改良座椅之舒適性評估研究

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1崑山科技大學企業管理系 *通訊作者:林清泉 E-mail:cclin@mail.ksu.edu.tw

改良座椅之舒適性評估研究

林清泉

1,*

摘要

本研究主要評估及探討,改良座椅設計舒適性。透過 16 位男性受測者的主觀評估給分方式,得到受測者肩 部、背部、腰部、臀部、及大腿等部位之舒適性反應值。經由相關、變異數、Duncan 多重比較等分析。結果發 現,受測者身裁、座椅型式、坐座時間,對各反應部位之舒適性評分均有顯著影響。一般而言,體重愈重、體 長愈長、坐肩高愈高、肩高愈高的受測者,其舒適性評分亦較高;除了對腿部以外,休閒性功能椅均較傳統座 椅之舒適性評分為佳;坐姿除了對腿部以外,對其他部位之舒適性影響均有顯著。隨著時間的延長,其舒適性 評分亦隨之遞減。其可能原因為改良座椅之背靠高度及大小,均超出一般人之最適範圍。因此,其設計規格確 有重新檢討改善的必要。 關鍵詞:主觀評估、舒適性、座椅設計

壹、 緒論

在人們每天的生活中,無論是工作、居家、交通或者是休閒時,處於坐姿的時間佔有相當大的比率‧因此, 座椅的設計是很重要的。雖然國內過去有許多有關座椅研究的報告被提出[1、2、3、4、5]。但是一般座椅的設 計,仍然無法符合大部份人體的曲線[6]。設計不良的座椅,容易使人坐起來覺得不舒適,更嚴重的將由於不良 的坐姿,容易使人產生背痛,進而引起脊椎的病變。所以為了減少坐座所引起的肌肉緊張、脊椎變形及病變, 我們應該對座椅的設計做詳細評估,並確定座椅的設計是否符合「人因工程原則」。 對需要長時間坐座的工作者來說,隨時保持端正坐姿並不容易。所以最好選擇符合人因工程設計原則的座 椅,以減少、消除腰椎背部疼痛。本研究之改良座椅,材質採用馬當藤製作,並有特殊造型背靠設計。因為馬 當藤具有的彈性及柔韌特性,可適度隨著人體壓力而變形。因此,製作廠商宣稱其設計為符合人體脊椎曲度, 並且可以預防腰椎變形、維護腰椎健康,所以引發本研究的動機。

貳、 文獻探討

當人們於坐姿時,支持人體穩定的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。正常的脊柱從前方或後方看時,成 垂直線狀。從側面看則為彎曲形態,頂端的頸椎向前彎曲稱為前凸,接於其下的胸椎向後彎曲稱為後凸,而腰 椎又再向前凸出,終止於向後彎曲的薦骨與尾骨,並定位於骨盆上。當骨盆作旋轉性之移轉時就會影響到腰椎 形狀,薦骨向前旋轉時,會引起腰椎向前移,而加大腰椎前凸,以維持直立之身軀姿勢,當薦骨向後傾時,腰 椎會傾向平直,有時更成為腰椎後凸。由此可知人體上半身之支持及所處之姿勢,由腰椎曲度之變化所達成[2]。 許多研究都指出坐姿與脊椎負荷有顯著關係,其中最重要的研究首推 Anderson et al. [7]所作的研究,其研 究結果清楚了指出脊椎、肌肉活動、及坐姿間的關係。一般而言,認為直背坐姿較有益健康[8],但是,要提供 一個良好的背靠支撐,以適合所有使用者的脊椎曲線並非易事。因此,Mandal [9]便提出以前傾的座面配合傾鈄

