Кожный анализатор
- при t = 20 40 мс два следующих один за другим коротких тональных сигнала воспринимаются как один неоднородный сигнал;
- при t = 4080 мс те же сигналы воспринимаются как два, в какой-то мере влияющие один на другой, но в то же время имеющие неразличимые индивидуальные характеристики.
Минимальное время восприятия высоты тонов в средней области частот при L = 80 дБ соответствует 1012 периодам; грубое восприятие возможно при 68 периодах. При снижении интенсивности до 40 дБ временной порог опознавания высоты увеличивается в 1,52,5 раза (для 1000 Гц с 10 до 22 мс, для 125 Гц с 24 до 40 мс).
Для точного опознания высоты тона нужно не менее 90 110 мс.
Пространственная локализация источника звука возможна благодаря восприятию звуков одновременно двумя ушами (бинауральный слух).
Бинауральный слух от моноурального отличается более высокой абсолютной чувствительностью; помехоустойчивостью; разрешающей способностью при дифференцировании изменений высоты и громкости тональных сигналов и большей возможностью различения пространственного расположения источника звука.
Пространственная локализация источников звука осуществляется за счет:
а) разницы во времени прихода сигналов на правое и левое ухо. Разность в 3040 мс создает впечатление смешения источника на 2 3 в сторону уха, в которое сигнал приходит раньше;
б) сдвига фазы сигналов, поступающих на разные уши. Бинауральная фазовая чувствительность наиболее выражена для f = 200250 Гц, в сторону более высоких и более низких частот ухудшается, при 20003000 Гц практически отсутствует. Разность фаз 180 соответствует смещению источника звука на 90;
в) разницы интенсивности сигналов, приходящих к правому и левому уху.
В определении направления на источник звука при f = 1000 Гц преобладающую роль играет запаздывание и фазовый сдвиг сигнала, при f 4000 Гцразница в громкости, при 1000 f 4000 Гц работают оба механизма.
К основным характеристикам речевых звуков относятся диапазон частот f= 1008000 Гц и интенсивность звука I = 0 - 65 дБ.
Влияние шума на разборчивость зависит от соотношения уровней шума и речи. Для удовлетворительного восприятия речи ее уровень должен превышать шум примерно на 6 дБ.
Оптимальным считается темп речи 6080 слов в 1 мин с интервалом между словами 1 с, а допустимым до 120 слов в I мин.
Кожный анализатор
Кожный анализатор обеспечивает восприятие прикосновения (слабого давления), боли, тепла, холода и вибрации. Для каждого из этих ощущений (кроме вибрации) в коже имеются специфические рецепторы либо их роль выполняют свободные нервные окончания [50]. Каждый участок кожи обладает наибольшей чувствительностью к тем раздражителям, для которых на этом участке имеется наибольшая концентрация соответствующих рецепторов.
Поэтому можно выделить на коже точки и участки с избирательной чувствительностью к прикосновению, боли, теплу, холоду. Чувствительность к прикосновению (тактильная) проявляется при деформации кожи под давлением внешнего воздействия. Ощущение возникает только в момент деформации, и исчезает, как только изменение деформации прекращается.
Абсолютный порог чувствительности к силе раздражителя зависит от места его приложения, скорости движения и функционального состояния рецептора. Чувствительность тактильных рецепторов непостоянна во времени, наблюдаются спонтанные изменения порога восприятия. Абсолютный порог пространственной чувствительности (разрешающая способность) определяется плотностью рецепторов на том или ином участке кожной поверхности. Ошибка в локализации одиночных раздражителей колеблется в пределах 28 мм.
При одновременном воздействии в двух точках пороги зависят от места приложения раздражителя. При ритмичных последовательных прикосновениях к коже каждое из них воспринимается как раздельное, пока не будет достигнута критическая частота fp, при которой ощущение последовательных прикосновений переходит в специфическое ощущение вибрации.
В зависимости от условий и места раздражения/кр = 520 Гц.
При f=/кр тактильная чувствительность переходят в вибрационную.
Вибрационная чувствительность, обусловлена теми же рецепторами, что и тактильная. Поэтому топография распределения вибрационной чувствительности по поверхности тела аналогична тактильной.
