Sezione 4: caratteristiche ergonomiche e di interfaccia

In questa sezione ci si occuperà della comodità e dei fattori fisici associati con le cuffie a riduzione attiva del rumore. Le caratteristiche anatomiche della testa richiedono una vasta gamma di aggiustamenti per consentire la comodità nell'utilizzo prolungato.

Ottimizzazione delle caratteristiche fisiche per l'uso del pilota

I piloti attivi hanno sempre cercato di rendere il volo più confortevole, ma, come si vedrà, progettare una cuffia comoda non è affatto semplice.  Mentre la cancellazione attiva certamente aiuta a sentirsi più rilassati durante le ore passate in volo, si è ancora infastiditi da elementi fisici quali pressione, peso e temperatura.

Per molti aspetti, queste caratteristiche di comodità si applicano a tutte le cuffie, non solo a quelle attive, ma i fattori umani sono certamente più complessi per queste ultime. La riduzione attiva del rumore impone ulteriori limiti nella progettazione della coppa auricolare e del cuscinetto. Inoltre, i circuiti elettronici di cancellazione necessitano di energia, nella maggior parte dei casi fornita da un alimentatore portatile. Le dimensioni ed il peso di questi alimentatori può costituire un fattore di scelta per il pilota, come varie altre caratteristiche disponibili nei nuovi modelli disponibili sul mercato.

Una cuffia comoda ... ovvero la ricerca del Santo Graal!

La comodità è un'aggiunta relativamente recente alla lista dei desideri del pilota. Un tempo, la protezione delle orecchie e la comunicazione a mani libere costituivano le principali ragioni dell'uso di una cuffia. Le caratteristiche progettuali delle cuffie maggiormente diffuse erano improntate ad una ottimale riduzione passiva del rumore. Dovevano risultare soddisfatte esigenze di tipo militare, pertanto relative a situazioni di rumore spesso più severe di quelle che si incontrano nell'Aviazione Generale.

Con l'evoluzione delle esigenze e dei materiali, sono state introdotti alcuni cambiamenti per ridurre il peso e migliorare il comfort, anche se queste modifiche evolutive hanno fatto poco per rendere più comode queste cuffie di tipo classico.

Perché è così difficile progettare una cuffia ergonomicamente accettabile?

E' evidente che vi sia una sostanziale variabilità nelle misure e nella conformazione anatomica della testa. Il grafico sottostante è derivato dagli standard ergonomici militari per la misura della testa. Si confrontano le differenze per uomini e donne, relative ad un intervallo tra il 5 ed il 95 % della popolazione, vale a dire la quasi totalità degli individui.

Le misure di una cuffia devono quindi auspicabilmente rientrare in questo ambito di variabilità per quanto riguarda la larghezza e l'altezza della testa, oltre alla posizione dell'orecchio:

Come si può vedere, la sfida di ottenere un prodotto adattabile ed al tempo stesso comodo è veramente ardua. Il disegno classico si basa sulla modulazione della pressione laterale per compensare le variazioni di larghezza. L'arco metallico possiede alcune regolazioni per adattarsi alla circonferenza del capo, ma non vi sono regolazioni per adattarsi alla diversa protrusione dei padiglioni auricolari. Nell'analizzare il progetto di una cuffia versatile, i fattori da valutare sono appunto la misura e la pressione laterale.

Adattabilità

Ovviamente la cuffia si deve adattare alle misure del capo nel momento in cui la si indossa. Si noti la variabilità della larghezza della testa (più di 2,5 cm) o della posizione delle orecchie ai lati di una testa "media". La circonferenza del capo fa sì che l'arco debba consentire ampi aggiustamenti in lunghezza, per estendersi dei 6,5 cm richiesti, il che è veramente molto. Per contro, le donne ed i bambini hanno bisogno di stringere l'arco per adattarlo alle loro teste più piccole. Inoltre molti piloti sono uomini con misure di cappello ragguardevoli! E' sorprendente vedere quanti tipi di cuffie disponibili non siano in grado di adattarsi a tutta questa variabilità di misure.

La comodità nell'uso prolungato

Ma per la maggioranza degli utilizzatori, il "problema comfort" non è quello di sentirsi la cuffia bene addosso quando la si è appena indossata, ma il fatto che inizi poi inesorabilmente a far male dopo poco tempo. Chi vola per lunghe tratte ben sa che il concetto di comodità varia notevolmente dopo 1, 2 o 4 ore di volo.

