С. С. Стивенс

Стивенс, Стэнли Смит (англ. Stanley Smith Stevens; 4 ноября 1906, Огден, штат Юта, США — 18 января 1973, Винярд-Хейвен, штат Массачусетс, США) — американский психофизиолог, психолог-экспериментатор и статистик. Наиболее известен как основатель психофизики (современного направления, изучающего количественные отношения между физическими стимулами и ощущениями), автор классификации шкал измерений (номинальная, порядковая, интервальная, относительная) и формулировки степенного закона Стивенса (степенной функции, связывающей интенсивность стимула и ощущения). Внёс существенный вклад в методологию психологических измерений, теорию восприятия и экспериментальную психологию в целом.

Биография

Стэнли Смит Стивенс родился 4 ноября 1906 года в городе Огден (штат Юта, США). Его отец был строительным подрядчиком, мать — домохозяйкой. Детство провёл в Солт-Лейк-Сити. После окончания школы поступил в Университет Юты, где первоначально изучал инженерное дело, но затем перевёлся на факультет психологии. В 1929 году получил степень бакалавра искусств (B.A.) по психологии.

Продолжил образование в Гарвардском университете, где в 1931 году получил степень магистра (M.A.), а в 1933 году — доктора философии (Ph.D.) по психологии. Его докторская диссертация была посвящена изучению слухового восприятия, в частности, восприятия высоты звука. После защиты остался работать в Гарварде, где прошёл путь от ассистента до профессора и заведующего лабораторией психофизики (Psychophysical Laboratory).

В 1946 году Стивенс основал и возглавил Лабораторию психофизики при Гарвардском университете, которая стала ведущим мировым центром по изучению количественных аспектов восприятия. В 1950-е годы его работа была сосредоточена на разработке и проверке степенного закона, который стал альтернативой классическому закону Вебера — Фехнера. Стивенс также активно участвовал в работе Американской психологической ассоциации (АПА) и был избран её президентом в 1960 году.

Умер 18 января 1973 года на острове Винярд-Хейвен (Массачусетс) от сердечного приступа.

Научный вклад

Классификация шкал измерений (1946)

В 1946 году в статье «On the theory of scales of measurement» («О теории шкал измерений») в журнале Science Стивенс предложил фундаментальную классификацию типов измерительных шкал, основанную на допустимых математических преобразованиях. Эта классификация стала стандартом в психологии, социологии, статистике и других науках, где используются измерения.

Стивенс выделил четыре типа шкал:

1. Номинальная шкала (шкала наименований) — классификация объектов по категориям (например, пол, цвет, национальность). Допустимые операции — подсчёт частот, мода. Не имеет порядка.
2. Порядковая шкала (ранговая шкала) — упорядочивание объектов по степени выраженности признака (например, школьные оценки, ранги в соревнованиях). Допустимые операции — медиана, квартили, но не арифметические действия.
3. Интервальная шкала (шкала равных интервалов) — шкала, где единицы измерения равны, но нулевая точка условна (например, температура по Цельсию, календарное время). Допустимы сложение, вычитание, среднее арифметическое, но не отношения.
4. Относительная шкала (шкала отношений) — шкала с абсолютным нулём, где возможны все арифметические операции (например, длина, масса, время реакции, громкость в сонах). Допустимы все статистические процедуры.

Эта классификация оказала огромное влияние на методологию научных исследований, особенно в социальных науках, где выбор адекватных статистических методов напрямую зависит от типа шкалы.

Степенной закон Стивенса (1957)

Стивенс разработал альтернативу классическому закону Вебера — Фехнера, который утверждал, что ощущение (S) пропорционально логарифму интенсивности стимула (I). На основе многочисленных экспериментов с использованием методов прямой оценки (например, метод оценки величины, метод воспроизведения) Стивенс показал, что для многих сенсорных модальностей (зрение, слух, тактильные ощущения, вкус, боль) зависимость между физическим стимулом и ощущением описывается степенной функцией:

**S = k * I^n**

где:

• S — субъективная величина ощущения (например, громкость, яркость, сила давления);
• I — физическая интенсивность стимула (например, звуковое давление, освещённость, вес);
• k — константа, зависящая от единиц измерения;
• n — показатель степени, характерный для каждой сенсорной модальности.

Значение показателя степени (n) определяет характер зависимости:

• Если n > 1, ощущение растёт быстрее, чем стимул (например, для электрического удара n ≈ 3,5).
• Если n < 1, ощущение растёт медленнее, чем стимул (например, для громкости звука n ≈ 0,6; для яркости света n ≈ 0,33).
• Если n = 1, ощущение прямо пропорционально стимулу (например, для оценки длины линии).

