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조명의 ‘색온도’가 학업 능력에 영향을 줄 수 있는 것으로 밝혀졌다.
한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 조명의 상관색온도(CCT)가 인지 능력에 영향을 주는지를 연구했다.
상관색온도는 광원의 색채현시(color appearance)를 특징짓는 방법이다. 상관색온도가 3500켈빈(K) 이하로 낮으면 빛은 ‘따뜻함’(노란색을 띠는 흰색)을, 5000K 이상으로 높으면 ‘차갑다’(파란색을 띠는 흰색)는 느낌을 준다.
연구를 총괄한 석현정 교수는 “2500K~3000K 사이의 빛을 내는 백열등은 노란색을 띠는 흰색으로 인식되며, 데이라이트(일광 혹은 주광)의 상관색온도는 약 6500K로 파란색을 띠는 흰색으로 인식된다”고 설명했다.
반면, 시중의 형광등은 2500K부터 5000K까지 다양한 범위에서 선택할 수 있다.
석 교수는 “발광 다이오드(LED)의 가장 큰 특징은 백열등과 형광등과 같은 기존 광원에 존재하지 않는 것”이라고 말했다.
연구팀은 성인 참가자들을 대상으로 한 실험실 기초 연구에서 서로 다른 상관색온도 조건(3500K, 5000K, 6500K)이 생리적 각성(physiological alertness) 수준에 영향을 미치는지를 심전도(ECG)로 측정했다.
이 연구는 LED 발광천정(면 전체가 광원이 되도록 한 천정)을 갖춘 한 방에서 이뤄졌는데 이 방은 빨간색과 녹색, 파란색, 흰색의 수준을 조절할 수 있게 돼 있다.
연구팀의 예상대로, 6500K의 조명 상태가 생리적 각성 수준을 최고조가 되도록 이끌었고 3500K의 조명 상태는 심리적으로 가장 편한 상태가 되게 했다.
이어진 연구에서는 이와 같은 세 조명 상태가 아이들의 학업 성취도와 휴식 등의 활동에 어떤 영향을 주는지 확인하는 실험이 진행됐다.
연구팀은 같은 실험실을 교실처럼 꾸민 뒤 실제 초등학교 4학년 아이들을 대상으로 제한된 시간에 산수 문제를 푸는 시험을 치렀다.
그런데 이 실험에서는 다양한 빛의 상태가 학업 성취도에 유의미한 변화를 주지 못했다.
쉽게 말하면 ‘자극을 주는 것으로 밝혀진’ 6500K의 조명이 학생들의 시험 성적에 더 나은 결과를 주지 못했다는 것이다.
이에 대해 석 교수는 “짧은 시간 동안에만 학생들이 설정된 조명에 노출돼 있어 그런 결과가 나왔던 것 같다”고 말했다.
따라서 연구팀은 이런 조명 조건에 장기간 노출되는 환경을 만들기 위해 실제 교실을 나눠 3500K, 5000K, 6500K의 상관색온도를 가진 LED를 각각 설치하고 통제군으로 일반 형광등이 설치된 교실에서 같은 실험을 진행했다.
연구팀의 예상대로, 6500K 조명 조건에서 생활한 학생들은 학업 시험에서 가장 높은 점수를 받았고 3500K 조명 조건에서 활동한 학생들은 휴식 활동이 가장 많은 것으로 나타났다.
이 결과는 6500K의 조명 조건이 높은 각성 상태가 되도록 자극하고 학업 성취도에 있어 가장 큰 증진을 이끌었다는 것이다.
하지만 이 결과는 여키스-도슨의 법칙을 따른다. 한 세기 전쯤 심리학자 로버트 여키스와 존 도슨이 만든 이 법칙은 정신적 자극(또는 스트레스)과 성과 사이에 곡선적 관계가 있다고 가정한다. 즉 정신적 자극이 확실하게 중간 수치일 때 사람은 가장 큰 성과를 내는 경향이 있으며 이 자극 수준이 너무 낮거나 높으면 오히려 나빠진다는 것이다.
이는 학업 성취도가 향상하고 다시 감소하기 전에 교실의 강한 조명을 제한해야 한다는 것이다. 또한 강한 조명 상태는 노출 기간에 따라 성과에 영향을 줄 수 있다.
석 교수는 “앞으로 연구는 각 조명 조건에 관한 이상적인 노출 시간을 조사할 것”이라고 말했다.
또 연구팀은 모바일 앱 기반의 다이내믹 조명 시스템으로 스마트 학습 환경을 위한 휴식과 표준, 강화와 같이 미리 설정해둔 조명 상태를 만들 수 있다는 것을 보여줬다.
게다가, 논문의 주저자인 최경아 연구원은 이제 전자책과 스마트 칠판과 같은 영상표시 단말기(VDT)의 상관색온도를 적절하게 조정해 학습과 생활의 영향을 줄 수 있는 종합 영상 시스템을 개발하고 있다.
석 교수는 “우리는 조명 조건이라는 교실 환경의 작은 변화가 학생들의 학습을 지원하는데 극적인 차이를 만들 수 있다고 생각한다”고 말했다.
이번 연구결과는 미국 광학회(OSA)가 발행하는 광학분야 저명 학술지 ‘옵틱스 익스프레스’(Optics Express) 최신호에 실렸다.
사진=ⓒ포토리아
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
