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Considerations on Ergonomic Effects of Ultra-Wide Curved Monitors
Motivation und Problemstellung
Curved-Monitore drängen auf den Markt und rücken damit auch in den arbeitswissenschaftlichen Fokus. Dabei sind ultrabreite, gekrümmte Geräte besonders präsent, deren Mehrwert oft eher emotional begründet wird. Die vorgestellte Laborstudie soll objektive Entscheidungskriterien liefern. Werden solche Geräte in Leitzentralen, Kontrollräumen und Leitstellen, also Anwendungsbereichen in sicherheitsrelevanten Infrastrukturen eingesetzt, müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Im Gegensatz zu Monitoren mit Standardformaten und -auflösungen bedingen Ultrabreit-Formate eine Reihe von Herausforderungen, die mit Blick auf das Anwendungsfeld Leitzentrale zusätzliche Bedeutung erhalten können. Insbesondere hier gelten Empfehlungen für die Visualisierungsmitteldichte, um die visuelle Komfortzone für Operatortätigkeiten (Kockrow 2014) adäquat berücksichtigen zu können.
In der Praxis scheint es jedoch so, dass über den vermeintlich erkannten ergonomischen Mehrwert von Curved-Monitoren Informationsmengen und die Auswirkungen einer Übervisualisierung unterschätzt werden. Durch ultrabreite Geräte wird dabei nicht die Anzahl der Monitore, sondern die zu überblickende, effektiv nutzbare Darstellungsfläche vergrößert, was ebenfalls zur Verletzung der Komfortzone führt. Da im betrieblichen Kontext durch fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung sowie häufig damit einhergehende Zentralisierungsbestrebungen weitere Informationsquellen eingebunden werden müssen, können derartige Monitorkonstellationen ein erhöhtes Beanspruchungspotenzial bieten. Diese werden im Verlauf des Beitrags detailliert erläutert.
Wissenschaftlicher Stand
Bei Curved-Monitoren ist die Displayfläche zum Systemnutzenden hin gekrümmt. Das hat zunächst den Vorteil, dass Verzerrungen in den Randbereichen minimiert und die Sehabstände über die breite Fläche harmonisiert werden, sofern eine zentrale Sitzposition vor dem Gerät eingenommen wird (Zannoli u. Banks 2017; Lee u. Kim 2016). Maßgeblich ist dabei die Stärke der Displaykrümmung, die mit dem Radius als Maßzahl beschrieben wird. Große Radien stehen für eine geringe Krümmung, während kleine Radien eine starke Krümmung zum Nutzenden bedeuten. Aus Ergebnissen verschiedener Studien leiteten die Forschenden ab, dass Effizienzvorteile bei Formausrichtungs-, Zeichen-, Such- und Schreibaufgaben im Gegensatz zu planaren Bildflächen bestehen (Park et al. 2020). Curved Displays führten im Vergleich zu flachen Bildschirmen auch allgemein zu einer besseren kognitiven Leistungsfähigkeit (Na et al. 2015; Kyung u. Park 2021). Weiterhin wird von einer reduzierten visuellen Ermüdung (Kyung u. Park 2021) sowie der Verringerung subjektiv wahrgenommener Symptome des Computer-Vision-Syndroms (Luo et al. 2016) berichtet. Darunter werden negative Auswirkungen auf den Sehapparat bei Bildschirmarbeit, wie Augenermüdung, trockene/tränende Augen, Augenirritationen, Diplopie, verschwommenes Sehen oder Kopfschmerzen, zusammenfasst (vgl. Blehm et al. 2005).
