心理物理法的中心問題是物理量與心理量之間的數量關係，Fechner曾給心理物理法下過這樣的定義：一門研究身心之間或心物之間的函數關係的精密科學，其範圍包括感覺、知覺、感情、行為、注意等等。
（一）閾限的測量
閾限，又稱感覺閾限，是傳統心理物理法的核心概念。閾限可以分為兩種，一種是絕對閾限，另一種是差別閾限。
絕對閾限：剛剛能引起感覺的最小刺激強度，即，有50%次數能引起感覺，50%次數不能得一種刺激強度
差別閾限：剛好能引起差異感受的刺激強度的差別，即，有50%的次數能覺察出差別而50%不能得刺激強度的差別
差別閾限也叫最小可覺差，即傳說中的JND。
1．極限法
極限法又叫最小變化法、序列探索法、最小可覺差法。刺激通常由遞減和遞增兩個系列組成，每次刺激呈現讓被試報告其感覺，刺激得增減應儘可能小，目的是系統地探求被試由一類反應到另一類反應的轉折點。
（1）極限法的特點
極限法認為人對閾限一下一無所知，但是閾下知覺的存在表明這種看法是不正確的，因此其已被淘汰，或採取其變式階梯法。
誤差方面，極限法進行實驗時，被試主要產生習慣誤差或期望誤差，還會偶爾產生練習誤差和疲勞誤差這兩種系統誤差。
習慣誤差：被試因習慣於由原先的刺激所引起的感覺或感覺狀態，而對新的刺激作了錯誤的判斷
期望誤差：被試因過早期望將要來臨的刺激而導致錯誤的判斷
採用遞增遞減交替進行的設計能抵消這兩種誤差。
練習誤差：由於實驗的多次重複，被試逐漸熟悉了實驗情景，對實驗產生了興趣和學習效果，導致反應速度加快和準確性逐步
提高的一種系統誤差。
疲勞誤差：由於實驗多次重複而發展的疲倦或厭煩情緒，導致被試反應速度減慢和準確性逐步降低的一種系統誤差
隨著時間的進展，練習可能使閾限降低，而疲勞可能使閾限升高。
（2）絕對閾限的測定
實驗過程：刺激由遞減和遞增的兩個系列組成，每次呈現刺激後讓被試報告他是否有感覺，尋找被試由一類反應到另一類反應的轉折點，即在多強刺激時，由有感覺變為無感覺，或由無感覺變為有感覺。每個系列的轉折點就是該系列的絕對閾限。當被試回答說不清時即？時，意義與之前的判斷相反。
閾限計算：轉折處對應的兩個刺激強度的中點就是閾限，絕對閾限就是系列所有閾限的平均值。
（3）差別閾限的測定
實驗過程：用極限法測定差別閾限時，每次要呈現兩個刺激，讓被試比較，其中一個是標準刺激，即刺激是固定的，其強度大小不變；另一個是比較刺激又稱變異刺激，即刺激的強度按由小而大或由大而小順序排列。標準刺激在每次比較時都出現，比較刺激按照遞增或遞減系列與標準刺激匹配呈現，直到被試的反應發生轉折。被試以口頭報告方式表示三類反應，當比較刺激大於標準刺激時記錄“＋”；當比較刺激等於標準刺激時記錄“=”；當比較刺激小於標準刺激時記錄“-”；表示懷疑可記作“？”。
閾限計算：在上限與下限之間的距離為不肯定間距，取平均上下限的不肯定間距的一半為差別閾限。
不肯定間距的中點是主觀相等點，理論上應與標準刺激相等，但實際上兩者有一定的差距，這個差距稱為常誤。
（4）極限法的變式
階梯法把增加和減少刺激的程序連續進行，被試報告出現轉折時立即向相反方向改變刺激如此往復，直到達到事先預定的實驗次數，把此時各轉折點的平均數作為閾限。
2．平均差誤法
實驗規定以某一刺激為標準刺激，然後要求被試調節另一比較刺激，使後者在感覺上與標準刺激相等。
（1）平均差誤法的特點
①需要被試親自參與，因此能更好地調動被試的實驗積極性
②只能對可以連續變化的刺激進行測量
（2）絕對閾限與差別閾限的測定
Ⅰ 絕對閾限
平均差誤法求絕對閾限時，只要設想標準刺激的強度為零來調節比較刺激，使比較刺激的大小變化到剛剛覺察不到或覺察到，然後平均比較刺激每次的值即可。
Ⅱ 差別閾限
實驗過程：實驗者規定以某一刺激為標準刺激，然後要求被試調節另一個比較刺激，使後者在感覺上與標準刺激相等。客觀上不可能使比較刺激與標準刺激完全一樣，於是每一次比較就都會得到一個誤差。
