100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть более или менее чувствительны к отображаемым ими явлениям, т. е. могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью. Для того чтобы в результате действия раздражителя на органы чувств возникло ощущение, необходимо, чтобы вызывающий его стимул достиг определенной величины. Эта величина называется нижним абсолютным порогом чувствительности. Нижний абсолютный порог чувствительности - минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение. Это порог сознательного опознания раздражителя.
Однако существует и другой, более “низкий” порог – физиологический . Этот порог отражает предел чувствительности каждого рецептора, за которым уже не может наступить возбуждение (см. рисунок 3).
Так, например, одного фотона может быть достаточно для того, чтобы возбудить рецептор в сетчатке глаза, но необходимо 5-8 таких порций энергии для того, чтобы наш мозг воспринял светящуюся точку. Вполне понятно, что физиологический порог ощущений определен генетически и может изменяться только в зависимости от возраста или других физиологических факторов. Порог восприятия (сознательного опознания), напротив, гораздо менее стабилен. Он, кроме названных факторов, зависит также и от уровня бодрствования мозга, от внимания мозга к сигналу, который преодолел физиологический порог.
Между этими двумя порогами существует зона чувствительности, в которой возбуждение рецепторов влечет за собой передачу сообщения, но оно не доходит до сознания. Несмотря на то, что окружающая среда в любой момент посылает нам тысячи всевозможных сигналов, мы можем уловить лишь небольшую часть из них.
В то же время, будучи не осознаваемыми, находясь за нижним порогом чувствительности, эти раздражители (субсенсорные) способны оказывать влияние на осознаваемые ощущения. С помощью такой чувствительности может, например, изменяться наше настроение, в некоторых случаях они влияют на желания и интерес человека к определенным объектам действительности.
В настоящее время существует гипотеза, что в зоне под уровнем сознания – в подпороговой зоне – сигналы, воспринятые органами чувств, возможно, обрабатываются низшими центрами нашего мозга. Если это так, то ежесекундно должны существовать сотни сигналов, которые проходят мимо нашего сознания, но тем не менее регистрируются на более низких уровнях.
Такая гипотеза позволяет найти объяснение многим спорным явлениям. Особенно, когда речь идет о перцептивной защите, подпороговом и экстрасенсорном восприятии, об осознании внутренней реальности в условиях, например, сенсорной изоляции или в состоянии медитации.
То, что раздражители меньшей силы (подпороговые) не вызывают возникновения ощущений является биологически целесообразным. Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно важные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели. Именно кора больших полушарий “стоит на страже” жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций.
Однако, подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и “обмана чувств”. Подпороговые звуки могут восприниматься больным как сонм навязчивых голосов при одновременном полном безразличии к настоящей человеческой речи; слабый, еле заметный луч света может вызвать галлюцинаторные зрительные ощущения различного содержания; еле заметные тактильные ощущения - от контакта кожи с одеждой - ряд всевозможных острых кожных ощущений.
Переход от невоспринимаемых стимулов, не вызывающих ощущения, к воспринимаемым происходит не постепенно, а скачкообразно. Если воздействие уже почти достигло порогового значения, то бывает достаточно слегка изменить величину действующего стимула, чтобы он из полностью невоспринимаемого превратился в полностью воспринимаемый.
Вместе с тем, даже весьма значительные изменения величины стимулов в пределах допорогового диапазона не порождают никаких ощущений, за исключением рассмотренных выше субсенсорных стимулов и соответственно субсенсорных ощущений. Точно так же существенные изменения значения уже достаточно сильных, запороговых стимулов тоже могут не вызывать никаких изменений в уже имеющихся ощущениях.
Итак, нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора, связанной с сознательным опознанием стимула. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора. Это отношение можно выразить формулой:
где: Е - чувствительность, а Р - пороговая величина раздражителя.
Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Так, порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Однако, чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется по крайней мере в 25000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.
Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз, как показали опыты С.И.Вавилова (1891-1951), способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время, для того чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100–10000000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях.
Для каждого вида ощущений существуют свои пороги. Некоторые из них в представлены в таблице
Средние значения абсолютных порогов возникновения ощущений для разных органов чувств человека
Абсолютная чувствительность анализатора характеризуется не только нижним, но и верхним порогом ощущения. Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящий свет).
Величина абсолютных порогов, – как нижнего, так и верхнего, – изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.
Ощущение возникает не сразу, как только нужный стимул начал действовать. Между началом действия раздражителя и появлением ощущения проходит определенное время. Оно называется латентным периодом. Латентный (временной) период ощущения – время от начала действия раздражителя до возникновения ощущения. Во время латентного периода происходит преобразование энергии воздействующих стимулов в нервные импульсы, их прохождение по специфическим и неспецифическим структурам нервной системы, переключение с одного уровня нервной системы на другой. По длительности латентного периода можно судить об афферентных структурах центральной нервной системы, через которые, прежде чем попасть в кору головного мозга, проходят нервные импульсы.
С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения , или разностным порогом .
