뇌파와 심전도 분석을 기반으로 한 온열환경 및 조도가 재실자의 업무에 미치는 영향 Effect of Thermal Environment and Illuminance on the Occupants Works based on the Electroencephalogram and Electrocardiogram Analysis원문보기
본 연구에서는 다양한 실내 온열환경 및 조도에서 재실자가 느끼는 조명에 대한 감성의 변화와 작업의 종류에 따라 생체신호를 분석하여 업무에 미치는 영향에 대해 살펴보고자 하였다. 이를 위해 실내 온열환경은 PMV(predicted mean vote) 지표 값을 기반으로 환경을 구성하였고, 조명환경은 LED광원을 이용한 스탠드를 통해 조명의 밝기에 변화를 주어 다양한 실내 환경을 구성하고 실험을 진행하였다. 주어진 환경에서 설문지를 통해 조명에 대한 감성을 평가하고 종류가 다른 오류검색수정 작업을 진행하면서 뇌파와 심전도를 측정하여 변화를 분석하였다. 그 결과, 작업의 종류에 대한 모든 생체신호는 온열환경의 변화와 유의적인 차이를 보였으며, PMV 지표 값이 0.8(온도: $25^{\circ}C$, 습도: 50 %)일 경우 집중력 및 주의력이 가장 활성화 되었다. 하지만, 조도의 변화에는 대체적으로 유의적인 차이는 보이지 않았다. 따라서 재실자의 업무 능력에 미치는 집중력은 온열환경과 밀접함을 확인할 수 있다. 또한, 조명에 대한 주관적인 감성은 조도가 낮을수록 편안함을 느꼈으며, 조도가 높을수록 불편함을 느꼈다. 하지만 온열환경의 변화에는 유의적인 차이가 없었다.
본 연구에서는 다양한 실내 온열환경 및 조도에서 재실자가 느끼는 조명에 대한 감성의 변화와 작업의 종류에 따라 생체신호를 분석하여 업무에 미치는 영향에 대해 살펴보고자 하였다. 이를 위해 실내 온열환경은 PMV(predicted mean vote) 지표 값을 기반으로 환경을 구성하였고, 조명환경은 LED광원을 이용한 스탠드를 통해 조명의 밝기에 변화를 주어 다양한 실내 환경을 구성하고 실험을 진행하였다. 주어진 환경에서 설문지를 통해 조명에 대한 감성을 평가하고 종류가 다른 오류검색수정 작업을 진행하면서 뇌파와 심전도를 측정하여 변화를 분석하였다. 그 결과, 작업의 종류에 대한 모든 생체신호는 온열환경의 변화와 유의적인 차이를 보였으며, PMV 지표 값이 0.8(온도: $25^{\circ}C$, 습도: 50 %)일 경우 집중력 및 주의력이 가장 활성화 되었다. 하지만, 조도의 변화에는 대체적으로 유의적인 차이는 보이지 않았다. 따라서 재실자의 업무 능력에 미치는 집중력은 온열환경과 밀접함을 확인할 수 있다. 또한, 조명에 대한 주관적인 감성은 조도가 낮을수록 편안함을 느꼈으며, 조도가 높을수록 불편함을 느꼈다. 하지만 온열환경의 변화에는 유의적인 차이가 없었다.
This research analyzed biosignals associated with the change of emotion from lighting felt by the occupants and task type under various indoor thermal environments and illuminance, and examined the biosignals' impacts on work. To this end, the indoor thermal environment was constructed on the basis ...
This research analyzed biosignals associated with the change of emotion from lighting felt by the occupants and task type under various indoor thermal environments and illuminance, and examined the biosignals' impacts on work. To this end, the indoor thermal environment was constructed on the basis of PMV (predicted mean vote) index value, and various indoor environments were created by changing the brightness of LED stands. In this manner, a variety of indoor environments were constructed, and experiments were carried out. This research evaluates the sensibility response to lighting through a questionnaire survey in the given environment and incorporates different types of error searches. In this way, changes were analyzed by measuring electroencephalogram (EEG) and electrocardiograms (ECG). As a result, all biosignals on the task type showed significant differences from the thermal environment change. When PMV index value was 0.8 (temperature: $25^{\circ}C$, humidity: 50 %), concentration and attention were the most activated. However, the biosignals did not show significant differences from the illuminance change. Concentration on an occupant's work capability was confirmed to be closely related to the thermal environment. As for the subjective emotional response to lighting, the occupants felt comfort as illuminance was lower, while they felt discomfort as illuminance was higher. However, there were no significant differences from the thermal environment change.
