N人对刺激的辨别等效于在噪音中检测信号 基本假设 假设一 知觉通常由两个基本的内部过程来控制 感觉过程和决策过程 感觉过程给决策过程传递一个量值 该量值不至于引起 是 反应 假若该量值较高 那么一旦得与失都被考虑之后 决策过程更有可能产生 是 反应 假设二 当试图去检测信号时 与信号混在一起且对信号产生干扰的噪音总是存在的 这种干扰来自 环境变化 仪器设备变化 自发的神经活动 以及直接的实验操作等 在信号检测实验中 被试对信号出现的判断 可以有四种结果 击中 当SN时 被试报告 有 表示为y SN虚报 当N时 被试报告 有 表示为y n漏报 当SN时 被试报告 无 表示为n SN正确否定 当N时 被试报告 无 表示为n N 色子游戏 三颗色子 两颗AB是正常的 即每