Законът за силата на Стивънс: психофизична теория и формула

Законът за силата на Стивънс е предложена зависимост между големината на физическия стимул и интензивността или силата, която хората усещат.

Повечето хора смятат, че той описва по-широк спектър от усещания, отколкото законът на Вебер и Фехнер. Но критиците твърдят, че валидността на закона не е сигурна.

Теорията е кръстена на психофизика Стенли Смит Стивънс (1906-1973). Въпреки че идеята за закона на силата е предложена от изследователи през XIX век, Стивънс има заслуга за възраждането на закона и публикуването на редица психофизични данни в негова подкрепа през 1956 г.

Общата форма на закона е

ψ ( I ) = k I a , {\displaystyle \psi (I)=kI^{a},\,\! } $\psi (I)=kI^{a},\,\!$

където I {\displaystyle I} е големината на физическия стимул, ψ {\displaystyle \psi } $\psi$ е психофизичната функция, отразяваща усещането (субективната големина на стимула), a {\displaystyle a} е експонента, която зависи от вида на стимулацията, а k {\displaystyle k} е константа на пропорционалност, която зависи от вида на стимулацията и използваните единици.

В таблицата вдясно са изброени експонентите, докладвани от Стивънс.

Методика и оценяване

За да се оцени експонентът a, обикновено се използват психофизични методи като оценка на величината (magnitude estimation), произвеждане на величина (magnitude production) или съпоставяне между модалности (cross-modality matching). В практиката резултатите често се трансформират чрез логаритмична регресия:

log ψ = log k + a · log I,

което прави зависимостта линейна върху лог-лог координатна система и позволява лесно измерване на наклона (експонента a) и сдвига (log k).

Примери за експоненти (типични стойности)

Стойностите на експонента a варират според сетивната модалност, методологията и индивида. По-долу са дадени приблизителни, често цитирани стойности — те служат само за илюстрация, тъй като в литературата съществува голяма вариабилност:

Видима яркост (brightness): около 0.3 — 0.5
Звук (субективна сила, loudness): около 0.6 — 0.8
Тегло (perceived heaviness): около 1.0
Дължина/площ (визуални размери): около 1.0 (пропорционално възприятие)
Болка/електрически шок: големи стойности (често над 2; някои ранни измервания показват около 3 или повече)
Вкус и мирис: често много вариабилни и зависещи от веществото; експонентите са по-малки и понякога непоследователни

Тези стойности се отнасят за средни резултати; експонентите зависят от използваните инструкции, диапазона на стимулите и измервателния метод.

Отношение с Вебер–Фехнер

Законът на Вебер–Фехнер предполага логаритмична връзка между стимул и усещане (ψ ∝ log I). Законът на Стивънс предлага по-обща, емпирична форма — степенна функция — която може да дава или по-плоска (a < 1), или по-стръмна (a > 1) връзка в зависимост от модалността. В някои случаи логаритмичният модел дава подобно добро приближение; в други — степенният модел описва данните по-добре.

Критика и ограничения

Методологични проблеми: Резултатите на Стивънс зависят от избора на метод (оценка на величината, произвеждане и т.н.), от инструкциите към участниците и от диапазона на използваните стимули.
Скалиране и субективност: Участниците използват числови скали по различен начин — едни хора са склонни да дават по-големи или по-малки числа за еднакви усещания, което може да изкриви оценките на a и k.
Контекстни ефекти: Околният контекст, адаптацията и контрастът влияят на възприемането и затова една и съща модалност може да покаже различен експонент при различни условия.
Емпиричен характер: Законът на Стивънс е описателен (емпиричен), а не теоретично-редуциращ към основни принципи; това ограничава неговата обобщаемост без допълнителни механистични обяснения.

Съвременен статус и приложения

Въпреки критиките, степенната функция на Стивънс остава полезен инструмент в психофизиката и близки полета. Тя се използва при моделиране на звукозаписна техника (loudness), при оценка на визуална яркост и контраст, в инженерни приложения (ергономия, дизайн на интерфейси), както и при изследвания на болка и сензорна обработка.

Съвременните подходи често комбинират емпирични функции като тази на Стивънс с невробиологични модели за нормализация и кодиране в сензорните системи, което помага да се свържат психологическите наблюдения с механизми в мозъка.

В заключение, Законът за силата на Стивънс предоставя компактна и практична емпирична формула за количествено описание на връзката между физически стимул и субективно усещане, но стойностите и приложимостта му трябва да се интерпретират внимателно, като се отчита методологията и контекстът на измерването.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява законът за силата на Стивънс?

О: Законът за силата на Стивънс е предложена зависимост между големината на физическия стимул и интензивността или силата, която хората усещат. Той предполага, че между тези два фактора съществува зависимост, която може да бъде изразена под формата на уравнение.

Въпрос: Кой е разработил тази теория?

О: Теорията е разработена от психофизика Стенли Смит Стивънс (1906-1973 г.). Въпреки че идеята за закона на силата е предложена от изследователи през XIX век, Стивънс има заслуга за нейното възраждане и публикуването на данни в нейна подкрепа през 1956 г.

Въпрос: Как изглежда общата форма на закона?

О: Общата форма на закона има следния вид: ψ (I)=kI^a, където I е големината на физическия стимул, ψ е психофизическата функция, улавяща усещането (субективната големина на стимула), a е експонента, която зависи от вида на стимулацията, а k е константа на пропорционалност, която зависи от вида на стимулацията и използваните единици.

Въпрос: Какво описва законът на Вебер и Фехнер?

О: Законът на Вебер-Фехнер описва как хората възприемат промените в стимулите, като например интензивността на звука или светлината. Той гласи, че когато има малки промени в интензивността, хората няма да ги възприемат, освен ако не са достатъчно големи, за да предизвикат забележими разлики.

Въпрос: Сигурна ли е валидността на закона за силата на Стивън?

О: Критиците твърдят, че валидността на закона за силата на Стивън все още не е доказана окончателно.

В: Какви експоненти са отчетени от Стивънс?

О: В таблицата към текста са изброени експонентите, докладвани от Стивънс за различни видове стимули.