This research analyzed biosignals associated with the change of emotion from lighting felt by the occupants and task type under various indoor thermal environments and illuminance, and examined the biosignals' impacts on work. To this end, the indoor thermal environment was constructed on the basis of PMV (predicted mean vote) index value, and various indoor environments were created by changing the brightness of LED stands. In this manner, a variety of indoor environments were constructed, and experiments were carried out. This research evaluates the sensibility response to lighting through a questionnaire survey in the given environment and incorporates different types of error searches. In this way, changes were analyzed by measuring electroencephalogram (EEG) and electrocardiograms (ECG). As a result, all biosignals on the task type showed significant differences from the thermal environment change. When PMV index value was 0.8 (temperature: $25^{\circ}C$, humidity: 50 %), concentration and attention were the most activated. However, the biosignals did not show significant differences from the illuminance change. Concentration on an occupant's work capability was confirmed to be closely related to the thermal environment. As for the subjective emotional response to lighting, the occupants felt comfort as illuminance was lower, while they felt discomfort as illuminance was higher. However, there were no significant differences from the thermal environment change.
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문제 정의
본 연구에서는 PMV 지표 값에 근거한 쾌적 및 불쾌적한 온열환경과 LED광원의 밝기를 달리하여 재실 자의 조명에 대한 주관적인 감성과 작업의 종류에 따라 반응하는 생체신호를 분석하여 실내 업무환경의 최적 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 PMV 지표 값에 따라 -0.
본 연구에서는 환경의 변화와 작업의 종류에 따라 측정된 심전도의 R-R 간격의 변화를 분석하여 자율신경계를 구성하는 교감/부교감 신경계의 활성양상을 파악하고자 한다. 이러한 교감/부교감 활성도는 신체의 스트레스 상태를 잘 반영하는 민감한 변수 중의 하나로 알려져 있다(Yun et al.
이에 따라, 본 연구에서는 PMV 지표 값을 기준으로 쾌/불쾌적한 실내 환경을 4가지 형태로 구분하고, LED스탠드를 이용해 조도를 3단계의 밝기를 구분하여 총 12가지의 각기 다른 실내 환경을 구성하였다. 이렇게 구성된 실내 환경에서 피험자가 느끼는 조명에 대한 주관적인 감성을 분석하고, 오류검색수정 문제를 풀이하면서 변화되는 뇌파와 심전도의 생체신호를 측정 및 분석하여 실내 환경의 변화가 각각의 작업에 미치는 영향에 대해서 살펴보고자 하였다.
제안 방법
(1) 숫자오류검색 : 숫자를 비교 검색하여 찾는 방법으로 A4용지에 좌우 2단으로 구성하였으며, 각각 10칸, 30열로 3자리 숫자로 구성하였다. 틀린 숫자의 수는 무작위로 40개 제시하였다.
(3) 연산오류검색 : 사칙연산의 내용을 검토하여 오류 내용을 찾아내는 방법으로 A4용지에 4행 40단으로 1자리 숫자의 연산으로 구성하였다. 틀린 연산의 수는 무작위로 40개 제시하였다.
본 연구의 실험에서 LED광원을 통해 조사되는 조도는 400 lx, 700 lx, 1000 lx의 세 가지 밝기만을 사용하였다. LED조명의 색온도 및 조도를 측정은 KM 사의 CL-200A를 이용하여 책상지면에서 측정하였다.
