Stp = (P1 + P2)/ 2
Аналогичным способом определяется и верхний абсолютный порог — значение стимула, при котором он перестает восприниматься адекватно. Верхний абсолютный порог иногда называют болевым порогом, потому что при соответствующих ему величинах стимулов мы испытываем боль — резь в глазах при слишком ярком свете, боль в ушах при слишком громком звуке.
Абсолютные пороги — верхний и нижний — определяют границы доступного нашему восприятию окружающего мира. По аналогии с измерительным прибором абсолютные пороги определяют диапазон, в котором сенсорная система может измерять раздражители, но кроме этого диапазона работу прибора характеризует его точность, или чувствительность. Величина абсолютного порога характеризует абсолютную чувствительность. Например, чувствительность двух людей будет выше у того, у кого появляются ощущения при воздействии слабого раздражителя, когда у другого человека ощущений еще не возникает (т. е. у кого меньше величина абсолютного порога). Следовательно, чем слабее раздражитель, вызывающий ощущение, тем выше чувствительность.
Таким образом, абсолютная чувствительность численно равна величине, обратно пропорциональной абсолютному порогу ощущений. Если абсолютную чувствительность обозначить буквой Е, а величину абсолютного порога Р, то связь абсолютной чувствительности и абсолютного порога может быть выражена формулой:
E= 1/Р
Различные анализаторы обладают разной чувствительностью. О чувствительности глаза мы уже говорили. Очень высока чувствительность и нашего обоняния. Порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает восьми молекул. Чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется по крайней мере в 25 000 раз больше молекул, чем для возникновения обонятельного ощущения.
Абсолютная чувствительность анализатора в равной степени зависит как от нижнего, так и от верхнего порога ощущения. Величина абсолютных порогов, как нижнего, так и верхнего, изменяется в зависимости от разных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности действия раздражения и т. д.
Другая характеристика чувствительности — это чувствительность к различию. Ее еще называют относительной, или разностной, так как это чувствительность к изменению раздражителя. Если мы положим на руку груз весом 100 граммов, а затем добавим к этому весу еще один грамм, то этой прибавки ни один человек ощутить не сможет. Для того чтобы ощутить прибавку к весу, необходимо добавить три-пять граммов. Таким образом, для того чтобы почувствовать минимальное различие в характеристиках воздействующего раздражителя, необходимо изменить силу его воздействия па определенную величину, а то минимальное различие между раздражителями, которое дает едва заметное различие ощущений, называется порогом различения.
Еще в 1760 г. французский физик П. Бугер на материале световых ощущений установил очень важный факт, касающейся величины порогов различения: для того чтобы почувствовать изменение освещенности, необходимо изменить поток света на определенную величину. Изменения характеристик светового потока на меньшую величину мы не сможем заметить с помощью наших органов чувств. Позднее, в первой половине XIX в. немецкий ученый М. Вебер, исследуя ощущение тяжести, пришел к выводу, что, сравнивая объекты и наблюдая различия между ними, мы воспринимаем не различия между объектами, а отношение различия к величине сравниваемых объектов. Так, если к грузу в 100 граммов необходимо прибавить три грамма, чтобы почувствовать разницу, то к грузу в 200 граммов, для того чтобы почувствовать различия, необходимо добавить шесть граммов. Иначе говоря: чтобы заметить увеличение веса, надо к первоначальному грузу прибавить приблизительно ^д его массы. Дальнейшие исследования показали, что подобная закономерность существует и у других видов ощущений. Например, если исходная освещенность комнаты составляет 100 люксов, то прибавка освещенности, которую мы впервые заметим, должна составлять не менее одного люкса. Если же освещенность составляет 1000 люксов, то прибавка должна составлять не менее 10 люксов. То же самое относится и к слуховым, и к двигательным, и к другим ощущениям. Итак, порог различий ощущений определяется соотношением
DI / I
где DI— величина, на которую должен быть изменен исходный, уже породивший ощущение стимул, чтобы человек заметил, что он действительно изменился; I - величина действующего стимула. Причем исследования показали, что относительная величина, характеризующая порог различения, является постоянной для конкретного анализатора. Для зрительного анализатора это соотношение составляет приблизительно 1/1000, для слухового — 1/10, для тактильного — 1/30. Таким образом, порог различения имеет постоянную относительную величину, т. е. всегда выражается в виде отношения, показывающего, какую часть первоначальной величины раздражителя надо прибавить к этому раздражению, чтобы получить едва заметное различие в ощущениях. Это положение было названо законом Бугера—Вебера. В математическом виде этот закон может быть записан в следующем виде:
DI / I = const,
где const (константа) — постоянная величина, характеризующая порог различия ощущения, названная константой Вебера. Параметры константы Вебера приведены в табл. 1.
