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차량과 보행자 간의 충돌로 인해 교통약자(VRU : Vulnerable Road Users)가 사망하는 경우가 증가하면서 교통약자를 보호할 수 있는 기술의 중요성이 높아지고 있다. VRU는 보행자, 자전거 운전자, 오토바이 운전자, 장애인, 거동이 불편하거나 방향 감각이 떨어지는 사람과 같은 비동력 도로 사용자로 정의된다[3]. 통계에 따르면 매일 3000명 이상이 교통사고로 사망하고 있으며, 그 중 절반이 VRU에 해당한다고 한다[10]. 도로 교통사고 관리는 매우 복잡하고 민감한 문제이며, 최근에는 VRU 그룹을 대상으로 하는 V2P 통신 시스템에 대한 연구에 더 많은 관심이 집중되고 있다.

차량과 보행자를 연결하는 V2P 기술 기반의 선행 연구들은 양측의 안전, 경고 메시지를 교환하여 운전자와 보행자의 안전 수준을 향상 시키는 데 사용되는 시스템과 관련된 응용 연구가 대부분이다. 이러한 시스템에서는 차량과 보행자 간의 통신이 발생하며, 각 통신 유형에 따라 다양한 기술이 제공될 수 있으며, 선행 연구들은 IEEE 802.11p와 같은 직접 통신이라고 불리는 통신 기술 기반의 연구와[11], 셀룰러 기술과 같은 간접 통신 기반의 연구들이 있으며[12],[13], 이러한 기술을 통해 보행자 및 차량 안전을 향상시키고자 하였다.

보행자 안전을 실현하기 위한 주요 어플리케이션을 중점적으로 살펴본 선행연구에서는 V2P 시스템을 보행자 위치 감지, 추적 및 궤적 예측, 보행자 이동 및 행동의 세단계로 구분하고 이러한 요소들을 통해 V2P 시스템 아키텍처를 제시하였다[14].

V2P 통신 기반의 안전 시스템 연구는 인터페이스 관점에서 보면 차량 내 시스템과 보행자의 시스템에 관한 두 개의 연구로 나눌 수 있으며, 최근에는 이어폰의 사용 빈도가 높은 보행자에게 안전 알림을 전달할 수 있는 청각 인터페이스의 연구도 진행되었다[15].

V2V는 차량과 차량을 연결하는 통신 기술로서 이에 대한 연구 분야는 네트워크 아키텍처, 안전성 및 보안, 응용 프로그램 및 서비스 등의 3가지로 구분할 수 있다.

특히 V2V 관련 최근 연구들은 차세대 네트워크를 활용한 시스템 개발을 주로 다루고 있다[16],[17]. 최근에는 이러한 네트워크를 통한 긴급 상황에 대한 사전 경고를 제공함에도 불구하고 수신자가 충돌을 피할 수 있다는 보장이 없기에 충돌을 피할 수 있는 운전자의 반응 시간을 고려한 연구도 이루어지고 있다[18].

이 외에도 V2I 경고 시스템을 활용하여 오토바이의 교통안전을 증진시키는 연구[19], V2I 기반 사물지능통신(M2M : Machine to Machine) 기반의 협력 주행 프로토콜을 활용한 자율주행 지원 연구[20] 등 V2X 기반의 다양한 기술적 연구들이 있다.

이처럼 V2X 관련 선행 연구들은 통신 프로토콜, 시스템 등 기술적인 기초 연구들이 대부분이며 실제 차량 내 인터페이스 설계를 사용자 중심으로 다룬 연구는 미비하다 할 수 있다. 또 인터페이스 설계를 다룬 연구들은 대부분 사용자의 시각을 중심으로 다루고 있다. 따라서 V2X 기반의 차량 내 인터페이스 설계를 사용자 중심으로 다룬 연구가 필요하다 할 수 있으며, 이에 본 연구는 사용자가 실제 경험하는 청각 반응을 중심으로 다룬 연구로서 선행 연구들과는 차별성을 갖는다.

도로 교통사고의 주요 원인 중 하나는 운전자가 도로 주행 중 주의를 기울이지 않는 것이다[21]. 따라서 위험의 내용과 방향에 대한 정보를 제공하는 차량 내 인터페이스는 운전자의 안전에 큰 도움이 될 수 있다. 즉 차량 내 인터페이스는 운전자의 안전을 강화하기 위한 목적으로 설계되어야 하며, 차량 내 인터페이스의 설계가 잘못될 경우 운전자가 정확하고 신속한 정보를 받지 못해 안전이 심각하게 저해될 수 있다.

청각 인터페이스는 위험원이 시야 내에 있지 않은 경우 운전자에게 효과적으로 경고하는 동시에 시각적 부하를 줄일 수 있다는 특징을 갖는다[8].