Стивенс построил психофизические функции для более чем 20 сенсорных модальностей, что подтвердило универсальность степенного закона. Этот закон стал основой современной психофизики и широко применяется в эргономике, акустике, светотехнике, при разработке шкал боли и оценке качества продукции.

Психофизические методы

Стивенс внёс вклад в разработку и стандартизацию прямых психофизических методов, позволяющих испытуемому непосредственно оценивать величину ощущения, а не только различать стимулы. Основные методы:

• Метод оценки величины (magnitude estimation): испытуемому предъявляют эталонный стимул (модуль) и присваивают ему произвольное число (например, 10). Затем предъявляют другие стимулы, и испытуемый должен оценить их величину в числах, пропорциональных ощущению.
• Метод воспроизведения (magnitude production): испытуемый сам регулирует интенсивность стимула так, чтобы она соответствовала заданному числовому значению.
• Метод перекрёстной модальности (cross-modality matching): испытуемый подбирает интенсивность стимула в одной модальности (например, силу сжатия рукой) так, чтобы она соответствовала ощущению от стимула в другой модальности (например, громкости звука).

Эти методы позволили получать количественные данные о субъективных ощущениях, что было невозможно при использовании только классических пороговых методов.

Восприятие речи и слух

В первые годы своей научной карьеры Стивенс активно занимался проблемами слухового восприятия. Он изучал восприятие высоты звука, громкости, тембра, локализацию звука в пространстве. Совместно с другими исследователями (например, Дж. У. Харрисом) он разработал шкалу сонов (sone) для измерения громкости и шкалу мелов (mel) для измерения высоты звука. Эти шкалы основаны на степенном законе и используются в акустике и аудиологии.

Стивенс также внёс вклад в теорию восприятия речи, изучая роль формант в различении гласных звуков и механизмы распознавания речи.

Критика и ограничения

Несмотря на широкое признание, некоторые аспекты работы Стивенса подвергались критике:

• Проблема шкал: Классификация шкал Стивенса была раскритикована некоторыми статистиками (например, Р. А. Фишером) за чрезмерную строгость и несоответствие реальной практике, где границы между типами шкал часто размыты. Кроме того, утверждение о том, что для порядковых шкал нельзя использовать среднее арифметическое, оспаривается.
• Степенной закон: Критики (в частности, сторонники классической психофизики) указывали, что степенной закон не является универсальным и может быть артефактом используемых методов (например, эффект «смешения» модуля). Также отмечалось, что для некоторых модальностей (например, вкус) степенная функция может быть нелинейной в широком диапазоне.
• Методология: Прямые методы оценки (например, метод оценки величины) подвергались критике за субъективность и зависимость от инструкций, а также за то, что испытуемые могут использовать не ощущения, а свои представления о числах.

Тем не менее, работы Стивенса остаются основополагающими для психофизики и методологии измерений в психологии.

Основные труды

• Stevens, S. S. (1946). On the theory of scales of measurement. Science, 103(2684), 677–680.
• Stevens, S. S. (1957). On the psychophysical law. Psychological Review, 64(3), 153–181.
• Stevens, S. S. (1961). The psychophysics of sensory function. American Scientist, 49(2), 226–253.
• Stevens, S. S. (1975). Psychophysics: Introduction to its perceptual, neural, and social prospects. New York: Wiley. (Посмертное издание, подготовленное женой — М. Стивенс)

Признание и награды

• Президент Американской психологической ассоциации (1960).
• Награда за выдающийся научный вклад от Американской психологической ассоциации (1962).
• Медаль Уоррена от Общества экспериментальных психологов (1968).
• Избран членом Национальной академии наук США (1968).

См. также

• Психофизика
• Закон Вебера — Фехнера
• Шкала измерений
• Сон (единица громкости)
• Мел (единица высоты звука)

Источники

• Stevens, S. S. (1946). On the theory of scales of measurement. Science, 103(2684), 677–680.
• Stevens, S. S. (1957). On the psychophysical law. Psychological Review, 64(3), 153–181.
• Stevens, S. S. (1975). Psychophysics: Introduction to its perceptual, neural, and social prospects. New York: Wiley.
• Luce, R. D. (1990). "On the possible psychophysical laws" revisited: Remarks on cross-modal matching. Psychological Review, 97(1), 66–77.
• Gescheider, G. A. (1997). Psychophysics: The fundamentals (3rd ed.). Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.
• Marks, L. E. (1974). Sensory processes: The new psychophysics. New York: Academic Press.