Характеристики порогів чутливості різних аналізаторів

Аналізатор	Абсолютний пopiг	Диференціальний пopiг	Ступінь використання у технічних системах
одиниці вимірювання	приблизна величина	одиниці вимірювання	приблизна величина
Зоровий	лк	4∙10 9 –10^-3	лк, …’	0,01; 0,6 – 1,5	90,0
Слуховий	дин/см^2	0,0002	дБ	0,3 – 0,7	1,0
Тактильний	мг/мм^2	3 – 300	мг/мм^2	0,07	0,5
Смаковий	мг/л	10 – 10 000	мг/л	0,2	—
Нюховий	мг/л	0,001 – 1	мг/л	0,16 – 0,50	—
Кінестетичний	кг	—	кг	0,02-0,09	—
Вестибюлярний	м/с^2	0,1 – 0,12	—	—	—
Темпера­турний	^0С	0,2 – 0,4	^0С	0,03 – 0,09	—

Мінімальна сила подразника, що викликає ледь помітне адекватне відчуття, називається нижнім абсолютним порогом чутливості даного аналізатора, а максимальна — верхнім аб­солютним порогом чутливості. Подальше зростання сили подразника викликає вже больову реакцію.

Величина, обернено пропорційна нижньому абсолют­ному порогові, характеризує абсолютну чутливість аналі­затора Е:

де Іn — порогова величина аналізатора.

Сам процес чуттєвого пізнання сигналу можна поділити на чотири етапи:

подразнення як фізичний процес;

збудження як фізіологічний процес;

суб'єктивне відчуття стимулу як психологічний процес;

судження про стимул як логічний процес.

Знаходження стимулу відбувається внаслідок перетво­рення процесу збудження у процес відчуття та його усвідом­лення. Для того, щоб стимул викликав процес його відчут­тя, необхідно створити такий рівень фізичного подразнення рецептора, за якого фізіологічне збудження аналізатора пе­ревищуватиме його внутрішні біологічні шуми.

За допомогою аналізаторів людина може не тільки відчу­вати той чи той сигнал, а й розрізняти його за інтенсивні­стю. Для цього вводиться поняття диференціального порога, який характеризується мінімальними відмінностями відчут­тів при відображенні інтенсивності двох подразників. Для окремих відчуттів диференціальні пороги чутливості зали­шаються більш або менш незмінними щодо значення пер­винного подразника:

де I— вихідна сила подразника, ∆I— диференціальний поріг.

Коефіцієнт пропорційності К для зорового аналізатора становить 0,01, слухового — 0,1, тактильного — 0,3.

На базі цих закономірностей був запропонований основ­ний психофізіологічний закон Вебера—Фехнера, за яким інтенсивність відчуття прямо пропорційна логарифмові сили подразника:

де Е — інтенсивність відчуття, R — сила подразника, k та с — константи.

Слід зауважити, що цей закон діє в межах середнього діапазону чутливості аналізатора і не враховує вплив стану людини на його чутливість.

Пізніше був запропонований інший опис характеру зв'яз­ків між інтенсивністю відчуття та силою подразника, а саме ступеневий зв'язок — закон С. Стівенсона [70; 100].

Поняття диференціального порога має велике значення у психофізиці та експериментальній психології, але є недостат­нім для інженерної психології. Диференціальний поріг харак­теризує граничні можливості аналізатора і тому не може бути використаний у процесі визначення алфавіту сигналів. Для цього використовують не мінімальну, а оптимальну величи­ну розрізнення сигналів. Така величина дістала назву опера­тивного порога, тобто це мінімальна розбіжність сигналів, за якої швидкість і точність розрізнення є максимальними.

Дослідженнями, проведеними під керівництвом М. А. Дмитрієвої, було доведено, що ця величина більша за диферен­ціальний поріг у 10—15 разів [34].

Крім порогів, пов'язаних з енергетичними характерис­тиками аналізаторів, у інженерній психології застосовують­ся просторові й часові пороги, які теж можуть бути абсо­лютними, диференціальними і оперативними. Так, розгля­даючи залежність у часі, В. Валтер запропонував динаміч­ний поріг диференціальної чутливості:

1+ V_O

∆D =∆S ―――,

Vі -V_O

де ∆S— статичний поріг, V_O — порогова швидкість зміни ін­тенсивності подразника, V_i — швидкість зміни інтенсивності подразника в даних умовах.

За великої швидкості — Vі → ∞, ∆D = ∆S тобто дина­мічний поріг дорівнює статистичному.

Адаптивність визначається можливостями зміни чутли­вості аналізатора при змінах умов його роботи. У процесі адаптації змінюються енергетичні, часові та просторові по­роги за рахунок того, що аналізатор є системою, яка само-налаштовується.