Немецкий физиолог Э. Вебер (1795-1878), проверяя способность человека определять более тяжелый из двух предметов в правой и левой руке, установил, что разностная чувствительность относительна, а не абсолютна. Это значит, что отношение добавочного раздражителя к основному должно быть величиной постоянной. Так, если на руке лежит груз в 100 граммов, то для возникновения едва заметного ощущения увеличения веса необходимо добавить около 3,4 грамма. Если же вес груза составляет 1000 граммов, то для возникновения ощущения едва заметного различия нужно добавить около 33,3 грамма. Таким образом, чем больше величина первоначального раздражителя, тем больше должна быть и прибавка к ней.
С разностным порогом связан и оперативный порог различимости сигналов – та величина различия между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают максимума.
Порог различения для различных органов чувств различен, но для одного и того же анализатора он представляет собой постоянную величину. Для зрительного анализатора эта величина представляет собой отношение приблизительно 1/100, для слухового - 1/10, для тактильного - 1/30. Экспериментальная проверка этого положения показала, что оно справедливо только для раздражителей средней силы.
Сама постоянная величина, выражающая отношение того приращения раздражителя к его исходному уровню, которое вызывает ощущение минимального изменения раздражителя, получила название константы Вебера. Ее значения для некоторых органов чувств человека приведены в таблице 3.
Таблица 3
Значение константы Вебера для разных органов чувств
Этот закон постоянства величины приращения раздражителя был установлен, независимо друг от друга, французским ученым П. Бугером и немецким ученым Э. Вебером и получил название закона Бугера-Вебера. Закон Бугера-Вебера – психофизический закон, выражающий постоянство отношения приращения величины раздражителя, породившего едва заметное изменение силы ощущения к его исходной величине:
где: I - исходная величина раздражителя, DI - его приращение, К - константа.
Другая выявленная закономерность ощущений связана с именем немецкого физика Г. Фехнера (1801-1887). Из-за частичной слепоты, вызванной наблюдением за солнцем, он занялся изучением ощущений. В центре его внимания – давно известный факт различий между ощущениями в зависимости от того, какова была первоначальная величина вызывающих их раздражителей. Г. Фехнер обратил внимание на то, что подобные эксперименты за четверть века до этого проводил Э. Вебер, который ввел понятие “едва заметного различия между ощущениями”. Оно не всегда одинаково для всех видов ощущений. Так появилось представление о порогах ощущений, то есть о величине раздражителя, вызывающего или меняющего ощущение.
Исследуя зависимость, которая существует между изменениями силы воздействующих на органы чувств человека раздражителей и соответствующими изменениями величины ощущений и, учитывая экспериментальные данные Вебера, Г. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя следующей формулой:
где: S - интенсивность ощущения, J - сила раздражителя, K и С - константы.
Согласно этому положению, которое носит название основного психофизического закона, интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя. Иначе говоря, при возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущения увеличивается в арифметической прогрессии. Это отношение получило название закона Вебера-Фехнера, а книга Г. Фехнера “Основы психофизики” имела ключевое значение для развития психологии как самостоятельной экспериментальной науки.
Существует также и закон Стивенса - один из вариантов основного психофизического закона, предполагающий наличие не логарифмической, а степенной функциональной зависимости между величиной стимула и силой ощущения:
где: S - сила ощущения, I - величина действующего стимула, К и п - константы.
Спор о том, какой из законов лучше отражает зависмость раздражителя и ощущения так и не завершился успехом ни одной из ведущих дискуссию сторон. Однако, есть общее у этих законов: и тот и другой утверждают, что ощущения меняются непропорционально силе физических стимулов, действующих на органы чувств, и сила этих ощущений растет гораздо медленнее, чем величина физических стимулов.
Согласно этому закону, для того чтобы сила ощущения, имеющего условную исходную величину 0, стала равной 1, необходимо, чтобы величина первоначально вызвавшего его раздражителя возросла в 10 раз. Далее, для того чтобы ощущение, имеющее величину 1 возросло в три раза, нужно, чтобы исходный раздражитель, составляющий 10 единиц, стал равным 1000 единицам и т.д., т.е. каждое последующее увеличение силы ощущения на единицу требует усиления раздражителя в десять раз.
Разностная чувствительность, или чувствительность к различению также находится в обратной зависимости к величине порога различения: чем порог различения больше, тем меньше разностная чувствительность. Понятие разностной чувствительности используется не только для характеристики различения раздражителей по интенсивности, но и по отношению к другим особенностям некоторых видов чувствительности. Например, говорят о чувствительности к различению форм, размеров и цвета зрительно воспринимаемых предметов или о звуковысотной чувствительности.
Впоследствии, когда изобрели электронный микроскоп и провели исследования электрической активности отдельных нейронов, оказалось, что генерация электрических импульсов подчиняется закону Вебера-Фехнера. Это свидетельствует о том, что данный закон своим происхождением обязан в основном электрохимическим процессам, происходящим в рецепторах и преобразующим воздействующую энергию в нервные импульсы.
Мы уже знаем, что в классической сенсорной психофизике понятие чувствительности определяется на основе понятия сенсорного порога. Величина чувствительности понимается как обратная величина к значению порога: чем выше порог, тем ниже чувствительность, и наоборот. Поскольку все измерения чувствительности в пороговой психофизике сводятся к измерению порога, то и нет нужды вводить какие-либо дополнительные индексы чувствительности. Если испытуемый при оценке порога по методу констант меняет критерий принятия решения, это означает одновременное изменение порога и, как следствие, изменение чувствительности. Таким образом, методология классической пороговой психофизики не позволяет независимым образом оценивать процессы, связанные с влиянием на критерий принятия решения различных когнитивных и мотивационных факторов, и саму способность испытуемого к обнаружению сигнала.
