The Emotional Response to Lighting Hue Focusing on Relaxation and Attention

1.1. 연구 배경

인공 광원과 사용자 간의 관계에 대한 연구는 인공 광원을 통해 실내 환경을 변화시키면서 시작되었다. 국가별로 사용자의 상황에 적절한 정도의 조도 (illuminance) 범위를 설정하기 시작하였으며 에너지 효율이 높고 가시광선 영역의 스펙트럼을 자연광과 유사하게 구현할 수 있는 광원 개발이 진행되어 왔다. 최근 국내외적으로 Lighting Emitted Diodes (이하 LED)의 개발이 가속화되어 주광원으로 활용될 수 있는 기술 수준에 도달하게 되었는데, LED는 형광등, 백열전구, 할로겐 등과 같은 기존 조명에 비해 에너지 효율이 높고 친환경적이라 대체 광원으로 각광받고 있다(장우진, 황명근, 박승옥, 이성남, 노재엽과 조현민, 2009). 그리고 LED는 기존 조명과는 달리 조명 광원의 색채적 속성을 제어하기 용이하며, 형태 자유도가 높아 점광원으로써의 표현도 용이하여 디자이너의 창작 활동에도 광범위하게 활용되고 있다(지근철, 김훈, 이진우, 김세동과 마범석, 2009).

이와 같이 LED의 등장은 광원의 기능이 단순히 어둠을 밝히는 차원을 넘어서 심미적 만족감을 주거나 감성을 유도하는 목적으로 확장될 수 있음을 보여주고 있는 것이다. 즉 조명을 변화하여 다양한 감성적 효과를 기대할 수 있다는 잠재력은 새로운 제품 개발의 기회로 이어지며 수요를 창출해 낼 수 있어, 조명의 색채적 속성을 디자인 요소로 활용하고자 하는 니즈가 증가하고 있다. 최근 백빛나, 석현정과 김명석 (2012)의 연구에서는 LED를 이용하여 광원의 색채적 속성이 정보를 직관적으로 표현할 수 있는 가능성이 탐색되었으나, 광원의 색채적 속성이 사용자에게 어떠한 감성적 영향을 미치는가에 대한 체계적인 연구는 아직 부족한 실정이다. 또한, 실내 환경에서의 사용자 활동들은 다양하므로, 각 활동의 특성을 고려한 조명 색상에 관한 체계적인 연구는 그 중요성이 더욱 증가하고 있다.

1.2. 연구 목적

본 연구에서는 실험 연구를 통하여 조명 색상이 사용자에게 미치는 감성적 영향을 파악하고자 하며 실험 결과를 토대로 조명 색상을 디자인 요소로 활용하고자하는 디자이너에게 가이드라인을 제시하고자 한다.

1.3. 연구 방법

본 연구에서는 조명 상황에 적합한 감성을 파악하기 위해 조명 환경에서의 사용자 활동의 특성을 파악하여 인지 부하와 집중 정도에 따라 조명 상황들을 분류하였다. 파악된 감성을 객관화 하기위해 Norman(2003)의 감성 인지 단계인 본능적 단계 (Visceral level), 행동적 단계 (Behavioral level), 회고적 단계 (Reflective level)를 활용하여 감성을 정의하였다. 문헌 조사를 통해 각 인지 단계별 감성 반응을 평가하는 방법들을 이해하고, 그것을 바탕으로 조명 상황의 특성에 적합한 평가 방법을 설계하였다. 본능적 단계의 평가는 생리 반응을, 행동적 단계의 평가는 과제 수행 성취도를, 회고적 단계의 평가는 자가 보고(self-report)를 활용하도록 설계 하였다. 평가할 조명 색상은 소등(전체 조명이 꺼진 상태, 이하 off)을 포함하여 빨강(이하 red), 주황(이하 orange), 노랑(이하 yellow), 초록(이하 green), 청록 (이하 cyan), 파랑(이하 blue), 보라(이하 purple), 하양(이하 white) 등 아홉 가지로 결정하였다. 상황별 감성 평가 도구를 구체화 한 후, 휴식과 집중 상황에서 평가 실험을 진행 하여, 상황 및 인지 단계 별 조명 색상에 대한 감성을 파악하였다. 이를 통해 디자이너가 조명 색상을 디자인의 요소로 활용할 때 사용자에게 적합한 감성을 유도할 수 있게 활용하도록 그 방향성을 제시 하였다.

2.1. 조명 상황에 대한 사용자 경험

실내 환경에서의 사용자 활동들을 통해 조명 상황의 특성을 이해하고자 실내 환경에 속하는 장소들과 각 장소에서의 대표적인 활동들을 수집하였다. 그 결과, 신체적 활동(Physical activity)보다는 인지적 활동(Cognitive activity)이 실내 환경에서 주로 이루어지는 활동이었다. 인지 활동의 인지(cognition)는 앎(knowing)이라는 행위를 모두 포함하는 말이다 (Gerrig & Zimbardo, 2008). 즉, 어떠한 형태의 정보이든 그것을 받아들이고 이해하는 과정이다.

