원룸 평면 구성에 따른 자율신경계 반응 : 사례조사 기반의 10 개 평면 유형을 중심으로
Autonomic Responses Related to the Floor Plan Configurations of One-room Units:
Focus on 10 Types of Floor Plan Configurations
명지연
1 ,
김규범2 ,
전한종3
†Jee-Yeon Myung 1 , Kyu-Beom Kim 2 , Han-Jong Jun 3 †
Abstract
1)The aim of this study was to verify differences in autonomic responses that are affected by the configurations of one-room type units using an electrocardiogram (ECG). Accordingly, 43 one-room units that were collected randomly were classified into ten different types of floor plan configurations mainly according to the location of the bathroom and kitchen. An ECG was subsequently measured for each plan type and the average ratio of the LF/HF (Power in low frequency range/Power in high frequency range) was calculated to measure the comfort level of each space. The results revealed a significant statistical difference between the average LF/HF ratio between the plan types (p < 0.05) and provided compelling evidence suggesting that the configuration of the plan may affect the quality of one-room space. This approach appears to be effective in counteracting stress that may exacerbate psychological disorders in single person households.
Key words: Single Person Household, Indoor Living Space, One-room, Floor Plan Configuration, Autonomic Responses, ECG
요 약
본 연구의 목적은 심전도를 활용하여 원룸형 평면 계획 구성에 따른 자율신경계의 반응을 측정하는 것이다. 지금까지 의 생리 신호는 대부분 제한된 건축요소에 대해 개별적으로 측정되었고 , 이 결과들은 실제의 전체 원룸공간에서 측정된 데이터와는 차이가 있다. 그러므로 보다 동적인 환경에서 인간의 감성을 추출하고자 본 연구를 수행했다 . 먼저, 무작위 로 수집 된 43 개의 원룸은 욕실과 주방의 위치에 따라 10 가지 유형의 평면 구성으로 분류되었다. 그 다음 건강한
10명의 피험자로부터 평면 구성 변화에 따른 자율신경계의 반응을 측정하였고, 쾌적성 및 선호도에 대한 주관 평가가
시행되었다. 결과적으로 평면 구성 따른 유형별 LF/HF의 평균 비율에는 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p <0.05).
본 연구 결과는 평면의 구성이 원룸의 공간의 질에 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여주는 확실한 증거를 제공하며, 이 접근법이 일인가구의 정신 질환을 악화시킬 수 있는 스트레스를 해소하는 데 효과적임을 제시한다. 앞으로 피험자수 를 늘려 보다 정확한 통계적 분석을 하고자 한다.
주제어
: 1
인 가구,
실내거주공간,
원룸,
평면구성,
자율신경계,
심전도※ 이 논문은 2019년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(NRF-2017R1A2B4010851).
1
명지연: 한양대학교 서울캠퍼스 건축학과 박사과정2
김규범: 한밭대학교 산업경영공학과 석사과정3
†(교신저자) 전한종: 한양대학교 서울캠퍼스 건축학과 정교수 / E-mail：[email protected] / TEL：02-2220-1796Vol.22, No.2, pp.101-108, 2019
https://doi.org/10.14695/KJSOS.2018.22.2.101
1. 서론
감성공학은 디자인을 위한 중요한 감성데이터를 제 공한다는 점에서 최근 많은 관심을 받았다. 감성공학 은 인간의 감성을 정량화하고 제품 또는 환경 디자인 에 적용하는 분야이다. 이러한 특성으로 인해인간-컴 퓨터 상호작용 Computer Interaction (HCI), 인지 공학 Cognitive Engineering, 산업공학과 같은 다양한 분야 에서 사용(Sanders & McCormick, 1993)되었을 뿐만 아니라 공간 디자인과 건축 학계에 적용 가능한 잠재 적인 방법론으로 연구되었다(Choi, 2001; Korean Institute of Interior Design, 2009). 그러나 대부분의 연 구가 설문조사를 기반으로 했기 때문에 너무 주관적 인 것으로 판명되었다 (Lee et al., 2017). 객관성을 얻 는 한 가지 방법은 심전도(Electrocardiogram, 이하
ECG)와 같은 생리학적인 데이터를 사용하는 것이다 .