В теории обнаружения сигналов дела обстоят иначе. Здесь чувствительность понимается как величина, отражающая соотношение сигнала и шума в каналах переработки информации. Эта величина рассматривается как независимая от критерия принятия решения, так что при одном и том же критерии наблюдатель может демонстрировать различную чувствительность, и, наоборот, одна и та же чувствительность может соответствовать различным значениям критерия.
Формально, чувствительность (обозначаемая как d" от англ, detectability) в теории обнаружения сигнала определяется как разность математических ожиданий в распределении сенсорного возбуждения сигнала па фойе шума и самого шума, выраженная в единицах стандартного отклонения для распределения шумовых эффектов. Математически это определение можно выразить следующей формулой:
Таким образом, если мы получили в эксперименте величину d", скажем, равную 1,50, это означает, что для наблюдателя распределение сигнала на фоне шума отличается на полторы единицы стандартного отклонения, характеризующего распределение шума.
Нулевая величина d" будет означать, что наблюдатель в принципе не способен различать шум и сигнал на его фоне. Иными словами, такое значение d" свидетельствует о том, что воздействующий сигнал вообще никаким образом не изменяет фоновой активности сенсорных систем, обеспечивающих его обнаружение. Заметим, что, несмотря на это, испытуемый может варьировать число положительных и отрицательных ответов в зависимости от условий эксперимента. Однако изменение стратегии принятия решения в пользу пропусков или ложных тревог не будет приводить к изменению эффективности ответов.
Аналогичным образом обстоят дела и в ситуации, когда величина чувствительности отличается от нулевого значения. При неизменном значении шума и сигнала величина d" также оказывается неизменной при изменении числа попаданий и ложных тревог.
Работа сенсорной системы может быть описана графическим путем. Такое наглядное представление параметров обнаружения сигнала получило название рабочей характеристики приемника (РХП).
Рабочая характеристика приемника представляет собой соотношение вероятностей попаданий и ложных тревог, которые могут быть оценены в эксперименте (рис. 7.2). Результат измерения характера обнаружения сигнала наблюдателем в этом случае представляется точкой на графике
Рис. 7.2. .
Если испытуемый оказывается неспособным к выделению сигнала из шума, он, как мы уже знаем, полагается на случайное угадывание. Понятно, что вне зависимости от того, каким образом испытуемый установит для себя критерий принятия решения, вероятности попаданий и ложных тревог для него оказываются равными в генеральной совокупности, т.е. в теории. В этом случае все точки рабочей характеристики приемника оказываются на диагонали РХП, проходящей от левого нижнего угла к правому верхнему. Будем называть ее восходящей диагональю.
Левый нижний угол РХП. откуда берет начало восходящая диагональ, соответствует ситуации, когда испытуемый все предъявленные ему пробы, содержащие или не содержащие искомый стимул, идентифицирует исключительно как шум. В этом случае он не совершает ложных тревог, но и число попаданий оказывается нулевым. Такая стратегия принятия решений может быть определена как крайне консервативная. Она гарантирует отсутствие ложных тревог, но не позволяет обнаружить что-либо помимо шума.
Напротив, правый верхний угол РХП, где восходящая диагональ заканчивается, соответствует ситуации, когда испытуемый использует крайне неосторожную, либеральную, стратегию принятия решения, оценивая все предъявляемые ему пробы как сигнальные. Это позволяет достичь максимума правильных попаданий, но, как следствие, сопровождается предельных числом ложных тревог, когда все пустые пробы, содержащие только шум, оцениваются как сигнальные.
Таким образом, мы видим, что положение точки рабочей характеристики приемника па восходящей диагонали отражает исключительно стратегию принятия решения наблюдателем, которая задает положение критерия принятия решения, и никак не связано с характеристикой самой способности сенсорной системы выделять сигнал из шума. Все точки восходящей диагонали соответствуют нулевой чувствительности.
Если же величина d" превышает нулевое значение, очевидно, что вероятность попаданий будет превышать вероятность ложных тревог (рис. 7.3). Таким образом, результат испытуемого окажется выше восходящей диагонали РХП. Поэтому по степени удаленности от нес полученного в эксперименте результата испытуемого можно судить, насколько велика его способность выделять сигнал из шума, т.е. насколько велика его чувствительность. Однако это не означает, что о величине d" можно судить исключительно по абсолютному значению удаленности точки РХП от ее диагонали.
Для пояснения этой мысли рассмотрим рис. 7.3. Здесь представлены результаты трех измерений рабочей характеристики приемника. Видно, что во всех трех опытах положение критерия принятия решения было различным. Чтобы убедиться в этом, достаточно сравнить проекции трех точек на диагональ РХП. Мы видим, что в первом опыте испытуемый использовал наиболее консервативный критерий. Число попаданий, как и число ложных тревог, здесь оказывается наименьшим. В третьем опыте испытуемый использует наименее осторожную стратегию принятия решения. Это приводит к увеличению числа попаданий, но одновременно увеличивается и число ложных тревог. Во втором опыте стратегия принятия решения была в наибольшей степени сбалансирована. Однако чувствительность во всех грех опытах оставалась неизменной, несмотря на то, что абсолютная удаленность точек от диагонали РХП варьирует. Все три точки ложатся на одну кривую, которая называется кривой рабочей характеристики приемника.