Demgegenüber wird bei kleinen Monitorradien auch von einem signifikanten Anstieg der subjektiv wahrgenommenen Augenbelastungen berichtet und dieser Effekt auf eine verringerte Akkommodationsbreite bei der Systeminteraktion zurückgeführt (Lee u. Kim 2016). Die längere Arbeit im Nahbereich hemmt eine gewohnt schnelle Anpassung an andere Sehabstände, wobei die erstarrte Muskelkontraktion des Ziliarmuskels zur Augenermüdung beiträgt (Lee u. Kim 2016). Es wird vermutet, dass die verringerte Akkommodationsbreite negative Auswirkungen auf die Augengesundheit besitzt und Myopie (Kurzsichtigkeit) fördern kann (Dutheil et al. 2023; Czepita et al. 2010). Die bei Curved-Monitoren mit engen Radien entstehende Naharbeit ist wegen der gleichen Sehabstände bei der Bildschirmarbeit dabei besonders intensiv ausgeprägt. Auch wird von einem Anstieg allgemeiner subjektiver Ermüdungserscheinungen und physischer Beanspruchungswahrnehmung bei Nutzung von Curved-Monitoren berichtet (Luo et al. 2016; Park et al. 2019).
Zusätzliche Herausforderungen ergeben sich, wenn mehrere Monitore am Arbeitsplatz kombiniert werden müssen. Insbesondere in Leitzentralen können die Aufgaben eine hohe Informationsdichte bedingen, was erfahrungsgemäß zur Verwendung mehrerer Monitore führt. Grundsätzlich sind die ergonomischen Vorteile einer gekrümmten Visualisierungsfläche im Gegensatz zur Verwendung einer planaren Bildebene durch eine Reihe von Studien belegt und werden seit langem als ergonomisch anzustrebender Zustand hervorgehoben (vgl. Kockrow et al. 2012; DIN 894-2:2009). Jedoch beruhen auch Studien zu Effekten von Curved-Monitoren oftmals auf bogenförmigen Versuchsanordnungen planarer Geräte. Mittels Curved-Monitoren kann dieser Bogen nun idealisiert rund gestaltet werden, jedoch sind schlussendlich der Mehrwert und daraus einhergehende Nachteile häufig noch unklar.
Die durchgeführte Ergonomiestudie
Daher wird an der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) zu diesem Thema geforscht. Die Studien wurden im Ergonomielabor des Fachgebiets Arbeitswissenschaft/Arbeitspsychologie (Awip) durchgeführt und erfolgten teils durch Experimentalmessungen und teils durch Einbindung von Studierenden als Versuchspersonen. Vergleichswerte lieferte eine zuvor durchgeführte Grundlagenstudie zur Informationswahrnehmung im peripheren Blickfeld bei grafisch komplexen Visualisierungsumgebungen, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, FKZ: HO 3993/5-1, vgl. Hoppe et al. 2022). Für diese Studie wurde ein aus fünf planaren Monitoren gebildeter Visualisierungsbogen verwendet, dessen Ausprägung durch die Nutzung von Curved-Monitoren nun perfektioniert werden konnte. Um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, wurde das Versuchsdesign der DFG-Studie bestmöglich nachgebildet. Im zentralen Blickfeld befand sich eine aufmerksamkeitsbindende Aufgabe, während links und rechts davon eine dynamische Prozessdarstellung mit typischen Symboliken dargeboten wurde, auf denen Reizereignisse in zufälliger Folge eingeblendet wurden. Deren Wahrnehmung sollten die Versuchspersonen ohne Seitenblicke per Tastendruck quittieren. Die Merkmale der Zielreize variierten zum Beispiel in Blickfrequenz, Kontrast und Exzentrizität. Allerdings ließen sich nicht alle Bedingungen identisch nachbilden. So konnte der Curved-Aufbau nur mit dem kleinsten handelsüblichen Radius r = 1000 mm (R1000) aufgebaut werden, während der DFG-Studie ein Radius von 766 mm zugrunde lag. Der Aufbau bestand aus einem zentral positionierten 49“-Curved-Monitor und jeweils einem 27“-Curved-Monitor vom gleichen Radius an den Seiten (➥ Abb. 1).
In beiden Versuchsdesigns entstand ein umspannender Darstellungsbereich von fast 180°. Abweichend war ebenfalls die zentrale aufmerksamkeitsbindende Aufgabe, was jedoch kaum auf die Erkenntnisse der peripheren Wahrnehmung rückwirken dürfte.