PMV 기반 온열환경과 조명환경의 변화에 대한 뇌파는 3가지 작업(숫자오류검색, 문자오류검색, 연산오류검색)을 구간으로 나누어 각각 측정하였다. 측정된 데이터는 상대 SMR 분석을 통해 피험자의 각성상태 및 이완 정도를 통해 집중력과 관련된 데이터를 추출하였고 추출된 데이터는 단일분할법에 의한 분산분석 실시하였다.
PMV 기반 온열환경과 조명환경의 변화에 대한 심전도는 3가지 작업(숫자오류검색, 문자오류검색, 연산 오류검색)을 구간으로 나누어 각각 측정하였다. 하지만 데이터 측정과정에서 잡파가 심한 3명을 제외한 15명의 데이터를 분석하였다.
5의 4가지의 온열환경을 구성하고, LED광원의 밝기에 따라 조도를 400 lx, 700 lx, 1000 lx로 조명환경을 구성하여 총 12가지의 실내 환경을 구성하였다. 구성된 환경에서 실험 참가자들을 대상으로 조명에 대한 주관적인 설문 평가와 작업의 종류에 따른 뇌파와 심전도를 측정하고 그 데이터를 분석하였다.
이들은 뇌 외상, 간질, 알코올 중독 등의 신경정신계 질환 병력이 없었으며, 시력(교정시력 포함)은 모두 정상이었다. 또한 사전에 실험에 대한 모든 교육을 실시하였으며, 실험 하루 전에는 알코올, 카페인 음료 등 인지 기능에 영향을 주는 음식은 피하도록 하였다.
09 프로그램을 이용하여 측정하였다. 또한 피험자의 뇌파 및 심전도 데이터 수집에 미치는 외부영향을 최소화하기 위해 실험공간과 측정을 위한 공간을 나누어 실험을 진행하였다.
오류 검색수정 평가도구는 한국표준과학연구원에서 개발한 ‘data 오류검색수정 task'를 이용하여 학생들의 수준에 맞도록 수정하였다. 모두 3종류의 오류검색수정 평가도구를 개발하였다.
본 실험을 통해 측정된 심전도 데이터는 RRV(RR Interval Variability) 파형을 추출한 후 FFT(Fast Fourier Transform)으로 파워스펙트럼 화하여 Norm LF(1), Norm HF(2) 등의 변수를 분석하였다.
본 실험의 PMV 기반 온열환경과 조명환경은 극한의 환경을 제외하고 일상생활 환경에서 크게 벗어나지 않도록 실험 환경을 구성하였으며, 유의 수준(p값=0.2)으로 책정하여 결과를 분석 및 도출하였다.
본 연구에서는 실내 환경의 변화에 따른 조명감성 측정을 위해 피시험자가 실험공간에 착석 후 LED스탠드의 조도를 400 lx, 700 lx, 1000 lx의 3가지 밝기 중 무작위로 제시하고 그림 3과 같은 설문지(Jee et al., 2011)를 통해서 조명에 대한 주관적인 느낌을 체크하도록 하였다.
2 값을 유지하였다. 실내의 온습도 측정은 KEM 사의 AM-101 장치를 이용해 실내의 중심부 1.2높이에서 측정하였다.
오류 검색수정 평가도구는 한국표준과학연구원에서 개발한 ‘data 오류검색수정 task'를 이용하여 학생들의 수준에 맞도록 수정하였다.
오류검색수정을 통한 구체적인 실험절차는 실내환경 적응 및 전극부착(10분)→빛 순응 및 조명감성평가지 작성(5분)→오류검색수정 작업 및 생체신호 측정(20분)→암 순응(5분)→빛 순응 및 조명감성평가지 작성(5분)→오류검색수정 작업 및 생체신호 측정(20분) →암 순응(5분)→빛 순응 및 조명감성평가지 작성(5분)→오류검색수정 작업 및 생체신호 측정(20분)→전극제거 및 정리(5분) 순으로 피험자 1명을 기준으로 평균 1시간 40분 정도였다.