Рис. 7.3.
Поскольку все точки этой кривой соответствуют одному и тому же значению чувствительности, такую кривую можно обозначить как кривую равной чувствительности, или изосензитивности. Таких кривых существует бесконечное множество, и каждая из них соответствует определенной величине чувствительности. Чем более выпуклой формы будет эта кривая, тем большей величине d" она соответствует (рис. 7.4).
Рис. 7.4.
Таким образом, мы видим, что на основе данных рабочей характеристики приемника и кривых изосензитивности можно судить о положении
критерия принятия решений в ходе обнаружения сигнала, а также о величине чувствительности, отражающей, насколько, в принципе, наблюдатель способен выделять сигнал из шума при их неизменной величине. Таким образом, рабочая характеристика приемника в методологии обнаружения сигнала играет примерно такую же роль, как психофизическая функция в классической пороговой психофизике. Тем не менее, так же, как и в пороговой психофизике, в ряде случаев для исследователя оказывается важным оценить значения критерия принятия решения и величину чувствительности непосредственно, т.е. аналитическим, расчетным, путем.
Понятно, что на практике исследователь не имеет представления о характере распределения шума, даже если он использует в эксперименте внешние источники зашумления сигнала. Ведь всегда помимо внешних источников шума имеются еще и его внутренние источники, связанные с работой самих сенсорных систем. Поэтому оценка чувствительности и отношения правдоподобия, соответствующего критерию принятия решения, по формулам (7.1) и (7.2) оказывается невозможной. К тому же положение критерия наблюдателя вовсе не обязательно должно соответствовать оптимальному значению отношения правдоподобия.
Величина критерия принятия решения может быть установлена на основе вероятности ложных тревог и попаданий. Она может быть задана следующими соотношениями, где с - величина искомого критерия принятия решения:
Но для того, чтобы решить эти уравнения относительно с, необходимо снова иметь представления о характере распределения шума. Предположим, что оно описывается законом нормального распределения. Это предположение в большинстве случаев весьма правдоподобно и легко может быть проверено на основе имеющихся экспериментальных данных.
Как известно, любое нормальное распределение может быть преобразовано на основе линейной трансформации к стандартному нормальному распределению, или z-распределению. Осуществив такую трансформацию для функции распределения шума, имеем:
Таким образом, величина критерия может быть получена на основе z-трансформаций значений вероятности ложных тревог:
Если распределение шума описывается единичным нормальным распределением, то очевидно, что величина d" должна соответствовать математическому ожиданию сигнала на фоне шума при условии, что это распределение также нормально и характеризуется той же дисперсией:
Осуществив линейное преобразование распределения сигнала на фоне шума путем вычитания из этого распределения величины d" получаем следующее соотношение:
Отсюда, произведя z-преобразования значения вероятности попаданий, имеем
Подставляя в эго уравнение значение с из уравнения (7.3), получаем формулу для расчета величины чувствительности d". Очевидно, что она может быть получена по следующей формуле:
Зная положение критерия принятия решения, мы можем оценить вероятности значений шума и сигнала па фоне шума. Для этого необходимо определить ординаты функций распределения шума и сигнала на его фоне. Таким образом, получаем формулу для расчета отношения правдоподобия:
где О - ордината функции стандартного нормального распределения.
Отношение правдоподобия, точнее, его логарифм (что в ряде случаев может оказаться более практичным), можно рассчитать и непосредственно по результатам z-преобразования вероятностей попадания и ложных тревог. Для этого можно воспользоваться следующей формулой:
Преимущество вычисления логарифма (β перед вычислением самой величины отношения правдоподобия диктуется прежде всего соображениями удобства, так как в этом случае сравнение осуществляется не с единицей, а с нулем. В случае выбора сбалансированной стратегии принятия решения, когда критерий устанавливается таким образом, что вероятность того, что наблюдаемая сенсорная активность вызвана сигналом на фойе шума, и вероятность того, что такая активность вызвана только шумом, равны, логарифм р оказывается равным нулю. Отрицательное значение логарифма будет свидетельствовать в пользу более либеральной стратегии принятия решения, тогда как положительное значение - в пользу консервативной.
Помимо отношения правдоподобия β и его логарифма, в теории обнаружения сигнала предложены и другие индексы, которые позволяют оценить положение критерия наблюдателя, определяющего преобладание тех или иных ответов у испытуемого. Среди них необходимо отметить в первую очередь индекс С. Он может быть определен следующим образом:
Как видим, этот индекс является производным от lnβ. Однако его вычисление оказывается несколько более простым, так как не требует умножения на d". Как раз поэтому (и это очень важно), его величина не зависит от величины d". Поэтому вычисление именно этого индекса считается предпочтительным. Значение С показывает, на сколько единиц стандартного отклонения и в какую сторону от точки пересечения кривых распределения шума и сигнала на его фоне располагается критерий. Если критерий располагается в самой точке пересечения этих функций распределения, значение индекса С оказывается равным нулю.
