心理物理法

心理物理法（Psychophyslcal Methods） 對刺激和感覺（或感覺反應〕之間關係的數量化研究。它涉及四個方面的問題：（1）刺激量的值在達到多大才能引起感覺或感覺反應；（2）一個閾上刺激呈現以後，它的強度要改變多少才能被人覺察到；（3）如何才能使一個刺激產生的感覺和另一個刺激相等；（4）隨著刺激大小的改變，感覺或感覺反應會有什麼變化。

心理物理法就是用來解決這些問題的方法，它包括經典方法、心理量表法和信號檢測法三種研究手段。其中，經典方法是用來測定感覺閾限的方法，心理量表法主要用於閾上感覺的測量，信號檢測法是20世紀50年代新引入心理學的研究工具，它能排除實驗時被試的動機、態度等主觀因素對感受性測量的影響。

研究心理量和物理量之間關係的心理學研究方法。可分為兩大類，即：測量感覺閾限的方法和製作心理量表的方法。

測量感覺閾限的方法 由G.T.費希納提出。

基本介紹

• 中文名：心理物理法
• 外文名：Psychophyslcal Methods
• 定義：對刺激和感覺之間關係數量化研究
• 研究手段：經典方法、心理量表法

類型

主要有極限法、恆定刺激法、平均誤差法及其各種變型。

①極限法

刺激以相等間距變化，從遠離閾限值開始，或漸增，或漸減，找被試從感覺不到到感覺到，或從感覺到到感覺不到的轉折點。以此轉折點的刺激強度作為閾限值的方法。

②恆定刺激法

將少數固定的刺激以隨機方式呈現，以被試對不同刺激覺察到的次數所占的比例來估計閾限值的方法。

③平均差誤法

讓被試調整比較刺激，使之與標準刺激的強度相等。以被試判斷的平均誤差作為差別閾限值的方法。

④信號檢測法

上述古典心理物理法測定閾限會受到被試態度的影響。運用信號檢測論的方法，既可估計出被試對刺激的覺察能力也能估計出他進行判斷的嚴格程度。

製作方法

由於物理刺激的等量增加或減少並不一定引起感覺上等量的變化，因而為了度量閾上感覺量，就需要根據刺激變化和感覺變化之間的關係建立心理量表。心理量表大體上可以分為順序量表、等距量表和比例量表3類。

①順序量表

既沒有相等單位也沒有絕對零點。根據順序量表只能知道某事物按照規定的標誌在一定順序中所處的位置。用對偶比較法和等級排列法可製作順序量表。

②等距量表

只有相等單位而沒有絕對零點。根據等距離量表不僅可以知道兩事物之間在某種特點上有無差別，還可以知道它們相差多少。可用差別閾限法製作等距量表。

③比例量表

既有相等單位又有絕對零。它不僅可以表明就其一特點來說兩事物相差多少，而且還可以表明它們之間的比例關係。可用數量估計法製作比例量表。

方法

心理物理學的方法主要用於人類被試（傳統上也稱為觀察者）的實驗，但有些方法現在也用來研究動物的感覺。

經典方法

經典方法是測量感覺閾限的基本方法，主要有極限法、調整法和恆定法三種，它們是1860年費希納在他的《心理物理學綱要》上最早提出來的，費希納用它們來測定絕對閾限和差別閾限。從操作的角度來說，絕對閾限（RL）是指有50%的次數能引起感覺，50%的次數不能引起感覺的刺激的強度；差別閾限（DL）是指有50%的次數能覺察出差別，50%的次數不能覺察出差別的刺激強度的差異。