인지 활동들은 인지 부하(cognitive load)량과 집중 정도 (attention level)에 따라 분류할 수 있다. 인지 부하(cognitive load)량은 인지 과부하를 만들어내는, 처리해야 하는 인지 정보량과 정보를 처리하는 과정에서 소요되는 인지량을 총칭한다(김미영, 2007). 또한, 인지 과부하 (cognitive overload)가 발생하였을 때, 우리의 뇌는 처리할 수 있는 정보의 양이 제한적이라서, 선택적으로 인지 자원을 처리해야하는데, 이렇게 무언가를 선택적으로 인지하고 해결하는 것을 집중(attention)이라 한다(Gerrig et al., 2008). 이러한 개념을 토대로 조명 경험 상황의 활동들을 이 인지 부하량과 집중 정도를 기준으로 [그림 1]과 같이 네 가지 유형으로 분류 하였다.

유형 1은 높은 인지 부하와 집중을 요하는 상황으로 대표 활동으로는 회사에서의 업무, 학교에서의 학습, 병원에서의 수술 집도가 있다. 유형 3의 인지 부하 정도 및 낮은 집중을 요하는 상황의 대표적인 활동으로는 휴식, 취침이 있다. 유형 2의 낮은 인지 부하와 높은 집중 상황의 예로는 단순한 게임을 들 수 있다. 유형 4의 높은 인지 부하와 낮은 집중 상황의 대표적 활동은 가벼운 독서이다. 이와 같이, 한정된 조명 환경에서 이루어지는 사용자들의 활동들은 요구되는 인지 부하 및 집중 수준이 상이하다. 따라서 조명 상황의 활동 특성에 따라 사용자들이 기대하는 감성이 다르며 이에 적합한 조명 환경도 다를 것이라 유추된다.

[그림 1]

인지 부하량과 집중 정도에 따른 조명 경험 상황에서의 활동 분류

2.2. LED의 색채적 속성

물체색(object color)은 색상(hue), 밝기(lightness) 그리고 채도(chroma)로 정의된다(Berns, 2003). 본 연구에서는 이러한 물체색(object color)의 정의 요소들을 이용하여 조명의 색채적 속성을 풀이한다면, 색상에 해당하는 주파장(dominant wavelength), 밝기에 해당하는 조도(illuminance), 그리고 채도에 해당하는 순도(purity)로 해석하였다.

본 연구에서 주목하고 있는 조명의 색상적 속성은 nm를 단위로 하는 주파장을 지칭하며, 이하 ‘조명색상’ 으로 표현하고자한다. 그리고 조명의 색채적 속성 중 밝기를 나타내는 조도는 표면에 도달하는 빛의 양을 정의하며 룩스(lx) 단위를 사용한다(Berns, 2003). 색의 진하기를 나타내는 순도는 %를 단위로 사용한다.

일반 조명에서는 광원의 색상적 요소를 지칭할 때 주로 색온도¹⁾를 사용하지만, 오렌지(약 3000K)에서 백색(약 6500K), 그리고 푸른색(약 9000K)의 궤적을 따라 변화하는 색온도만으로 LED 조명의 색상적 요소를 설명하기에 제한이 따른다. 특히 LED는 파장이 짧은 빛인 파랑부터 파장이 긴 빨강까지 모두 구현 가능하여, 빨강, 파랑, 초록, 보라 등의 조명색을 구현해 낼 수 있다.

2.3. LED를 이용한 조명의 사용자 경험

다양한 조명 색상을 만들어 낼 수 있는 LED 조명은, 기존 조명의 일반적인 목적인 실내를 밝히는 용도뿐 아니라 다양한 감성을 유도하는 감성 조명으로도 쓰이고 있다. 감성 조명이란 조명의 색상, 밝기를 사람의 심리상태와 생체 리듬에 알맞게 적용시키는 조명기술을 말한다(노시청, 2005). 즉, 조명을 이용해 사용자에 적합한 감성을 심리적 혹은 생리적으로 유도하는 기술이다. 예를 들어, [그림 2]에서와 같이 필립스(Philips)사의 스쿨 비전 프로젝트(School Vision Project)는 학교에서 일어나는 학생들의 활동 특성에 맞는 조명, 색온도 및 조도를 제안하였다(Wessolowski, Schulte-Markwort, & Barkmann, 2009; 김성주, 2010). 학생의 수업 상황과 조명환경 사이의 관계에 대한 이 연구는 조명환경의 중요성을 객관화시켜 다양한 색상을 구현해 낼 수 있는 LED 조명의 활용 가능성을 넓혀 주었다.