Кинетическая энергия вибрации воспринимается органами чувств человека по закону Вебера - Фехнера:
(3.14)
, W
10 lg т-
где W =
W0 =
текущее значение кинетической энергии вибрации;
порог восприятия кинетической энергии человеком; m - масса человека; V -
текущее значение виброскорости; Vo = 5 - 10-8 м/с - пороговое значение виброскорости
воспринимаемое человеком.
Подставляя исходные данные в формулу (3.14) получим
V2 V
L = 10 lg -Т = 20 lg (дБ). (3.15)
V 0 V 0
Частота вибрации человеком оценивается также по закону Вебера-Фехнера:L_
Lf = log2 f (октава), (3.16)
J н
где f - верхняя граничная частота полосы частот; f - нижняя граничная частота полосы частот.
Соотношение между верхней и нижней граничными частотами находится как f = 2 fn.
В качестве частоты, характеризующей полосу в целом, берется среднегеометрическая частота
fс.г. = д/fв fн .
Одновременное изменение виброскорости и частоты оценивается человеком по известному закону параболы:
L = kf, (3.17)
где k - коэффициент пропорциональности.
Болевой анализатор
Чувствительность к боли обусловлена воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, химических, электрических и других раздражителей [50].
Восприятие кожей температурных воздействий зависит от ее собственной температуры. Нормальная температура кожи человека составляет порядка 32,533,5С.
При непосредственно тепловом или холодовом воздействии на кожу, адаптированную к определенной температуре, дифференциальная чувствительность имеет значение порядка 0,10,2 С.
Порог чувствительности к повышению температуры несколько выше, чем к снижению. Соответственно время реакции на повышение температуры больше, чем на снижение (0,18 и 0,15 с).
После начального ощущения тепла или холода через некоторое время происходит адаптация к новой температуре и ощущение исчезает.
Для кожи, адаптированной к комнатной температуре 2025С, порог ощущения горячего
для разных индивидуумов находится в пределах 4046 С (средняя 4243 С).
При отклонении температуры кожи от указанных выше номиналов возникают следующие ощущения:
очень холодно при 29С; неприятно холодно при 30С; холодновато при 31С; чуть прохладно при 33С; нормально при 34С; жарковато при 35С; неприятно жарко при 36С; очень жарко при 37С. Температуры кожи ниже 0 и выше 51С вызывают ощущения боли.
Кинестетический анализатор
Кинестетический анализатор обеспечивает ощущение положения и движений тела и его частей [50]. Имеется три вида рецепторов, воспринимающих положение и движение тела:
- растяжение мышц при их расслаблении "мускульные веретена";
- сокращение мышц сухожильные органы Гольджи;
- положение суставов - обусловливающие так называемое "суставное чувство".
Последние пока плохо изучены; предполагается, что их функции выполняют глубинные рецепторы давления, обусловливающие подкожную чувствительность и суставное чувство сводится к подкожным ощущениям давления в определенных местах.
Обонятельный анализатор
Обонятельный анализатор предназначен для восприятия человеком различных запахов (их диапазон охватывает до 400 наименований) [50]. Рецепторы обонятельного анализатора расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки, покрывающей внутреннюю стенку верхней носовой раковины и соседнюю боковую стенку носовой перегородки.
Чувствительность обонятельного анализатора зависит от вида пахучего вещества, температуры, влажности, движения воздуха, длительности воздействия, концентрации вещества и других факторов.
Пороги абсолютной чувствительности определяются концентрацией пахучего вещества во вдыхаемом воздухе, изменяются в зависимости от общего состояния индивидуума и резко возрастают при заболеваниях носовой полости.
Адаптация обонятельного анализатора происходит сравнительно быстро. Время полной адаптации прямо пропорционально давлению паров пахучего вещества. Адаптация к одним веществам может влиять на чувствительность к другим. В результате адаптации пороги ощущения запахов значительно повышаются.
После прекращения воздействия пахучих веществ на анализатор наблюдается постепенное восстановление чувствительности.
Дифференциальная чувствительность к запаху аналогична различению цветов и оттенков зрительным анализатором и зависит от степени сходства запахов и соотношения интенсивностей. Поскольку для запахов не существует шкалы, различительная чувствительность не может быть определена количественно и поддается только качественному описанию.
Дифференциальная чувствительность к интенсивности запаха относительно невысока. Среднее значение константы Вебера составляет порядка К = 38 %. Для различных веществ К меняется от 16 до 50%.
Вкусовой анализатор
Вкусовой анализатор обеспечивает различение вкуса веществ, попадающих в полость рта.
