Основные параметры анализаторов
1. Абсолютная чувствительность к интенсивности сигнала характеризуется минимальным значением воздействующего раздражителя, при котором возникает ощущение. Абсолютный порог определяется в единицах измерения раздражителя.
Минимальную адекватно ощущаемую интенсивность сигнала принято называть нижним порогом чувствительности.
Психофизиологическими опытами установлено, что величина ощущения изменяется медленнее, чем сила раздражителя.
Эту закономерность выражает закон Вебера – Фехнера (закон восприятия):
J = KlgE + C ,
т.е. при линейном увеличении интенсивности раздражителя (E) интенсивность ощущения (J) растет логарифмически. Здесь К и С – константы, определяемые данной сенсорной системой.
Максимальную адекватно ощущаемую величину сигнала принято называть верхним порогом чувствительности, или болевым порогом.
Диапазон чувствительности к интенсивности включает все переходные значения раздражителя от абсолютного порога чувствительности до болевого порога.
2. Дифференциальный порог чувствительности к изменению интенсивности сигнала– это минимальное изменение интенсивности сигнала, ощущаемое человеком.
3. Границы (диапазон) спектральной чувствительности определяются для анализаторов, чувствительных к изменению частотных характеристик сигнала (слуховой, зрительный и т.п.).
4. Дифференциальная чувствительность к изменению частоты сигнала–это минимальное изменение частотысигнала, ощущаемое человеком.
5. Пространственные характеристики чувствительности специфичны для каждого анализатора.
6. Для каждого анализатора характерна минимальная длительность сигнала, необходимая для возникновения ощущений.
Время, проходящее от начала воздействия раздражителя до появления ощущения, называют латентным периодом.
Величина латентного периода для различных анализаторов следующая:
| анализатор | Латентный период, с |
| тактильный (прикосновение) зрительный (свет) слуховой (звук) обонятельный (запах) температурный (тепло-холод) вестибулярный аппарат (при вращении) болевой (рана) | 0,09...0,22 0,31…0,39 0,12...0,18 0,31...0,39 0,28...1,6 0,4 0,13...0,89 |
7. Адаптация (привыкание) исенсибилизация (повышение чувствитель-ности) характеризуются временем и присущи каждому типу анализаторов.
Не вся сенсорная информация осознается, большей частью она нужна для многих регуляторных процессов, протекающих бессознательно. Например, вестибулярная и двигательная рецепция и осязание участвуют в двигательной координации, терморецепция используется для автоматической регуляции температуры тела, дыхание изменяется на основе информации о содержании газов в крови, а болевые стимулы вызывают защитные реакции.
Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низкие и высокие температуры, вибрации, перегрузки, невесомость, слишком интенсивные потоки информации, ведущие к дефициту времени, и ее недостаток, утомление, вызванное длительной работой или неблагоприятными условиями, состояние стресса – все эти факторы вызывают различные изменения характеристик анализаторов.
Чтобы обеспечить достаточную надежность деятельности человека при приеме и анализе сигналов в любых условиях, для практических расчетов рекомендуется использовать не абсолютные и дифференциальные пороги чувствительности анализаторов к различным характеристикам сигналов, а оперативные пороги, характеризующие не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Обычно оперативный порог в 10...15 раз выше соответствующего абсолютного и дифференциального.
Характеристика сенсорных систем с точки зрения безопасности
Зрительная система
Важнейшим условием правильной ориентации человека в окружающей среде является зрение, т.к. 80 % всей информации человек получает в результате реакции на визуальное раздражение.
Главными особенностями человеческого глаза являются способность к аккомодации (способность зрения приспосабливаться к расстоянию до обозреваемого предмета) и адаптации(способность зрения приспосабливаться к световым условиям окружающей среды).
Восприятие визуальной информации ограничено пределами поля зрения – это пространство, обозреваемое человеком при неподвижном состоянии глаз и головы. В пределах угла зрения 30-400 условия для видения оптимальны. В этом диапазоне целесообразно помещать основные носители информации, так как в нем воспринимаются и движения, и резкие контрасты.
Изображение, вызванное световым сигналом, сохраняется на сетчатке глаза в течение некоторого времени, несмотря на исчезновение сигнала. Эта инерция зрения, как показывают исследования, находится в пределах 0,1…0,3 с. Благодаря инерции зрения, при определенной частоте мелькающий сигнал начинает восприниматься как постоянно светящийся источник. Такую частоту называют критической частотой слияния мельканий. Если мелькания света используются в качестве сигнала, частота слияния должна быть оптимальной – 3…10 Гц.