1、極限法。也叫最小變化法、最小可覺差法、系列探查法、最小可覺察2刺激法。它的特點是刺激按大小順序呈現，各相鄰刺激的強度差別很小而且間距相等；刺激旦現的順序有兩種，一種是按從小到大的順序呈現，叫作漸增法（↑）；另一種按從大到小的順序呈現，叫作漸減法（↓）。每次呈現刺激後，讓被試報告是否覺察到有刺激出現，感覺到刺激就報告“有”，感覺不到就報告“沒有”。用漸增法呈現刺激系列時，要從比閾限值小得多的刺激開始呈現，逐漸以較小的梯度增加刺激強度，直到被試的報告從“沒有”的刺激強度和第一次報告“有”的刺激強度的算術平均數就是這個系列測得的絕對閾限。用漸減法呈現刺激系列時，要從比閾限值大得多的刺激開始，逐漸以較小的梯度降低刺激強度，直到被試的報告從“有”變成“沒有”。漸減系列的絕對閾限等於被試最後一次報告“有”的刺激強度和第一次報告“沒有”的刺激強度的算術平均數。實驗過程中，漸增系列和漸減系列交替呈現，經過大約100個系列的探查，最終測得的絕對閾限等於所有漸增、漸減系列所得閾限的平均數。表1式列出的是用極限法測音高絕對閾限的實驗結果（第157頁表1）。用極限法測差別閾限時，每次實驗主試先呈現一個標準刺激，然後呈現

一個比較刺激，讓被試分辨比較刺激與標準刺激相比是大些、小些還是相等。比較刺激比標準刺激大記為“+”，比標準刺激小記為“—”，相等記為“=”。在職 各個系列的實驗中，被試的反應從“—”變成“=”，兩者相應刺激強度的算術平均數稱為下閾限（L1）；“+”與“=”反應的相應刺激強度的算術平均數稱為上閾限（Lu），上下閾限的平均數叫作不肯定間距（IU），系列的差別閾限等於IU/2，不肯定間距的中點叫作主觀相等點（PSE），最終測得的差別閾限就是所有漸增、漸減系列差別閾限的平均數。表2是用極限法測時間差別閾限的結果，標準刺激是0.40秒。（第158頁表2、3）

2、調整法。也叫平均差誤法、複製法或均等法。這個方法的典型實驗程式是讓被試調整一個連續變化的比較刺激，使它與標準刺激相等。每次實驗主試都讓被試從一個明顯大於或小於標準刺激的點開始，直到比較刺激看起來與標準刺激相等為止。比較刺激的起點是隨機的，且大於和小於標準刺激的次數相等，交替呈現。調整法主要用於差別閾限的測量，但有時也可用來測絕對閾限。用調整法測差別閾限時，被試判斷為與標準刺激相等的比較刺激的值的均數就是PSE，PSE與標準刺激的差叫作常誤（CE），差別閾限可以是每次判斷結果與標準刺激之差的絕對值的平均數，也可以是每次判斷結果與主觀相等點之差的絕對值的平均數。表功就是用調整法測長度差別閾限的結果，標準刺激（St）是150毫米。用調整法測絕對閾限時，可以讓被試自己調節刺激強度到他剛好能覺察到刺激或剛好不能覺察到刺激的那一點，絕對閾限就是所有這些轉折點的平均數。

3、恆定刺激法。也叫正誤法、恆定法、次數法，它的特點是只採用少數幾個刺激（一般是4—9個），且這幾個刺激在整個測定閾限的過程中是固定不變的，主試把這幾個刺激以隨機的方式反覆向被試呈現。用恆定刺激法測感覺閾限之前，先要進行預備實驗，以選定刺激並確定各刺激呈現的順序。所選刺激的最大強度應為每次呈現幾乎都能被感覺到的強度，被感覺到的可能性最好在95%左右；所選刺激的最小強度應為每次呈現幾乎都不能被感覺到的強度，被感覺到的可能性最好在5%左右。選定刺激範圍以後，再在這個範圍內選出4—9個間距相等的刺激。正式實驗時，每種刺激強度呈現的次數不能少於20個，且呈現的次數要相等，呈現的順序要隨機排列。用恆定刺激法測絕對閾限時，絕對閾限的值可以根據操作定義由直線內插法或其他方法求得（見表4、圖1）。恆定刺激法測差別閾限時，也可以用相同的方法求得差別閾限，表5和圖2是測重量差別閾限的結果，標準刺激為200克。