[그림 2]

Philips의 School Vision Project

2.3. 상황을 고려한 조명 색상 평가의 필요성

본 연구에서는 사용자의 상황적 특성에 차별화된 조명의 역할에 주목하고자 한 만큼 [그림 1]에서 구분한 학습, 업무와 같은 많은 인지 부하량과 높은 집중이 요구되는 상황에서의 조명환경과 휴식, 취침과 같이 요구되는 집중 및 인지부하가 현저히 낮은 상황 등으로 구분하였다. 활동에 따른 적합한 조도(illuminance) 기준은 이미 국가가 결정하여 권장되고 있다. 산업 표준 조도 기준 KS A 3011(1998)을 살펴보면 인지 부하 및 집중도가 높이 요구되는 활동일수록 높은 조도를 권장하고 있는 것을 알 수 있다. 그러나 조명 색상에 대한 활동 특성별 기준은 정해져있지 않다. 따라서, 조명 색상에 대해서도 사용자의 조명 상황에 적합한 것이 무엇인지 연구해야 할 것이며, 어떠한 조명 색상이 사용자에게 적합한 것인지 파악하려면, 상황에 따른 조명 색상에 대한 사용자의 감성을 평가하는 체계적인 연구가 선행되어야 한다.

3.1. 사용자의 인지 단계별 평가

사용자 경험에 있어 감성적인 만족이 중요한 이유는 두뇌 작용과 관련이 있다. 두뇌에서 감각을 받아들이고 판단하여 행동을 취하는 과정에서 감성이 형성되며 이러한 과정은 여러 단계에 걸쳐 진행되기 때문이다. Norman(2003)은 이 두뇌의 감성 인지 단계를 세 단계로 설명하였다. 첫 번째 단계는 본능적 단계(Visceral level)로 무언가를 경험하는 바로 그 순간 좋고 나쁜 것을 결정하거나, 위험을 판단하는 것으로 그 판단에 따라 근육이 긴장하는 것과 같은 신체 반응으로 나타난다. 두 번째 단계는 행동적 단계(Behavioral level)로 사용함으로써 얻어지는 즐거움이나 효율을 말한다. 마지막은 회고적 단계(Reflective level)로 의식, 느낌, 감정, 인지가 존재하며 자기 이미지, 개인적 만족감 혹은 기억에의해 어떠한 경험을 판단한다. 본 연구에서는 조명 색상에 대한 사용자 평가에서 Norman(2003)의 감성 인지 3단계를 활용하고자 한다.

3.2. 상황 별 조명 색상에 대한 인지 단계별 사용자 평가 설계 : 휴식 및 집중 상황

조명 및 조명 색상에 대한 인지 단계별 평가의 기존연구들을 살펴보고, 본 연구에서 활용할 대표적이며 상이한 활동 특성을 갖는 조명 경험 상황인 휴식 및 집중 상황을 고려한 조명 색상에 대한 사용자 평가 방법을 제안하고자 한다.

첫째, 본능적 단계의 감성적 반응은 심전도(Electrocardiogram; 이하 ECG) 반응 및 뇌파 (Electroencephalogram; 이하 EEG) 반응을 포함한 생리적 반응 평가를 활용할 수 있다. 정우석, 홍철운과 김남균(2004), Cajochen(2000), Gerald(1957), 그리고Noguchi와 Sakaguchi(1999)는 색상 및 조명 색상에 대한 생리적 반응을 연구하여 유의미한 영향이 있음을 밝힌 바 있다. 본 연구에서 집중 혹은 휴식이라는 상황은 특정 시간 이상 지속되어야 하므로, 순간적인 반응을 살피는 피부전기 반응을 제외한 뇌파 신호와 심전도 신호를 이용해 분석하는 것을 제안한다.

둘째, 행동적 단계에서의 감성적 반응은 과제 수행 성취도를 통해 평가할 수 있다. 여기서 ‘과제 수행 성취도’란 ‘행위적 평가 및 관찰 방법에서 사람이 주어진 정보에 대해 이해하고, 분석하여 답을 찾아나가는 일련의 사고 과정의 효율성’이라고 정의한다. 이러한 과제 수행 성취도를 통해 색상 혹은 조명 색상을 평가한 연구들(예: 백승헌, 정인영, 신화영 & 김정태,2009; Knez,1995; Mehta & Zhu,2009; Stone,2001)을 살펴보면 수행 과제의 종류가 언어 이해력부터 기억력, 수리 도형 문제 등으로 다양한 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 활동 유형 3인 휴식 상황에서의 행동적 단계의 평가는 ‘체감 시간과 실제 시간의 차이 측정’을 제안할 것이다. 이는, 과제를 수행하게 할 경우, 휴식 상황이 아닌 집중 상황이 되기 때문이다. 동일한 시간에 대해 인지되는 소요 시간이 다를 경우, 조명 색상에 따라 휴식 시간이 얼마나 짧게 혹은 길게 느껴졌는지 알 수 있을 것이다. 활동 유형 1인 집중 상황에서는 언어 기억력 평가인 ‘영어 단어 외우기’과제를 다룰 것이다.