Инерция зрения обусловливает стробоскопический эффект. Если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени гашения зрительного образа, то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. Стробоскопический эффект способствует возникновению иллюзии движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов; иллюзии неподвижности или замедления движения, если движущийся предмет периодически занимает прежнее положение; иллюзии вращения в противоположную от реального направления сторону, если частота вспышек света больше числа оборотов вращающегося предмета.
Прием и анализ информации происходит в световом диапазоне (380...760 нм) электромагнитных волн. Цветовые ощущения вызываются действием световых волн, имеющих различную длину. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Наибольшая чувствительность в условиях обычного дневного освещения достигается при длине волн 554 нм (в желто-зеленой части спектра) и убывает в обе стороны от этого значения.
Приблизительные границы длин волн и соответствующие им ощущения показаны на рис. 7. Характеристикой чувствительности является относи-тельная видность – Кλ= Sλ/Smax, где Smax– ощущение, вызываемое источником излучения с длиной волны 554 нм; Sλ – ощущение, вызываемое источником той же мощности с длиной волны λ.
Рис. 7. Спектральная чувствительность глаза
На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения, одновременный или последовательный контраст.
Глаз снабжен естественной защитой. Рефлекторно закрывающиеся веки защищают сетчатку глаза от сильного света, а роговицу от механических воздействий. Слезная жидкость смывает с поверхности глаз и век пылинки, убивает микробы, благодаря наличию в ней лизоцима – фермента, растворяющего некоторые микроорганизмы. Защитную функцию выполняют и ресницы. Однако, несмотря на совершенство, естественная защита для глаз оказывается недостаточной, поэтому возникает необходимость в применении искусственных средств защиты.
Зрительное восприятие цвета, переработка получаемой зрительной информации в большой мере зависят от освещения. Поэтому необходимо уделять особое внимание формированию светового климата.
Слуховая система
С помощью органов слуха человек может оценить многочисленную и разнообразную слуховую информацию. Слуховой анализатор обладает высокой чувствительностью, находится в постоянной готовности к приему информации и позволяет частично «разгрузить» зрительный анализатор.
Механические колебания создают слуховое восприятие, когда их частота лежит в области 16 … 20000 Гц.
Под звуковым давлением понимают разность между мгновенным значением давления в данной точке пространства, где распространяется звук, и средним значением давления в невозмущенной среде. Органом слуха воспринимается среднеквадратичная величина звукового давления 
за период осреднения T = 30 … 100 мс.
При распространении звука происходит перенос энергии. Энергетической характеристикой звука является интенсивность (мощность звука) в любой точке – поток энергии, приходящейся на единичную площадку в направлении, нормальном распространению звуковой волны [Вт/м2].
Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:
,
где J– интенсивность звука, Вт/м2;
– среднеквадратичное звуковое давление;
– плотность среды, в которой распространяется звук;
с – скорость звука в этой среде.
Слуховое восприятие изображается на диаграмме нанесением величин звукового давления, при которых на каждой частоте возникает ощущение звука, и обозначается как кривая порога слышимости (рис. 8).
 |
Верхний порог слышимости (болевой порог)
|
|
30 125 500 2000 8000 22000 f,Гц
Рис. 8. Диаграмма области слухового восприятия
Порог слышимости зависит от частоты звука,а также от индивидуальных особенностей, возраста людей. Абсолютный порог слышимости имеет тенденцию с возрастом уменьшаться.
Одна из важных особенностей слуховой сенсорной системы, имеющая прямое отношение к безопасности, – ее способность распознавать местонахождение источника звука без поворота головы. Это явление называется бинауральным эффектом. Физическая основа такой способности в том, что, распространяясь с конечной скоростью, звук достигает более удаленного уха позже и с меньшей силой; слуховая система способна выявить эту разницу уже на уровне 1 дБ, а запаздывание – на уровне 0,6 мс. Бинауральный слух имеет и иную, более важную для ориентации в пространстве, функцию: он помогает анализировать акустическую информацию в присутствии посторонних шумов. «Межушные» различия в интенсивности и направленности поступления сигналов используются центральной нервной системой для подавления фонового шума и выделения полезных звуков (например, позволяют сосредоточиться на нужном разговоре на многолюдном собрании).