計算差別閾限的方法有兩種：
①把每次調節的結果與標準刺激之差的絕對值平均起來作為差別閾限
②把每次調節的結果與主觀相等點之差的絕對值平均起來作為差別閾限，這裡的主觀相等點等於各個比較刺激的平均值
（3）誤差的控制
為了消除空間誤差，標準刺激在刺激的左邊和右邊的次數應各佔一半；
為了消除動作誤差，被試從大於或小於標準刺激處開始調劑的次數也應各佔一半。
並且刺激的呈現應當最好採用拉丁方設計平衡各種誤差。
3．恆定刺激法及其變式
刺激通常都由5—7個組成，在實驗過程中維持不變，因而這種方法叫做恆定刺激法。刺激的最大強度要大到它被感覺的概率達到95%左右，刺激的最小強度要小到它被感覺的概率只在5%左右。各個刺激之間間隔相等，與最小變化法不同的是，恆定刺激法的刺激是隨機呈現的，每個刺激呈現的次數應相等。
（1）恆定刺激法的特點
①所使用的刺激恆定不變，適合不能逐漸調整的刺激
②刺激隨即呈現，機會均等，因此能避免學習誤差和期望誤差
③統計時此種方法要求出引起反應的總體次數，而不是某種平均值
④實驗前要預備實驗選定的刺激範圍並準備好刺激呈現的隨即順序表
（2）絕對閾限的測定
實驗過程：刺激選擇在閾限估計的絕對閾限的周圍，被試只報告有無即可。
閾限計算：①直線內插法：以刺激和正確判斷的比率為橫、縱座標畫圖，尋找判斷比例為50%處的刺激大小
②平均Z分數法：將實驗結果的P值比例轉換為標準分數Z，從而求得絕對閾限，這種方法比直線內插精確
③最小二乘法：確定方程Y = a + bX,這是最為精確的方法
（3）差別閾限的測定
實驗過程：在用恆定刺激法來測量差別閾限時，標準刺激和比較刺激是繼時呈現，被試判斷後者與前者的關係。這可能產生時間誤差，如主觀相等點小於標準刺激，就產生負的時間誤差。反之，就產生正的時間誤差。
閾限計算：①兩類反應：我們取25%和75%處的刺激的差的一半作為差別閾限，而主管相等點仍為50%處
②三類反應：用50%的+反應的刺激與50%-反應刺激的差的一半作為差別閾限，也就是不肯定間距的一半
（4）不肯定間距的不穩定性#
三類反應中的不肯定間距，與其說是對辨別力的測量不如說是對自信態度的測量（參考信號檢測論的內容理解——MJ注）
（5）恆定刺激法的變式#
①分組法：將比較刺激按照與標準刺激的差別的絕對值分組，一組一組的與標準刺激比較
②對數單位法：比較刺激選擇在標準刺激的良策，按照對數等級選取，適合差別閾限大的領域
③但以刺激法：標準刺激只在起始呈現，之後只不斷呈現比較刺激，讓被試對他們憑印象進行判斷
P.S.: 三種心理物理法的比較
我們從四個方面來比較這三種方法：
①從感覺閾限的含義上比較 :極限法求得的閾限值較能符合感覺閾限的操作定義。因為此法的操作是有系統地探查感覺的轉折點，它的計算過程就具體準確地說明了感覺閾限的含義。同時，因被試知道刺激呈現的次序，他可把注意力集中到特別需要集中的地方，從而取得較好的實驗效果。但也正是由於被試知道刺激呈現的次序，從而容易產生期望誤差和習慣誤差。遞減法不宜用於測定味覺和嗅覺閾限，因為有一定後作用的刺激，不易採用極限法。
②從被試者方面比較:測定次數過多容易使被試者感覺單調而產生疲勞。平均差誤法的實驗程序，對被試來說比較自然，讓被試自己主動調整比較刺激，也可引起他的興趣，因此，在這方面平均差誤法優於極限法和恆定刺激法。