5m(W×D×H)의 크기이며, 태양광원의 유입은 모든 창에 암막을 설치하여 차단하였다. 온열환경을 구성하기 위해 보일러 및 에어컨을 통해 변화를 주었으며, 가습기를 설치하여 정해진 습도를 유지하였다. 실험공간에 대한 구조는 그림 2에 나타나 있으며, 준비실과 실험실에 대한 환경 조건은 표 2와 같다.
그 절차는 아래의 그림 7과 같다. 이 실험에서는 4개의 PMV 조건 중에서 하나를 임의로 선택한 후에, 3개의 LED 조건을 바꾸어 조명감성 설문지 작성 후 오류검색수정 작업을 시켜 그에 따른 뇌파와 심전도를 측정하였다. 이때 LED 조건의 순서는 무작위로 선택된다.
본 연구에서는 PMV 지표 값에 근거한 쾌적 및 불쾌적한 온열환경과 LED광원의 밝기를 달리하여 재실 자의 조명에 대한 주관적인 감성과 작업의 종류에 따라 반응하는 생체신호를 분석하여 실내 업무환경의 최적 조건을 찾고자 하였다. 이를 위해 PMV 지표 값에 따라 -0.6, 0.0, 0.8, 1.5의 4가지의 온열환경을 구성하고, LED광원의 밝기에 따라 조도를 400 lx, 700 lx, 1000 lx로 조명환경을 구성하여 총 12가지의 실내 환경을 구성하였다. 구성된 환경에서 실험 참가자들을 대상으로 조명에 대한 주관적인 설문 평가와 작업의 종류에 따른 뇌파와 심전도를 측정하고 그 데이터를 분석하였다.
이에 따라, 본 연구에서는 PMV 지표 값을 기준으로 쾌/불쾌적한 실내 환경을 4가지 형태로 구분하고, LED스탠드를 이용해 조도를 3단계의 밝기를 구분하여 총 12가지의 각기 다른 실내 환경을 구성하였다. 이렇게 구성된 실내 환경에서 피험자가 느끼는 조명에 대한 주관적인 감성을 분석하고, 오류검색수정 문제를 풀이하면서 변화되는 뇌파와 심전도의 생체신호를 측정 및 분석하여 실내 환경의 변화가 각각의 작업에 미치는 영향에 대해서 살펴보고자 하였다.
한 피험자에 대하여 모든 처리조합에서 실험이 끝나면 다른 피험자에 대하여 실험을 실시하였다.
대상 데이터
지면으로부터 42cm 높이에서 조사되는 조도는 100 lx-1100 lx 이며, 색온도는 5000K로 고정된 제품이다. 본 연구의 실험에서 LED광원을 통해 조사되는 조도는 400 lx, 700 lx, 1000 lx의 세 가지 밝기만을 사용하였다. LED조명의 색온도 및 조도를 측정은 KM 사의 CL-200A를 이용하여 책상지면에서 측정하였다.
본 연구의 실험은 공주대학교 내에 위치한 냉난방이 가능한 에너지 환경 실험실에서 이루어졌다. 실험을 위한 공간은 6.
심전도 측정은 그림 6과 같이 양쪽 쇄골 끝의 밑에 부착하였고, 접지전극은 왼쪽 귀 밑에 부착하였다. 사용된 전극은 뇌파 측정 시 사용된 동일한 모델의 스냅전극과 3M 사의 Ag-Agcl 전극을 이용해 측정하였다.
준비실은 피험자가 실험실로 이동하기 전에 환경을 적응하기 위한 곳으로 PMV 지표 값 0 인 상태로 환경을 구성하였으며, 뇌파측정을 위한 실험데이터 수집 공간으로도 활용되었다. 실험실은 피험자가 국부 조명에만 영향을 받을 수 있도록 창가와 멀리 위치한 곳에서 실험을 진행하였고, 뇌파측정의 정확성을 높이기 위해 뇌파측정과 관련된 장비들 및 실험진행자는 준비실에서 데이터를 수집하였다. 온열환경은 17℃부터 4℃씩 변화를 주어 최대 29℃까지 총 4단계의 온열 변화를 주었고, 상대 습도는 50±10 %를 유지하였으며, 착의량은 예상온열감에서 정의된 값을 통해 1±0.