Таблица 1. Значение константы Вебера для различных органов чувств.
| Ощущения | Значение константы |
| Ощущение изменения высоты звука Ощущение изменения яркости света Ощущение изменения веса предметов Ощущение изменения громкости звукаОщущение изменения давления на поверхность кожиОщущение изменения вкуса соляного раствора | 0,0030,0170,0200,1000,1400,200 |
Основываясь на экспериментальных данных Вебера, другой немецкий ученый — Г. Фехнер — сформулировал следующий закон, называемый обычно законом Фехнера: если интенсивность раздражений увеличивается в геометрической прогрессии, то ощущения будут расти в арифметической прогрессии. В другой формулировке этот закон звучит так: интенсивность ощущений растет пропорционально логарифму интенсивности раздражителя. Следовательно, если раздражитель образует такой ряд: 10; 100; 1000; 10 000, то интенсивность ощущения будет пропорциональна числам 1; 2; 3; 4. Главный смысл данной закономерности заключается в том, что интенсивность ощущений возрастает не пропорционально изменению раздражителей, а гораздо медленнее. В математическом виде зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя выражается формулой:
S = K * LgI +C,
(где S — интенсивность ощущения; I — сила раздражителя; K и C — константы). Данная формула отражает положение, которое носит название основного психофизического закона, или закона Вебера—Фехнера.
Спустя полстолетия после открытия основного психофизического закона он вновь привлек к себе внимание и породил много споров по поводу своей точности. Американский ученый С. Стивене пришел к выводу о том, что основной психофизический закон выражается не логарифмической, а степенной кривой. Он исходил из предположения о том, что для ощущений, или сенсорного пространства, характерно то же отношение, что и для пространства стимулов. Данная закономерность может быть представлена следующим математическим выражением:
DЕ / Е = К
где Е — первичное ощущения, DЕ — минимальное изменение ощущения, которое возникает при изменении воздействующего стимула на минимальную величину, заметную для человека. Таким образом, из данного математического выражения следует, что соотношение между минимально возможном изменение наших ощущений и первичным ощущением есть величина постоянная — К. А если это так, то соотношение между пространством стимулов и сенсорным пространством (нашими ощущениями) может быть представлено следующим уравнением:
DЕ / Е = К х DI / I
Данное уравнение получило название закона Стивенса. Решение этого уравнения выражается следующей формулой:
S = KxRn,
где S — сила ощущений, К — константа, определяемая избранной единицей измерения, п — показатель, зависящий от модальности ощущений и изменяющийся в пределах от 0,3 для ощущения громкости до 3,5 для ощущения, получаемого от удара электрическим током, R — значение воздействующего раздражителя.
Американские ученые Р. и Б. Тетсунян попытались математически объяснить смысл степени п. В результате они пришли к выводу, что значение степени п для каждой модальности (т. е. для каждого органа чувств) определяет соотношение между диапазоном ощущений и диапазоном воспринимаемых стимулов.
Спор о том, какой из законов является более точным, так и не был разрешен. Науке известны многочисленные попытки дать ответ на этот вопрос. Одна из таких попыток принадлежит Ю. М Забродину, который предложил свое объяснение психофизического соотношения. Мир стимулов опять представляет закон Бугера—Вебера, а структуру сенсорного пространства Забродин предложил в следующем виде:
DЕ / Еz
т. е. добавил константу — г. В результате соотношение между миром стимулов и миром наших ощущений отражается в следующем уравнении:
DЕ / Еz = К х DI / I
Очевидно, при z =0 формула обобщенного закона переходит в логарифмический закон Фехнера, а при z = 1 — в степенной закон Стивенса.
Почему Ю. М. Забродин ввел константу 2 и каков ее смысл? Дело в том, что величина этой константы определяет степень осведомленности испытуемого о целях, задачах и ходе проведения эксперимента. В экспериментах Г. Фехнера принимали участие «наивные» испытуемые, которые попали в абсолютно незнакомую экспериментальную ситуацию и ничего, кроме инструкции, не знали о предстоящем эксперименте. Таким образом, в законе Фехнера z=0, что означает полную неосведомленность испытуемых. Стивенс решал более прагматические задачи. Его скорее интересовало, как человек воспринимает сенсорный сигнал в реальной жизни, а не абстрактные проблемы работы сенсорной системы. Он доказывал возможность прямых оценок величины ощущений, точность которых увеличивается при надлежащей тренировке испытуемых. В его экспериментах принимали участие испытуемые, прошедшие предварительную подготовку, обученные действовать в ситуации психофизического эксперимента. Поэтому в законе Стивенса z = 1, что показывает полную осведомленность испытуемого.