③從誤差方面比較:極限法中各個刺激是按照刺激量的大小依次改變的，因此被試者回答比較有把握，每次測定結果間的差異也就較小，但是易產生期望誤差和習慣誤差。恆定刺激法所用的刺激數目較少，且不需隨時調整刺激的強度，因此測量那些不易隨時改變強度的刺激則較為方便。又因為刺激是隨機呈現的，不會像極限法那樣產生期望誤差和習慣誤差。在用三類判斷測定差別閾限時，不肯定間距的大小隨被試的態度而變化，從而對所測的差別閾限產生影響。用二類判斷測差別閾限，雖然可以避免這一問題，但迫使被試作出肯定回答是不自然的，因為被試確實有難於判斷比較刺激與標準刺激哪一個強或弱的情況。此外，在恆定刺激法中，刺激的改變是沒有一定方向的，被試者在回答時猜的成分較多，因而產生較大的誤差。在平均差誤法中，由於它獲得數據的標準和計算的方法有所不同，測得的結果可以說只是一個近似值，因此它測定的閾限不能直接與由其他方法求得的閾限進行比較。
④從效率上比較:平均差誤法中刺激是由被試者自己調節，回答和記錄的次數較少，因而能較快地得到測量結果。而極限法中要回答和記錄的次數較多，其效率不及平均差誤法。恆定刺激法可不必臨時改變刺激，這是其憂越之處。而且恆定刺激法中的每一個記下的數據都可以利用上，不像在極限法中用來計算閾限值的數據是少數，因此，恆定刺激法的效率較高。
注意：在測定要進行比較的兩種閾限時，必須用同一種方法，因為，不同的方法所用的指標不同。
（二）心理量表法
任何存在的事物，不論是痛感的強度還是對金錢的態度，亦或你對戀人的愛與恨的矛盾隨時間變化的穩定程度在你心中的明確程度被別人看透的可能性，都是以某種量的方式存在著的。那麼以某種量方式存在的任何事物都可以測量。測量是一種給事物以及其屬性賦予數目或名稱的系統方法。當我們賦予事物及其屬性這些的時候，我們就需要一個量表。量表具有四種基本屬性：
差別：事物及其屬性在某些方面是有差別的
強度：事物及其屬性是可以比較的，比較的結果能以大小、強弱等程度來表示
等距：量表之間相鄰兩個等級之間的差別是否都是相等的
絕對零點：被測屬性的量值為零的狀態存在
1．量表的類型
（1）直接量表和間接量表
按照測量的方式來劃分，當同一感覺的兩種量表發生矛盾時，採用直接量表作為正確標準。
直接量表：直接測量要測量事物的特性
間接量表：藉助於測量另一類事物來推測要測量事物的情況
（2）等級量表、等距量表和比例量表
根據不同的測量屬性和包含的信息量多少，我們可以將常見量表分為四種，其中後一種包含前一種的屬性：
①名稱量表：只能測量差別屬性，只是把事物或屬性歸於不同的類型
②等級量表（順序量表）：能夠測量程度上的差異，通過讓人們對一系列刺激進行排序即可獲得
③等距量表：兩表中臨近的值間的距離都是相等的，可以在表內進行加減運算
④比例量表：具有全部四個屬性，絕對零點可以讓我們能確定表中數值的比值
（3）心理量表的評價
量表的類型直接決定製作量表所需數據的類型和種類，以及對量表中數值得數學和統計運算的種類，而測量結果的信度與效度也很重要。一個好的心理量表最少應滿足以下兩點：
①邏輯清晰定義準確，非是即非，且符合數學上的數理邏輯推論，如傳遞性（e.g.，若a>b , b>c 則 a>c）
②本身有系統的測量理論支持，包括：要明確能夠測量的條件；能解釋測量尺度的意義；有明確的測量程序；有誤差分析
2．感覺比例法與數量估計法
比例量表除含有名稱、等級這些等距量表的特徵外，還有一個具有實際意義的絕對零點。它是測量的最高水平，也是科學家認為理想的量表。若一項測量結果在比例量表上是零，那麼，我們可以說某個事物並不具有被測量的屬性或特徵。由於它具有絕對的零點，且量表上的單位相等，因此可進行加、減、乘、除四則運算，我們所用的絕對溫度量表就屬於這類量表。比例量表所適用的統計方法，除等距量表上可採用的統計方法外，還可用幾何平均數和相對差異量等計算。
比例量表的製作方法有感覺比例法（分段法）和數量的估計法，現分述如下：（1）感覺比例法
這個方法是通過把一個感覺量加倍或減半或取任何其他比例來建立心理量表的。具體作法是呈現一個固定的閾上刺激作為標準，讓被試者調整比較刺激，使它所引起的感覺為標準刺激的一定比例，例如，2倍、3倍、1/2倍、或1/3倍等等。每個實驗只選定同一個比例進行比較，同一個標準刺激比較若干次後，再換另外幾個標準刺激進行比較。如果所選定的比例是2∶1的話，就可找出哪些刺激所引起的感覺為標準刺激所引起的感覺的一半。當把所有的標準刺激都比較完之後，便可用與各標準刺激在感覺上成一定比例的相應的物理量值製成一個感覺比例量表。