Вибірковість аналізатора виявляється у виборі певних подразників з усіх, що діють на той момент. Завдяки цьому є можливість формування адекватних відчуттів, що забезпе­чують досить високу стійкість до перешкод

Розглянувши характеристики аналізатора (див. табл. 2), можна скласти загальні вимоги до сигналів-подразників, які надходять до оператора:

інтенсивність сигналу не має перевищувати меж середнього діапазону чутливості аналізатора;

різниця між сигналами повинна бути більшою від оперативного порога чутливості за інтенсивністю, часом і про­стором;

найважливіші сигнали не можуть виходити за зони сенсорного поля з найбільшою чутливістю;

при проектуванні інформаційних моделей або окремих інди­каторів необхідно правильно обирати вид сигналу і, відповідно, модальність аналізатора (зорового, слухового, тактильного) різних властивостей та діапазону використання.

3.1.1. Характеристика зорового аналізатора

Найбільша кількість інформації (близько 90 %) передається через зоровий аналізатор, адекватними

подразниками для якого є світлова енергія, а рецептором — око. Зір дає змогу сприймати форму, яскравість, колір і рух об'єктів. Можливості зорового аналізатора визначаються його енергетичними, просторовими, часовими та інформа­ційними характеристиками (схема 4).

Схема 4

Енергетичні характеристики зорового аналізатора виз­начаються інтенсивністю сигналів, або яскравістю. Світло­вий потік, що падає на око людини, породжує певні зо­рові відчуття. Об'єкт краще виглядатиме або сприймати­меться, якщо він випромінюватиме певну кількість світла, тобто матиме певну яскравість, яка визначається за фор­мулою

де І— потужність світла, тобто світловий потік на одиницю тілесного кута, S — площа освітленої поверхні, α— кут зору, під яким розглядається ця поверхня.

Сама яскравість об'єкта визначає величину нервових ім­пульсів, що виникають на сітківці ока.

Яскравість об'єкта можна визначити за формулою

де В _вип— яскравість випромінювання самого об'єкта, В _від — яскравість відображення об'єктом зовнішнього світла.

Яскравість випромінювання визначається потужністю та світловіддачею самого об'єкта.

Яскравість відображення об'єктом певного світлового потоку залежить від кольору та розташування поверхні об'єкта відносно ока людини:

де Е — освітленість поверхні, лк; р — коефіцієнт кольоро­вого відображення поверхні.

Діапазон чутливості зорового аналізатора значний — від 10ֿ⁶до 10⁶ кд/м² (рис. 4).

Контрастність між об'єктом і фоном теж зумовлює ефективність приймання інформації оператором. Розрізня­ють два види контрасту: прямий і зворотний. Кількісно коефіцієнт контрастності вираховується за такими форму­лами:

де В _ф — яскравість фону, В _об — яскравість об'єкта.

Рис. 4

Яскравість різних об’єктів

Оптимальна величина коефіцієнта контрастності знахо­диться в межах 0,60...0,95.

Робота в прямому контрасті більш сприятлива, ніж у зво­ротному.

Але для забезпечення нормальної роботи оператора не­обхідно знати, як цей контраст сприймається в конкрет­них умовах. Для цього вводиться поняття порогового контрасту

де dВ _пор — порогова різниця яскравості, тобто мінімальна різ­ниця яскравості між об'єктом і фоном, яка відчувається оком.

Величина К_пор визначається диференціальним порогом. Нагадаємо, що для оперативного порога величина повинна бути в 10...15 разів більша за диференціальний поріг, тобто коефіцієнт контрасту К _прчи К _звповинен бути в 10... 15 разів більшим за диференціальний поріг.

Рис. 5

Залежність порогової контрастності від яскравості й кутових розмірів об'єкта

До того ж величина порогового контрасту залежить від яскравості та розмірів об'єкта (кутові величини — α). Ха­рактер цих співвідношень зображений на рис. 5.

Аналіз наведених на рис. 5 даних свідчить, що об'єкти великих розмірів добре сприймаються і за менших кон­трастів.

Значний вплив на ефективність сприймання інформації має характер зовнішнього освітлення. Цей вплив буде іншим при роботі оператора з інформацією, що подається у прямому чи зворотному контрасті. Збільшення освітлен­ня за прямого контрасту поліпшує умови сприймання інформації, оскільки яскравість фону зростає більше, ніж яскравість об'єкта, а за зворотного контрасту — навпаки. Величина порогового контрасту залежить і від часу експо­зиції інформації. При необмеженій експозиції користують­ся графіками, що наведені на рис. 5, а за обмеженого часу експозиції величина порогового контрасту визначається формулою

де К _пор— величина порогового контрасту при необмежено­му часі експозиції, t_e — час експозиції,t_p – час реакції людини.

Засліплююча яскравість. Оператор сприймає інформацію різної інтенсивності, однак сигнали значної яскравості мо­жуть спричинити осліплення.

Засліплююча яскравість визначається розміром освітле­ної поверхні, яскравістю сигналу, а також рівнем адаптації ока:

де ω — тілесний кут, під яким оператор бачить освітлену поверхню (в стерадіанах).

Значення засліплюючої яскравості при різних рівнях адаптації наведені в таблиці 3.

Прийнятними вважаються перепади яскравостей у ме­жах 1/10...1/30.

Таким чином, для створення нормальних умов зорового сприймання інформації необхідно забезпечити певну яск­равість і контрастність сигналів, а також рівномірність роз­поділу яскравостей у полі зору оператора.

Таблиця 3

Дата добавления: 2015-05-22