인간의 감각을 정량화하는 연구

인간공학연구실(마츠다 연구실)에서는 인간 감각의 정량화(수치화)에 대해 연구하고 있으며, 이를 어떻게 공학에 도입, 응용할 수 있는지에 대해서도 연구하고 있습니다. 특히 소리와 진동을 기반으로 한 '기계-인간-환경'에 관한 연구가 주된 주제입니다.
관련 학문 분야로는 인체공학, 음향공학, 진동공학, 계측공학, 생리학-심리학, 통계학 등이 있다.

1. 진동과 소리의 복합 환경에서의 진동감각과 생체반응에 관한 연구

자동차, 철도차량, 놀이시설 등의 탑승자는 기계적 진동과 소음을 동시에 받는 복합적인 환경에 놓여 있다. 그러나 현재의 진동환경평가 기준은 진동만을 대상으로 하고 있으며, 소리의 영향은 포함되지 않고 있다. 이 연구에서는 차량에서 발생하는 수평 및 전후방향 진동을 대상으로 인체에 진동과 소리를 동시에 가했을 때 진동감각(진동을 인지했을 때 느끼는 크기와 강도의 감각)과 생체반응(심전도, 뇌파 등)을 측정한다. 진동감각과 진동-소리를 구성하는 물리량과의 관계를 실험적으로 검토하고, 진동감각에 미치는 소리의 영향을 정량적으로 평가하는 방법을 확립하는 것을 목표로 합니다.

2. 듣는 상태의 차이와 환경음을 고려한 차량접근경보음 개발

하이브리드 자동차나 전기차 등에 탑재되어 보행자에게 차량의 접근을 알리는 소리를 차량접근경보음이라고 합니다. 이 연구에서는 보행자가 차량 접근을 쉽게 알아차리고 불편함을 느끼지 않는 차량 접근 알림음 개발을 목표로 하고 있다. 그러나 보행 중 스마트폰 사용과 같은 부수적인 행동에 의해 청지각 상태(소리를 인지하는 상태)가 바뀌면 차량 인지에 대한 위험성이 더 높아진다. 이에 본 연구에서는 보행 중 스마트폰 등으로 인한 청력 상태 변화 및 주변 소리(환경음)를 고려하여 보행자에게 보다 안전한 차량 접근 알림음을 개발하고자 한다. 다양한 경보음 모델을 만들고, 환경음에 대한 적절한 음량, 청취상태에 영향을 받지 않는 소리 조건 등에 대해 실차량을 이용하여 교통종합시험로(주)에서 실험적으로 검토하고 있다. （※）교통종합시험로는 이공대 후나교 교내에 설치된 실험시설로, 길이 618m, 폭 30m의 직선도로이며, 고밀도 아스팔트 콘크리트 포장의 시험로이다.

3. 자동차 운전자와 동승자의 피로 평가에 관한 연구.

승용차나 트럭에 탑승하여 진동을 받는 상황에서 운전 조작이나 착석 자세를 일정 시간 지속하면 피로감(생체 부담으로 인해 나타나는 감각)이 발생한다. 이번 연구는 주행 중인 자동차에 탑승한 운전자와 탑승자 모두를 대상으로 피로감을 정량적으로 평가할 수 있는 지표를 확립하는 것을 목표로 한다. 정량적으로 평가하는 지표는 인간이 스스로 조절할 수 없는 생리적 반응량(심박수, 피부온도 등)과 주행 중 진동을 구성하는 물리량(가속도, 시간 등)을 의미하며, 이러한 지표와 피로감과의 관계를 교통종합시험의 실차 실험을 통해 검토하고 있다.

위의 연구 외에도 저주파수 소리에 관한 연구, 음악의 정량화에 관한 연구 등을 진행하고 있습니다.

가변성 저주파 소리에 의한 생체 반응과 이완 효과에 관한 연구.

저주파 소리 는 주파수 100Hz 이하의 소리로, 최근에는 풍력발전용 풍차에서 발생하는 소리의 크기가 시간적으로 변동하는 가변성 저주파수가 소음 문제로 대두되고 있다. 인간은 저주파수에 의해 압박감이나 불쾌감을 느끼지만, 북이나 베이스 드럼의 저음은 배나 가슴에 울리는 진동으로 인해 편안함이나 박력감을 느끼기도 한다. 이 연구에서는 우퍼를 설치한 방음실에서 가변성 저주파 소리의 감각 특성과 생체 반응을 측정한다. 또한, 이완 효과를 조사해 스트레스 완화에 도움이 되는 복지 기기에 적용하는 방안도 검토하고 있다.

진동 승차감 향상을 위한 음악의 정량화에 관한 연구

우리는 자동차나 철도 차량 승차 시 음악 톤 을 이용하여 쾌적한 환경을 구축하는 경우가 있는데, 차량 진동 승차감 평가에는 인간의 진동 감각 특성이 활용되고 있다. 그러나 진동과 소리의 동시 지각 시 감각 메커니즘에 대한 자세한 내용은 알려져 있지 않다. 이 연구에서는 감각기관이 서로 다른 진동과 소리를 동시에 부여했을 때 진동과 소리의 우위를 알아보고, 음악 톤 을 정량화할 수 있는 파라미터를 검토하여 진동 승차감과의 연관성 및 개선 가능성을 모색한다.

연구소 사이트

Prof.Hiroshi Matsuda

Asst.Megumi Aibara