（2）數值估計法
此法的具體步驟是主試者先呈現一個標準刺激，例如，一個重量，並賦予標準刺激一個主觀值，例如為10，
然後讓被試者以這個主觀值為標準，把其他不同強度比較刺激的主觀值，放在這個標準刺激的主觀值的關係中進行判斷，並用數字表示出來。然後計算出每組被試者對每個比較刺激量估計的幾何平均數或中數，再以刺激值為橫座標，感覺值為縱座標，即可製成感覺比例量表。如果運用數量估計法來製作比例量表，那麼實驗結果是支持Stevens定律的：
S = bIa
其中S代表心理量，I代表物理量強度，a、b代表常數
如果將心理量與對應的物理量的數據取對數作圖，則它們成直線關係。對於日常的感覺，套用公式後指數大於1的說明心理量的增加快過物理量的增加，如電擊；等於1的表明心理量能正確認知物理量，如長度；小於1的表明心理量的增加速度小於物理量，如明度。
（3）製作等比量表應注意的問題#
①被試能否正確使用數字
②判斷中其他心理因素的影響，如動機以及環境干擾
3．感覺等距法與差別閾限法
等距量表是一種有相等單位但沒有絕對零點的量表。等距量表除了其有類別量表和等級量表的性質外，它要求整個量表的各個部分的單位是相等的，但沒有絕對的零點。等距量表沒有絕對的零點，只能做加減的運算，不能作乘除的運算。心理學家們對等距量表有更多的興趣，與順序量表相比，它能較廣泛地應用統計方法，如計算均數、變差、相關係數等統計量，以及應用t、F檢驗等。一般用感覺等距法和差別閾限法來製作等距量表。
（1）差別閾限法
差別閾限法是一種間接量表，它用任何一種古典的心理物理法測出感覺的絕對閾，並以此為起點，產生第一個最小可覺差的刺激強度，以第一個最小可覺差為基準，再測量第二個最小可覺差……。這樣測得許多最小可覺差以後，以刺激強度為橫座標，以絕對閾以上的最小可覺差數為縱座標，畫出的心理物理關係圖就是等距量表 。實驗者就可從圖上找出產生某一感覺水平所需要的刺激值。
如果用差別閾限法作圖，結果符合Fechner定律：
其中S代表心理量，R代表物理量強度，K是常數
我們可將這個公式讀為：感覺的強度的變化和刺激的對數變化成正比。Fechner定律有兩個前提：
①Weber比例在強弱不同的刺激水平上都是恆定的
②所有刺激強度水平上的JND都是相等的
P.S.: 韋伯定律
韋伯指出，差別閾限與標準刺激成正比，並且差別閾限和標準刺激的比例是一個常數，用△T/I=K這個等式表示。其中△T代表差別閾限，I代表標準刺激的強度，K是小於1的一個常數。K也叫做韋伯比例或韋伯分數。後來，費希納把這個關於差別閾限的規律稱之為韋伯定律，
它只適用於中等強度的刺激，標準刺激接近絕對閾限和人的承受上限時，韋伯比例增加很多。
（2）感覺等距法
要製作等距量表最直接的方法是採用感覺等距法，它是通過把一個感覺分成主觀上相等距離來製作。它要求被試者將某種感覺上的一段心理量分成兩個或兩個以上的等分，最簡單的是二分法。例如R1和R5是兩個不同響度的聲音，且R5＞R1。被試者的任務是：找出R3，使其響度正好在R1和R5之間也即R5-R3=R3-R1；再找出R4在R3和R5之間；再找出R2在R1和R3之間。用三次二分法把R1和R5之間在響度上分成四分。把這一系列的刺激作為橫座標，等響單位作為縱座標畫出一條曲線，即響度的等距量表。
（3）評價量表
如前所述的眾多心理量表，其心理量連續體都是由一個相應的物理連續體引起的，然而現實中有很多沒有合適的相應物理量連續體引起的心理量，它們也能建立很好的心理量表，其中一種方法就是評價量表。 量表中的評價需要一個穩定的被固定了的參考點，各個等級可以用文字或數字表示（如優、良、中、差）。評價量表是對心理品質和態度測量的較好方法，常見的5，11等級量表都屬於評價量表。評價結果經常出現的問題就是集中優勢，即大眾偏向於給出中等類型的評價。