Versuchsablauf der Probandenstudie
Die Probandinnen und Probanden hatten die Aufgabe, die zentrale Permanentaufgabe mit großer Sorgfalt als primäre Anforderung zu bewältigen. Sie wurden darauf hingewiesen, dass links und rechts der Hauptsehaufgabe eine komplexe Prozessdarstellung visualisiert ist und dass dort zufällige Einblendungen von Ereignissen entstehen können. Das Auftreten dieser Zielreize sollten die Versuchspersonen durch einen Tastendruck quittieren. Die protokollierten Zeitstempel der Signalerkennungszeiten wurden statistisch ausgewertet.
Experimentalmessungen
Durch die halbkreisförmige Monitorfläche wurde eine Art Paraboleffekt vermutet, der ungünstig auf Licht- und Akustikbedingungen wirken könnte. So wurden die Auswirkungen der Arbeitsplatzbeleuchtung und einer provozierten Störlichtquelle mit geeigneter Messtechnik ebenso untersucht, wie die akustischen Wechselwirkungen bei diffusem Störschall im Arbeitsbereich. Die Erkenntnisse zur Wechselwirkung mit Beleuchtungselementen wurden vornehmlich mit einer Leuchtdichtekamera auf Basis von Kontrastermittlungen realisiert. Für die akustische Messreihe wurde ein 80 dB weißes Rauschen erzeugt und dessen Wirkung mittels Schallpegelmessung in Messrastern erfasst. Alle verwendeten Messgeräte besitzen die Fehlerklasse 1 und damit eine geringe Messunsicherheit. Für die Analysen wurden verschiedene Monitorsettings aufgebaut und Messreihen jeweils mit als auch ohne Schreibtischstuhl einschließlich Personendummy erfasst.
Ableitungen
Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit
Die durchgeführte Probandenstudie (n = 34, MWAlter = 25,6 Jahre, SD = 3,069 Jahre) zeigt eine starke statistische Tendenz für eine verbesserte Signalerkennung im peripheren Blickfeld. Dabei scheinen auch Zielreize im Randbereich des peripheren Blickfelds gut erkennbar zu sein. Weiterhin konnte eine minimale Verkürzung der Reaktionszeiten auf die visuellen Reizereignisse beobachtet werden. Es ist jedoch anzumerken, dass mit dem verwendeten, umspannenden Visualisierungsbereich (drei Monitore R1000) eine Extremsituation analysiert wurde, deren Praktikabilität in Frage gestellt werden kann. Bei Nutzung eines Monitors in Standarddimensionen sollte auch dieser Radius aus arbeitswissenschaftlicher Sicht sehr gut nutzbar sein. Bei der Kombination mehrerer Geräte wird, aus praktischen Beweggründen heraus, ein Radius von r > 1800 mm für die ergonomische Arbeit empfohlen, um einem Gefühl des Umschlossenseins vorzubeugen.
Usability Experience
Diese Aussage wurde nämlich von mehreren Versuchspersonen der Usability-Studie (n = 18; MWAlter = 25,4 Jahre; SD = 2,472) nach einer Arbeitsphase an dem R1000-Aufbau getroffen. Von den Teilnehmenden gehörte niemand der Gamer-Szene an und keine Person hatte zuvor mit einer derartigen Monitorkonstellation gearbeitet. Das wahrgenommene Umschlossensein wurde in einem Explorationsgespräch von 22,2% der Teilnehmenden berichtet, 28,7% empfanden diese Visualisierungskonstellation gar als befremdlich. Bei 11,2% wurde Unwohlsein ausgelöst, wodurch eine Versuchsperson den Versuch vorzeitig abbrach. Einige Versuchspersonen äußerten sich neutral, eine Person (5,6%) ließ eine echte Überzeugung für diesen Monitoraufbau erkennen. Wesentlicher Aspekt für die wahrgenommene Usability war jedoch die erschwerte Orientierung und Findung der Mauscursorposition auf der Visualisierungsfläche. Fast die Hälfte der Teilnehmenden (44,4%) berichtete von häufigen, langen Suchphasen auf der mit 10.240 Pixeln extrem breiten Visualisierungsfläche. Durch die hohe Auslösung und die ausladende Dimensionierung der Bildfläche in Kombination mit dem kleinen Mauszeiger war dieser, vor allem im peripheren Blickfeld, schwer auszumachen. Selbst Systemfunktionen zur Hervorhebung des Mauszeigers (Strg-Taste bei MS Windows) konnten die benötigte Reizstärke für eine schnelle Lokalisierung des Mauscursors nicht gewährleisten. So ist eine subjektive Beeinträchtigung der Benutzerfreundlichkeit bis hin zu negativem Beanspruchungspotenzial im Sinne von Technikstress (vgl. Hoppe 2009) zu erwarten.
