In der Psychophysik ist die sensorische Schwelle der schwächste Reiz, den ein Organismus erkennen kann. Sofern nicht anders angegeben, wird es normalerweise als der schwächste Stimulus definiert, der die Hälfte der Zeit erkannt werden kann, beispielsweise durch einen Punkt auf einer Wahrscheinlichkeitskurve. Es wurden Methoden entwickelt, um Schwellenwerte in jedem Sinne zu messen.
Die ersten systematischen Studien zur Bestimmung sensorischer Schwellenwerte wurden von Ernst Heinrich Weber, Physiologe und Pionier der experimentellen Psychologie an der Universität Leipzig, durchgeführt., Seine Experimente sollten die absoluten und Differenzschwellen oder Differenzschwellenwerte bestimmen. Weber war in der Lage, absolute und Differenzschwelle statistisch zu definieren, die zur Etablierung von Webers Gesetz und dem Konzept der nur spürbaren Differenz führen Schwellenwahrnehmung von Reizen zu beschreiben.
Nach Webers Arbeit untersuchte Gustav Fechner, ein Pionier der Psychophysik, die Beziehung zwischen der physischen Intensität eines Reizes und der psychologisch wahrgenommenen Intensität des Reizes., Beim Vergleich der gemessenen Intensität von Schallwellen mit der wahrgenommenen Lautstärke kam Fechner zu dem Schluss, dass sich die Intensität eines Reizes proportional zum Logarithmus der Reizintensität ändert. Seine Ergebnisse würden zur Schaffung der Dezibelskala führen.
Es wurden verschiedene sensorische Schwellenwerte definiert;
- Absoluter Schwellenwert: der niedrigste Pegel, auf dem ein Reiz erkannt werden kann.
- Erkennungsschwelle: der Pegel, bei dem ein Reiz nicht nur erkannt, sondern auch erkannt werden kann.,
- Differentialschwelle: der Pegel, auf dem ein Anstieg eines erfassten Reizes wahrgenommen werden kann.
- Terminalschwelle: Der Pegel, ab dem ein Stimulus nicht mehr erkannt wird.
Sensorische Schwellenwerte messen und testen
Zur Definition und Messung sensorischer Schwellenwerte muss die Empfindlichkeitsgrenze so festgelegt werden, dass die Wahrnehmungsbeobachtungen zur absoluten Schwelle führen. Es wird üblicherweise angenommen, dass der Empfindlichkeitsgrad bei der Bestimmung des Schwellenwerts konstant ist., Es gibt drei gängige Methoden zur Bestimmung sensorischer Schwellenwerte:
- Grenzwertmethode: Im ersten Schritt wird das Subjekt durch starke, leicht erkennbare Reize stimuliert, die schrittweise (absteigende Sequenz) verringert werden, bis sie den Reiz nicht erkennen können. Dann wird eine andere Stimulationssequenz angewendet, die als aufsteigende Sequenz bezeichnet wird. In dieser Sequenz erhöht sich die Stimulintensität von der Unterschwelle auf leicht nachweisbar. Beide Sequenzen werden mehrmals wiederholt. Dies ergibt mehrere momentane Schwellenwerte., Im folgenden Schritt werden die Mittelwerte für aufsteigende und absteigende Sequenzen getrennt berechnet. Der Mittelwert ist für absteigende Sequenzen niedriger. Im Falle der Audiometrie hat die Differenz der Mittel bei aufsteigenden vs. absteigenden Sequenzen eine diagnostische Bedeutung. Im letzten Schritt ergibt der Durchschnitt der zuvor berechneten Mittel den absoluten Schwellenwert.
- Methode der konstanten Reize: Reize unterschiedlicher Intensität werden einem Subjekt in zufälliger Reihenfolge präsentiert. Intensitäten beinhalten Reize, die sicherlich unterschwellig sind, und Reize, die sicherlich überschwellig sind., Für die Erstellung der Serie wird der ungefähre Schwellenwert nach einer einfacheren Methode beurteilt (d. H. Nach der Methode der Grenzen). Die zufälligen Sequenzen werden dem Subjekt mehrmals präsentiert. Die Stärke des Reizes, der in mehr als der Hälfte der Präsentationen wahrgenommen wird, wird als Schwelle genommen.
- Adaptive Methode: Die Stimulation beginnt mit einem sicherlich überschwelligen Reiz; dann werden weitere Reize mit einer in zuvor definierten Schritten verringerten Intensität gegeben. Die Reihe wird gestoppt, wenn die Stimulusstärke unterschwellig wird (dies wird als Turn-Phänomene bezeichnet)., Dann wird der Schritt halbiert und die Stimulation wiederholt, aber jetzt mit zunehmender Intensität, bis das Subjekt den Klang wieder wahrnimmt. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt, bis die Schrittgröße den voreingestellten Minimalwert erreicht. Mit dieser Methode kann der Schwellenwert sehr genau abgegrenzt werden. Die Anfangsgröße des Schritts kann abhängig von der erwarteten Genauigkeit ausgewählt werden.
Bei der Messung der sensorischen Schwelle muss das Rauschen berücksichtigt werden. Signalrauschen ist definiert als das Vorhandensein zusätzlicher, unerwünschter Energie im Beobachtungssystem, die die interessierenden Informationen verdeckt., Wenn sich die Messungen dem absoluten Schwellenwert nähern, erhöht sich die Variabilität des Rauschens, wodurch der Schwellenwert verdeckt wird. Verschiedene Arten von Innen – und Außengeräuschen umfassen übermäßige Reize, Über – oder Unterstimulation des Nervensystems und Zustände, die die Nerven in Abwesenheit äußerer Reize fälschlicherweise stimulieren.
Ein universeller absoluter Schwellenwert ist aufgrund der Variabilität der Messungen schwer zu definieren. Während die Empfindung an den physischen Nerven auftritt, kann es Gründe geben, warum sie nicht konsistent ist. Alter oder Nervenschäden können die Empfindung beeinflussen., Ebenso können psychologische Faktoren die Wahrnehmung der körperlichen Empfindung beeinflussen. Psychischer Zustand, Gedächtnis, psychische Erkrankungen, Müdigkeit und andere Faktoren können die Wahrnehmung verändern.
Luftfahrt verwenden. Wenn es um Bewegung in einem der möglichen sechs Freiheitsgrade (6-DoF) geht, ist die Tatsache, dass sensorische Schwellen existieren, der Grund, warum Flugzeuge über Blindfluginstrumente verfügen müssen. Ein anhaltender Wolkenflug ist allein durch „Seat-of-the-Pants“ – Signale nicht möglich, da sich Fehler aufgrund von Flugbewegungen unterhalb der sensorischen Schwelle des Piloten aufbauen,was letztendlich zu einem Kontrollverlust führt.,
- In Flugsimulatoren mit Bewegungsplattformen werden die bewegungssensorischen Schwellenwerte in der als „acceleration-onset cueing“ bekannten Technik verwendet. Dies ist, wo eine Bewegungsplattform, die anfängliche Beschleunigung gemacht hat, die von der Simulatorbesatzung erfasst wird, die Plattform auf ungefähr ihre neutrale Position zurückgesetzt wird, indem sie mit einer Geschwindigkeit unterhalb der sensorischen Schwelle bewegt wird und dann bereit ist, auf die nächste Beschleunigung zu reagieren, die vom Simulatorcomputer gefordert wird.