心理量表法

心理量表法是度量閾上感覺的方法。我們知道作用於人的物理刺激是用物理量表來測量的，例如刺激的長度可以用米或尺來度量，刺激的重量可以用公斤或克來度量。有了物理量表，我們可以根據需要改變刺激的強度。可是有一個工程師在照明設計時，需要使一間屋子的亮度看起來是另一間屋子的兩倍，他把這間屋子裡原來15瓦的燈泡換成30瓦，卻發現屋內的亮度並沒有增加一倍。這說明物理刺激與心理感覺並不是對應的，只用物理量表不能解決這類的問題，還得建立能夠度量閾上感覺的心理量表。

從量表有無相等單位和有無絕對零點來說，心理量表可以分為順序量表，等距量表和比例量表三類。順序量表既沒有相等單位又沒有絕對零點，它只是把事物按照某種標誌排出一個順序。等距量表有相等單位，但沒有絕對零點。比例量表既有相等單位又有絕對零點，可以用各種數學手段處理數據，是一種比較理想的量表。量表的性質不同，製作的方法也不同。

順序量表製作

順序量表可以用等級排列法和對偶比較法來製作。等級排列法是一種製作順序量表的直接方法。實驗時把許多刺激同時呈現給被試，讓被試按一定標準把它們排成一個順序，然後把許多被試對同一刺激評定的等級加以平均，把各刺激按平均等級的大小排列，得到的就是順序量表。

對偶比較法是把所有要比較的刺激配對呈現，讓被試對刺激的某一特性進行比較，最後根據每個刺激的得分多少，排出順序量表。

等距量表製作

等距量表可以用感覺等距法和差別閾限法來製作。感覺等距法是製作等距量表的直接方法，它是通過把一個感覺分成主觀上相等的距離來製作的。例如有一種叫作二分法的方法就是呈現兩個刺激R1和R5，R5 》R1，要求被試找出一個R3，使R3的強度剛好在R1 和R5 之間，即R5—R3= R3—R1。然後再要求被試找出一個R2，使R2 的強度剛好在R1 和R3之間；找出R4 ，使R4的強度剛好在R3和R5 之間。這樣，利用三次二分法把R1 和R5 之間的強度分成了四等分，就得到了一個刺激R的感覺等距量表。

差別閾限法是一種製作等距量表的間接方法。根據韋伯定律，差別閾限是標準刺激的物理強度隨著標準刺激的增加按韋伯比例作相應的增加，使主觀增量始終保持在最小可覺差的水平上，這就是用差別閾限法製作等距量表的基本原理。

比例量表製作

比例量表可以用分段法和數量估計法來製作。分段法是製作比例量表的直接方法，它是通過把一個感覺量加倍或減半或取任何其他比例來建立心理量表的。例如，我們可以以一個固定的閾上刺激作為標準，讓被試調整比較刺激，使它所引起的感覺為標準刺激的2倍（也可以是3倍、1/2倍、1/3倍等等，每個實驗只能選一個比例進行比較）。用一個標準刺激比較以後，再換另外幾個標準刺激進行比較，這樣就能找出哪些刺激引起的感覺是哪些標準刺激的2倍。以這些數據為根據，就可以建立起一個感覺的比例量表。

數量估計法也是製作比例量表的直接方法。它的步驟是，主試先呈現一個標準刺激，規定它的主觀值為某個數字，然後讓被試以這個主觀值為標準，把其他同類但強度不同的刺激放在這個標準刺激與主觀值的關係中進行比較，並用一個數字表示出來。例如，在一個味覺的實驗中，主試在一塊玻璃板上滴一小滴香水，告訴被試這種香味的濃度是10，然後主試在玻璃板上滴兩小滴香水，要求被試回答這種香味的濃度是多少。用數量估計法得到的比例量表和分段法所得到的結果是類似的。

