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문제 정의
- 반응표면분석은 비선형 함수 모형에 의한 최적화 기법으로 일반적으로 2차 회귀모형으로 표현될 수 있다[8-9]. 따라서 본 연구에서는 조도와 상관색온도의 물리량과 사용자 감성 사이의 관계를 반응표면분석을 사용하여 분석하여, 행위 별 요구감성을 구현할 수 있는 최적화된 조명의 물리적인 특성 범위를 도출하였다.
- 완전요인실험은 실험횟수가 늘어나 중심합성계획법에 비해 실험 수가 많아져 실험효율성은 낮지만, 정확성은 높기 때문에 근사화에 유리하다. 본 연구는 제조공정이나 혼합물에 대한 최적조건이 아닌 피험자를 대상으로 시도하는 것으로 완전요인실험을 실시하였고, 실험수준도 4수준으로 설정하여 정확도를 높이고자 하였다.
- 본 연구에서 제시된 방법론은 최적화된 LED감성조명환경 구현을 위한 것으로서, 실내조명환경 분야에서 실제적인 이해와 적용을 위한 시도이다.
- 본 연구의 목적은 조도와 상관색온도의 물리적 특성변화가 어떠한 감성을 최적화할 수 있는지 도출하고, 이를 고려한 사무실 LED조명환경 설계 지표의 기초 데이터를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 1회 12명이 동시에 평가가 가능한 실물 공간의 사무실 테스트베드에서 피험자를 대상으로 감성평가를 실시하였다. 테스트베드에 설치된 조명은 450mm(L) x 450mm(W) x 150mm(H)로 제작된 평판형 LED등기구로서, 16.
- 2) 사무공간 영역을 사무실, 휴게실, 회의실로 구분하고 각 영역에 어울리는 감성어휘를 설문조사를 통해 선정한 결과와 요인분석 결과를 바탕으로 주요 감성인자의 연계성을 도출하고 해당 감성인자에 대한 반응표면분석을 실시하였다.
- ISO 8995와 EN 12464에서 제시하고 있는 조도 수준(Illuminance level)을 바탕으로 200, 300, 500, 750lx를 실험 수준으로 설정하였으며, 상관색온도는 3,000, 4,000, 5,000, 6,000K으로 설정하여 감성평가를 실시하였다.
- 기존 논문 및 각종 매체(인터넷, 잡지, 신문 등)에 나타나 있는 조명관련 감성평가 어휘를 수집하여 전문가를 대상으로 FGI(Focus Group Interview)를 통해 총 23개의 감성어휘를 도출하여 조명의 감성평가척도로 사용하였다.
- 본 연구의 절차는 그림 1과 같이 선행 연구를 통해 도출된 감성어휘를 바탕으로 사무실 조명환경에 대한 감성평가를 실시하고, 요인분석을 통해 주요 감성인자를 구분하였다. 설문조사를 통해 사무 공간 별 요구되는 감성인자를 도출하고, 반응표면분석을 사용하여 각인자 별 조도와 상관색온도의 최적 수준에 대한 예측 모형을 개발하고 서로 비교하였다.
- 본 연구의 절차는 그림 1과 같이 선행 연구를 통해 도출된 감성어휘를 바탕으로 사무실 조명환경에 대한 감성평가를 실시하고, 요인분석을 통해 주요 감성인자를 구분하였다. 설문조사를 통해 사무 공간 별 요구되는 감성인자를 도출하고, 반응표면분석을 사용하여 각인자 별 조도와 상관색온도의 최적 수준에 대한 예측 모형을 개발하고 서로 비교하였다.
- ｢작업성｣은 사무 공간에서 문서를 검토하거나, 컴퓨터 작업 등 일반 사무작업 시 필요한 영역으로 볼 수있고, ｢활동성｣은 회의 공간에 필요한 영역으로 볼 수있으며, ｢휴식성｣은 휴게 공간에서 휴식을 취할 때 필요한 감성요인으로 볼 수 있다. 실험에 참가한 피험자를 대상으로 사무공간의 영역을 크게 사무실, 회의실, 휴게실로 구분하고 각 영역에서 가장 요구되는 감성인자가 무엇인지 중복선택이 가능하도록 설문평가를진행하였으며, 결과는 그림 2와 같다.