그 후, 다양한 분야에 ECG를 기반으로 한 광범위한 연구가 수행되었다. 예를 들어, Kim et al. (1999)은 심 전도를 활용하여 자동차 속도 변화에 따른 자율신경 계 반응을 연구했으며, Min et al. (2000)은 저속과 고 속 운전 중 향에 따른 사용자 반응 측정에 심전도가 사용 될 수 있음을 보여 주었다. 최근에는 Lee et al.
(2015) 이 실내 공간에서 색온도가 미치는 영향 분석에
심전도를 활용했으며 , Kim et al. (2017) 역시 주거 공 간 내 주의 집중에 색채와 색온도가 미치는 영향 분석 에 심전도를 활용했다. 그러나 공간 디자인과 건축에 적용 가능한 심전도의 감성 정량적 특성이 수년전에 입증되었음에도, 심전도를 활용한 적절한 평면 구성 에 대해서는 거의 관심을 기울이지 않았다. 본 논문은 ECG를 활용하여 평면 구성이 인간에 미치는 생리적 영향을 분석한다. 이 목적을 달성하기 위해 사례조사 를 통해 10가지 유형의 원룸 평면 구성을 제시했다.
이 유형을 기반으로 ECG를 사용한 실험 준비를 설명 한다 . 뇌파를 활용한 본 실험은 원룸의 평면 구성이 사용자의 이완/긴장에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지 를 보여주는 중요한 지침을 형성한다.
2. 이론적 배경
2.1.
영상 자극물:
원룸 평면 유형 관련 이론ECG 측정을 위한 자극물은 Table 1 에서 나타난 바 와 같이 선행 연구를 토대로 한 10 가지 평면 유형이다 . Lee (1995)는 원룸이 유일한 설비 요소인 욕실 (B)과 주
방(K)의 위치에 따라 유형화될 수 있음을 밝혔다. 그 후 욕실과 주방 위치에 따른 원룸 유형화와 관련된 연 구가 다수 진행되었다(Lee et al., 1999; Han and Yoon,
2011). 그러나 대부분의 연구가 10년 전에 수행되었으
므로, 본 연구는 원룸 평면에 따른 자극물을 선정하기 위한 사례조사를 포함한다. 사례조사는 서울에 위치한 H 대학 역 주변이었으며 , 본 지역은 원룸을 찾기에 좋 은 장소로 자주 제안되었다 . 총 43 건의 사례가 수집되 어 앞에서 언급 한 범주를 기반으로 분석되었다.
결과적으로 10개의 평면 유형(평면 A-J)이 제시되 었으며, Unreal Engine을 사용하여 구축되었다 . Unreal Engine은 전반적인 게임 환경을 제공하는 통합형 게 임 엔진으로 리얼타임 워크플로우와 뛰어난 시각화 기능으로 인해 건축과 디자인 및 제조 분야에서도 각 광받고 있는 미들웨어 솔루션이다. 총 10 개의 공간이 ECG 실험을 위해 영상으로 제작되었다. 이는 실험 결 과에 영향을 줄 수 있는 요인 통제를 위함이다. 모든 영상은 Fig. 1 의 동일한 플롯으로 기록되었다 . 최종적 으로 구성된 시각 자극(평면구성에 따른 영상, 20분) 은 삼성 LCD 모니터 (2043 swxPlus)를 통해 피험자에 게 제시되었다. 재생 소프트웨어는 window 10에서 제 공하는 영화 및 TV 동영상 플레이어가 사용되었다.
피험자와 모니터 사이의 거리는 약 70cm, 시선 높이 는 모니터의 중앙과 평행하도록 모든 피험자에 대해 균일하게 유지되었다 (Kim et al., 2016).
Fig. 1. The stimuli recorded protocol
2.2.
