Programme zum Auswerten der Tonsignale

Für die Auswertung der von den Lichtschranken über den Tongenerator NE555 erzeugten Tonsignale bieten sich drei verschiedene Möglichkeiten an.

1.) Verwendung von Audacity, GoldWave, CoolEdit & Co.

Sie benutzen ein Free- oder Shareware Tonaufzeichnungsprogramm. Besonders geeignet, weil völlig kostenlos, ist hierbei Audacity. Die Bedienung des Programms ist sehr intuitiv.

Das Bild zeigt die Aufnahme der Tonsignale bei einem Experiment zum freien Fall mit der Lichtschrankenschiene.
Man erkennt deutlich, dass die Tonimpulse immer enger aufeinander folgen (kürzere Zeit für gleiche Streckenintervalle) und kürzer sind (kürzere Verdunklungszeit = größere Momentangeschwindigkeit).

Die Auswertung eines s-t-Zusammenhangs ist allerdings etwas mühsam, weil der Start der Aufzeichnung (Drücken des roten Startknopfes) und der Start der Messung (Verdunkelung der ersten Lichtschranke) zeitlich nicht zusammenfallen. Vom Verdunklungsbeginn der jeweiligen Lichtschranke (Beginn des Signals) muss also diese Vorlaufzeit (hier etwa 0,4 s) zuerst abgezogen werden.
Für den v-t-Zusammenhang und die Bestimmung der Momentangeschwindigkeit über die Zeit der Verdunklung der jeweiligen Lichtschranke ( = Dauer des Tonsignals) ist das weniger ein Problem.

Wenn Sie mit den anderen Möglichkeiten (s.u.) einmal keinen Erfolg haben sollten, sind diese Programme aber sehr dazu geeignet einzugrenzen, ob kein Signal in den Rechner gelangt (Kabelproblem), oder ob ein Problem mit dem Programm vorliegt.

2.) Delphi-Entwicklungsprogramm

Um oben beschriebenen Nachteile nicht in Kauf nehmen zu müssen, habe ich ein kleines Auswertprogramm in Delphi 6 geschrieben. Es benutzt die bereits an anderen Stellen beschriebenen Komponenten TAudioIO von John Mertus und AMixer von Vit Kovalcik.

Diese erste Version meines Programms lege ich Ihnen hier mit den Quellcodes offen. Es ist für eigene Weiterentwicklungen gedacht, wenn Sie z.B. in einer Informatik-AG das Auswertprinzip besprechen wollen. Ich habe die einzelnen Teile kommentiert, so dass man verstehen kann, was passiert.
Das Programm erhebt nicht den Anspruch die programmiertechnisch eleganteste Lösung zu sein.

Viel Komfort beinhaltet das Programm auch nicht. Sie können aber immerhin damit messen, die Messwerte abspeichern und wieder laden. Es beinhaltet die wesentlichen Teile zum Steuern des Windows-Mixers und zum Steuern der Soundkarte, wozu Sie aber die o.g. Komponenten in Delphi einbinden müssen.

3.) Ein komfortables Auswertprogramm in Delphi.

Dieses einfache Programm habe ich dann weiter entwickelt, bis ein wirklich komfortables Programm zur Auswertung der Messungen entstanden ist. Es bleiben kaum Wünsche offen. Insgesamt sind mehr als 100 Stunden Programmier- und Testarbeit in das Programm investiert worden.

Sie können damit nicht nur messen, die Daten abspeichern und laden, sondern die Daten auch auswerten.
Dabei wurde Wert darauf gelegt, dass man nicht immer alle Auswertungen sofort angezeigt bekommt:

Beim s-t-Zusammenhang wird z.B. der Quotient nicht einfach berechnet, sondern man kann über eine Auswahlbox zunächst einen Zusammenhang vermuten (lassen) und auf dieser Basis den Quotient rechnen lassen.

Beim v-t-Zusammenhang kann man die Größen Verdunklungszeit, Momentangeschwindigkeit und Beschleunigung auch erst nach und nach darstellen lassen, indem man in einer Checkbox ein Häkchen setzt.
Das Programm eignet sich daher für den Demonstrationsunterricht ebenso wie für die praktische Arbeit der Schülerinnen und Schüler.

Natürlich lassen sich die Daten zu einer Auswertung auch nach EXCEL oder einer anderen Tabellenkalkulation exportieren, obwohl das Programm selbst auch alle Auswertarten beherrscht. Diagramme zum s-t-Zusammenhang und v-t-Zusammenhang - in skalierbarer Größe - sind ebenso möglich wie ein Export dieser Grafiken in die Zwischenablage (z.B. für ein Protokoll) und ein Ausdruck der Grafiken. Das Programm berechnet hier auch die Ausgleichskurven. Weiterhin kann das Programm bis zu drei Messdatensätze gleichzeitig verwalten, damit auch Vergleiche verschiedener Messungen möglich sind.

Für den Einsatz im Rahmen Ihres eigenen Unterrichts ist das Programm Freeware. Eine kommerzielle Verwendung ist nur mit meiner ausdrücklichen schriftlichen Genehmigung möglich. Alle Rechte vorbehalten.
Das Programm können Sie hier herunterladen. Es wird durch eine ausführliche Programmanleitung ergänzt, die Sie ebenfalls herunterladen können.

Für Probleme, die durch die Benutzung des Programms entstehen könnten, wird keine Haftung übernommen.
Es besteht kein Anspruch des Endnutzers auf Weiterentwicklung des Programms.
Es wird kein Support geleistet.

Das Programm wurde unter Windows98, Windows2000 und WindowsXP getestet. Es funktioniert im Prinzip auch unter Windows Vista, wobei die Verwaltung der Mixereinstellungen unter Vista nicht funktioniert, weil Vista diese anders verwaltet als seine Vorgängerversionen.
Wenn Sie die Mixerregler von Hand setzen, können Sie das Programm aber auch unter Vista nutzen.

Programm: Fahrbahn.exe (1,2 MB)

Anleitung Programm Fahrbahn (600 kB)