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的桌面,以維持直背坐姿。Marschall et al. [10]亦採用 Mandal 概念,針對兒童課桌椅,設計前傾且附支撐膝部的 座椅及傾鈄的桌面,使用 EMG 量測坐姿反應後,發現此設計有助於兒童之坐座及書寫。國人林季雄、劉弘章[2] 亦提出 OA 座椅椅面前傾的設計,研究結果顯示在椅面前傾 100 時坐姿的壓力分佈較均勻。國人游志雲、李翔 詣[3]發表高坐姿兩短段式椅面及背靠,以降低因坐姿所導致的筋骨肌肉疲勞及病變。Rebiffe [8]認為椅面最好能 夠將體重分配到整個臀部,且壓力大小宜由坐骨往臀部周邊遞減。這樣的體重分配,可以藉坐墊或輪廓化椅面 來達成;可是輪廓會有妨礙移動的副作用。由於靜態姿勢對人們來說並不自然,並且固定不變的姿勢曾造成一 種壓力,因而適度的身體移動可以舒解這種姿勢壓力。Cassar & Gross [11]發表了智慧型座椅系統,座椅本身可 根據內裝之壓力感應器,得到座面及背靠的壓力分佈資料,經由微處理器控制,而自動調整座面及背靠的曲度, 以使壓力平均分佈,增加座椅舒適性。Corlett & Eklund [12]之研究指出背靠於坐座時,有助身體對抗地心引力, 並可支持身體姿勢,其作用相當顯著。Huhhes & Jiang [13]指出坐座疲勞受坐姿導致的壓力影響,並指出座椅設 計對於坐姿的影響甚為關鍵。Zhao and Tang [14]亦指出坐姿對於使用者的背部 EMG 值影響顯著,並進而影響 使用者的坐座舒適性感受。Lusted et al. [15]進一步指出座椅設計應該加強避免使用者產生不良坐姿的功能。

Muckler & Seven [16]指出對於人類的觀察,即使是主觀方式,亦可成為有用衡量方法。許多研究都採用使 用者主觀評估探討座椅的整體設計,Kuijt-Evers et al. [17]採取使用者的主觀感受探討坐座舒適性感受,並指出 使用者對座椅的主觀評估甚為有效。Alphin et al. [18]亦指出使用者經驗可以協助設計者改善座椅舒適性。 Björkstén et al. [19]指出問卷調查可以明顯表達使用者的身體感受。Helander and Mukund [20]認為主觀評估技術 (subjective assessment technique)為評估座椅整體設計的唯一方法。Fenety et al. [21]同意使用者主觀評估為傳統且 有效的評估方法。Mehta and Tewari [22]認為坐座舒適度為使用者的主觀經驗,其中綜合了心理與生理的感受程 序。

通常學者都假設舒適及不舒適為兩相反的連續尺度,由非常舒適經由自然狀態至非常不舒適[23]。有許多學 者研究,使用等級評分方式去衡量坐座之舒適/不舒適[23、24]。Lueder [25]針對坐座舒適性,在辦公室情境下 作文獻回顧,發現對坐座舒適性的評估方法,包括生理學/解剖學、主觀評估、姿勢分析及績效衡量等方式。 並指出以主觀評估方式最為常用,因為其具有簡單、好用及具有良好的表面效度(face validity)。

Helander and Zhang [26]指出不舒適與身體的疲勞累積有關,幸好長久以來已經有許多良好的問卷可以運 用。早在 1969 年 Shackel et al. [27]便發展了舒適度評估指標用以評估坐座舒適性感受。Corlett and Bishop [28] 發表了身體部位不舒適指標(body part discomfort scale),此指標可以用來衡量許多作業的不舒適程度。Lusted et al. [15] 也提出的不舒適檢核表(discomfort checklist)用以評估身體各部位的不舒適程度。Cassar & Gross [11]以 1 ~10 的等距評分方式,請受測者將坐座感受的舒適性由 ”非常差” 之 1 分至 ”非常好” 之 10 分,給予主觀地評 分,並比對由壓力衡量資料的預測評分,發現其結果相當一致。