측정도구: ECG관련 이론
2.2.1. 생리신호 측정
본 연구는 자율신경 밸런스를 나타내는 지표인 심 전도 R-R 간격 변동(Heart Rate Variability, 이하
HRV) 스펙트럼 구성요소의 LF/HF의 비율로 각성/이
완을 정의한다. LF/HF 비율은 교감신경계와 부교감신
경계로 분리한 자율신경 활동 평가가 가능해 대단히
유용한 지표로 확인되었다(早野順一郞, 1988). 또한
해석이 간편하고 비침습적인 자율신경기능 평가법이
Table 1. Types of the proposed stimuli according to the floor plan of One-room
Type A Type F
Type B Type G
Type C Type H
Type D Type I
Type E Type J
*K = Kitchen, B = Bathroom
라는 특성으로 인해 LF/HF 값을 이용한 많은 연구가 보고되었다(No & Jeong, 2010; Cho et al., 2018). 본 연구에서도 각성/이완에 따른 자율신경계 밸런스를 측정하기 위해 HRV의 스펙트럼을 선택했으며 요소 파 해석을 통한 LF성분과 HF성분 분리에는 Labchart 프로그램이 사용되었다.
LF/HF의 값은 피험자가 각성될수록 높아지며 , 이완
될수록 낮아진다 (矢永尙士 & 西村敏博, 1991). 이는
LF/HF 의 값이 낮을수록 이완되어 편안한 공간임을
의미한다. 피험자의 각성/이완 수준을 측정하기 위해 Biopac System사의 MP30을 사용하였으며, sampling rate는 1000Hz, LF(0.04~0.15) HF(0.15~0.4) 대역으로 설정하여 측정했다. 심전도 측정의 전극 부착부위는 참조 전극 +전극과 대칭되는 우 흉부에 부착하였고 , +/- 전극은 각각 좌 흉부와 흉골 최상부에 부착되는
CM5 유도법을 사용했다. CM5 유도법은 흉부 6 도출
법에 있어서 V5의 위치와 흉골상에 전극을 배치하는
것으로서 QRS 파가 크게 기록되어 R파 검출이 쉬우 며 심전도 기록에 일반적으로 사용되는 방법이다.
2.2.2. 주관적 평가
본 연구는 평면 구성에 따른 감성 변화에 대한 주관 적 평가를 위해 정규화순위법을 사용했다. 정규화 위 법은 각 자극에 순위를 매겨서 상호 비교하는 방법으 로 자신이 설정한 기준에 대해서 자극 별 합치 정도를 확인할 수 있다(Min, 2010). 또한 비교법에 비해 피험 자에게 강제적인 부담이 적고 분석을 위한 계산 량이 적어 실험 실시가 쉽다는 장점이 있어 많은 연구에서 사용되었다. 본 연구에서도 평면구성에 따른 감성 변 화를 측정하기 위해 정규화순위법을 선택했다.
다만 정규화순위법은 분석 정도가 비교법만큼 높지
않고 또 모든 자극물에 대한 동시 제시가 필요해 실험
에 주의가 필요하다는 단점이 있다. 따라서 평면 구성
영상에 따른 생리신호의 측정이 끝난 후 주관 평가를
실시했으며 모든 자극은 한 화면에 다시 제시되었다 .
3. 연구방법 및 절차
3.1.
심박변이도(HRV)
신호 검출 실험본 연구에 참여한 피험자는 자율신경계의 이상으로 인한 심장 질환, 당뇨병 , 고혈압 , 저혈압 등의 질환이 없고 과거 병력이 없는 남자 10 명이다. 각 피험자는
실험 24시간 전부터 자율 신경계에 영향을 미칠 수 있
는 담배 , 음주, 약물, 카페인 등의 음식물 섭취를 금했 으며, 실험 전날 충분한 숙면을 취하도록 안내되었다.
실험은 H 대학에 위치한 실드룸(Shield Room, 이하 실 드룸)에서 실시했다 . 이는 실험결과에 영향을 줄 수 있 는 외부 전자파 차단을 위함이다. 실험실 환경은 내부 온도 25±2.1°, 습도 36~40%로 동일하게 유지되었다.
