Сравнительная характеристика некоторых типов анализаторов

С помощью анализаторов человек может не только ощущать тот или иной сигнал, но и различать сигналы. Для характеристики различения вводится понятие дифференциального порога (от лат. differentia —разли­чать), под которым понимается минимальное различие между двумя раздражителями (сигналами) либо между двумя состояниями одного раздражителя, вызывающее едва заметное различие ощущений. Эксперименталь­но установлено, что величина дифференциального порога пропорциональна исходной величине раздра­жителя:

(11.1)

где J— исходная величина сигнала (раздражителя); dJ — величина-дифференциального порога; k— кон­станта, равная 0,01 для зрительного анализатора, 0,10 — для слухового и 0,30 — для тактильного.

На основании выражения (11.1) может быть уста­новлена зависимость между величиной сигнала и ве­личиной вызываемого им ощущения:

(11.2)

где s — величина ощущения; k и С — константы.

Зависимость (11.2) носит название основного пси­хофизического закона, или закона Вебера — Фехнера. Согласно этому закону, интенсивность ощущения пря­мо пропорциональна логарифму силы раздражителя. Закон справедлив только для среднего участка диапа­зона чувствительности анализатора.

Понятие дифференциального порога имеет боль­шое значение в психофизике и экспериментальной психологии. Однако оно является явно недостаточным для инженерной психологии. Дело в том, что величина дифференциального порога характеризует предельные возможности анализатора и поэтому не может служить основанием для выбора допустимой длины алфавита сигналов. Для этого необходимо пользоваться величи­ной, характеризующей не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Такой величиной в инженерной психологии является оперативный по­рог различения. Он определяется той наименьшей величиной различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максиму­ма. Обычно оперативный порог различения в 10—15 раз больше дифференциального.

Рассмотренные характеристики и устройство ана­лизаторов позволяют сформулировать общие требова­ния к сигналам-раздражителям, адресованным опера­тору:

• интенсивность сигналов должна соответствовать средним значениям диапазона чувствительности анализаторов, которая обеспечивает оптимальные условия для приема и переработки информации;

• для того чтобы оператор мог следить за изменением сиг­налов, сравнивать их между собой по интенсивности, дли­тельности, пространственному положению, необходимо обеспечить различие между сигналами, превышающее оперативный порог различения:

• перепады между сигналами не должны значительно пре­вышать оперативный порог, так как при больших пере­падах возникает утомление: следовательно, существуют не только оптимальные пороги, но и оптимальные зоны, в которых различение сигналов осуществляется с наиболь­шей скоростью и точностью;

• наиболее важные и ответственные сигналы следует рас­полагать в тех зонах сенсорного поля, которые соответ­ствуют участкам рецепторной поверхности с наиболь­шей чувствительностью;

• при конструировании индикаторных устройств необхо­димо правильно выбрать вид сигнала, а следовательно, и модальность анализатора (зрительный, слуховой, так­тильный и т. д.).

Как уже отмечалось, специфической особенностью анализаторов является большой диапазон интенсивностей сигналов, в пределах которого возможно эффек­тивное функционирование анализаторов. Это оказыва­ется возможным благодаря явлениям адаптации и сенсибилизации (соответственно понижение и повы­шение их чувствительности в зависимости от средней интенсивности сигналов, воздействующих на анализа­тор). Процессы адаптации и сенсибилизации (от лат. sensibilis — чувствительный) достаточно инертны и характеризуются адаптационными кривыми, которые также являются важной характеристикой анализа­торов.

Чувствительность анализаторов как к интенсивно­сти, так и к другим параметрам сигналов определяется не только положением точки на адаптационной кри­вой, но и зависит от множества других параметров: комплекса окружающих условий, взаимодействия ана­лизаторов, методики измерений, индивидуальных осо­бенностей обследуемого, его состояния и т. п. Поэтому измеренные разными наблюдателями характеристики анализаторов, проведенные в литературе и в табл. 11.1, являются среднестатистическими величинами, облада­ющими значительной дисперсией. В каждом конкрет­ном случае они требуют своего уточнения.

11.2. Энергетические и информационные характеристики зрительного анализатора

Раздражителем зрительного анализатора является световая энергия, а рецептором — глаз. Зрение позво­ляет воспринимать форму, цвет, яркость и движение предметов. Человек-оператор около 90% всей инфор­мации получает посредством зрения. Большое значе­ние для нормальной деятельности имеет подготовка зрения к предметному видению. Под ней понимается совокупность биологических функциональных механиз­мов, обеспечивающих наилучшее для данных условий зрительное восприятие. Подготовка зрения осуществ­ляется по типу безусловного рефлекса, автоматически; важную роль при этом играют адаптация, аккомода­ция и конвергенция — дивергенция зрения.