Genaidy & Karwowski [23]研究坐姿及站姿時,身體姿勢的變動對各關節的不舒適認知。並以 0 表示沒有不 舒適,5 表示中度不舒適,10 表示非常不舒適。來量測腕、肘、肩、頸、背、臀、膝、踝等部位的不舒適反應。 Michel & Helander [29]研究健康正常及椎間盤病變的人,對兩種型式的座椅(坐姿、半坐姿)於從事 2 階段(每 階段 2 小時)電腦螢幕搜尋工作之舒適產評估,發現舒適性與身裁有顯著相關。Zhang [30]等人歸納出 43 個影響 坐座之舒適及不舒適性的描述性因素,並運用因素分析及分類分析(cluster analysis),將影響因素分門別類,建 構出簡易分類架構。 人體座椅評估量測部位[3、11、23、25] 包括:坐高挺立坐姿、坐高坐姿、眼高坐姿、肩高坐姿、手高、大 腿厚、肘寬、臀寬、體重、膝高、背寬、背肩寬、軀幹長、坐肩、臀足長、膝窩高、臀部至膝窩長、前臂長、、、 等。而本研究採取年齡、身高、體重、背寬、臀寬、背肩寬、軀幹長、坐肩高、坐高、膝高、臀至膝窩長等 11 項,做為實驗之受測者基本資料。肩部,背部,腰部,臀部,及大腿等 5 個部位,做為實驗之受測者反應部位。

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參、 實驗設計

一、 自變數: 本研究採用 2×2×5 三因子實驗設計。第一個因子 A 表示座椅型式,有改良座椅 L (CCJ-011)與改良座椅 S (CCJ-001-1)二個水準;第二個因子 B 表示坐姿,有正坐及仰坐二個水準;第三個因子 C 表示時間,有 5、10、 15、20、25 分鐘等五個水準。實驗重複量測二次,以求得精確的結果。 其中改良座椅 L 與改良座椅 S,其外型近似,詳細尺寸如表 1 所示。改良座椅之外型示意如圖 1 所示。 表 1 座椅尺寸彙整表 座椅型式 尺寸 改良座椅 L (CCJ-011) 改良座椅 S (CCJ-001-1) 椅背高度 608 mm 540 mm 椅背寬度 500 mm 500 mm 椅墊深度 370 mm 400 mm 扶手高度 300 mm 250 mm 背靠長度 500 mm 470 mm 背靠尺寸 X (離椅背距離) 150 mm 120 mm 背靠尺寸 Y (離椅墊高度) 180 mm 150 mm 圖 1 改 良 座 椅 外型示 意 圖 二、 依變數: 實驗之依變數為肩、背、腰、臀、及大腿等 5 個部位之坐座舒適性反應評分,其舒適程度採用主觀偏好評 比法。要求受測者於受測時,針對其舒適程度感覺予以主觀給分。給分方式採用 10 點等距給分(1~10 分),請 受測者將反應量測部位的坐座舒適性感受,由”非常差” 之 1 分至”非常好” 之 10 分,給予主觀地評分。 三、 實驗器材: 1. 改良座椅L (有背靠)、改良座椅S (有背靠)藤椅各一張。 2. 受測者為年齡19~23歲之身心健康的20名男性學生。受測者基本資料如表2所示。 3. 量測記錄表格。 4. 計時器二個。 5. 馬丁式人體計測尺。 反應量測部位的坐座舒適性感受,採用靜態量測方式。 正坐之坐姿為兩眼平視,下臂平伸放於扶手上,兩腳輕鬆置於地面,雙肩自然下垂,膝蓋與地面自然成一

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角度,背部靠近座椅背靠,身體背部呈垂直狀態。 仰坐之坐姿為兩眼平視,下臂平伸放於扶手上,兩腳輕鬆置於地面,雙肩自然下垂,膝蓋與地面自然成一 角度,身體背部靠近平貼於座椅背靠,身體呈些微後仰狀態。 表 2、受測者基本資料表 年齡 身高 ( cm) 體重 (kg) 背寬 (cm) 臀寬 (cm) 坐高 (cm) 膝高 (cm) 坐肩高 (cm) 背肩寬 (cm) 臀至膝窩長 (cm) 平均值 20.38 172.91 66.19 31.65 31.59 92.38 52.4 66.26 41.37 45.54 標準差 1.26 5.66 14.90 2.92 2.66 2.64 2.58 2.55 2.72 3.40 最大值 19.0 183.0 108.0 39.0 39.0 97.0 56.5 69.3 46.0 55.0 最小值 23.0 162.2 52.0 28.0 27.9 88.0 48.2 61.1 36.1 40.6 四、 實驗程序: 1. 實驗處理分為四種(改良L和改良S與正坐和仰坐)。 2. 實驗處理組合重覆做二次,每次實驗不得在同日進行。 3. 先抽籤決定每次實驗處理的進行順序。 4. 跟受測者講解評分規則從1~10分,依受測者主觀予以評分。 5. 跟受測者講解受測部位。 6. 跟受測者講解坐座時應保持姿勢。 7. 每次實驗處理測量時間為25分鐘,每5分鐘詢問一次並記錄,每次測量間隔休息5分鐘。