셋째, 회고적 단계의 감성적 반응을 측정하는 방법으로는 설문을 통한 자가 보고(self-report) 방식이 일반적이다. 조명 색상 평가를 위한 한국어 감성 어휘는 장준호, 박병철과 최안섭의 연구(2007), 지순덕의 연구(2008), 이진숙, 김원도와 김소연의 연구(2009), 그리고 우승현의 연구(2010) 등에서 제안된 자료를 살펴볼 수 있다. 그런데, 기존의 연구들에서 개발된 감성 어휘들은 조명이 갖는 감성 이미지나 선호도를 알고자 하는 목적으로 개발된 것들로서, 본 연구 목적에 맞는 자가 보고 평가용 평가 항목을 ‘기본적인 조명 색상에 대한 사용자의 선호도’, ‘가시적 편안함 정도’, ‘익숙함 정도’, ‘자연스러움 정도’, ‘주어진 상황 (휴식 혹은 집중)에 대한 적합도’라고 개발하였다([표 1] 참조).

[표 1]

상황 별 인지 3단계에 따른 조명 색상 평가

4.1. 실험 목적 및 방법

4.1.2. 실험 1 의 방법

4.1.2.1. 실험참여자

실험 1에서는 색맹 혹은 색약이 없는 교정시력 0.70이상의 남자 11명과 여자 7명 등 총 18명이 참여하였다(평균나이: 23.22세, 표준편차=2.48세). 실험 전에는 숙면을 취하고, 실험 전 4시간 전부터는 카페인 섭취를 자제해 달라는 주의사항을 전달하여 모든 실험 참여자가 생리적 반응을 수집하기에 적합한 상태가 되도록 하였다.

4.1.2.2. 실험 자극물

실험실은 직사각형의 방으로 벽면과 가구는 모두 무채색으로 구성하였고, 피험자가 벽면을 보고 앉을 수 있도록 편안한 의자와 책상을 방 중앙에 배치하였다. 조명은 이엠오 시스텍 (EMO systec)사의 소프트웨어를 사용해 R, G, B값으로 색상을 조정할 수 있는 LED 조명 기기가 사용 되었는데, 피험자가 의자에 앉았을 경우, 직접적으로 광원이 보이지 않도록 하였다. 또한, 조도의 영향을 최소화하기 위해 고정 조명으로 LED 스탠드를 사용자 책상 위에 설치하고, 피험자들이 실험 상황에서 지루해지지 않도록 돕기 위한 디지털 액자도 설치하였다. 디지털 액자에는 자극적이지 않은 영상 콘텐츠를 재생하였다([그림 3] 참조).

평가에 사용될 자극 조명 색상은 빨강(이하 red), 초록(이하 green), 파랑(이하 blue), 노랑(이하 yellow), 청록(이하 cyan), 보라(이하 puple), 하양(이하 white), 주황(이하 orange)과 조명이 꺼져있는 소등(이하 off)상태을 선정하였다. [표 2] 는 피험자의 책상 위에서 미놀타사의 색차조도계 CL-200로 측정한 각 자극 조명의 CIE 색도 좌표 값(chromaticity coordinates values)²⁾과 조도(illumination), 주파장 및 순도를 명시하고 있고, [그림 4]는 색도 좌표 값을 색도도(chromaticity diagram)에 나타낸 것이다. 측정된 값은, LED 자극 조명과 스탠드 조명의 빛이 합산된 결과이다.

[그림 3]

실험 1의 환경 (자극조명 : cyan)

[표 2]

자극 조명의 CIE 색도좌표, 조도, 주파장, 순도

[그림 4]

자극 조명의 CIE 색도도에서의 위치

4.1.2.3. 사용자 평가

첫째, 조명 색상이 휴식 상황에 적합한 감성을 생리적으로 유도하는지 파악하기 위해 EEG데이터를 락싸(LaxthaTM)사의 Poly G-I제품을 이용해 수집하였다. 측정 전극은 10/20 국제 전극 배치법(International 10/20 system)기준 두피 8부위(Fp1, Fp2, F3, F4, T4, O1, O2)에 부착하였고, 기준전극(Reference electrode)은 오른쪽 귓볼 뒤, 접지 전극(Ground electrode)은 왼쪽 귓볼 뒤에 부착하여 수집하였다([그림 5] 참조).