Иногда для исследователя бывает полезным и важным выразить индекс С но отношению к величине d". В этом случае используют значение, производное от С, которое принято обозначать как С":
Однако величина С", точно так же, как и величина отношения правдоподобия и его логарифм, оказывается зависимой от величины чувствительности d". В этом заключается недостаток использования данного индекса.
Измерение чувствительности
Вопрос измерений электрических параметров в настоящее время, стоит как никогда остро и актуально. Для измерения и контроля параметров радиоприемников или в дальнейшем РПУ, в зарубежной и отечественной промышленности существуют спецификации и нормы, определяющие методику этих измерений.
При производстве РПУ для специального и профессионального использования, например в РФ разработаны нормативные документы, такие как ГОСТ на приемники магистральной радиосвязи № 000 или ГОСТ на приемное оборудование станций радиоконтроля № 000. Эти нормы разработаны с учетом положений и рекомендаций, изложенных в «Справочнике по радиоконтролю Бюро радиосвязи Международного Союза электросвязи» (Handbook Spectrum Monitoring, Radiocommunication Bureau, International telecommunication Union, 2002), Рекомендациях МСЭ: Rec. ITU-R SM. 1413 Radiocommunication Data Dictionary for notification and coordination purposes. ITU-R Recommendations, SM Series, Geneva, 2004; Rec. ITU-R SM. 1393 Common formats for the exchange of information between monitoring stations. ITU-R Recommendations, SM Series, Geneva, 2004.
Таким образом, методики измерений и электрические параметры при производстве РПУ для профессионального применения, как у нас, так и за рубежом имеют строго нормированные методики измерений и электрические параметры.
Измерение чувствительности.
Поскольку чувствительность является, как правило, одним из основных параметров РПУ следует рассмотреть методику измерения чувствительности в соответствие нормам ГОСТ.
Например, методика измерения чувствительности для РПУ Р-399А, определена в его технической документации таким образом:
Г.4.1 Собрать рабочее место в соответствии со схемой, приведенной на рисунке.
─ Ручка ОСЛАБЛЕНИЕ, дБ - 0;
─ ПОЛОСА ПЧ, кГц - 3,0;
─ ПОСТОЯННАЯ АРУ, С - РРУ;
─ ПОЛОСА НЧ, кГц - 3,4;
─ РОД РАБОТЫ - ТЛГФ;
─ ОГ (на задней стенке) – ВНУТР;
─ УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ - СБ;
─ ПРОГРАММНАЯ НАСТРОЙКА - ОП;
─ ШАГ НАСТРОЙКИ, Гц - 1;
─ УСИЛЕНИЕ НЧ - в крайнее правое положение;
─ УСИЛЕНИЕ ПЧ - в среднее положение;
─ ДУ - ОТКЛ;
─ КОД ЧАСТ - КОМАНД.
Г.4.3 Измерить чувствительность, поочередно на частотах 1,05 МГц и 31,905 МГц в режиме «ТЛГФ» по следующей методике:
Г.4..3.1 Настройте изделие на частоту измерения;
Г.4.3.2 Установить на выходе генератора Г1 сигнал, частотой, равной частоте настройки приемника уровнем от 1 до 2 мкВ по шкале генератора, с учетом делителя (уровень по шкале генератора от 10 до 20 мкВ);
Г.4.3.3 Подстроить изделие по максимуму показания вольтметра, подключенного к гнезду ТЕЛЕФОНЫ;
Г.4.3.4 Выключить генератор.
Г.4.3.5 Установить ручкой УСИЛЕНИЕ ПЧ уровень собственных шумов равным 0,5 В измеренный вольтметром, подключенным к гнезду ТЕЛЕФОНЫ;
Г.4.3.6 Включить генератор, и, с помощью его аттенюатора, установить уровень выходного сигнала изделия на гнезде ТЕЛЕФОНЫ, равным 1,5 В. Определенный при этом уровень сигнала генератора по его шкале с учетом делителя, соответствует чувствительности изделия на данной частоте. Значение чувствительности, измеренное на обеих частотах должно быть не более 0,6 мкВ.
Г.4.4 Измерить чувствительность в режиме «ТЛФ» на частоте с худшей чувствительностью в режиме «ТЛГФ» следующим образом:
Г.4.4.1 Установить переключатель РОД РАБОТЫ в положение ТЛФ.
Г.4.4.2 Установить на изделии частоту измерения.
Г.4.4.3 Установить на выходе генератора сигнал с частотой, равной частоте настройки приемника, уровнем от 3 до 5 мкВ, в режиме АМ, частота модуляции 1000 Гц, глубина модуляции 30%;
Г.4.4.4 Подстроить изделие по максимуму показания вольтметра, подключенного к гнезду ТЕЛЕФОНЫ;
Г.4.4.5 Отключить модуляцию выходного сигнала генератора, не отключая несущую, и, ручкой УСИЛЕНИЕ ПЧ, установить уровень шумов равный 0,5 В измеренный вольтметром, подключенным к гнезду ТЕЛЕФОНЫ;
Г.4.4.6 Включить модуляцию и при помощи аттенюатора генератора установить выходной уровень, измеренный вольтметром, подключенным к гнезду ТЕЛЕФОНЫ, равный 1,5 В;
Г.4.4.7 Выключить модуляцию и еще раз проверить уровень шумов. При необходимости установить его равным 0,5 В ручкой УСИЛЕНИЕ ПЧ;
Г.4.4.8 Включить модуляцию и аттенюатором генератора установить, в случае необходимости, выходной уровень равный 1,5 В, измеренный вольтметром, подключенным к гнезду ТЕЛЕФОНЫ.