실험에 앞서 생소한 실험 환경에서 피험자의 심리 적 안정을 유도하기 위하여 휴식을 취하도록 하였다 . 휴식 후 피실험자에게 10 개의 평면 구성 자극과 전체 실험에 대한 설명을 하며, 전극을 부착했다. 전극 부 착 후, 눈을 감은 상태로 3분간의 초기 안정 뇌파를 측정했다. 그 후 10개의 자극물은 각각 1분 씩 제시되 었고, 자극물 사이에는 1 분 간 흰색 화면을 배치했다.
절차의 중간에 흰 화면을 삽입하는 것은 자극 간의 영 향을 최소화하기 위한 것이다. 이 두 단계를 10 번 반 복하여 생리신호를 측정했으며, 이후 설문지 평가가 실시되었다.
Place Temperature Humidity
Shield Room 25±2.1° 36~40%
Table 2. Environment of the laboratory
Fig. 2. Procedure of an experiment
3.2.
분석 방법3.2.1. 생리신호 분석
추출된 데이터는 평면 구성에 따른 자율신경계 변화 가 있는지를 결정하기 위해 IBM SPSS Statistics 21를 사용해 통계적으로 처리되었다. 평면 유형 (floor plan A에서 J) 사이의 긴장 /이완 수준의 차이를 평가하기 위 해 변량 분석이 사용되었다. 사후 분석으로는 Pairwise comparisons (LSD)이 사용되었으며, p <0.05이면 유의 미 한 차이가 있다고 가정했다 .
3.2.2. 주관평가 분석
평면 구성에 따른 원룸쾌적성 및 선호도에 변화가 있는지를 결정하기 위해 설문지가 시행되었다. 수집된 설문지는 Excel 2016을 사용해 통계적으로 처리되었 다 . 평면 유형 (floor plan A 에서 J) 사이의 쾌적성 및 선 호도의 차이를 평가하기 위해 정규화순위법이 사용되 었다. 사후 분석에는 분산(S²)값이 사용되었으며, t<t𝅔
(t𝅔=1.729)이면 유의미 한 차이가 있다고 가정했다 .
1)2)
4. 연구 결과 및 논의
본 연구의 전반적인 목적은 평면구성에 따른 사용자 의 반응을 측정하는 데 있다. 자료를 수집하기 위해 생
1)
분산(S² )식에서 K l
은 편차율을 의미한다. 편차율K l
란, 각 자극에 있어서 백분위 값의 값이 전체의 백분위 값의 평균 값
l로부터 어느 정도 떨어져 있는 지를 나타내기 위한
것으로 정규 분포표를 이용해서 구할 수 있다. 정규분포표에 서 값의 소수점 둘째 자리까지를 행으로 선택하고 소수점 셋 째자리까지를 열로 선택한다. 그 교점에 있는 수치가
K l
이 된다. 다음으로 수식에 포함된R
은 척도 값을 의미한다. 척 도값R
은 각 자극의 평가 기준에 일치하는 정도를 나타내는 것으로, 이 값을 이용하는 것으로1개의 척도 위에 각 자극을
나열할 수 있다. 즉, 이 척도 값의 크기 순번이 이 실험으로 조사한 것의 기준에 일치하는 순번을 표시한다.2) 유의수준 확인( t𝅔 )식에서는 앞서 구한 분산( S² )값과 Rx –Ry
을 사용한다. 여기서Rx
란 자극x
의 척도 값을 나타내며, 마 찬가지로Ry
란 자극y
의 척도 값을 나타낸다. 이를 통해 최 종적으로 구한t𝅔
값이t
값보다 크면 그 유의수준에 있어서「
두 개의 자극 사이에 유의차가 있다」
라는 것을 언급 할 수 있다. 그러나t𝅔
값이t
값보다 작으면 그 유의수준에서는 자극 사이에 유의한 차는 인정되지 않고 그 자극사이에는 통계적으로 차이가 없다고 언급할 수 있다.리 데이터의 측정과 설문지가 실시되었다 . 본 연구에 참여한 피험자는 자율신경계에 이상이 없고 과거 병력 이 없는 대학생 남자 10명이다. 비만으로 인해 생체데 이터 측정이 불가능한 1명을 제외하고 90%의 질문지 가 회수되었으며, 가설을 검증하기 위해 통계적으로 처 리되었다. 영가설은 다음과 같은 형식으로 제시했다.