실험에 사용된 조명은 LED광원을 이용한 ㈜프리즘 사의 LED스탠드 engoth-8100 모델을 사용하였다. 지면으로부터 42cm 높이에서 조사되는 조도는 100 lx-1100 lx 이며, 색온도는 5000K로 고정된 제품이다.
실험에 참여하는 피험자는 공주대학교 홈페이지의 게시판을 이용해 공고하였으며 신체적, 정신적으로 건강한 대학교 재학생 남자 9명(나이 23.22±0.97), 여자 9명(나이 21.89±0.93)을 선정하였다.
실험을 위한 공간은 6.2m × 3.6m × 2.5m(W×D×H)의 크기이며, 태양광원의 유입은 모든 창에 암막을 설치하여 차단하였다.
PMV 기반 온열환경과 조명환경의 변화에 대한 심전도는 3가지 작업(숫자오류검색, 문자오류검색, 연산 오류검색)을 구간으로 나누어 각각 측정하였다. 하지만 데이터 측정과정에서 잡파가 심한 3명을 제외한 15명의 데이터를 분석하였다. 측정된 데이터는 Norm LF, Norm HF 분석을 통해 피험자의 긴장상태 및 각성과 이완에 관련된 데이터를 추출하였고 추출된 데이터는 단일분할법에 의한 분산분석 실시하였다.
데이터처리
본 실험을 통해 측정된 뇌파 데이터는 전체 영역에 대한 해당영역의 진동성분이 출현한 상대적인 비율을 나타내는 값을 상대파워(Relative Power) 분석법(1)을 통해 결과를 분석하였다.
본 연구에서는 재실자의 생체신호인 뇌파와 심전도를 측정하기 위해서는 그림 4와 같이 ㈜LAXTHA사의 PolyG-I 장비와 TeleScan 3.09 프로그램을 이용하여 측정하였다. 또한 피험자의 뇌파 및 심전도 데이터 수집에 미치는 외부영향을 최소화하기 위해 실험공간과 측정을 위한 공간을 나누어 실험을 진행하였다.
하지만 데이터 측정과정에서 잡파가 심한 3명을 제외한 15명의 데이터를 분석하였다. 측정된 데이터는 Norm LF, Norm HF 분석을 통해 피험자의 긴장상태 및 각성과 이완에 관련된 데이터를 추출하였고 추출된 데이터는 단일분할법에 의한 분산분석 실시하였다.
PMV 기반 온열환경과 조명환경의 변화에 대한 뇌파는 3가지 작업(숫자오류검색, 문자오류검색, 연산오류검색)을 구간으로 나누어 각각 측정하였다. 측정된 데이터는 상대 SMR 분석을 통해 피험자의 각성상태 및 이완 정도를 통해 집중력과 관련된 데이터를 추출하였고 추출된 데이터는 단일분할법에 의한 분산분석 실시하였다.
이론/모형
뇌파 측정은 그림 5와 같이 국제 10/20전극 배치법 (Jasper, 1958)에 따라 전전두엽인 Fp1, Fp2 에 전극을 부착하고 A2의 귀밑을 기준으로 한 단극유도법을 통해 측정하였다. 본 실험에서는 피험자가 오류검색수정 작업을 진행시 양팔의 움직임으로 인한 잡파(Artifacts)를 최소화하기 위해 피험자에게 최대한의 행동영역범위와 움직임에 대한 주의를 주었고 또한 뇌파분석 시 이와 같은 행동에 대한 움직임은 보통 뇌파의 1∼2 Hz 대역에 반영될 수 있어 4 Hz 이하의 뇌파대역은 사용하지 않았습니다.
본 연구에서는 다양한 업무의 형태를 표현하기 위해 3가지 오류검색수정 평가도구를 사용하였다. 오류 검색수정 평가도구는 한국표준과학연구원에서 개발한 ‘data 오류검색수정 task'를 이용하여 학생들의 수준에 맞도록 수정하였다.