- 분석방법으로는 주로 감성어휘 평가에 대한 요인분석으로 얻게 된 요인득점 플로트를 활용하여 주요 인자에 각 변수가 어느 정도 영향을 미치고 있는지 파악하거나, 수량화 이론을 적용한 다중회귀분석 및 분산분석을 통해 요인 간 차이를 규명하고 감성 영향 인자를 추정하였다. 이 때 조도와 상관색온도의 실험수준은 광원 고유의 특성을 따르거나, 실험자가 임의로 수준을 정하여 평가가 수행되었다. 이는 해당 광원이나 설정된 수준 값에 대한 감성인자와 수준을 알 수 있으나, LED시스템조명과 같이 사용자의 다양한 행위와 감성적 요구에 적합한 조명환경을 설계할 때 적용 가능한 지표로 사용되기는 어렵다.
- 제 2요인과 제 3요인도 이와 같은 방법으로 각각 ‘조용한’, ‘아늑한’, ‘따뜻한’ 등의 감성인자와, ‘활동적인’, ‘생기있는’, ‘흥미있는’ 등의 감성인자로 선택하여 반응표면분석 분석을 통해 최적화 분석을 실시하였다.
- 조도와 상관색온도를 요인으로, 42요인배치법에 의해 완전요인실험을 실시하였으며, 표 2에 실험설계에 따르는 감성어휘 평가 결과를 나타내었다.
대상 데이터
- 20대에서 50대 사이(평균연령 36세)의 사무직 경험이 있고 안과질환이 없는 일반인을 대상으로 실험을 실시하였으며 총 45명(남자 25명, 여자 20명)이 피험자로 참가하였다.
- 1회 12명이 동시에 평가가 가능한 실물 공간의 사무실 테스트베드에서 피험자를 대상으로 감성평가를 실시하였다. 테스트베드에 설치된 조명은 450mm(L) x 450mm(W) x 150mm(H)로 제작된 평판형 LED등기구로서, 16.5W 모듈 4개로 구성되어 있으며, 0～1,500lx, 2,700～6,500K까지 가변이 가능하도록 설계되었다. 전체 가변 범위에서 CRI(Color Rendering Index)는 80이상을 나타내었으며, 실내 공간의 종합균제도는 0.
데이터처리
- ‘편안한’, ‘안정감 있는’, ‘자연스러운’ 등의 감성인자들은 세 공간에서 모두 높은 선택을 받았는데, 이는 각 공간에서 공통적으로 요구되는 일반적인 감성인자로서 공간의 사용 목적 행위 별 ‘선호하는’과 관계가 높을 것으로 예상되며, 최적화된 조도와 상관색온도 값이 공간 행위에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이를 제외한 감성요인 중 각각의 공간에서 상대적으로 높게 선택된 몇 가지 주요 요인을 요인분석 결과와 비교하여 표 3과 같이 선택하고 반응표면분석을 적용하여 최적화 분석을 실시하였다.
- 위 연구들은 피험자들로부터 수집된 감성어휘를 바탕으로 광원의 물리적 요인 수준 별 감성평가를 실시하여, 다수의 감성요인을 몇 가지 주요 감성인자로 축소하고 각각의 독립변수가 피험자의 감성에 미치는 영향도를 파악하는 연구로서, 광원의 물리적 요인으로는 밝기와 색을 나타내는 조도(lux, lx)와 상관색온도(CCT, K)가 주요 물리적 변수로 적용되었다. 분석방법으로는 주로 감성어휘 평가에 대한 요인분석으로 얻게 된 요인득점 플로트를 활용하여 주요 인자에 각 변수가 어느 정도 영향을 미치고 있는지 파악하거나, 수량화 이론을 적용한 다중회귀분석 및 분산분석을 통해 요인 간 차이를 규명하고 감성 영향 인자를 추정하였다. 이 때 조도와 상관색온도의 실험수준은 광원 고유의 특성을 따르거나, 실험자가 임의로 수준을 정하여 평가가 수행되었다.
- 표 5는 2인자 4수준 표준순서로 설계된 실험계획표이며, 각 감성인자 별 평가 결과로서 평균값을 나타낸다. 예측모형의 신뢰수준을 높이기 위해 단계적 회귀분석을 적용하였으며, 분산분석을 통해 모형과 각 변수의 유의성을 검토하였다.
- 표 3에서 도출된 각각의 감성인자 별 조도와 상관색온도의 최적 영역을 도출하기 위해 반응표면분석을 적용하여 분석을 실시하였다. 표 5는 2인자 4수준 표준순서로 설계된 실험계획표이며, 각 감성인자 별 평가 결과로서 평균값을 나타낸다.
이론/모형
- 감성어휘는 SD법(Semantic Differential Method)을 적용하여 5점 척도로 평가하였으며, 5점은 위의 각 어휘에 매우 어울리는 것이고, 1점은 반대되는 부정어휘에 매우 어울리는 것이다. 2점과 4점은 긍정과 부정어휘에 각각 어울리는 것이며 3점은 두 어휘의 중간으로 평가하도록 하였다.