Ho 1 : 평면구성에 따른 원룸 유형별 주관 평가에
는 유의미한 차이가 없을 것이다.
Ho 2 : 평면구성에 따른 원룸 유형별 생리 데이터
에는 유의미한 차이가 없을 것이다.
4.1.
평면 구성의 정성적 비교 분석 결과4.1.1. 쾌적성
Ho 1: 평면구성에 따른 원룸 유형별 생리데이터에는 유의
미한 차이가 없을 것이다.
Fig. 3. Comparison of ten typed floor plan configuration of one-room and post-hoc test according to the question
｢Feeling comfortable｣
모든 참가자에 대해 가장 쾌적한 평면 유형을 ‘1’
위, 가장 불쾌한 평면을 ‘10’위로 순위 매김 하는 정규 화순위법이 이루어졌다. 평면구성이 원룸 쾌적성 평 가에 유의미한 차이를 보이는지를 알아보기 위하여
분산 (S²)값을 사용했다. 그 결과, 영가설이 기각되었으
므로 t<t𝅔=1.729, 평면구성이 평면 쾌적성에 영향을 미침을 확인했다.
결과적으로 ｢쾌적하게 느껴진다｣는 평면 구성은
Fig. 3과 같은 순번으로 나열 할 수 있다. 이를 통해
｢가장 쾌적하게 느껴진다｣는 평면 구성은 단변진입 3) - 인접 4) -수직 5) -BK 6) 형인 평면 D이며, 반대로 ｢가장 쾌
3) 장변/단변진입형 : 원룸의 진입면 길이에 따라 원룸 주거 평
면은 다음과 같이 나눌 수 있다. 진입하는 면의 길이가 내부 의 면의 길이보다 길 경우 장변형, 이와 반대의 경우를 단변 형이라 한다.4) 인접/분리형 : 화장실( B )과 부엌( K )의 관계에 따라 원룸주거
평면은 다음과 같이 나눌 수 있다.BK
가 인접해 있는 경우 인접형, 이와 반대의 경우를 분리형이라 한다.적하게 느껴지지 않는다｣는 평면구성은 장변진입-인
접-수평 -BK형인 평면 H라는 것이 분명해 졌다.
어떠한 평면 유형 간에 유의미한 차이가 나타났는지 보기 위해 분산(S²)값이 사용되었으며, t<t𝅔 (t𝅔=1.729)이 면 유의미 한 차이가 있다고 가정되었다(t > 1.729). 결 과적으로 평면 H & G, 평면 H & D, 평면 H & A, 평면 H & F 그리고 평면 E & D, 평면 C & A 사이에 유의미 한 차이가 있다는 것이 분명해 졌다 . 따라서 평면 H 는 평면 G, D, A. F와 다르다. 동시에 평면 E와 D 그리고 평면 C와 A 간에는 유의미한 차이가 있다.
4.1.2. 거주 선호도
또한 질문의 의도 차이가 있기는 하였으나 추가적으 로 실시한 선호도에 따른 결과를 보면 ｢거주하고 싶다｣
는 평면 구성은 Fig. 4와 같은 순번으로 나열 할 수 있 다. 결과적으로 ｢가장 거주하고 싶다고 느껴진다｣는 평면 구성역시 단변진입-인접-수직-BK형인 평면 D이 였다. 반대로 ｢가장 거주하고 싶다고 느껴지지 않는다｣
는 평면구성도 쾌적성과 동일하게 장변진입-인접-수평 -BK형인 평면 H로 나타났다.
Fig. 4. Comparison of ten typed floor plan configuration of one-room and post-hoc test according to the question
｢Wanting to stay｣