본 연구에서는 환경의 변화와 작업의 종류에 따라 피험자의 뇌파를 측정하고 피험자의 상태를 정량적으로 파악하기 위해 파워 스펙트럼 분석법 중에서 상대 파워 분석법을 이용하였다.
한편, Kim 등(2011)은 PMV 지표 값과 인간의 심리/생리적 반응과의 관계를 살펴봄으로써 인간의 측정된 심리/생리적 반응이 PMV 지표 값을 보완할 수 있을지를 알아보았다. 이들은 인간의 심리적 반응으로서 2차원 정서모델에서 활용되는 Valence와 Arousal 값을 사용하였으며, 인간의 생리적 반응으로는 가장 기본적 생리 측정치인 심박률(heart rate; HR)을 사용하였다. 그러나 이들 역시도 PMV 지표 값의 변화 방향과 일관된 심리/생리적 반응이 나타나지 않음을 확인하였다.
이번 실험에서는 일차단위 인자가 하나인 단일분할법(split-plot design)으로 실험을 실시하였다. 그 절차는 아래의 그림 7과 같다.
성능/효과
(1) 숫자오류검색 : Fp1(상대 SMR)의 분산분석결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.093)가 있는 것으로 나타났다. 또한, LED 간에도 유의적인 차이(p값=0.
(1) 숫자오류검색 : Norm LF, Norm HF의 분산분석 결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000) 가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.003)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
(1) 숫자오류검색 : 뇌파(Fp1)은 PMV 0.8, 700 lx에서 뇌파(Fp2)는 PMV 0.8, 400 lx에서 적합하였으며, 심전도는 PMV 1.5, 1000 lx에서 적합한 것으로 나타났다.
(2) 문자오류검색 : Fp1(상대 SMR)의 분산분석결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.083)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p 값=0.
(2) 문자오류검색 : Norm LF, Norm HF의 분산분석 결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.041)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
(2) 문자오류검색 : 뇌파(Fp1)은 PMV 1.5, 1000 lx에서 뇌파(Fp2)는 PMV 0.8, 700 lx에서 적합하였으며, 심전도는 PMV 1.5, 1000 lx에서 적합한 것으로 나타났다.
(3) 연산오류검색 : Fp1(상대 SMR)의 분산분석결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.018)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
(3) 연산오류검색 : Norm LF, Norm HF의 분산분석 결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000) 가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.172)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
(3) 연산오류검색 : 뇌파(Fp1)은 PMV 1.5, 700 lx에서 뇌파(Fp2)는 PMV 1.5, 700 lx에서 적합하였으며, 심전도는 PMV 1.5, 400 lx에서 적합한 것으로 나타났다.
Fp2(상대 SMR)의 분산분석결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.115)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
Fp2(상대 SMR)의 분산분석결과 피험자간의 유의적인 평균차이(p값=0.000)가 있었으며, PMV 간에도 유의적인 차이(p값=0.123)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 LED 간에는 유의적인 차이(p값=0.
Norm LF과 Norm HF 분석법을 통해 심전도를 분석한 결과 온열환경의 경우 모든 조건에서 유의적인 차이를 보였으며, 조명환경 및 온열환경과 조명환경의 교호작용은 모든 조건에서 유의적인 차이를 보이지 않았다.
PMV 1.5의 700 lx 경우를 제외하면 400 lx에서 1000 lx로 조명의 조도가 증가할수록 순차적으로 피험자들은 조명감성에 대한 불편함을 느끼는 것을 확인되었다. 또한, PMV 0.
뇌파(Fp1)의 각성 및 집중력에 대한 분석결과에서 숫자오류검색작업은 PMV 0.8, 700 lx에서 문자오류검색작업은 PMV 1.5, 1000 lx에서 적합하였으며 연산오류검색작업은 PMV 1.5, 700 lx에서 적합한 것으로 나타났다.
