1. Impostazione del sistema
gni suono (o rumore) è trasportato dalla sua sorgente all’apparato uditivo dell’ascoltatore da onde di pressione che si propagano attraverso l’aria: a bordo di una moto la propagazione di tali onde è disturbata da vari fattori, a cominciare dai caschi che i motociclisti devono indossare per la loro stessa sicurezza in caso di incidente, ma che attenuano ogni suono proveniente dall’esterno riflettendo parte dell’energia associata all’onda incidente. Inoltre sono presenti notevoli sorgenti di disturbo: non solo i rumori del traffico, ma lo stesso rombo del motore e, soprattutto all’aumentare della velocità, i fruscii aerodinamici. Si crea dunque una sovrapposizione di effetti di disturbo che mina seriamente l’intelligibilità dell’informazione.
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Come conseguenza di quanto detto, a bordo di un motoveicolo guidatore e passeggero sono pressoché privati non solo della possibilità di comunicare tra loro oralmente, ma anche della possibilità di usufruire di tutta una serie di servizi che potrebbero aumentare la comodità e la sicurezza del viaggio, come ascoltare musica, telefonare, ascoltare i messaggi vocali di un sistema di navigazione GPS o di un sistema di infomobilità.
Per sopperire a queste esigenze sono state sviluppate svariate soluzioni, le quali, sostanzialmente al variare del costo, offrono prestazioni molto diversificate. Una strategia comunque comune a tutte è lo sfruttamento della
“barriera casco”: dato che questo attenua i rumori provenienti dall’esterno,
l’idea è quella di “trasportare” all’interno del casco tutto ciò che è
“informazione”, mettendole a disposizione un canale privilegiato, e lasciare tutto ciò che è “rumore” all’esterno.
Di seguito si darà una breve descrizione di tutti i dispositivi disponibili ponendo poi l’attenzione su pregi e difetti di ogni realizzazione, allo scopo di individuare su quali punti si possa intervenire con la tecnologia attualmente disponibile ed a basso costo.
1.1 Stato dell’arte
Il sistema più semplice a disposizione in commercio è, in ultima analisi, un’evoluzione dello stetoscopio medico. In questo caso il canale privilegiato attraverso cui passa l’informazione è un tubo di gomma che collega i due caschi (vedi fig. 1), attraverso il quale si propaga l’onda di pressione sonora, isolata così dalle interferenze esterne. Nonostante il sistema sia molto rudimentale, garantisce un’ottima qualità dell’audio (parlato) e l’intelligibilità della comunicazione fino a velocità elevate, oltre i 150 Km/h.
Figura1.1: Interfono a stetoscopio.
Ovviamente questo sistema fornisce solo la possibilità a guidatore e passeggero di parlare tra loro, escludendo a priori la possibilità di usufruire di altri servizi e vincolandoli inoltre l’uno all’altro con un cordone ombelicale che, oltre ad essere fastidioso, rischia di diventare pericoloso in caso di incidente.
Una soluzione più avanzata (e costosa) è data dagli interfoni elettrici.
Questi effettuano una conversione del segnale fisico in segnale elettrico, il quale viene poi instradato all’altro casco tramite un cavo e riconvertito (vedi fig. 2). Con questi dispositivi aumenta la flessibilità del sistema, dato che al posto di un’altra persona è possibile ascoltare qualunque altra sorgente audio opportunamente convertita in segnale elettrico, ma permane il vincolo fisico dovuto al cavo elettrico di collegamento (di solito con la moto, dove è installata una centralina di smistamento).
Figura 1.2: Interfono elettrico.
Un significativo passo in avanti nella fruibilità del sistema consiste
nell’eliminazione del cordone ombelicale che vincola i motociclisti tra loro o
alla moto. Questo può essere fatto ricorrendo ad una modulazione del
segnale, modulazione che può essere effettuata in banda radio, in banda
ottica, o a bassissima frequenza (ultrasuoni).
L’uso degli ultrasuoni comporterebbe, in un sistema come quello che vogliamo sviluppare, dei seri problemi legati allo scarso sviluppo specifico ed alla scarsa penetrazione commerciale della tecnologia; si potrebbe andare incontro, inoltre, a problemi di ampiezza di banda disponibile e di presenza di rumore. Queste considerazioni spiegano perché non esistano realizzazioni che utilizzano questa tecnologia.
La modulazione in banda ottica può essere ottenuta con la tecnologia degli infrarossi (IRDA – InfraRed Data Association) o con quella laser.