[그림 5]

EEG 전극 부착 위치

수집된 데이터는 256Hz 샘플링 주파수, 12bit AD 변환(Analog-Digital Converter)후 락싸의 텔레스캔(Telescan) 프로그램에 의해 컴퓨터에 저장되었다. 변환된 데이터에서 각 채널 별 상대 파워(Relative Power)를 분석하였는데, 특히 편안함의 정도를 나타내는 알파파 비율([7.5~13Hz] / [3.5~50Hz])을 관찰하였다. ECG데이터는 양 손목에 전극을 부착하여 수집되었다. 수집된 ECG파형에서 R-peak의 간격을 측정하여 시계열 데이터로 변환한 뒤, FFT(Fast Fourier Transform)처리를 통해 변환한 데이터에서, 부교감 신경 활성도를 나타내는 고주파 비율([0.15~0.40Hz] / [0.04~0.40Hz])을 관찰 하였다.

둘째, 행동적 단계의 반응을 평가하기 위해 휴식 환경에서 피험자들이 조명 색상별로 느껴지는 소요 시간을 관찰하기 위해 일정 시간 휴식 및 조명 색상 자극 후 소요 시간을 예상하여 초 단위로 기입하도록 하였다.

셋째, 휴식 상황에 적합하다고 심리적으로 평가 되는 조명 색상을 파악하기 위해 피험자들에게 3장에서 설계한 휴식 상황에서의 조명 색상 평가 항목인 선호도, 가시적 편안함, 익숙한, 자연스러움, 휴식상황 적합도에 자가 보고 방식으로 평가하도록 하였다. 이를 위해 [표 3]의 감성어휘를 사용하여 설문을 구성하였다. 각 평가 항목에 대해서 -2점에서 2점까지의 5점 리커트척도를 이용해 평가하도록 하였다

[표 3]

실험 1에서 제시된 평가 항목 및 감성 어휘

4.1.2.4. 실험 진행

실험 시작 전 귀걸이, 목걸이 등 금속으로 된 제품들을 제거하도록 하였다. 실험에 대한 오리엔테이션을 진행하며 뇌파 및 심전도 전극을 두피와 손목에 부착하였다. 실험은 자극 조명 아래에서 휴식(2분 내외), 체감(인지) 시간 및 설문에 대한 응답(15초), 암순응(15초)의 순서로 자극 조명을 달리해 가며 9번 반복하였다. 휴식의 시작과 끝은 실험 진행자가 알려주는 방식으로 진행 하였는데, 휴식 후 설문에 응답하도록 하고, 다음 자극 조명에 대한 휴식시간이 시작되면 응답을 멈추고 휴식을 취하도록 하였다. 총 실험 시간은 35분 내외였다.

4.2. 실험 1의 결과 및 분석

4.2.1. 본능적 단계에서의 평가 결과

조명 색상 별 알파파 비율 및 부교감신경 활성도의 결과는 [표 4]와 같았다.

[표 4]

조명 색상별 알파파 및 부교감신경 활성도의 산술평균값 (N= 18)

알파파 비율 데이터를 반복측정하여 일원분산분석한 결과 색상 별 차이는 유의미하지 않았으며[F= .393, p >.05] 부교감신경 활성도 데이터 또한 유의미한 차이가 관찰되지 않았다[F= .983, p >.05]. 하지만, 부교감신경 활성도의 경우 사후 비교 분석을 실시한 결과 조명이 꺼져 있는 상태(off)와 조명 색상(red, orange, cyan, white)사이에서 유의미한 차이가 있었다[p <.05]. 이와 같은 결과는 전체 조명이 암전된 상태에서 조명 색상이 red, orange, cyan, white일 때 보다 신체가 각성된다는 결과를 보여준다. 이러한 결과는 휴식, 취침 등 인지 부하 및 집중 정도가 낮은 활동일수록 낮은 조도를 권장하는 산업 규격 조도(산업 표준 조도 기준(KS A 3011), 1998)의 것과 상충되는 결과이다. 이는 전체 조명 암전이 아닌, 부분 조명만 있는 조명 환경이라, 결과적인 조도 값은 낮아도, 주변에 비해 조도가 높으면 오히려 각성 효과가 일어날 수 있다는 점을 예측할 수 있다. 조명 색상별 부교감신경 활성도의 통계적 유의차는 없었으나, 정우석 등(2004)과 Gerald(1957)의 연구와 마찬가지로 한색 계열인 cyan이 생리적으로 이완에 도움이 되는 경향성을 보였다. 또한 red나 orange색상이 yellow보다 이완에 도움이 되는 경향성은Noguchi와 Sakaguchi(1999)의 연구에서 보여준 높은 색온도(5000K)보다 낮은 색온도(3000K)가 휴식에 도움이 된다는 결과와 일관된 결과이다.