뇌파(Fp2)의 각성 및 집중력에 대한 분석결과에서 숫자오류검색작업은 PMV 0.8, 400 lx에서 문자오류검색작업은 PMV 0.8, 700 lx에서 적합하였으며 연산오류검색작업은 PMV 1.5, 700 lx에서 적합한 것으로 나타났다. 본 실험을 통해 분석한 뇌파(Fp1, Fp2)의 주파수영역은 주의집중력과 관련이 깊은 영역대로서 업무 환경과 밀접한 관련이 있는 것으로 사료된다.
5의 700 lx 경우를 제외하면 400 lx에서 1000 lx로 조명의 조도가 증가할수록 순차적으로 피험자들은 조명감성에 대한 불편함을 느끼는 것을 확인되었다. 또한, PMV 0.8의 경우에는 다른 PMV 환경에 비해 조도변화에 따른 조명감성의 편차가 적음을 확인할 수 있었다.
작업의 종류에 대한 사람의 작업 능률을 평가하기 위해 생체신호를 측정 및 분석한 결과 모든 뇌파와 심전도 데이터는 PMV 지표 기반의 온열환경과는 유의적인 차이를 보였으며, LED광원의 밝기에 대해서는 몇몇 작업들만 유의적인 차이를 보였다. 또한, PMV와 LED 두 요소의 교호작용에는 모두 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이러한 분산분석 결과를 토대로 작업의 종류에 대한 최적의 실내 환경 조건은 다음과 같았다.
본 실험에서는 피험자가 오류검색수정 작업을 진행시 양팔의 움직임으로 인한 잡파(Artifacts)를 최소화하기 위해 피험자에게 최대한의 행동영역범위와 움직임에 대한 주의를 주었고 또한 뇌파분석 시 이와 같은 행동에 대한 움직임은 보통 뇌파의 1∼2 Hz 대역에 반영될 수 있어 4 Hz 이하의 뇌파대역은 사용하지 않았습니다.
5, 700 lx에서 적합한 것으로 나타났다. 본 실험을 통해 분석한 뇌파(Fp1, Fp2)의 주파수영역은 주의집중력과 관련이 깊은 영역대로서 업무 환경과 밀접한 관련이 있는 것으로 사료된다.
본 연구의 실험분석 결과 재실자의 업무처리에 영향을 미치는 각성 및 주의집중력은 실내온도가 비교적 높은 환경에서 활성화됨을 알 수 있었으나, 조명의 밝기는 환경에 따라 다양한 결과를 나타내고 있어 명확한 결과를 제기할 수 없었다. 이를 통해 업무에 영향을 미치는 최적의 실내환경을 구성하는 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
PMV 기반 온열환경과 조명환경의 변화에 대한 조명감성평가의 분산분석표 결과는 표 12와 같다. 분산 분석결과를 살펴보면 피험자 간에 유의적인 평균차이 (p값=0.000)가 있었으며, LED 간에도 유의적인 차이(p 값=0.000)가 있는 것으로 나타났다. 그러나 PMV 간에는 유의적인 평균차이는 나타나지 않았다(p값=0.
상대 SMR 분석법을 통해 뇌파(Fp1, Fp2)를 각각 분석한 결과 온열환경의 경우 모든 조건에서 유의적인 차이를 보였으며, 조명환경의 경우 Fp1에서 숫자오류 검색 작업, Fp2에서 문자오류검색 작업만 유의적인 차이를 보였다. 또한 온열환경과 조명환경의 교호작용은 모든 조건에서 유의적인 차이를 보이지 않았다.
심전도(Norm HF)의 이완에 대한 분석결과에서 숫자오류검색작업은 PMV 1.5, 1000 lx에서 문자오류검색작업은 PMV 1.5, 1000 lx에서 적합하였으며 연산오류검색작업은 PMV 1.5, 400 lx에서 적합한 것으로 나타났다. 본 실험을 통해서 분석한 심전도 데이터를 기반으로 업무환경에 영향을 주는 스트레스에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.
심전도(Norm LF)의 각성 및 긴장상태에 대한 분석 결과에서 숫자오류검색작업은 PMV 1.5, 1000 lx에서 문자오류검색작업은 PMV 1.5, 1000 lx에서 적합하였으며 연산오류검색작업은 PMV 1.5, 400 lx에서 적합한 것으로 나타났다.