- 순차적으로 진행되는 감성평가에서 피험자들은 자신들의 평가결과를 데이터시트에 체크할 때 이전 실험조건을 기억하고, 그 정보를 바탕으로 해당 실험조건을 비교하고 평가하는 경향이 있기 때문에 표준순서(Yates order)에 의해 실험을 설계하였다.
성능/효과
- 1) 피험자에 대한 감성평가 결과는 요인분석을 통해 작업성, 휴식성, 활동성 등 3가지 주요 요인으로 구분되었다.
- 3) 분산분석을 통해 도출된 모형의 유의성 검증과 R²값에 의한 신뢰도 분석을 실시하여, 모든 모형에서 유의하며 신뢰할 수 있음을 확인하였다.
- 3요인 축으로 분류되었으며, 제 1요인으로는 ‘집중이 잘되는’, ‘선명한’ 등 작업과 관련된 감성으로서 ｢작업성｣으로 명명하였고, 제 2요인으로는 ‘조용한’, ‘안정감’ 있는 등의 감성으로서 ｢휴식성｣으로 명명하였으며, 제 3요인으로는 ‘생기있는’, ‘흥미있는’ 등의 감성이분류되어 ｢활동성｣으로 명명하였다.
- 조도와 상관색온도가 낮으면 낮을수록 ‘조용한’ 감성인자는 최적화되며, ‘아늑한’, ‘따뜻한’은 ‘조용한’과 같이 조도와 상관색온도가 낮을수록 최적화되지만, 조도보다 상관색온도에 더 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 대체적으로 200lx, 3,000K 이하의 영역에서 최적화된 값을 나타내었다.
- 작업성으로 분류되어 사무작업에 어울리는 감성인자로 선택된 ‘집중이 잘되는’, ‘선명한’, ‘쾌적한’은 휴식성 및 활동성에 선택된 다른 감성인자와 달리 최적지점이 한 곳으로 집중되어 있어, 조도와 상관색온도 모두 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 5W 모듈 4개로 구성되어 있으며, 0～1,500lx, 2,700～6,500K까지 가변이 가능하도록 설계되었다. 전체 가변 범위에서 CRI(Color Rendering Index)는 80이상을 나타내었으며, 실내 공간의 종합균제도는 0.8이상을 유지하였다. 피험자들은 조명 이외 실내 인테리어에 최대한 영향을 받지 않도록 일반적인 환경으로 구성되었다.
- 3요인 축으로 분류되었으며, 제 1요인으로는 ‘집중이 잘되는’, ‘선명한’ 등 작업과 관련된 감성으로서 ｢작업성｣으로 명명하였고, 제 2요인으로는 ‘조용한’, ‘안정감’ 있는 등의 감성으로서 ｢휴식성｣으로 명명하였으며, 제 3요인으로는 ‘생기있는’, ‘흥미있는’ 등의 감성이분류되어 ｢활동성｣으로 명명하였다. 제 1,2,3요인은 각각 26%, 24%, 19%로 나타나 전체 69%의 설명력을 가지는 것으로 나타났다.
- 조도와 상관색온도가 낮으면 낮을수록 ‘조용한’ 감성인자는 최적화되며, ‘아늑한’, ‘따뜻한’은 ‘조용한’과 같이 조도와 상관색온도가 낮을수록 최적화되지만, 조도보다 상관색온도에 더 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 표 6에서 나타난 것과 같이 9개 모든 감성인자모형은 유의한 결과를 나타내고 있으며, ‘집중이잘되는’, ‘흥미있는’의 R² 값은 84.31%, 87.47%이고 나머지 감성인자들은 모두 90%를 넘는 것으로 나타냄으로써, 도출된 모형은 적합한 것으로 볼 수있다.
후속연구
- 다시 말해 기존 연구에서는 수량화이론을 사용하여 각각의 변수가 종속변수에 미치는 정도와 영향을 파악하였다면, 본 연구에서는 반응표면분석을 사용하여 변수(조도, 상관색온도)의 영향과 종속변수(사용자 감성인자)가 최적화될 수 있는 실제적인 수준을 도출하고자 했다고 할 수 있다.
- 따라서 사용자의 감성적 요구사항을 세분화하고, 이를 충족할 수 있는 조명제품 또는 조명환경을 구현하는 것이 중요할 것이다. 본 논문의 방법론과 주요 결과들은 사무실 LED조명 또는 조명환경의 감성적 설계를 위한 기초자료로 사용할 수 있다.
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