Более строгие измерения зависимости величины ощущения от физических параметров стимулов были проведены в 40-50-х годах в США, и на их основе был сформулирован закон Стивенса: величина ощущения прямо пропорциональна величине интенсивности стимула в степени «n». Сам показатель степени зависит от модальности сигнала и от текущего функционального состояния человека. Минимальное значение имеет показатель «n» для ощущения громкости, он равен 0,3 (т.е. ощущение громкости растет медленнее, чем увеличивается интенсивность звука, приблизительно по логарифмическому закону), максимально значение «n» для кожных болевых ощущений, вызванных электроударом - 3,5 (т.е. болевые ощущения растут на много быстрее, чем величина вызывающего их воздействия), для ощущений яркости света «n» близок к 1 (т.е. ощущения яркости света растут приблизительно также, как физическая яркость источника света).

Для сигналов средней интенсивности, особенно зрительных и слуховых, величины ощущений, описываемые обоими законами, близки между собой. При экспериментальном измерении различия в величинах ощущений не превышают ошибки эксперимента. Но закон Стивенса точнее указывает величину ощущений для особых случаев: слабых (припороговых) или сильных сигналов, при отклонениях в функциональном состоянии (утомление, дремота, стресс и т.п.).

Измерение порогов сводится к предъявлению большого количества стимулов, различающихся по одному признаку. Эти стимулы могут монотонно возрастать, или ослабевать, или располагаться в случайном порядке, что исключает влияние адаптации органов чувств. Но используется не менее 10 стимулов и каждый предъявляется не менее 10 раз.

Экспериментальные исследования зависимости ощущений от физических параметров сигналов показали, что величины порогов не постоянны, а подвержены постоянным колебаниям. Психометрическая функция (рисунок 1) отражает зависимость вероятности возникновения ощущения от интенсивности стимула. Она может быть получена для всех видов ощущений и имеет вид вытянутой S- образной кривой.