Основные вкусовые ощущения: кислое, соленое, горькое, сладкое. Эти четыре ощущения считают первичными, все остальные обусловлены их сочетаниями [50].
Дифференциальная чувствительность к интенсивности вкусового воздействия имеет среднее значение К = 0,2 для всех вкусовых ощущений при средних интенсивностях раздражителей.
Приведенные выше характеристики анализаторов определены в условиях, когда каждый анализатор рассматривался изолированно, вне связи с другими системами и функциями организма. В действительности все анализаторы объединены и взаимосвязаны, поэтому поступление сигнала или изменение функционального состояния человека под влиянием внешних факторов приводит к изменению характеристик и других анализаторов.
Психология человека
Структурная модель психологии человека состоит из: блока оперативной, постоянной памяти человека и блока принятия решений (рис.3.2).
Память человека, включает процессы запоминания, сохранения, узнавания и воспроизведения информации.
В структуру памяти входит:
- Двигательная (моторная) памятьзапоминание и воспроизведение движений и их систем, лежащие в основе выработки и формирования двигательных навыков и привычек.
- Эмоциональная память это память человека на пережитые им в прошлом чувства.
- Образная память сохранение и воспроизведение образов ранее воспринимавшихся предметов и явлений.
- Эйдетическая память, очень ярко выраженная образная память, связанная с наличием ярких, четких, живых, наглядных представлений.
- Словесно-логическая память запоминание и воспроизведение мыслей, текста, речи.
Память человека делится на непроизвольную и произвольную память:
Непроизвольная память проявляется в тех случаях, когда не ставится специальная цель запомнить тот или иной материал и последний запоминается без применения специальных приемов и волевых усилий.
Произвольная память связана со специальной целью запоминания и применением соответствующих приемов, а также определенных волевых усилий.
По объему, функциональному назначению и длительности сохранения информации память делиться на оперативную (кратковременную) и постоянную (долговременную) память.
Оперативная память характеризуется кратковременностью процессов, которые обслуживают непосредственно осуществляемые человеком актуальные действия.
Постоянная память вид памяти, для которой характерно длительное сохранение материала после многократного его повторения и воспроизведения.
К основным характеристикам памяти относятся: объем запоминаемой информации, скорость запоминания, длительность сохранения (скорость забывания), полнота и точность воспроизведения. Объем сохраняемой в памяти информации зависит от модальности (вида анализатора) и способа предъявления.
Оперативная память позволяет сохранять текущую информацию на время, необходимое для решения тех или иных практических задач. Это время в реальных условиях изменяется от нескольких секунд до нескольких минут.
Объем оперативной памяти, определяется количеством запоминаемых стимулов и почти не зависит от их информационного содержания. Средний объем памяти составляет 59 стимулов. Оперативная память выполняет функцию буфера с ограниченной емкостью, способного поглощать и удерживать входную информацию.
Вновь поступающий в буфер сигнал вытесняет оттуда один из поступивших ранее, если он не перешел к этому времени в долговременную память. Поэтому сигналы, поступившие в буфер первыми и последними, закрепляются в нем прочнее по сравнению с сигналами средней части предъявленной последовательности.
Скорость запоминания и воспроизведения оперативной информации является важнейшей характеристикой, определяющей пропускную способность системы. Если объем поступающей информации не превышает объем оперативной памяти, то скорость приема информациисоставляет несколько бит/с. В некоторых особых случаях при использовании информационноемких кодов скорость запоминания может достигать 5070 бит/с.
Однако, если объем поступающей информации даже ненамного превышает емкость оперативной памяти, скорость запоминания резко снижается до десятых долей бит/с и менее.
На функционирование оперативной памяти влияет ряд факторов:
- система кодирования информации. Для оперативного запоминания предпочтительно кодирование объектов цифрами и буквами;
- структурная организация информации (группировка символов, выделение основных сообщений и т. п.);
- последовательность представления информации (одновременное предъявление сведений предпочтительней по сравнению с последовательным);
- систематизация информации в процессе запоминания.
Наряду с объемом и длительностью хранения информации важной характеристикой оперативной памяти является быстрота забывания материала, ненужного для дальнейшей работы. Своевременное забывание исключает ошибки, связанные с использованием устаревшей информации, и освобождает место для хранения новых данных.
Время запоминания кратковременной памяти несколько секунд.
Долговременная память обеспечивает хранение информации в течение длительного времени.