肆、 結果分析

本研究利用 SAS 統計軟體,進行變異數分析、相關分析、及多重比較等簡易統計方法,對實驗資料進行分 析。 由變異數分析(ANOVA)結果顯示,三個因子(座椅型式、坐姿、與時間)對身體各部位(肩部、背部、腰部、臀 部、與腿部)的坐座舒適性反應評分的影響皆達顯著水準。至於各因子間的交互作用,均未達到統計上的顯著水 準。 表 3 為受測者對改良座椅 L 的各部位反應值間之相關係數表,顯示對於舒適性的評分,各部位之相關係數 均達到統計上的顯著水準(α< 0.01)。亦即受測者對於某一部位的反應,受其他部位反應值的影響。由表 3 中可 看出相關係數較高的有,肩部與背部之相關係數為 0.6725、背部與腰部之相關係數為 0.6682、臀部與腿部之相 關係數 0.6364 較高、背部與臀部之相關係數為 0.6094、及肩部與腰部之相關係數為 0.5839。 表 3、受測者對改良座椅 L 的各部位反應值間之相關係數表 肩部 背部 腰部 臀部 腿部 肩部 1.0000 0.6725 0.5839 0.4336 0.4179 背部 0.6725 1.0000 0.6682 0.6094 0.4424 腰部 0.5839 0.6682 1.0000 0.4553 0.3505 臀部 0.4336 0.6094 0.4553 1.0000 0.6364 腿部 0.4179 0.4424 0.3505 0.6364 1.0000

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表 4 為受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間之相關係數表,顯示對於舒適性的評分,各部位之相關係數 均達到統計上的顯著水準(α< 0.01)。亦即受測者對於某一部位的反應,受其他部位反應值的影響。由表 4 中可 看出相關係數較高的有,背部與腰部之相關係數為 0.6732、肩部與背部之相關係數為 0.6663、臀部與腿部之相 關係數 0.6635 較高、背部與臀部之相關係數為 0.6033、及肩部與腰部之相關係數為 0.5393。 表 4、受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間之相關係數表 肩部 背部 腰部 臀部 腿部 肩部 1.0000 0.6663 0.5393 0.4553 0.4723 背部 0.6663 1.0000 0.6732 0.6033 0.4242 腰部 0.5393 0.6732 1.0000 0.4284 0.3844 臀部 0.4553 0.6033 0.4284 1.0000 0.6635 腿部 0.4723 0.4242 0.3844 0.6635 1.0000 表 5 為受測者對改良座椅 L 的基本資料與反應值之相關係數表,綜合而言,年齡與各部位反應值間均呈現 負相關,表示年齡愈大,其舒適性評分愈低;身高與肩部、背部、及腰部呈現正相關,表示身高愈高,其舒適 性評分愈高;體重、體長、坐肩高、及肩高與各部位反應值間均呈現正相關,表示體重愈重、體長愈長、坐肩 高愈高、肩高愈高,其舒適性評分愈高;背寬與肩部、背部、及腿部呈現正相關,表示背寬愈寬,其舒適性評 分愈高;臀寬與各部位反應值間均,除了與腰部相關係數未達顯著水準外,其餘部位均呈現顯著正相關,表示 臀寬愈寬,其舒適性評分愈高;膝高與臀部呈現負相關,表示膝高愈高,其舒適性評分愈低;臀至膝窩長與腿 部呈現負相關,表示臀至膝窩長愈長,其舒適性評分愈低。 表 5、受測者對改良座椅 L 的基本資料與反應值之相關係數表(註:*為 α< 0.01;**為 α< 0.001。) 肩部 背部 腰部 臀部 腿部 年齡 **-0.2732 **-0.3314 **-0.2933 **-0.2601 **-0.2310 身高 **0.1020 **0.1756 **0.1067 -0.0346 0.0121 體重 **0.1738 **0.2166 *0.0879 **0.1068 **0.1584 背寬 **0.2299 **0.1948 0.0288 0.0251 **0.1296 臀寬 *0.0903 **0.2198 0.0494 **0.2191 **0.2763 背肩寬 **0.2379 **0.2042 *0.0515 *0.0580 **0.1291 體長 **0.2093 **0.1875 **0.1216 **0.1233 0.0190 坐肩高 **0.2462 **0.3307 **0.1613 **0.2023 **0.2318 肩高 0.0329 *0.0795 -0.0171 0.0105 **0.1021 膝高 -0.0052 *0.0596 -0.0188 **-0.1069 0.0131 臀至膝窩長 -0.0103 *0.0706 -0.0037 0.0221 **-0.1001 至於受測者對改良座椅 S 的基本資料與反應值之相關係數表,大致上與表 5 相差不多,故不在贅述。 由各部位反應值之變異數分析可發現,座椅型式對各部位反應值均有顯著影響,除了腿部影響不顯著,及 腰部為改良座椅 S 較高外,其餘部位的舒適性評分,均為改良座椅 L 較改良座椅 S 高。