Senza entrare troppo nei dettagli anatomici, cerchiamo di capire il perché di questo. La testa non è generalmente rivestita da molto tessuto sottocutaneo (pannicolo adiposo) ed inoltre è molto vascolarizzata, vale a dire che vi è molto sangue che scorre sotto i sottili piani superficiali. La zona attorno alle orecchie è particolarmente ricca in strutture vascolari. Quando si indossa una cuffia, la testa tende ad diventare sensibile ed "affaticata" dalla pressione costante con lo sviluppo di tipici punti dolenti . Questi "punti caldi" sono in effetti zone in cui il flusso del sangue è stato ridotto dalla pressione fino a causare dolore. La combinazione tra scarsità di pannicolo adiposo ed elevato flusso ematico rende quindi la testa ipersensibile alla pressione.

Considerato ciò, un particolare valore deve essere attribuito alla "uniforme" distribuzione del peso ... sia sulla calotta che tramite la compressione delle coppe auricolari sulle orecchie. Rendere una cuffia globalmente più leggera è una buona cosa, ma in effetti la variabile più importante in funzione della comodità è la distribuzione del peso. Una cuffia più pesante, ma munita di cuscinetti che distribuiscano il peso su di un'area più grande, sarà certamente più confortevole di una cuffia più leggera, ma che tende a concentrare il peso sul vertice del capo. Questo risultato viene perseguito con un opportuno disegno radiale della fascia ed un'imbottitura efficace. in sintesi, la comodità di una cuffia dipende parecchio dal progetto globale e dalla sua "interfaccia" con il capo, ovvero il modo con cui si adatta alla forma della testa e delle orecchie.

L'importanza dei cuscinetti auricolari

Il disegno dei cuscinetti auricolari è probabilmente l'aspetto più importante del comfort di volo nel suo insieme. La misura, la forma ed il materiale prescelto influiscono tutti sulla comodità della cuffia, oltre alla sua capacità di riduzione del rumore, sia in modalità passiva che attiva. Bisogna notare quanto vi siano molti aspetti "particolari" da considerare nella progettazione di una coppa auricolare confortevole. Idealmente, il padiglione dovrebbe risultare libero all'interno della cavità ... senza essere compresso da alcun elemento del cuscinetto o del sistema audio. Questo influisce direttamente sulla misura, forma e costruzione della coppa:

• Orientamento dell'apertura della cavità: come evidenziato nella Sezione 1 di questa dispensa, un orientamento ed una conformazione corretti aiutano ad isolare il padiglione dal cuscinetto della coppa. Molti piloti hanno l'abitudine di inclinare le coppe "ovali" all'indietro per meglio allinearle con le proprie orecchie.

• Profondità della cavità: si noti sulla precedente tabella la variabilità di 1,5 cm nella sporgenza dei padiglioni auricolari, che deve essere compensata sia dal cuscinetto che dalla profondità della coppa.

• Volume e temperatura nella coppa: una maggiore profondità aiuta anche a mantenere l'orecchio più fresco ... ovvero la disponibilità di una maggiore quantità d'aria che si riscalda più lentamente. Il materiale impiegato per ricoprire il cuscinetto auricolare dovrebbe idealmente essere traspirante, per minimizzare l'umidità e l'accumulo di sudore attorno all'orecchio. Per questa ragione, in genere le dimensioni maggiori risultano migliori, se si ricerca la comodità dell'orecchio.

Ovviamente si desidera che il cuscinetto auricolare racchiuda una cavità silenziosa e comoda al tempo stesso. E' evidente che si debba scendere ad un compromesso tra il comfort ottimale ed il raggiungimento della massima attenuazione passiva possibile. Consideriamo ora materiali diversi utilizzati per i cuscinetti per riconoscerne i pregi ed i difetti di ciascuno.

Si noti che i materiali migliori per bloccare il rumore sono il liquido ed il silicone. Il liquido si adatta certamente meglio ad una superficie irregolare (come la superficie laterale della testa!) ma necessita di una discreta pressione laterale. A causa dell'orientamento verticale ... il liquido tende a ristagnare nella parte inferiore, finché la pressione laterale risulta adeguata a "spremerlo" uniformemente all'interno della cavità cuscinetto. Il silicone risulta maggiormente idoneo, poiché mantiene la sua forma. La schiuma/liquido e la schiuma termo-sensibile non possiedono una densità tale da assicurare una ottimale attenuazione passiva.