Entrambe queste tecnologie sono mature ed ormai disponibili a basso costo (un transceiver IR ha un costo che si aggira attorno ai 2-3 euro), offrono ampiezza di banda e portate sufficienti agli scopi del sistema, e, considerazione non trascurabile, gli utenti di quest’ultimo sono ormai avvezzi a queste tecnologie, cosa che favorirebbe la penetrazione commerciale. Il maggior limite della modulazione in banda ottica (ed il motivo per cui non esistono realizzazioni che la usano) è dato dalla necessità di un cammino ottico diretto tra trasmettitore e ricevitore, condizione che sarebbe difficile ottenere, e soprattutto mantenere, durante la marcia a bordo di una moto.
Esistono, al contrario, sistemi interfonici basati sulla modulazione in banda radio del segnale. I più semplici adottano uno schema di modulazione analogica di frequenza (FM – frequency modulation): si tratta di sistemi derivati dai comuni walkie-talkie, che oltre al vantaggio di eliminare la connessione fisica tra i motociclisti offrono una buona qualità dell’audio e possono effettivamente dirsi a basso costo. Questi sistemi scontano però due limiti sostanziali:
• La banda di frequenza in cui operano non è di libero utilizzo, neanche
per trasmissioni a bassa potenza; è anzi soggetta a tassa di concessione
governativa, attualmente paria 12,5 €.
• Ogni comunicazione è facilmente intercettabile dall’esterno, dato che è assente un qualsiasi meccanismo di criptaggio dell’informazione. Il criptaggio sarebbe tecnologicamente possibile, ma si dovrebbe far ricorso al frequency hopping o ad un altro tipo di tecnica di derivazione militare, con conseguente aumento della complessità (e del costo) del sistema. Inoltre la comunicazione, essendo analogica, è intrinsecamente piú soggetta ad interferenze e disturbi rispetto ad una comunicazione digitale.
Altre realizzazioni che ricorrono ad una modulazione in banda radio del segnale sono quelle che usano il protocollo Bluetooth. Questi sistemi derivano strettamente dagli auricolari Bluetooth per telefoni cellulari che usano il profilo headset, tanto che la loro prima vocazione è quella di consentire l’uso del telefono GSM da bordo della moto, piuttosto che funzionare come sistemi di interfono.
Il punto di forza di queste realizzazioni è la diffusione sempre maggiore e sempre più a basso costo sul mercato della tecnologia Bluetooth, che offre, oltre ai pregi comuni alle comunicazioni a radiofrequenza
“tradizionali”, come l’assenza di vincoli fisici e la buona qualità dell’audio ricevuto, anche l’introduzione di un sistema di criptaggio dell’informazione basato su frequency hopping e sull'utilizzo di una chiave software condivisa da trasmettitore e ricevitore. Infine, la banda di frequenze utilizzata è, per trasmissioni a bassa potenza e sottostando a vincoli di occupazione di banda, di libero utilizzo senza bisogno di concessioni governative.
Tra le realizzazioni di questo tipo si segnalano quelle di recente o
prossima commercializzazione di BMW, MOMOdesign (in collaborazione
con Motorola), Vemar (in collaborazione con Stilo) e Dainese (vedi fig. 1.3).
Figura 1.3: In senso orario, i caschi Bluetooth di BMW, MOMO, Vemar e Danese.
Tutti questi sistemi, però, dispongono delle sole funzionalità di interfono e di comunicazione telefonica, realizzando comunque sempre una connessione a due nodi: non è presente infatti nessuna centralina a bordo della moto, e, all’arrivo di una telefonata, quello che succede è che si elimina la comunicazione interfonica con l’alto casco e si attiva il link con il telefono GSM, che deve ovviamente anch’esso essere dotato di tecnologia Bluetooth.
Resta esclusa la possibilità di effettuare chiamate a tre, o di usufruire di altri
servizi audio.
Una trattazione più approfondita di questi sistemi sarà data nel prossimo capitolo, ma è interessante dare subito un accenno alla filosofia realizzativa utilizzata da BMW: per ottenere una migliore qualità dell’audio ed abbattere il livello di rumore, all’interno del casco non è integrato un semplice microfono, ma due array di microfoni che inviano i loro segnali ad un DSP (Digital Signal Processor) che effettua il filtraggio del rumore (oltre, presumibilmente, a gestire il transceiver Bluetooth). La presenza di una tale potenza di calcolo integrata sul casco genera però dei problemi di consumo di potenza, ovvero di durata delle batterie, dichiarata di alcune ore.