운전 시뮬레이터를 통해 5가지 차량 내 경고 정보를 제공하는 인터페이스가 운전자의 긴급 상황 대응 및 의사 결정 능력에 미치는 영향을 평가한 선행연구는[4] 운전, 자극 반응, 주의 분산, 스트레스 평가 등과 관련된 다양한 항목을 평가하였으며, 그 결과, 단일 모달리티(modality) 인터페이스의 경우 공간 호환성 유무와 관계없이 청각적 경고보다 시각적 경고에 대처할 때 운전자가 더 많은 이점을 얻는 것을 발견했다. 그러나 공간 호환성을 갖춘 청각적 인터페이스는 운전자의 주의 분할 과제에 대한 반응과 결정 능력을 크게 향상시켰으며, 공간 호환성을 갖춘 멀티모달 인터페이스를 지원하는 하이브리드(hybrid) 디스플레이의 경우 운전자의 능력이 가장 우수한 것으로 나타났다.

이어폰을 사용하는 보행자가 3D 입체 사운드로 제작된 청각 인터페이스 알림을 인지하고, 소리의 방향성을 파악하는지를 알아본 선행연구는 실험을 통해 약 88%의 참가자들이 소리의 방향성을 정확히 인지함을 검증하였으며[15], 이는 공간 호환성을 갖춘 청각 인터페이스가 보행자들에게 접근하는 차량의 충돌 가능성과 위치를 전달할 수 있다는 가능성을 확인한 결과이다.

선행연구들은 차량 내 충돌 방지 경고 어플리케이션에 청각 인터페이스를 사용하면 운전자의 안전을 증진하고 도로에 대한 주의력을 향상시킬 수 있음을 제시하였다[22],[23]. 또 위험 방향에서 나오는 청각적 경고 정보는 운전자에게 가능한 정확하고 신속한 경고를 전달할 수 있으며 특히 어느 한 방향에서 오는 경고 신호에 대한 반응은 양쪽 방향에서 동시에 오는 청각적 경보에 대한 반응보다 빠르다는 연구도 있다[24].

이러한 결과들은 위험 방향에서 나오는 청각적 경고가 운전자의 반응을 향상시킬 수 있음을 나타내고 이러한 청각 인터페이스의 설계가 공간 호환성 개념에 부합함을 나타낸다.

이처럼 차량 내 청각 인터페이스의 공간 호환성 구현에 대한 가능성을 다룬 선행 연구들이 있지만, 실제 공간 호환성을 갖는 청각 인터페이스의 디자인 요소인 사운드의 속성 등에 대한 연구가 필요하다 할 수 있다. 본 연구는 공간 호환성을 갖는 청각 인터페이스 설계의 기초가 되는 소리의 방향성과 관련된 속성들을 실험을 통해 정의하고자 한다.

본 연구는 차량 내 공간 호환성을 갖춘 청각 인터페이스 설계를 위해 사운드의 이동 방향성에 대한 운전자의 인지정도를 파악하고자 실험을 진행하였다.

실험에 사용한 사운드는 소형 가전의 제조업 분야에서 청각 인터페이스로 주로 사용되는 짧은 소리인 비프(beep)음과 멜로디, 화성 등 음악적 요소를 적용할 수 있는 청각 인터페이스 제작에 사용되는 신스(synth)음으로 제작하였다(표 1)[25]. 또 실험에 사용한 사운드의 이동 방향성은 운전자가 주시할 수 있는 전방을 제외한 직선, 회전, 교차의 세 가지로 정의하였다(그림 2). 세 가지의 사운드 이동 패턴은 사운드 디자인 시 고려되는 기본적인 패턴이다.

Fig. 2. 
Direction of movement of the sounds used in the experiment(from top to bottom: straight, rotating, intersecting)

또 실제 차량 주행 시 발생할 수 있는 외부 소음을 직접 녹음하여 실험 시 배경음으로 재생하여 실험 환경을 구성하였다.

실험은 12개의 스피커를 피실험자의 좌, 우, 후방에 설치한 실험실에서 진행하였으며(그림 3), 총 50명의 피실험자를 모집하였다(표 2). 실험 공간은 현재 양산되고 있는 자동차 내부의 스피커 구조와는 상이하나, 본 연구는 미래 모빌리티를 대상으로 진행하는 연구로 다양한 미래 모빌리티의 차량 내 구조와 스피커 배치의 제약을 두지 않았다.

Fig. 3. 
Experimental environment

실험 참가자들은 두 종류의 사운드 피드백에 대한 각각 세 종류, 총 여섯 번의 방향성 인지 테스트에 참여하였으며, 소리의 이동을 주어진 정답지에 화살표로 표시하였다. 또, 각각의 세션(session)이 끝난 후 소리의 방향성 인지 여부에 대한 설문을 5점 리커트(likert) 척도로 평가하였다. 모든 실험은 라틴 스퀘어(latin square)를 이용하여 순차적으로 진행하였다.