Объем долговременной памяти ограничен не числом стимулов, а количеством сохраняемой информации и составляет около 1020 бит. Скорость обработки информации долговременной памятью составляет порядка 0,1 V 10 бит/с.
Если оперативная память связана, прежде всего, с первичной ориентировкой человека в окружающей среде, то она направлена главным образом на фиксацию общего числа вновь появляющихся сигналов независимо от их информационного содержания.
Задачей же долговременной памяти является организация поведения человека в будущем.
В процессе перевода данных из оперативной в долговременную память происходит преобразование сообщения, направленное на выделение смыслового содержания, отсев ненужной информации, мешающей запоминанию. В то же время избыточная информация, не создавая дополнительной нагрузки на память, облегчает запоминание, что эквивалентно увеличению объема долговременной памяти.
Процесс перевода информации из кратковременной в долговременную память может осуществляться непроизвольно, не требуя специальных усилий и даже не осознаваясь, и может быть произвольным, требующим специальной активности и усилий.
Психологический процесс функционирования памяти состоит из следующих моментов:
- Запоминание процесс закрепления в сознании образов, впечатлений, понятий.
- Узнавание процесс памяти, связанный с осознанием того, что данный объект воспринимался в прошлом.
- Забывание процесс, при котором происходит "выпадение" того или иного материала из памяти.
- Воспроизведение процесс извлечения информации из памяти.
- Ассоциация связь между отдельными представлениями, при которых одно из этих представлений вызывает другое.
- Представления образы предметов или процессов реальной действительности, в данный момент не воспринимаемых человеком.
Принятие решений является важнейшим компонентом операторской деятельности. Любое решение является результатом приема и переработки информации, однако, в зависимости от назначения системы и ее конечной задачи психологические механизмы, обеспечивающие выработку решения, существенно различаются.
Процесс принятия решения включает выявление проблемы, мысленное выдвижение вариантов решения (гипотез), оценку вариантов, выбор того варианта решения, который обеспечивает достижение цели.
Блок принятия решения (рис.3.2) выполняет следующие функции:
мышление, анализ, синтез, обобщение, воображение
Мышление процесс обобщенного и опосредствованного познания свойств и явлений окружающей действительности, а также связей и отношений, существующих между ними. Мышление делится на:
- Абстрактное мышление вид мышления, опирающийся на общие и отвлеченные понятия.
- Конкретное мышление умственная операция, в процессе которой человек придает предметный характер той или иной абстрактно-обобщенной мысли, понятию, правилу, закону.
Анализ мысленное расчленение предметов и явлений на образующие их части, выделение в них отдельных частей, признаков, свойств.
Синтез мысленное соединение отдельных элементов, частей и признаков в единое целое.
Обобщение операция, состоящая в мысленном объединении предметов или явлений по общим и существенным признакам.
Воображение процесс создания образов-представлений нового. Непроизвольное (пассивное) воображение возникает без всякого намерения со стороны человека.
Произвольное (активное) воображение возникает в результате поставленной человеком цели, намерения.
На уровне БПР человека идет осмысление полученного сигнала, вырабатываются необходимые решения стратегического характера для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека в будущем. На этом уровне осуществляется преобразование ощущений человека L в информацию I, т.е. осуществляется переход от материи к духу [4, 24, 53].
Связь материального и духовного в человеке открыл в своем законе американский ученый Хик, который показал, что время реакции Тр человека на входную информацию I зависит не только от ее количества, но и ее качества - смысла:
Тр = То + кі, (3.18)
где Т0 - постоянная времени анализатора человека, с; I - количество поступающей
информации на вход анализатора, бит; к - семантический коэффициент, характеризующий важность (смысл) поступающей информации, с/бит.
Человек, в информационном плане, система не устойчивая.
В работе [56] был проведен анализ информационной устойчивости человека.
При рассмотрении законов (3.3) и (3.18) можно обратить внимание на 2 флага катастроф [3]. Для получения третьего флага катастрофы воспользуемся работой Н. Винера [11], где он показал, что за меру скорости обработки информации принимается площадь под кривой L = kf (первый флаг катастрофы). Скорость обработки информации человеком можно найти:
f max
V = ILdf . (3.19)
f min
Подставив в (2.19) L = kf, получим второй флаг катастрофы:
V = af + C, (3.20)
где а - коэффициент пропорциональности; С - постоянная интегрирования.