4.2.3. 회고적 단계에서의 평가 결과

주어진 조명에 대해 주관적인 평가에서는 다섯 가지 평가 항목 점수의 색상 별 평균 값을 다음 [표 5]에 제시하고 있다. 선호도에 대한 조명 색상별 차이는 반복측정 일원분산분석한 결과 유의미하였다[F= 3.54, p <.05]. 가시적 편안함 [F= 10.05, p <.05], 익숙함 [F= 9.34, p <.05], 자연스러움 [F= 9.95, p <.05], 적합도 [F= 9.81, p< .05] 등 자가 보고를 실시한 5가지 항목에서 모두 조명 색상별 차이는 유의미한 것으로 나타났다. 다섯 가지의 모든 항목 사이에 양의 상관관계가 나타나 (p <.05), 모든 평가 항목에서 높은 점수를 얻을수록 만족감이 높을 것으로 예측되므로, ‘평가 종합’항목을 모든 항목 점수의 합으로 나타내었다. 평가 종합 항목을 보면, 전체 조명이 암전된 상태가 가장 높은 점수를 기록했다. 다음으로는 yellow, white, orange 순으로 난색 계열에 높은 점수를 주었지만, 빨강(red)은 최하 점수를 기록했다.

이러한 결과는 암전되어 어두운 상태가 휴식 상황에 적합할 것이라는 일반적인 생각과 일치하며, red, green, blue와 같은 LED의 기본 색상들이 2차 색상인 yellow, cyan, purple보다 전반적으로 저조한 점수를 기록했다는 점이 흥미롭다. 이는 기본 색상들이 더 자극적이며, 자극적인 조명이 휴식 상황에 적합하지 않을 것이라 판단했다고 생각된다. 또한, green과 cyan색상의 경우 선호도와 가시적 편안함에서는 좋은 점수를 얻었으나, 익숙함과 자연스러움이라는 경험적 평가에서 저조한 점수를 얻었고, 더불어 휴식 상황에서의 적합도에서도 좋지 못한 점수를 얻어서, 사용자들이 휴식 상황에는 경험적으로 익숙하고, 자연스러운 조명이 적합하다고 해석할 수 있다.

[표 5]

조명 색상별 설문 결과

4.3. 실험 1에서의 발견점 및 논의

참여자 수가 충분하지 않아 유의미한 수준은 아니었지만 생리적 반응인 알파파 비율과 행동적 단계의 측정치인 인지 시간 오차 값은 강한 양의 상관관계를 관찰할 수 있었다[r= 0.49, p >.05]. 또한, 부교감신경 활성도와 인지 시간 오차 값 또한 약한 양의 상관관계를 관찰할 수 있었다[r= 0.29, p >.05]. 즉, 조명 색상에 대해 휴식상황에서의 사용자들의 본능적 단계와 행동적 단계 반응은 일관성 있는 경향성을 가진다고 볼 수 있다. 이 두 단계에서는 모두 yellow보다 orange 혹은 red가 휴식 상황에 적합하다는 결론을 얻을 수 있었고, 같은 한색 계열 임에도 cyan과 blue 사이의 반응에 다소 차이가 있는 결과를 확인 할 수 있었다. Cyan과 blue에 대한 반응의 차이는 같은 한색계열임에도 다른 결과를 보이는 것이라 흥미로운데, 이는 기존의 연구들 중에는 cyan과 blue를 직접 비교한 연구가 없다는 점에서, 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.

휴식 상황에서 사용자들의 본능적 단계와 행동적 단계의 반응들이 같은 경향성을 가지는 것과 다르게, 회고적 단계의 반응은 그 둘과 다른 경향성을 가지고 있었다. 행동적 단계 반응인 인지 시간 오차 값과 평가 종합 항목 값 사이에는 강한 음의 상관관계를 관찰할 수 있었다[r= -0.54, p >.05]. 이는 본능적 단계인 알파파 비율과 회고적 평가 종합[r= -0.43, p >.05] 및 부교감신경 활성도와 회고적 평가 종합 사이에서도 동일한 양상을 나타냈다[r= -0.39, p >.05]. 그러나 회고적 단계에서는 본능적, 행동적 단계의 반응과는 상이하게도 사용자들은 red색상을 yellow색상 보다 휴식 상황에 적합하지 않다고 판단했다. 특히 orange와 yellow는 다른 한색 계열의 조명 색상보다 높은 점수를 주었음에도, 같은 난색 계열인 red에는 최하의 점수를 주었다는 점은 행동적, 생리적 반응은 그렇지 않을지라도, 기존의 조명 기기로는 체험할 수 없는 낯설고, 자연스럽지 않은 조명 색상이 심리적으로 안정된 느낌을 주기 어렵다는 점을 보여준다.