Определенный при этом уровень сигнала генератора, по его шкале, с учетом делителя, соответствует чувствительности изделия в телефонном режиме.
Значение чувствительности в телефонном режиме должно быть не более 2,5 мкВ.
На следующем рисунке показана схема измерения чувствительности в соответствие норме ТУ на Р-399А.
Схема делителя 1:10 из комплекта Г4-102, представлена на следующем рисунке:
Выводы:
1. Измерение проводится с использованием эквивалента антенны.
2. Норма чувствительности определена в 0,6 мкВ для режима ТЛГФ и 2,5 мкВ для режима АМ.
3. Чувствительность измеряется при отношении С/Ш 10 дБ, при измерении уровня сигнала НЧ с помощью милливольтметра на выходе НЧ.
Описание методики.
Схема эквивалента ЧН, для измерения чувствительности Р-399А.
Следует указать, что данный эквивалент универсальный и используется для нескольких видов измерений, поэтому он имеет два входа - Забойный и Сигнальный. При измерении чувствительности сигнал подается на Сигнальный вход, а переключатель устанавливается в положение «Ч».
В современном ГОСТе на магистральные РПУ методика измерения чувствительности полностью соответствует методике для Р-399А. Кроме того введен порядок измерения и по методике измерения Коэффициента шума, как указано в таблице:
https://pandia.ru/text/78/419/images/image005_32.jpg" align="left" width="623 height=411" height="411"> Уровень реальной чувствительности для Р-399А на антенном входе 75 Ом, в полосе 3,1 кГц, мкВ (ЭДС) - 0,61 мкВ ТУ (технических условий на приемник) соответствует Коэффициенту шума (пороговой чувствительности) по ГОСТ - 10 дБ.
Кроме этого ГОСТ определяет и соотношение между чувствительностью и коэффициентом шума приемников, как указано в следующем приложении.
https://pandia.ru/text/78/419/images/image007_27.jpg" align="left" width="624" height="427 src=">На следующем рисунке показана схема согласующего устройства СУ75-75-0,1
Обобщенная схема измерения реальной чувствительности в мкВ (ЭДС), для РПУ предназначенных для работы с несимметричным антенным фидером, волновым 
сопротивлением 75 Ом, на примере Р-399А выглядит следующим образом:
Очевидно, что для использования данной методики измерений необходимо понимание принципа измерений. На первый взгляд методика выглядит достаточно сложно и непонятно. Эта методика используется более 50 лет на всех предприятиях, выпускающих РПУ в бывшем СССР, успешно перенесена в новые ГОСТы и полностью соответствует международным нормам и спецификациям.
Все РПУ выпушенные ранее в СССР, в современных странах СНГ и РФ имеют нормы чувствительности, описанные выше и измеренные по приведенным методикам.
Это значит, что РПУ Р-309 Прыжок, выпущенный в Харькове и РПУ Гелиос, выпущенный в Омске, соответствуют единым нормам и измеряются по единым методикам.
Все РПУ для профессионального применения, имеют чувствительность, указанную в их документации в мкВ/ЭДС или имеют коэффициент шума по вышеприведенным нормам.
Особенности методики измерений:
1. Коэффициент передачи эквивалента измерений имеет ослабление -26 дБ, что позволяет считывать показания уровня чувствительности при измерении, непосредственно со шкалы применяемого ГССа, без пересчета уровня. Если, например, по шкале ГССа Г4-102 установлен уровень 0,6 мкВ по приведенной схеме измерений, то этот уровень будет равен чувствительности в ЭДС/мкВ с учетом делителя.
2. Данная методика позволяет снизить влияние на результат измерений неравномерности входных фильтров преселектора измеряемых РПУ. Поскольку, фильтры преселекторов серийных приемников имеют значительный разброс по входным сопротивлениям, данная методика позволяет снизить погрешность измерений.
3. Данная схема включения создает условия измерения чувствительности с минимальным влиянием внешних помех. Линия слабого сигнала перенесена непосредственно в экранированный эквивалент, который расположен на антенном гнезде РПУ, а длинный кабель от ГССа до эквивалента работает с большим уровнем сигнала и меньше подвержен влиянию внешних помех.
Примечание, для радиолюбителей.
Совершенно очевидно, что чувствительность можно измерить, соединив непосредственно ГСС с выходным сопротивлением 50 Ом и приемник с входным сопротивлением 50 Ом и пересчитать полученный уровень мкВ в мкВ/ЭДС. В таком случае выполняется правильное согласование, и результат будет близок к реальному. Но!
1. По шкале генератора Вы получите результат, который не будет соответствовать чувствительности ЭДС/мкВ. Так, например, если по шкале ГССа будет получен уровень 0,3 мкВ, то этот результат будет равен чувствительности по напряжению, а не по ЭДС и для приведения его к ЭДС/мкВ реальной чувствительности уровень 0,3 мкВ нужно увеличить в два раза.