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表 6、座椅型式對各部位反應值之 Duncan 比較表

Mean N 座椅型式 Duncan Grouping

肩 部 6.082 5.867 200 200 改良 L 改良 S A B 背 部 5.768 5.541 200 200 改良 L 改良 S A B 腰 部 5.350 5.185 200 200 改良 S 改良 L A A 臀 部 5.725 5.217 200 200 改良 L 改良 S A B 在表 6 中對於大部份的部位反應值,改良座椅 L 與均較改良座椅 S 的平均反應值高。但是對於腰部卻以改 良座椅 S 的平均反應值較高,進一步針對座椅型式對腰部反應值之時間比較發現(表 7),雖然反應值均隨著時間 的增加而遞減。但是,在第 10 分鐘時,改良座椅 S 的反應值均明顯高於改良座椅 L。此結果是否顯示改良座椅 S 的背靠尺寸較佳,因為各部位的反應值間存有高度相關,因此,仍有待進一步驗證。 表 7、座椅型式對腰部反應值之時間比較表 部位 座椅型式 5分 10分 15分 20分 25分 腰 部 改良L 6.05 5.50 4.96 4.80 4.61 改良S 6.10 5.96 5.05 4.91 4.73 坐姿對各部位反應值,除了腿部影響不顯著,及腰部為正坐坐姿舒適性評分較高外,其餘部位的舒適性評 分,均為仰坐舒適性評分較高。表 8 為坐姿對各部位反應值之 Duncan 比較表。 表 8、坐姿對各部位反應值之 Duncan 比較表

Mean N 坐姿 Duncan Grouping

肩 部 6.097 5.842 200 200 仰坐 正坐 A B 背 部 5.871 5.840 200 200 仰坐 正坐 A B 腰 部 5.120 4.805 200 200 正坐 仰坐 A B 臀 部 5.615 5.102 200 200 仰坐 正坐 A B 由各部位反應值之變異數分析亦可發現,時間因素對各部位反應值影響均非常顯著,且均為時間愈長舒適 性評分愈低。表 9 為時間因素對各部位反應值之 Duncan 比較表。

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表 9、時間因素對各部位反應值之 Duncan 比較表

Mean N 時間因素 Duncan Grouping

肩 部 6.575 6.331 5.931 5.594 5.419 80 80 80 80 80 5 10 15 20 25 A A B C C 背 部 6.400 5.906 5.575 5.287 5.057 80 80 80 80 80 5 10 15 20 25 A B B C C D D 腰 部 5.775 5.275 4.844 4.562 4.356 80 80 80 80 80 5 10 15 20 25 A B C C D D 臀 部 6.069 5.575 5.281 5.062 4.806 80 80 80 80 80 5 10 15 20 25 A B B C C D D 腿 部 6.019 5.588 5.269 4.994 4.806 80 80 80 80 80 5 10 15 20 25 A B C C D D