휴식 상황에서의 인지 단계별 조명 색상에 대한 반응들을 살펴본 결과, 사용자들이 의식적으로 판단하는(회고적 단계의 인지 반응) 휴식상황에 적합한 조명 색상과, 행동적 그리고 본능적 단계에서의 인지 반응으로 살펴본 적합한 조명색상에 차이가 있음을 확인할 수 있다.

5.1. 실험 2의 목적 및 방법

5.1.2. 실험 2의 방법

5.1.2.1. 실험 참여자

실험 1과 동일한 대학생이 참여하였다.

5.1.2.2. 실험 자극물

실험 환경 및 자극 조명 색상은 실험 1(휴식 상황)과 같았으나, 책상 위의 디지털 액자대신 과제 제시용 A4용지가 지급 되었다([그림 6] 참조).

5.1.2.3. 사용자 평가

실험 1에서와 같이 세 가지 인지 단계별로 사용자 평가를 진행하였다. 첫째, 조명 색상이 집중 상황에 적합한 감성을 생리적으로 유도하는지 파악하기 위해 실험 1과 같은 방법으로 EEG데이터를 수집하여 집중의 정도를 나타내는 SMR(Sensory Motor Rhythm)파 비율([7.5~13Hz] / [3.5~50Hz])과 각성도를 나타내는 하이베타(High-Beta)파 비율([20~30Hz] / [3.5~50Hz])을 관찰하였다. ECG데이터 또한 실험 1과 같은 방법으로 수집한 후 교감 신경 활성도를 나타내는 저주파 비율([0.04~0.14 Hz] / [0.14~0.40 Hz])을 관찰 하였다.

둘째, 사용자를 집중 상황으로 만들어 주는 목적과 함께, 행동적 차원에서의 조명의 영향을 알아보기 위해 영어 단어를 이용한 암기 및 회상 과제(recall test)를 실시하였다. 대학생 이상 수준의 고급 영어 단어 34개를 제한 시간(2분)동안 외우게 하고, 제시된 단어와 제시되지 않았던 단어가 섞인 여덟 개의 영어 단어 리스트에서 제시되었던 단어를 고르게 하는 것(15초)으로 과제를 구성하였다.

셋째, 집중 상황에 적합하다고 심리적으로 평가 되는 조명 색상을 파악하기 위해 피험자들에게 3장에서 설계한 휴식 상황에서의 조명 색상 평가 항목인 선호도, 가시적 편안함, 익숙한, 자연스러움, 집중상황 적합도를 실험 1과 같은 방식으로 평가하였다.

[그림 6]

자극 조명이 구현된 모습

5.1.2.4. 실험 진행

실험은 제시된 영어 단어 외우기(2분) 후 조명이 꺼진 상태에서 제시되었던 단어 체크하기 및 암순응(15초) 순서로 자극 조명을 달리해 가며 9번 반복하였다. 단어 외우기의 시작과 끝은 실험 진행자가 알려주는 방식으로 진행 하였는데, 외우는 시간이 끝나면 암기 확인 문제에 응답하도록 하였다. 총 35분 내외가 소요되었다.

5.2. 실험 2의 결과 및 분석

5.2.1. 본능적 단계에서의 평가 결과

각성 정도를 나타내는 하이베타파 비율과 교감신경 활성도 비율 사이의 관계를 분석한 결과([표 6] 참조) 유의미하지는 않지만 양의 상관관계가 관찰되었다(r= 0.43, p >.05). 이는, 같은 각성도를 측정하는 지표들의 결과에 신뢰성이 있다고 말할 수 있다.

[표 6]

조명 색상 별 SMR파, 하이베타파, LF비율

SMR파 비율 데이터를 반복측정 일원분산분석한 결과 색상 별 차이는 유의미하지 않았다[F=.376, p >.05]. 하이베타파 비율 데이터[F= 1.07, p >.05]와 교감신경 활성도 데이터[F= .949, p >.05] 또한 유의미한 차이가 관찰되지 않았다. 그러나, 하이베타파 비율의 경우 사후 비교 분석결과 조명이 꺼져있는 상태(off)와 조명 색상 green, white사이, 조명 색상 red와 orange, yellow사이, orange와 purple사이, cyan과 white 사이에서 유의미한 차이가 있었다[p <.05]. 교감신경 활성도 또한 사후 분석 결과 조명이 꺼져 있는 상태(off)와 조명 색상 yellow, green 사이에서 유의미한 차이가 있었다[p <.05].