Dal punto di vista della comodità, i cuscinetti in gel di silicone possono non costituire la scelta migliore. Si tratta di un materiale denso, che non si adatta alle numerose variazioni del profilo della regione temporo-occipitale della testa, se non sotto una pressione relativamente elevata rispetto agli altri materiali. Il silicone fornisce un adeguato volume relativo ma è abbastanza pesante ... il doppio degli altri cuscinetti! I cuscinetti liquidi forniscono un volume di cavità molto basso e necessitano di una pressione laterale intermedia per garantire una buona tenuta.

La schiuma termo-sensibile risulta quindi vincente per quanto riguarda l'adattabilità, la necessità di una bassa pressione laterale ed il volume della cavità. I vantaggi si apprezzano particolarmente quando si portano gli occhiali, poiché l'adattabilità aiuta a minimizzare la pressione delle stanghette sulle tempie! Tutte queste caratteristiche si traducono in una cuffia più confortevole.

Come si è già più volte detto, il metodo migliore e più sicuro per determinare la comodità di una cuffia è quello di provarla in volo.

Che relazioni ha tutto ciò con le prestazioni di attenuazione attiva del rumore?

Il comfort e l'adattabilità non hanno di per loro molto a che vedere con la cancellazione attiva, mentre risulta più importante la duttilità del cuscinetto auricolare. Si ricordi nella Sezione 1 la discussione sulla necessità di una cavità acustica stabile per ottenere la massima cancellazione. Anche più che una cuffia passiva, un cuffia attiva necessita una "tenuta acustica" perfetta. Questo non vuol significare la stretta di una morsa, ma una buona aderenza al profilo del capo è necessaria per ottenere un'adeguata cancellazione. Si provi a staccare dal capo il cuscinetto di una cuffia attiva e si sentirà che il sistema diventa instabile ed inizia ad oscillare.

In particolare, quando i coefficienti di cancellazione attiva sono elevati è importante che la cavità acustica sia stabile, senza "fughe". La tenuta deriva quindi da un materiale denso sottoposto a pressione elevata ovvero di un materiale di densità minore sottoposto ad una minore pressione.

Che dire delle cuffie attive "leggere" ... funzionano?

Per molti piloti le cuffie "aperte" potrebbero risultare più confortevoli. Queste sono del tipo che "si appoggia" sulla superficie esterna del padiglione. Sono leggere e garantiscono all'orecchio una buona ventilazione. Gli svantaggi sono costituiti dal limitato isolamento acustico, dalla scarsa protezione passiva e dalla perdita di una fondamentale caratteristica della cuffia, quale è il controllo del volume.

A causa della sensibilità del padiglione auricolare, talora queste sono in realtà meno confortevoli delle tipiche cuffie "chiuse". Per alcuni aerei di classe elevata, le cuffie aperte possono costituire una buona soluzione, ma è necessario provare e confrontare, per trovare un compromesso tra la comodità e la tranquillità in volo.

Le cuffie alimentate ... che imbarazzo!

La più significativa delle caratteristiche delle cuffie attive è la loro necessità di alimentazione esterna. Nelle cuffie passive, il segnale audio ed il voltaggio che attiva il microfono sono forniti dal sistema di interfono, pertanto non c'è bisogno di alimentazione esterna per far funzionare la cuffia. Nelle cuffie attive, è necessaria un'alimentazione aggiuntiva per supportare i circuiti elettronici caratteristici della cuffia stessa. Nella Sezione 1 si è discussa l'efficienza di vari altoparlanti e circuiti attivi e di quanto questi influiscano sulle prestazioni di cancellazione e sulla durata delle batterie. Tutto questo rientra nel discorso dell'alimentazione e della portabilità.

La maggioranza dei potenziali utilizzatori di cuffie attive ha bisogno di disporre di apparecchi facilmente trasportabili, ma questo concetto porta con sé immagini di batterie voluminose e pesanti, allacciate ad un groviglio di cavi supplementari. Questo costituiva la norma fino ad alcuni anni fa. Quale risultato di una migliore efficienza, la tipica batteria per cuffia attiva si è ridotta dal volume di 6 pile "stilo" ed un cavo separato al volume di 2 sole stilo messe in-linea con il normale cavo audio della cuffia. Tutto ciò mantenendo una durata della batteria tra 30 e 40 ore ... ovvero mesi di volo per la maggioranza dei piloti! Sono in genere preferite le cuffie che utilizzano le batterie "stilo" piuttosto che quelle da 9 volt, poiché molti piloti sono soliti avere sempre con sé una scorta di queste batterie, da utilizzare per il GPS, la mini-torcia, ecc.