Individualisierbarkeit
Zunächst ist die Flexibilität des Monitoraufbaus stark begrenzt, da der Radius die Positionierung der Geräte bestimmt und sonst Beeinträchtigungen des Sehkomforts zu erwarten sind. Ergonomische Empfehlungen können so nur bedingt umgesetzt werden. Zudem wird durch das Krümmen der Bildfläche der Sehwinkel zum Überschauen der Informationen verbreitert, wodurch bei normalen Sehentfernungen ultrabreite Geräte den optimalen Blickbereich überschreiten. Dieser ist mit horizontal 35° (jeweils nach links und rechts, vgl. DIN 894-2:2009) deutlich kleiner als das maximale Blickfeld. Blickpunkte können hier ohne extreme Auslenkungen von Augen und Kopf bequem fixiert werden. Durch die Verwendung einer entsprechend breiten, gekrümmten Visualisierungskonstellation können daher erhöhte physiologische Kosten für die Blickausrichtung anfallen, was die zuvor beschriebenen Befunde gesteigerter physischer Beanspruchungswahrnehmung in anderen Studien plausibel macht.
Eine weitere Herausforderung entsteht durch die Neigung von gekrümmten Monitoren. Hier sind nach aktuellen Erkenntnissen 35° empfohlen (vgl. DGUV 2019, s. „Weitere Infos“). Bei einzelnen Geräten zeigen sich Nachteile durch die Bildschirmneigung erst bei ultrabreiten Ausführungen kleiner Radien, da hier schnell ein Wanneneffekt entstehen kann. Zwangshaltungen durch Kopfdrehungen bei mehrdimensionaler Torsionsbelastung des Nackenbereichs sowie Verzerrungseffekte können die Folge sein. Die für Träger von Gleitsichtbrillen empfohlene Bildschirmneigung (y = 45°; nach Jaschinski 2008) ist so nicht realisierbar. Bei der Kombination mehrerer Geräte wird dieser Effekt verstärkt oder bei separater Neigung der visualisierten Bildfläche stark aufgebrochen und verzerrt.
Leuchtdichteuntersuchungen zeigten weiterhin einen Abfall der wahrnehmbaren Kontraste von oben nach unten über die gesamte Visualisierungsfläche. Das ist mit dem Einfallwinkel der Blicklinie zu erklären, die mangels Monitorneigung im unteren Bereich deutlich spitzer auf den Bildschirm auftrifft. Der Effekt konnte durch Neigung der Monitore (12°) bereits messbar reduziert werden, wodurch die Anzeigeflächen aber wieder anfälliger für Reflexionsblendungen aus der Umgebung wurden (➥ Abb. 2). Hier zeigt sich, nur bezogen auf die Beleuchtung, bereits ein zu handhabendes Spannungsfeld und damit die Notwendigkeit einer präventiven, systemischen Planung.
Auswirkungen der Umgebungsbedingungen
Die Experimentalstudien haben gezeigt, dass unter ungünstigen Bedingungen auch akustische Bündelungseffekte im Arbeitsbereich auftreten können. In den analysierten Konstellationen mit diffusem Störschall konnte auf dem Arbeitstisch vor dem Monitor eine Anhebung des Umgebungsschallpegels von 2,54 dB nachgewiesen werden, was einen wahrnehmbaren, aber geringen Lautstärkeanstieg bedeutet (➥ Abb. 3). Mit steigendem Radius reduzierte sich der Effekt jedoch. Zudem befand sich der Hotspot mitten auf dem Arbeitstisch in Höhe mittig der Monitore. Es ist daher nicht von einer Beeinträchtigung der Arbeitsperson auszugehen, da Messungen an der Ohrposition keine relevante Erhöhung des Schallpegels zeigten. Abhängig von der Position der Schallquelle, der Art des Störschalls sowie Monitortypen und -konstellationen können störende Wechselwirkungen jedoch nicht gänzlich ausgeschlossen werden.