4．對偶比較法與等級排列法
順序量表（等級量表）是一種較粗略的量表，它既無相等單位又無絕對零點，只是把事物按某種標準排出一個次序。例如賽跑時不用秒錶測速，按先到終點的算第一名，第二個到的算第二名等等。順序量表只是在一個分類基礎上對事物進行分類，每一類別只具有序列性，並不表示數與數之間的差別是相等的。順序量表的製作方法簡單，一般使用等級排列法和對偶比較法。
（1）對偶比較法
對偶比較法（或配對比較法）是把所有要比較的刺激配成對，然後一對對地呈現，讓被試者對於刺激的某一特性進行比較，並做出判斷：這種特性的兩個刺激中哪一個更為明顯。 因為每一刺激都要分別和其他刺激比較，假如以n代表刺激的總數，所以配成對的個數是n（n-1）/2。最後依它們各自更明顯於其他刺激的百分比的大小排列成序，即可製成一個順序量表。如果各對樣品同時呈現要消除空間誤差，相繼呈現要注意消除時間誤差，大多使用AB/BA交替出現法。
（2）等級排列法
等級排列法是一種製作順序量表的直接方法。把許多刺激同時呈現，讓許多被試者按照一定標準，把這些刺激排成一個順序，然後把許多人對同一刺激評定的等級加以平均，這樣，就能求出每一刺激的各自平均等級，最後，把各刺激按平均等級排出的順序就是一個順序量表。
（三）信號檢測論
信號檢測論認為，知覺通常由兩個基本的內部過程來控制——接受到信號刺激併產生感覺印象，以及通過決策 選擇作出的反應
1．信號檢測論的由來#
（1）電子偵察系統中的信號檢測問題
電子偵察系統中的關鍵問題是信息的傳輸和處理，然而在傳輸過程中不免會遇到種種問題使信號中混入噪音，從而降低其可靠性。為了同這種不利的外界和內部的隨機因素做鬥爭，使對噪音背景上的信號分辨率達到最好，就需要從如下兩方面入手：
一是接受部分的辨別力問題，另一個是判定反應部分對所收到信息如何處理的問題。
（2）人類感知過程的信號檢測問題
人類的感知系統好比是一個信號覺察器，各感官都可看作是信息處理系統。我們把各種刺激看作信號，而把刺激的隨機物理變化和感官信息處理中的隨機變化看作噪音。傳統的心理物理法測定實際包含兩方面內容：對刺激的感受性和判定刺激的標準。傳統的心理物理法曾採取種種措施，但都不能把反應標準和辨別力分開，然而
信號檢測論儘管是無線電工程中的理論，卻能很好解決這個問題，因而被移植到心理物理實驗中來。2．信號檢測論的基本原理
（1）統計學原理
反應（判斷）有無輸入有信號擊中漏報無信號虛報正確否定
在信號檢測實驗中，被試者對有無信號出現的判定，可以有四種結果：
①擊中：當信號出現時（SN），被試報告為“有”，以y/SN表示
我們把這個判定的概率稱為擊中的條件概率，以P（Y/SN）表示。
②虛報：當只有噪音出現時（N），被試報告“有”，以y/N表示
我們把這個判定的概率稱為虛驚條件概率，以P（Y/N）表示。
③漏報：當有信號出現時，被試報告為“無”，以n/SN表示
把這種判定概率稱為漏報條件概率，以P（n/SN）表示。
④正確拒絕：當無信號而只有噪音出現時，被試報告為“無”，以n/N表示
我們把這個判定的條件概率稱為正確拒斥的條件概率，以P（n/N）來表示。
從統計學的觀點來講，信號檢測就是要檢驗兩個統計假設H0（無信號）和H1（有信號）的真偽。
在獲得多次測試得到對信號的印象之後，被試的頭腦中將產生兩種分佈，一個噪音的，一個是有噪音背景的信號。有一些感覺印象模糊，即可能是噪音也可能是信號，於是兩個分佈中間有重疊。兩個分佈的距離取決於信號的清晰程度和被試感覺的靈敏性。這時，一個判斷標準必須劃定，從而指導被試決定什麼樣的刺激就可以被判斷為有，而其他的不可：