Решая совместно уравнения (3.3) и (3.20), получим третий флаг катастрофы (бифуркационное множество):
m V3 + nL2 = 0, (3.21)
где m, n - коэффициенты пропорциональности.
Объединив эти три флага катастрофы (3.3), (3.20) и (3.21), получим уравнение катастрофы сборки, характеризующее процесс обработки информации человеком:
4f4 + 2 Lf2 + Vf = 0. (3.22)
Это уравнение подтверждает основополагающий закон природы - то, что на верху, то и внизу и указывает на катастрофическую неустойчивость информационных процессов человека.
СОГЛАСОВАНИЕ СЧМ
Эффективность и устойчивость работы СЧМ зависит от многих составляющих и в первую очередь от того, как распределены и согласованы функции между человеком и машиной.
Принципы согласования системы "человек-машина" построены на основе инженернопсихологических требований к СЧМ [50]. Эти требования, определяемые характеристиками человека-оператора и машины, учитываются в процессе проектирования, производства и эксплуатации СЧМ и предъявляются к различным ее элементам и системе в целом.
Учет инженерно - психологических требований необходим для обеспечения рационального распределения функций в СЧМ: организации рабочего места; соответствия технических средств возможностям человека по приему и переработке информации и осуществлению управляющих воздействий, оптимальных для работоспособности человека.
Согласование СЧМ начинается с требований и ограничений, которые накладывают характеристики человека-оператора на систему в целом. Задачей согласования СЧМ является подгонка параметров машины под ограниченные возможности человека.
Требования к человеку
В зависимости от вида характеристик человека-оператора требования различают: гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические.
Гигиенические требования определяют безвредные и безопасные условия жизнедеятельности человека, обусловливают роль среды в СЧМ. Их составляют на основе санитарно-гигиенических нормативов и рекомендаций.
Гигиенические требования обеспечивают соблюдение норм освещения, шума, вибрации, микроклимата и ограничивают воздействие вредных и опасных факторов производственной среды.
Антропометрические требования обусловлены антропометрическими характеристиками и свойствами человека: размером, формой человеческого тела и его частей в статике и динамике.
Физиологические требования учитывают энергетические возможности мышечного аппарата человека при эксплуатации техники, определяют силу, быстроту, выносливость и другие физические качества человека.
Психологические требования определяют соответствие СЧМ и ее элементов психологическим особенностям человека. К ним относятся особенности восприятия информации, памяти, мышления человека и закрепления им вновь приобретенных навыков.
Психологические требования учитывают возможности участия человека в информационном взаимодействии в СЧМ.
Требования к машине
См. Справочник по инженерной психологии.
При конструировании машины необходимо учитывать параметры человека и согласовывать характеристики машины с параметрами человека. Согласование в СЧМ можно разбить на два вида: информационное согласование и сенсомоторное согласование [50].
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
Биосфера - окружающая среда, по определению В. И. Вернадского - это область распространения жизни на земле. Биосфера представляет собой равновесную систему, в которой процессы обмена вещества и энергии происходят главным образом за счет жизнедеятельности организмов.
Параметры окружающей среды очень сильно влияют на устойчивость СЧМ. Отклонение этих параметров от нормативно допустимых часто приводит к катастрофическим ситуациям.
Поэтому основной задачей при согласовании СЧМ с окружающей средой является достижение соответствия параметров окружающей среды нормативно допустимым значениям.
К основным характеристикам окружающей среды следует отнести:
- освещение;
- шум;
- вибрацию;
- микроклимат.
см. [43, 57]
СОЦИАЛЬНАЯ СРЕДА
Эволюция человеческого общества определяется как "прогрессивное развитие в определенном направлении", управляемое некоторыми точными, но неизвестными экономическими законами.
Однако идея эволюции исключает понятие некоего "плана" и руководящего разума. Это независимый и механический процесс: все всегда движется в одном и том же направлении.
Догматизм - наиболее характерная черта этого понятия.
Если рассматривать явления общественной жизни (раса, народ и.д.), то вся жизнь общественных организмов заключается во взаимном уничтожении, в основе которого лежат экономические отношения в обществе. Но внутри этого процесса протекает жизнь отдельного человека, т. е. отдельных клеток, формирующих такие организмы.
Идея эволюции в жизни индивида и человеческого общества, рождения и роста культур и цивилизации хорошо выражена в Библии.