Zudem sind Blendeffekte wahrscheinlich, die jedoch auch bei bogenförmiger Anordnung planarer Monitore auftraten. Durch die fehlende Monitorneigung waren dagegen Wechselwirkungen mit der im Versuchsarbeitsplatz angebrachten normkonformen Beleuchtung kaum nachweisbar. Auch hier kann in Abhängigkeit von der Art und Position von Leuchtmitteln beziehungsweise Störlichtquellen eine Beeinträchtigung nicht ausgeschlossen werden. Weitere Forschungen in diesem Kontext sind geplant.
Technische Anforderungen
Allgemein sollte geprüft werden, ob die zu nutzenden Systemanwendungen mit der Monitorauflösung kompatibel oder adaptierbar sind, so dass ein ergonomisches Arbeiten mit hohem Sehkomfort möglich ist. In Anwendungsbereichen kritischer Systeme stellen die Anforderungen an die Verfügbarkeit und damit verbundener Redundanzen ein primäres Kriterium dar. Werden ultrabreite Monitore zur Aufschaltung mehrerer Prozessbilder oder Informationsquellen genutzt, sind alle Inhalte bei Ausfall des Geräts nicht mehr zugreifbar. Einzelne Monitore bieten hier die Möglichkeit der flexiblen Nutzung noch verfügbarer Geräte. Zudem sind für ultrabreite Geräte häufig leistungsfähige Rechner mit spezifischer Grafikleistung nötig, um die nativen, teils untypischen Auflösungen wiedergeben zu können. Insbesondere bei Absetzung der Rechentechnik, wie es in Leitwarten und Kontrollräumen typisch ist, muss dieser Effekt besonders berücksichtigt werden. Zum einem müssen zusätzliche Hochleistungs-Grafikmodule arbeitsplatznah installiert werden, was zu unerwünschtem Wärme- beziehungsweise Geräuscheintrag ins Arbeitssystem führen kann, zum anderen sind nötige Übertragungsbandbreiten für die Grafikleistung zu berücksichtigen.
Fazit
Aus ergonomischer Sicht können Curved-Monitore für den privaten Anwendungsbereich oder für übliche Bürotätigkeiten durchaus Vorteile bieten. Ideal ist dabei, wenn die späteren Nutzerinnen und Nutzer eine Möglichkeit zum Testen der Geräte bekommen, um ein subjektives Gefühl aufzubauen. Herkömmliche Monitorgrößen und Auflösungen sind mit vorhandener Rechentechnik oftmals vollumfänglich einsetzbar. Sollen ultrabreite Monitore zur Anwendung kommen, stellt sich die Frage, inwiefern die Arbeitsaufgabe diesen Gerätetyp notwendig macht, die notwendige Grafikleistung erbracht werden kann und ob die Systemumgebung eine Visualisierung auf derartigen Geräten ermöglicht. Insgesamt sind jedoch gerade bei diesen Geräten auch Nachteile zu erkennen. Neben aller Euphorie müssen auch ungünstige Effekte aus der mangelnden Monitorneigung, resultierende Blickwinkel und, daraus folgend, auch Beanspruchungswirkungen im Sinne von Technikstress auf arbeitswissenschaftlicher Ebene vermutet werden (vgl. Hoppe 2009). Diese Erkenntnisse müssen in der oft emotional geführten Debatte im Rahmen eines Kaufentscheids transparent diskutiert und kritisch bedacht werden. Insgesamt ist es von Vorteil, wenn die späteren Akteure in diesen Prozess eingebunden werden und bereits die Anforderungsdefinitionen mitgestalten.
Interessenkonflikt: Der Autor bestätigt, dass keinerlei Interessenkonflikte in Bezug auf das Arbeitsthema bestehen.
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Weitere Infos
DGUV – Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze – Leitfaden für die Gestaltung. DGUV-I 215-410, 2019
https://publikationen.dguv.de/widgets/pdf/download/article/409
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