Stichprobengröße-Mittelwerte-Rechner
Berechnen Sie n für den Vergleich zweier Mittelwerte.
Effektgröße muss eine positive Zahl sein
Effektgröße und Standardabweichung eingeben, um Stichprobengröße zu berechnen
Was ist die Stichprobengrößenberechnung für den Mittelwertvergleich?
Bevor Sie ein Experiment durchführen, bei dem zwei Gruppen verglichen werden, müssen Sie wissen, wie viele Probanden pro Gruppe erforderlich sind, um einen bedeutsamen Unterschied zu erkennen. Zu wenige Probanden und Sie werden echte Effekte übersehen; zu viele verschwenden Ressourcen.
Dieser Rechner bestimmt die Stichprobengröße basierend auf:
- Erwartete Effektgröße (wie groß der erwartete Unterschied ist)
- Signifikanzniveau (α, typischerweise 0,05)
- Gewünschte Teststärke (1 - β, typischerweise 0,80 oder 0,90)
Die wichtigsten Eingaben
Effektgröße (Cohens d)
Der standardisierte Unterschied, den Sie erkennen möchten:
| d | Interpretation | Beispiel |
|---|---|---|
| 0,2 | Klein | Subtile pädagogische Intervention |
| 0,5 | Mittel | Typischer psychologischer Effekt |
| 0,8 | Groß | Deutlicher Behandlungsunterschied |
Kleinere Effekte erfordern größere Stichproben.
Signifikanzniveau (α)
Die Wahrscheinlichkeit eines falsch-positiven Ergebnisses (Fehler 1. Art):
- α = 0,05: 5% Wahrscheinlichkeit, einen Unterschied zu erkennen, wenn keiner existiert
- α = 0,01: Konservativer, größere Stichprobe erforderlich
Teststärke (1 - β)
Die Wahrscheinlichkeit, einen echten Effekt zu erkennen:
- Teststärke = 0,80: 80% Wahrscheinlichkeit, einen echten Unterschied zu erkennen
- Teststärke = 0,90: Strenger, größere Stichprobe erforderlich
Die Formel
Für einen Zwei-Stichproben-t-Test mit gleichen Gruppengrößen:
Wobei:
- = kritischer z-Wert für das Signifikanzniveau
- = kritischer z-Wert für die Teststärke
- = Effektgröße
Beispiel: d = 0,5, α = 0,05 (zweiseitig), Teststärke = 0,80
z₀,₉₇₅ = 1,96, z₀,₈₀ = 0,84
n = 2 × [(1,96 + 0,84)² / 0,5²] = 2 × [7,84 / 0,25] = 63 pro Gruppe
Praktische Beispiele
Medizinische Studie
"Wird ein neues Medikament den Cholesterinspiegel um mindestens 10 mg/dL senken?"
Erwarteter Unterschied: 10 mg/dL Gepoolte SD: 25 mg/dL d = 10/25 = 0,40
Für α = 0,05, Teststärke = 0,80: n ≈ 100 pro Gruppe
Pädagogische Intervention
"Verbessert das Nachhilfeprogramm die Testergebnisse?"
Erwartete Verbesserung: 5 Punkte SD: 15 Punkte d = 5/15 = 0,33
Für α = 0,05, Teststärke = 0,80: n ≈ 144 pro Gruppe
Fertigungsvergleich
"Ist Prozess B schneller als Prozess A?"
Erwarteter Unterschied: 2 Minuten SD: 5 Minuten d = 2/5 = 0,40
Für α = 0,05, Teststärke = 0,80: n ≈ 100 pro Gruppe
Sensitivitätsanalyse
Führen Sie Berechnungen für mehrere Szenarien durch:
| Effektgröße | Teststärke 0,80 | Teststärke 0,90 |
|---|---|---|
| 0,2 (klein) | 393 | 526 |
| 0,5 (mittel) | 64 | 86 |
| 0,8 (groß) | 26 | 34 |
Diese Tabelle hilft bei der Planung, wenn die Effektgröße unsicher ist.
Einseitige vs. zweiseitige Tests
Zweiseitig (häufiger): Testet auf Unterschiede in beide Richtungen. Verwendet z₁₋α/₂ in der Formel.
Einseitig: Testet auf Unterschiede nur in eine Richtung. Verwendet z₁₋α, erfordert weniger Probanden.
Verwenden Sie einseitige Tests nur mit starker vorheriger Begründung.
Ungleiche Gruppengrößen
Wenn Gruppen ungleich sein müssen (z.B. 2:1-Verhältnis):
Die Formel wird für das Zuordnungsverhältnis k = n₂/n₁ angepasst.
Für k = 2 (doppelt so viele in Gruppe 2):
- Die Gesamtstichprobe erhöht sich leicht
- Nützlich, wenn eine Bedingung günstiger oder einfacher ist
Häufige Fehler
Unterschätzung der Variabilität
Wenn die tatsächliche SD höher ist als angenommen, haben Sie zu wenig Teststärke. Verwenden Sie konservative Schätzungen oder Pilotdaten.
Optimistische Effektgrößen
Forscher überschätzen oft die erwarteten Effekte. Verwenden Sie realistische Schätzungen basierend auf früherer Forschung.
Ignorieren von Ausfällen
Planen Sie für Studienabbrecher, indem Sie die Stichprobengröße erhöhen:
Bei erwarteten 20% Abbruch:
Vergessen zu multiplizieren
Die Formel gibt die Stichprobengröße pro Gruppe an. Gesamtstichprobe = 2n für zwei gleiche Gruppen.
Historischer Kontext
Jerzy Neyman und Egon Pearson entwickelten die Grundlagen der Teststärkeanalyse in den 1930er Jahren.
Jacob Cohen (1969, 1988) machte die Teststärkeanalyse mit seinen Büchern und Effektgrößenkonventionen für Forscher zugänglich.
Trotz jahrzehntelanger Befürwortung bleiben viele Studien unterversorgt. Meta-Analysen stellen wiederholt fest, dass typische Studien nur eine Teststärke von 20-50% für die Erkennung realistischer Effekte haben.
Post-Hoc-Teststärke: Nicht empfohlen
Die Berechnung der Teststärke nach Ansicht der Ergebnisse ist bedeutungslos:
- Hoher p-Wert → niedrige Post-Hoc-Teststärke (zirkulär)
- Es beantwortet nicht "War meine Studie ausreichend gepowert?"
Die Teststärkeanalyse sollte vor der Datenerhebung durchgeführt werden.
Verwandte Berechnungen
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Zusammenfassung
Die Stichprobengrößenberechnung für den Mittelwertvergleich balanciert praktische Einschränkungen gegen statistische Anforderungen aus. Bei gegebener erwarteter Effektgröße, Signifikanzniveau und gewünschter Teststärke bestimmt die Formel, wie viele Probanden pro Gruppe erforderlich sind. Kleine Effekte erfordern große Stichproben; große Effekte erfordern wenige. Planen Sie konservativ - unterschätzen Sie Effektgrößen, überschätzen Sie die Variabilität und berücksichtigen Sie Studienabbrecher. Eine angemessene Stichprobengröße ist für aussagekräftige Forschung unerlässlich, die echte Effekte erkennen kann, wenn sie existieren.