1.2 Bisogni
Appare evidente da quanto detto sino ad ora che un sistema che voglia venire incontro alle esigenze dei motociclisti debba possedere le seguenti caratteristiche:
1. Deve permettere a pilota e passeggero della moto di comunicare oralmente in modo chiaro e intelligibile fino a velocità mediamente elevate, attorno ai 150 Km/h permessi dal codice della strada nei tratti autostradali.
2. Non deve introdurre vincoli che ostacolino la guida o che
compromettano la sicurezza o la comodità del viaggio: non solo cablaggi,
ma anche un eccessivo appesantimento del casco dovuto all’integrazione
di componentistica elettronica e di sorgenti di potenza (batterie) sarebbe
un serio handicap per il sistema: infatti il peso del casco, durante il
viaggio, è sostenuto dalle vertebre cervicali e dalla muscolatura del collo,
e se il viaggio fosse lungo, questo aumenterebbe la fatica provata dai
motociclisti.
3. Deve consentire l’accesso ad un insieme di servizi audio aggiuntivi a quello di interfono, primo fra tutti un servizio di telefonia GSM contestuale alla funzionalità interfono, in modo da realizzare chiamate a tre. Questo servizio dovrà essere disponibile non solo per telefoni dotati di risorse di connettività particolari, come la tecnologia Bluetooth, ma per ogni tipo di telefono; sarebbe auspicabile la possibilità, per l’utente, di poter scegliere vari modi di connettere il telefono cellulare al sistema.
Devono inoltre essere disponibili altre sorgenti audio, come una radio, un navigatore satellitare o un servizio di infomobilità, in una configurazione il più flessibile possibile, in modo da poter aggiungere o rimuovere altre sorgenti audio in ogni momento. Sarebbe infine auspicabile la capacità del sistema di sintetizzare messaggi vocali in supporto ad ingressi non audio come un servizio di autodiagnostica del motoveicolo.
4. Deve essere di facile utilizzo, anche durante la marcia (ad esempio con le mani ricoperte dai guanti) senza compromettere la sicurezza del viaggio:
a questo scopo sarebbe auspicabile che il sistema, una volta acceso, possa accettare comandi vocali.
5. Deve, ovviamente, costare poco.
1.3 Impostazione di massima del sistema
Come rispondere a tutti questi requisiti, o almeno a buona parte di essi?
Quale tecnologia usare, e comunque con quale architettura di sistema?
Andiamo per ordine, cominciando dal punto uno. Per garantire una buona
intelligibilità del sonoro ad alta velocità si renderà necessaria una certa cura
nella soppressione dei rumori dovuti al motore ed al vento, sia con mezzi
meccanici che con mezzi elettronici (filtraggio del segnale). Questo
comporterà la necessità, per il sistema, di avere a disposizione una certa potenza di calcolo, localizzata in un punto non critico per l’aggravio di peso ed ingombro dovuto al consumo di potenza necessario a questa potenza di calcolo; una soluzione come quella adottata da BMW non appare adeguata, considerato il peso delle batterie che devono essere integrate nel casco. Per quanto riguarda il punto due, per evitare cablaggi l’unica soluzione percorribile è il ricorso ad un transceiver radio all’interno del casco: si dovrà dunque scegliere un protocollo di comunicazione wireless. Il protocollo scelto non avrà requisiti stringenti in fatto di portata (due metri bastano e avanzano) ma dovrà essere a basso costo, di poco ingombro, dai bassi consumi di potenza (per risparmiare peso nelle batterie) 1 , e dovrà garantire la possibilità di realizzare un’architettura aperta, non limitata cioè alla sola comunicazione tra i caschi. Il protocollo più adatto, come sarà esposto nel capitolo 2 di questo lavoro, è il protocollo Bluetooth.
Passando poi al punto tre, si capisce come possa essere utile la presenza di una centralina a bordo della moto: questa può occuparsi della gestione dell’intero sistema sgravando i caschi di quasi tutta la necessità di potenza di calcolo: in questo modo si crea una LAN (Local Area Network) di cui i caschi sono solo due nodi. Più in dettaglio i vantaggi di una tale scelta possono essere sintetizzati come di seguito:
• Quasi tutta la potenza di calcolo del sistema è delegata alla centralina, quindi crollano complessità, ingombro, peso e consumo di potenza della porzione di sistema da integrare nei caschi, che non sono un telaio da riempire ma un dispositivo di sicurezza che deve avere precise caratteristiche di resistenza meccanica;
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