信號檢測法

用經典的心理物理法測感覺閾限時，常有一些非感覺的因素如動機、期望、態度等對閾限的估計產生影響，這些因素稱為反應的傾向性。例如在用恆定刺激法測閾限時，即便沒有刺激呈現，被試有時也會作出“有”的反應。為了消除這些影響，心理物理學家想出了許多措施，如在實驗前對被試加以訓練，使他在實驗中採取的反應標準前後一致；用統計方法校正實驗結果，以除去判斷比便中猜測的成分等等。但這些措施主要是使影響閾限估計的因素保持恆定，並不能測量反應的傾向性，也不能把所測得的閾限和反應傾向性分階段開。信號檢測論對心理學的貢獻就在於使實驗者可以用一些方法測量反應的傾向性，並使所測得的被試的辨別力不受反應傾向性的影響。

信號檢測論對被試的反應作了區分，把被試正確覺察到刺激的呈現叫作“擊中”，把沒有刺激呈現而被誤以為有刺激呈現的情況叫作“虛報”。動機、期望、態度等反應傾向性的改變有時會提高擊中率，但這種結果往往伴隨著虛報率的上升。經典心理物理法總是試圖把虛報率控制在較低的水平，以便在計算閾限時可以忽略不計。但信號檢測論在計算辨別力d′時，兼顧了擊中率和虛報率這兩個指標，使實驗的結果更客觀更可靠。

辨別力d′的計算程式取決於實驗所用的方法。信號檢測實驗包括三種基本方法：有無法、評價法和迫選法。有無法的基本程式是，主試呈現刺激（這些刺激中有些有信號-信號+噪音，有引起沒有信號-噪音），讓被試判斷剛才呈現的刺激中有無信號，然後根據被試判斷的結果來估計擊中率和虛報率。評價法呈現刺激的方式和有無法一樣，但要求被試反應的方式和有無法不同。在用有無法做的實驗中，只要求被試以“有信號”或“無信號”來反應，在評價法中，還要求被試對信號出現的可能性作出評價。迫選法和有無法、評價法不同的地方在於，讓被試判斷以前，至少要連續呈現兩次刺激。在兩次或多次呈現的刺激中，只有一次有信號出現，但信號在哪一次出現則是隨機的。被試的任務就是判斷哪一次呈現的刺激中最可能有信號。

動機、期望、態度等瓜傾向性能夠直接影響被試的判斷標準，主試可以通過改變信號與噪音的比例、獎懲的辦法來操縱被試的判斷標準。被試不同的判斷標準可以在“接受者操作特點（ROC）曲線”上看到（見圖3）（第161頁圖），曲線上的各個點代表在特定刺激條件下被試所採用的各種反應方式（判斷標準），當判斷標準發生變化時，擊中率和虛報率也隨著發生變化，但是這些點連起來的ROC曲線的光滑度並沒有發生變化，這說明被試的辨別力不從心d′是穩定的，不受判斷標準的影響。信號檢測論就是通過這種方式把感覺和非感覺因素區分了開來。

心理物理法原本是用來回答前面提到的四個理論問題的，但現在這種方法作為一種研究手段已不限於心理物理學領域，它在許多別的領域也找到了越來越多的用武之地。在心理學的其他領域，比如學習心理學中，學習心理學家開始把信號檢測法用於被試的記憶測量；工程心理學根據人類正常的視、聽閾限來設定儀器、設備的某些參量。此外，心理學以外的領域也開始用心理物理法為本行業服務，如商業界用量表法測量顧客對某種商品或廣告的喜愛程度；醫學上根據各個感覺到閾限的常模進行臨床診斷。總之，心理物理法這種古老的研究方法近幾十年來在理論上和套用上都有了很大的發展，尤其在社會套用方面還將會有更寬廣的發展前景。