Infine c'è il problema di dimenticare la cuffia accesa alla fine dell'utilizzo, una cosa che non contribuisce molto alla durata delle batterie. Certamente la soluzione migliore per questo dilemma è che la cuffia sia dotata di un sistema di auto-spegnimento, che percepisca quando viene tolta dalla testa ed automaticamente stacchi l'alimentazione. Questo sistema è certamente destinato a svilupparsi durante i prossimi anni.

Batterie ricaricabili

La clientela ha manifestato il desiderio di utilizzare batterie ricaricabili per le cuffie attive. Si possono utilizzare batterie "stilo" ricaricabili in quasi tutti i sistemi, ma la spettanza di vita scende di circa la metà, se paragonata alle pile alcaline, inoltre essere sicuri che siano sempre cariche prima del volo può essere imbarazzante. Alcuni modelli (Pilot Avionics) hanno una batteria ricaricabile interna, consentendo così il risparmio di uno "scatolotto" supplementare. La batteria interna può essere conveniente nella misura in cui ci si ricordi di portar via la cuffia dall'aeroplano dopo ogni volo e caricarla completamente per l'utilizzo successivo. Con con tutte le batterie ricaricabili, la durata è sostanzialmente inferiore rispetto alle alcaline, ma più che sufficiente per qualsiasi volo ... se ci si ricorda di ricaricarle prima di decollare!

Se la durata della batteria è importante, la verità è che molte batterie, più che dalle ore di volo, sono consumate dalla dimenticanza di spegnere l'apparato. Questo è il vero "tallone d'Achille" delle cuffie ricaricabili: ... se ieri ci si è dimenticati di spegnerle, oggi ci sarà ben poca cancellazione attiva di cui approfittare! Le batterie ricaricabili non possono essere ricaricate in volo mentre si utilizza la cuffia e non le si può sostituire prima o durante il volo se si scaricano.

Alimentazione da pannello

Le cuffie alimentate da pannello risolvono questi problemi ed eliminano completamente il problema delle batterie, dei loro scatolotti, ecc. La maggioranza delle cuffie alimentate da pannello hanno degli spinotti integrati che permettono una semplice connessione sia per la linea audio che per l'alimentazione. Altri modelli hanno una via d'alimentazione separata, tramite l'accendisigari od una presa separata, ma questo significa che ci sono tre spinotti da collegare (audio, phono ed alimentazione).

La comodità della connessione unica è notevole, ma l'installazione deve essere effettuata da un tecnico specializzato in avionica, il che comporta un discreto aumento di spesa. A meno che si voli moltissimo, questa spesa equivale alla fornitura di batterie stilo per una vita intera! Questa è la ragione per cui un modello portatile è più adatto per la maggioranza dei piloti.

La maggioranza delle cuffie attive di ultima generazione possiedono una dotazione completa di caratteristiche standard che ne rendono semplice l'utilizzo. Queste possono essere: controllo separato del volume, commutabilità mono-stereo, qualche forma di indicatore della carica della batteria ed una borsa imbottita per portare in giro il proprio "investimento". Produttori diversi forniscono queste caratteristiche in modi leggermente differenti, pertanto si faccia attenzione quando si provano in volo vari modelli di cuffia.

Ed allora!

Ora sapete di più di quanto probabilmente ritenevate possibile su quanto i fattori progettuali della cuffia contribuiscano ad un volo confortevole. Nell'ultima sezione di questa dispensa, si tireranno le somme di quanto si è imparato sulla protezione acustica, sul miglioramento delle comunicazioni e sulla comodità ... per venire ai fattori fisiologici che influiscono sul pilota. Si considererà quanto le basse frequenze influiscano sulla fatica, sia mentale che fisica, e come questo influisca sui tempi di reazione e sulle capacità di decisione del pilota. L'argomento verrà trattato da un pilota che è un audiologo di professione, che utilizzerà la sua professionalità ed esperienza per discutere questi fattori.