이와 같은 결과는 조명이 암전된 환경에서는 다른 조명 색상이 있을 때보다 생리적으로 각성이 되지 않는다는 것을 의미한다. 또한 red의 경우 orange, yellow와 같은 난색 계열 임에도 하이베타파 비율에서 유의미하게 orange와 yellow보다 높은 각성 효과를 갖는 것을 확인할 수 있다. 이는 기존의 난색 계열의 조명 색상이 각성에 도움이 된다고 하는 연구들(정우석 등, 2004; Gerald, 1957)과 같은 결과이나, 같은 난색 계열 내에서도 orange, yellow와 red색상과의 차이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

5.2.2. 행동적 단계에서의 평가 결과

조명 색상이 과제 수행 성취도에 미치는 영향을 파악하기 위해 영어 단어 외우기 평가 결과에서 정답률을 추출 하였다. 추출된 정답률을 다시 색상 별로 평균을 내어, 색상별 비교가 가능하도록 하였다([표 7] 참고).

[표 7]

조명 색상별 정답률

정답률의 전체 평균값은 77.15%(SD=5.39)였다. 조명 색상별 정답률 차이는 반복측정 일원분산분석을 실시한 결과 유의미하지 않았으나[F= 2.38, p >.05], 사후 분석 결과, 조명이 소등된 상태와 다른 조명 색상 모두의 사이에서 유의미한 차이가 있었다.

이는 집중 상황에서 과제를 수행하는 피험자들에게는 전체 조명이 소등되고 주변 국부 조명만 있는 환경이, 전체 조명이 있을 때 보다 과제 수행 성취도가 높아진다는 것을 의미한다. 또한 통계적으로 유의하지는 않으나 green을 포함한 한색 계열의 조명 색상이 난색 계열에 비해 높은 성취도를 보임으로써, 높은 색온도의 광원(7,300K)이 낮은 색온도의 광원(3,800K)보다 과제 수행 성취도가 높아진다는 기존의 연구 결과와 같다. (백승헌, 정인영, 신화영, & 김정태, 2009)

5.2.3. 회고적 단계에서의 평가 결과

선호도에 대한 조명 색상별 차이는 반복측정 일원분산분석한 결과 유의미하였다[F= 22.22, p <.01]. 눈부심[F= 5.45, p <.01]. 익숙함[F= 20.55, p <.01], 자연스러움[F= 20.38, p <.01], 적합도[F= 17.32, p <.01] 등 자가 보고를 실시한 다섯 가지 항목에서 모두 조명 색상별 차이는 유의미한 것으로 나타났다.

[표 8]에 제시된 바와 같이, 평가 종합 항목을 보면, 조명 색상 white가 가장 높은 점수를 기록했다. 다음으로는 조명이 off된 상태가 높은 점수를 기록하여, 조명에 색상이 있는 것 보다 무색인 경우를 사람들이 더 집중 상황에 적합하다고 평가하였다. 다음으로는 yellow, green, orange 순으로 난색 계열에 높은 점수를 주었지만, red는 최하 점수를 기록해, 같은 난색 계열임에도 다른 양상을 나타내었다. 한색 계열의 색상과 난색 계열의 색상이 ‘집중 상황 적합도’에서 점수 차이가 크지 않음을 확인할 수 있는데, 이것은 7,000K의 높은 색온도광원이 3,000K의 낮은 색온도의 광원보다 주의 집중 및 학습 의욕을 증진시키는 데에 높은 평가를 받았다는 기존 연구(지순덕 & 김채복, 2011)와 다르다. 하지만, 기존 연구는 푸른빛을 띄는 정도의 높은 색온도가 아니라 흰색 정도였다는 점에서는 본 연구에서 white와 난색계열을 비교했을 때 뚜렷한 차이점이 보인다는 점이 같은 결과라고 사료된다.

[표 8]

조명 색상 별 설문 평가 결과

5.3. 실험 2에서의 발견점 및 논의

집중 상황에서의 인지 3단계에 따른 실험 결과에 따른 주요 발견점은 다음과 같다. 먼저, 교감신경 활성도와 영어 단어 시험 정답률 사이에서 유의미한 강한 음의 상관관계가 나타났다[r= -0.78, p <.05]. 이는 사용자들의 과제 수행 성취도가 높고, 의식적 생각이 그러할 지라도, 생리적으로는 오히려 덜 각성이 되었다는 점이 흥미롭다. 더불어, 행동적 단계 반응인 영어 단어 정답률과 회고적 단계의 반응인 자가 보고 평가 종합 항목 사이의 관계는 양의 상관관계[r =0.41,p>.05]가 관찰되었다. 이 결과는 설문을 통해 집중 상황에 도움이 되는 조명색상이라고 평가 되면, 실제 과제 성취도에서 높게 나온다는 것을 의미한다.