伍、 討論與討論

經由上述分析,本研究得到下列初步結果: 1. 座椅型式對身體各部位之反應舒適性評分影響顯著,一般而言,改良座椅L均較改良座椅S之舒適性評分為 佳。但是,對於腰部之反應舒適性評分,卻以改良座椅S較佳。顯示,改良座椅L的背靠尺寸有可能太大。 2. 坐姿方面,除了腰部為正坐坐姿舒適性評分較高,及對腿部影響不顯著外,其餘均為仰坐舒適性評分較高。 3. 坐座時間,對各反應部位之舒適性評分均有顯著影響。一般而言,時間愈長舒適性評分愈低。顯示,維持過 久的坐姿將導致身體不舒適。 4. 對於舒適性的評分,各部位之反應值間均會相互影響。 5. 受測者基本資料值間,亦有部份基本資料值具有高度相關(γ=0.8998),表示可減少基本資料值個數。 6. 受測者之基本資料值,對各部位之反應舒適性評分亦有顯著影響。一般而言,對於改良座椅L,體重愈重、 體長愈長、坐肩高愈高、肩高愈高,其舒適性評分愈高。

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腰部為正坐坐姿舒適性評分較高、坐座時間愈長舒適性評分愈低,其可能原因為改良座椅 L 之尺寸,其背 靠高度太高及突出曲度太大,而超出一般文獻討論[3、8、13、31]的最適範圍,使得身裁較矮小的受測者,於坐 座開始時,因為背靠對脊椎的反向壓迫而瞬間感到舒適,但隨著時間的增長,因上半身過度受到壓迫,其不舒 適性便逐漸增加。另外,改良座椅 S 是否因為其背靠高度及突出曲度較改良座椅 L 之尺寸小,使得在第 10 分鐘 時,腰部的反應值均明顯高於改良座椅 L。因為,Carcone & Keir [31]研究指出背靠的突出尺寸以 3 公分較佳。 而本研究的背靠突出尺寸分別為 12 與 15 公分,本研究改良座椅的背靠突出尺寸是否過大,此點實值得進一步 研究探討。 此外,由相關分析亦發現,受測者基本資料值之間,及部份基本資料值(體重、體長、坐肩高、肩高),對各 部位之反應舒適性評分亦有顯著相關。一般而言,改良座椅 L 均較改良座椅 S 之舒適性評分為佳,以及改良座 椅 S 腰部之舒適性評分較佳。顯示改良座椅之背靠設計,有助於腰部脊椎姿勢之維持。 坐姿除了對腿部的舒適性反應影響不顯著外,對其他部位之影響均十分顯著。一般而言,以仰坐坐姿舒適 性評分較高。但是,對於腰部而言卻以正坐坐姿舒適性評分較高,其可能原因為仰坐時,改良座椅因背靠過度 壓迫而感到不舒適。 綜合上述討論,改良座椅的背靠設計規格,實有重新檢討改善的必要。

誌謝

本研究感謝徑成佳藤業有限公司黃永昌總經理的鼎力幫忙;其次感謝陳慶忠等五位同學,協助實驗進行與 資料整理,使本研究得以順利完成。

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數據

表 4 為受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間之相關係數表,顯示對於舒適性的評分,各部位之相關係數 均達到統計上的顯著水準(α&lt;  0.01)。亦即受測者對於某一部位的反應,受其他部位反應值的影響。由表 4 中可 看出相關係數較高的有,背部與腰部之相關係數為 0.6732、肩部與背部之相關係數為 0.6663、臀部與腿部之相 關係數 0.6635 較高、背部與臀部之相關係數為 0.6033、及肩部與腰部之相關係數為 0.5393。            表 4、受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間

表 4

為受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間之相關係數表,顯示對於舒適性的評分,各部位之相關係數 均達到統計上的顯著水準(α&lt; 0.01)。亦即受測者對於某一部位的反應,受其他部位反應值的影響。由表 4 中可 看出相關係數較高的有,背部與腰部之相關係數為 0.6732、肩部與背部之相關係數為 0.6663、臀部與腿部之相 關係數 0.6635 較高、背部與臀部之相關係數為 0.6033、及肩部與腰部之相關係數為 0.5393。 表 4、受測者對改良座椅 S 的各部位反應值間 p.5

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