2. Если в измеряемом приемнике есть входной преселектор, то его входные фильтры, в результате их регулировки и разброса параметров могут иметь рассогласование по входному сопротивлению до 50%, что на разных диапазонах измерения чувствительности даст большую погрешность измерений. Применение эквивалента по ГОСТ снижает влияние погрешности преселектора.
3. При прямом включении ГССа и РПУ, в кабеле соединяющем эти устройства будет присутствовать уровень сигнала равный уровню чувствительности, т. е. уровень сигнала достаточно мал. При наличии внешних помех уровень сигнала в кабеле может быть ниже уровня этих помех, что повлияет на результат измерений. При использовании эквивалента в длинном кабеле присутствует сигнал выше уровня чувствительности на +20 дБ, что снижает влияние внешних помех на результаты измерений.
На следующем рисунке показан эквивалент ЧН для измерения чувствительности Р-399А с делителем Г4-102.
https://pandia.ru/text/78/419/images/image010_16.jpg" align="left hspace=12" width="592" height="580">чувствительности для Р-309А. По приведенным выше методикам.
В инструкции указано, что уровень чувствительности соответствует показаниям шкалы генератора с учетом делителя. Т. Е. 6 дБ дополнительного ослабления эквивалента автоматически учитываются при определении уровня чувствительности.
https://pandia.ru/text/78/419/images/image012_11.jpg" width="623" height="430">
В инструкции указано, что уровень чувствительности считывается непосредственно по шкале ГССа.
Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях способен вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызвавшая едва заметное ощущение, называется нижним порогом ощущения.
Нижний порог ощущения определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная взаимосвязь: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.
Е = 1/Р (Е – чувствительность, Р – пороговая величина раздражителя)
Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при котором еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение.
Величина абсолютных порогов изменяется в зависимости от различных условий: характер Деятельности, возраст человека, сила и длительность раздражителя.
Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения или разностным порогом . Порог различения характеризуется относительной величиной для данного анализатора. Фехнер выразил зависимость интенсивности ощущений от силы раздражителя: S = KlgJ + C; S – интенсивность ощущений, J – сила раздражителя, K и С – константы. Закон Вебера-Фехнера. Интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы раздражителя. При возрастании силы раздражителя в геометрической прогрессии интенсивность ощущений увеличивается в арифметической прогрессии.
Чем порог больше, тем меньше разностная чувствительность.
Наши анализаторные системы способны в большей или в меньшей степени влиять друг на друга. При этом взаимодействие ощущений проявляется в двух противоположных процессах: повышение и понижение чувствительности. Слабые раздражители повышают чувствительность, а сильные понижают чувствительность анализаторов. Повышение чувствительности в результате взаимодействия анализаторов и упражнения – сенсибилизация. Синестезия – это возникновение под влиянием раздражения одного анализатора ощущения, хар-ного для другого анализатора.
Психика начинается с ощущений. Ощущение – это процесс первичной обработки информации на уровне отдельных свойств предметов и явлений. Этот уровень обработки информации называется сенсорным. На нем отсутствует целостное представление о том явлении, кот. вызвало ощущения.
Поскольку первичным, элементарным психическим опытом можно считать ощущение, то ученым прежде всего хотелось понять, каким образом физическая стимуляция преобразуется в ощущение. Фехнер Г.Т. стал основоположником экспериментальных исследований по проблеме соотношения физического и психического.
Существует несколько видов классификаций:
I . Вундт – по типу рецепторов (механо, химо, фото). Основана на том, что существует специфическая чувствительность к воздействию не только на уровне рецепторов, но и на уровне центрального звена анализаторов.
Несмотря на механистичность, для психологии эта классификация важна.
Классификация Ч. Шеррингтона , выделяющая виды по месту расположения рецепторов ощущения делятся на:
1. Экстероцептивные – отражают свойства предметов и явления внешней среды. Рецепторы на поверхности тела. Являются дифференцированными. Основа познавательных процессов. А) контактные – непосредственный контакт с объектами (вкусовой, осязательный); Б) дистантные – реакция на удаленные раздражители (зрительные, слуховые, обоняние). Болевые ощущения общие для всех анализаторов.
2. Интероцептивные (органические) – ощущения, возникающие при отражении обменных процессов в организме с помощью специализированных рецепторов. Недифференцированные. Являются основой для эмоциональных процессов.
3. Проприоцептивные (кинестетические) – отражающие движение и относительное положение частей тела при помощи рецепторов, расположенных в мышцах, связках, сухожилиях, суставных сумках. Основа волевых регуляторных процессов.
II. Эволюционная классификация. Хэд . Это собственно психологическая классификация.
Существует два вида чувствительности:
1. Протопатическая (древняя), ее особенность – аффективная окрашенность ощущений, слабая дифференцированность (пример: хеморецепция, болевая рецепция, запахи), диффузная.
2. Эпикритическая чувствительность – появляется на поздних стадиях эволюции; характеризует – неаффективная окрашенность, позволяет локализовать объект ощущения в пространстве.