Адаптация зрения — приспособление органа зре­ния к разным световым условиям; осуществляется путем регулирования чувствительности фоторецепторов сетчатки глаза и величины зрачка (зрачковый рефлекс), обеспечивающего нужное количество поступающего в глаз света. В результате адаптации устанавливаются оптимальные для данных световых условий соотноше­ния между чувствительностью фоторецепторов и силой светового потока, попадающего на сетчатку. Перегруз­ка механизма адаптации зрения вызывает утомление, снижение производительности и качества труда. Так, при сильном слепящем эффекте наступает резкое ос­лабление или потеря способности видеть в течение нескольких секунд или минут, что может создавать аварийные ситуации.

Аккомодация — регулирование силы преломляюще­го аппарата глаза, обеспечивающее четкое изображение рассматриваемого предмета на сетчатке при дистанции наблюдения от ближайшей точки ясного видения до 6 м; осуществляется за счет работы аккомодационной мыш­цы, изменяющей кривизну хрусталика глаза как двояко­выпуклой линзы. Врожденные или возникающие с воз­растом нарушения аккомодации могут частично или полностью исправляться дополнительно линзами (очка­ми). Недостатки организации рабочего места, вызываю­щие частую переаккомодацию, приводят к неприятным субъективным ощущениям и утомлению.

Конвергенция — дивергенция — регулирование направления зрительных осей на рассматриваемый предмет, в результате чего достигается согласование места проекционного изображения на сетчатках обоих глаз и исключается «двоение» зрительного образа. Конвергенция — сведение зрительных осей к средней линии. Дивергенция — разведение зрительных осей при увеличении дистанции наблюдения. Конверген­ция — дивергенция зрения обеспечивается работой мышц глазных яблок и осуществляется одновременно с аккомодацией. При затрудненных условиях зритель­ной работы, а также при нарушении координации в работе мышц глазных яблок (заболевания, травма) может возникать диплопия — «двоение в глазах».

Возможность зрительного восприятия определяет­ся энергетическими, пространственными, временны­ми и информационными характеристиками сигналов, поступающих к оператору. Совокупность этих харак­теристик и их численные значения определяют види­мость объекта (сигнала) для глаза. В соответствии с названными характеристиками сигналов целесообраз­но рассмотреть четыре группы характеристик зритель­ного анализатора (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Классификация характеристик зрительного анализа.

Энергетические характеристики зрительного ана­лизатора определяются мощностью (интенсивностью) световых сигналов, воспринимаемых глазом. К ним относятся: диапазон яркостей, воспринимаемых глазом, контраст, цветоощущение.

Световой поток, излучаемый источником или от­ражаемый светящейся поверхностью, попадая в глаз наблюдателя, вызывает зрительное ощущение. Оно будет тем сильнее, чем больше плотность светового потока, излучаемого или отражаемого по направлению к глазу. Следовательно, источник света или освещен­ный предмет будет тем лучше виден, чем большую силу света излучает каждый элемент поверхности в направлении глаза. Яркостью предмета называется величина светящейся поверхности, определяемая по ее излучению в данном направлении

(11.3)

где J — сила света, т. е. световой поток, излучаемый на единицу телесного угла; S — величина светящейся поверхности; a — угол, под которым рассматривается поверхность.

Единицей яркости является кандела на 1 кв. м (кд/м²). Яркость в 1 кд/м² обладает равномерно светя­щаяся плоская поверхность, излучающая в перпенди­кулярном к ней направлении свет силой 1 кд на каж­дый квадратный метр. Яркость является основной характеристикой света. Величиной яркости определя­ется величина нервных импульсов, возникающих в сетчатке глаза.

В общем случае яркость предмета определяется двумя составляющими — яркостью излучения и ярко­стью за счет внешней засветки (яркостью отражения):

(11.4)

Яркость излучения определяется мощностью ис­точника света и его светоотдачей. Вторая же состав­ляющая формулы (11.4) определяется уровнем осве­щенности данной поверхности и ее отражающими свойствами:

(11.5)

где Е — освещенность поверхности, лк; r — коэффици­ент отражения поверхности.

Коэффициент отражения во многом определяется цветом поверхности (табл. 11.2). Он показывает, какая часть падающего на поверхность светового потока отражается ею.

Таблица 11.2