온열환경은 17℃부터 4℃씩 변화를 주어 최대 29℃까지 총 4단계의 온열 변화를 주었고, 상대 습도는 50±10 %를 유지하였으며, 착의량은 예상온열감에서 정의된 값을 통해 1±0.2 값을 유지하였다.
작업의 종류에 대한 사람의 작업 능률을 평가하기 위해 생체신호를 측정 및 분석한 결과 모든 뇌파와 심전도 데이터는 PMV 지표 기반의 온열환경과는 유의적인 차이를 보였으며, LED광원의 밝기에 대해서는 몇몇 작업들만 유의적인 차이를 보였다. 또한, PMV와 LED 두 요소의 교호작용에는 모두 유의적인 차이를 보이지 않았다.
후속연구
그러나 본 연구에서 조명환경이 주의집중력과는 유의적인 차이를 보이지 않았지만, 조명 특성 중에서 밝기에 해당하는 조도만을 조건으로 비교했다는 제한점이 있다. 이로 인해 조명환경이 작업에 영향을 미칠 수 있는 부분을 명확하게 제기할 수는 없다.
이로 인해 조명환경이 작업에 영향을 미칠 수 있는 부분을 명확하게 제기할 수는 없다. 그렇지만 조명의 특성 중 조도는 업무에 미치는 영향이 적음을 확인하였으며, 추후 조명광원의 특성 중에서 업무에 영향을 미치는 요소를 추출하여 비교하는 연구가 필요할 것으로 보인다.
5, 400 lx에서 적합한 것으로 나타났다. 본 실험을 통해서 분석한 심전도 데이터를 기반으로 업무환경에 영향을 주는 스트레스에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.
Hwang 등(2012) 및 Kim 등(2005)은 뇌파와 심전도의 분석을 통해 사용자의 집중도 및 감정 상태를 인식할 수 있는 바이오피드백 인터페이스에 관한 연구를 하였다. 이러한 업무처리를 위한 주의집중력과 관련된 생체신호를 실시간으로 측정하고 분석하여 재실자의 상태를 분석한다면 쾌적한 업무 환경을 구성하는데 활용할 수 있을 것이다.
본 연구의 실험분석 결과 재실자의 업무처리에 영향을 미치는 각성 및 주의집중력은 실내온도가 비교적 높은 환경에서 활성화됨을 알 수 있었으나, 조명의 밝기는 환경에 따라 다양한 결과를 나타내고 있어 명확한 결과를 제기할 수 없었다. 이를 통해 업무에 영향을 미치는 최적의 실내환경을 구성하는 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
조명에 대한 주관적인 감성과 조도의 상관관계는?
따라서 재실자의 업무 능력에 미치는 집중력은 온열환경과 밀접함을 확인할 수 있다. 또한, 조명에 대한 주관적인 감성은 조도가 낮을수록 편안함을 느꼈으며, 조도가 높을수록 불편함을 느꼈다. 하지만 온열환경의 변화에는 유의적인 차이가 없었다.
뇌파란 무인가?
뇌파란, 뇌의 전기적인 활동을 머리 표면에 부착한 전극을 통해 비침습적으로 측정한 전기신호이다. 각 주파수 대역의 종류 및 뇌의 활동에 대한 내용은 표 1과 같다.
뇌파신호 중 알파파와 베타파의 특성은?
뇌파신호의 분석에는 주기가 아닌 주파수가 널리 사용되고 있으며, 그 중에서 알파파와 베타파는 사람의 심리적 안정과 긴장 상태가 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 알파파는 심리적 완화 상태로 눈을 감을 때 발생하고 베타파는 경계, 각성, 문제풀이, 집중할 때 발생하며 파형이 빠르면서 크기가 작은 특성을 가지고 있다. 사용자의 뇌파를 측정하고 이들 밴드에서 뇌파를 분석하면 집중하고 있는 상태인지 아닌지를 파악할 수 있다(Kim et al.
참고문헌 (18)
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