Несмотря на разнообразие ощущений, возникающих при работе органов чувств, можно найти ряд принципиально общих признаков в их строении и функционировании. В целом можно сказать, что анализаторы представляют собой совокупность взаимодействующих образований периферической и ЦНС, осуществляющих прием и анализ информации о явлениях, происходящих как внутри, так и вне организма. Необходимо помнить и о регуляторной функции.
Свойства ощущений :
1. Качество – основная особенность ощущений, отличающая его от остальных.
2. Интенсивность – количественная характеристика, определяется силой действия раздражителей.
3. Продолжительность – временная характеристика, определяется временем действия раздражителя и его интенсивностью.
Способность отображать явления окружающего мира с более или менее точной степенью называют чувствительностью. Минимальная сила раздражителей, вызывающая едва заметные ощущения, называется низшим абсолютным порогом чувствительности. Величина абсолютных порогов меняется.
Явления, возникающие при взаимодействии ощущений:
1. Адаптация – это изменение чувствительности анализатора путем воздействия или тренировки.
2. Сенсибилизация – изменение чувствительности одного анализатора при воздействии на другой анализатор.
3. Синестезия – это возникновение ощущения в одной анализаторной системе, хар-ного для другой анализаторной системы и при раздражении другой анализаторной системы.
По Петровскому :
· Ощущение – это простейший психический процесс, состоящий в отражении отдельных свойств предметов и явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.
· Функции – получать информацию о состоянии внешней и внутренней среды с помощью органов чувств.
· Взаимодействие – органы чувств теснейшим образом связаны с органами движения (неподвижный глаз столь же слеп, как неподвижная рука перестает быть орудием познания). Органы движения участвуют в процессе получения информации (обе функции слиты в одном органе – руке).
Ощущение возникает как реакция нервной системы на тот или иной раздражитель и имеет рефлекторный харр. Физиологической основой ощущений является нервный процесс, возникающий при действии раздражителя на адекватный ему анализатор.
Самостоятельный вид ощущений – температура. Есть внешневнутренние ощущения: температурные, болевые, вкусовые, вибрационные, мышечно-суставные, статико-динамические. Болевые ощущения характерны для разных анализаторов.
Различные органы чувств, дающие нам сведения о состоянии окружающего нас внешнего мира, могут быть более или менее чувствительны к отображаемым ими явлениям, т.е. могут отображать эти явления с большей или меньшей точностью (А.В. Петровский).
Чувствительность органа чувств определяется минимальным раздражителем, который в данных условиях оказывается способным вызвать ощущение. Минимальная сила раздражителя, вызывающая едва заметное ощущение, называется нижним абсолютным порогом чувствительности.
Раздражители меньшей силы, так называемые подпороговые , не вызывают возникновения ощущений, и сигналы о них не пере- даются в кору головного мозга.
Кора в каждый отдельный момент из бесконечного количества импульсов воспринимает лишь жизненно актуальные, задерживая все остальные, в том числе импульсы от внутренних органов. Такое положение биологически целесообразно. Нельзя представить себе жизнь организма, у которого кора больших полушарий одинаково воспринимала бы все импульсы и обеспечивала на них реакции. Это привело бы организм к неминуемой гибели.
Именно кора больших полушарий стоит на страже жизненных интересов организма и, повышая порог своей возбудимости, превращает неактуальные импульсы в подпороговые, избавляя тем самым организм от ненужных реакций.
Однако подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением этому служат многочисленные факты, полученные в клинике нервных болезней, когда именно слабые, подкорковые раздражители из внешней среды создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению галлюцинаций и «обмана чувств ».
Нижний порог ощущений определяет уровень абсолютной чувствительности данного анализатора. Между абсолютной чувствительностью и величиной порога существует обратная зависимость: чем меньше величина порога, тем выше чувствительность данного анализатора.
Наши анализаторы обладают различной чувствительностью. Порог одной обонятельной клетки человека для соответствующих пахучих веществ не превышает 8 молекул. Чтобы вызвать вкусовое ощущение, требуется в 25 000 раз больше молекул, чем для создания обонятельного ощущения.
Очень высока чувствительность зрительного и слухового анализатора. Человеческий глаз способен видеть свет при попадании на сетчатку всего 2-8 квантов лучистой энергии. Это значит, что мы способны были бы видеть в полной темноте горящую свечу на расстоянии до 27 километров. В то же время для того, чтобы мы ощутили прикосновение, необходимо в 100-10 000 000 раз больше энергии, чем при зрительных или слуховых ощущениях (С.И. Вавилов).
Абсолютная чувствительность анализатора ограничивается не только нижним, но и верхним порогом ощущения.
Верхним абсолютным порогом чувствительности называется максимальная сила раздражителя, при которой еще возникает адекватное действующему раздражителю ощущение. Дальнейшее увеличение силы раздражителей, действующих на наши рецепторы, вызывает в них лишь болевое ощущение (например, сверхгромкий звук, слепящая яркость).
Величина абсолютных порогов изменяется в зависимости от различных условий: характера деятельности и возраста человека, функционального состояния рецептора, силы и длительности раздражения и т.п.
С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальное различие между двумя раздражителями, вызывающее едва заметное различие ощущений, называется порогом различения.
Порог различения характеризуется относительной величиной, постоянной для данного анализатора. Для зрительного анализатора это отношение составляет приблизительно 1/100, для слухового – 1/10, для тактильного – 1/30.