Messungen mit der Soundkarte.
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Messungen mit der Soundkarte.
 Beispiele: Einsatz der Soundkarte im Unterricht
Viele haben bereits ein hervorragendes Messinterface in ihrem Computer
eingebaut - und wissen nichts davon.
Die Soundkarte im Computer
eignet sich vorzüglich zur Durchführung von Messungen.
(1) Messprinzip :
Physikalisch gesprochen ist eine Soundkarte ein Digital-Analog-Wandler
(Ausgabe) und Analog-Digital-Wandler (Eingabe) für jeweils zwei Kanäle
(Stereo), wobei ein Kanal - oder auch beide Kanäle - noch zusätzlich
einen Vorverstärker bieten (Mikro).
Sie wird in einen freien Steckplatz auf dem Motherboard eingesteckt, oder
ist als Soundchip schon auf dem Motherboard vorhanden.
Damit ist das
Schnittstellen-Problem auch schon gelöst.
1.1.) Typische Leistungsdaten:
Soundkarten haben maximal eine "Sampling rate" von
44,1 kHz, d.h. sie können bis zu 44100 Messungen je Sekunde machen. Der
zeitliche Abstand zweier Messungen beträgt damit minimal 22,7
Mikrosekunden.
Meistens haben die Soundkarten eine Auflösung von 16
bit, es können also 216 = 65536 Spannungswerte unterschieden
werden. Beim Line-In Eingang, der für 1 Vss (+1V bis - 1V) Signalstärke
ausgerichtet ist, bewirkt eine Spannungsdifferenz von 30 Mikrovolt eine Änderung
um 1 bit.
Für die Speicherung von 1s Aufzeichnungsdauer sind daher in Mono
etwa 86 kByte (44100 mal 2 Byte), in Stereo 172 kByte nötig.
1.2.) Anschlüsse:
Jede Soundkarte verfügt über (mindestens) drei Buchsen:
- Eine Ausgangsbuchse für Tonsignale ("Line out") :
Hier können Wechselspannungen von etwa 1 Volt Signalhöhe ausgegeben
werden - 2 Kanal Stereo.
- Eine Eingangsbuchse für Tonsignale ("Line in") :
Dies ist ein Stereo-Anschluß mit dem Tonsignale einer typischen
Signalstärke von 1Vss aufgenommen werden können.
- Eine Eingangsbuchse Mikrofon ("Microphone") :
Hier
ist ein Verstärker vorgeschaltet, so daß dynamische Mikrophone mit
Ausgangsspannungen im mV Bereich angeschlossen werden können.
(2) Einsatz :
- Erzeugung von Ton- und Wechselspannungssignalen im Bereich
von
etwa 20 Hz bis 20 KHz (Funktionsgenerator mit 1 Vss)
- Aufnahme von Ton- und Wechselspannungssignalen in diesem Bereich (Speicheroszilloskop
für f < 20 kHz)
- Durch bekannte Zeitabstände zwischen den Messungen sind genaue
Zeitmessungen möglich, so dass die Soundkarte auch als hochgenaue
Stoppuhr genutzt werden kann (Auflösung bis 0,1 ms).
- Gleichspannungen kann die Soundkarte nicht aufnehmen oder ausgeben.
(wie es doch geht finden Sie hier heraus.)
- Einsatzmöglichkeiten vor allem im Bereich der Akustik und Elektrizitätslehre.
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(3) Kosten :
Soundkarten sind als Massenware sehr preiswert und oft schon in den
Computern eingebaut. Im Prinzip eignet sich jedes Soundkarte als Messinterface,
wobei es bei der Empfindlichkeit des Mikrofon-Eingangs starke Schwankungen gibt.
Soundkarten bekommt man schon für etwa 20.- Euro.
(4) Vor- und Nachteile :
Vorteile:
- ein Messinterface, das evtl. schon im Computer vorhanden ist oder günstig
zu beschaffen ist
- kein Interfaceproblem
- kostengünstige oder kostenlose Software
- vielseitig und immer einsetzbar
- Schülerinnen und Schüler können Experimente auch Zuhause
durchführen und so vor- und nachbereiten
Nachteile:
- kein Support
- das Zubehör (Mikrophone mit Verstärker und Klinkenstecker,Wäscheklammern
mit Kontakten, Anschlußkabel usw.) muß selbst gebaut und gelötet
werden
- gelegentliche Kontaktprobleme an den Klinkensteckern
(5) Software :
Geeignete Programme zur Nutzung der Soundkarte als Meßinterface
bekommt man im Internet meist als Free- oder Shareware recht kostengünstig.
Mehr darüber finden Sie hier.
Weitere Online Informationen:
Freier Fall mit der
Soundkarte (Gymnasium Korschenbroich)
Beitrag
von Bruno Rager, Studienseminar Esslingen
Literaturhinweise:
Impulse Physik, Versuche mit der Soundkarte, ISBN 3-12-77257-2,
Klett-Verlag, Stuttgart
(6) Einsatzmöglichkeiten im Unterricht :
 Zur vielfältigen Materialsammlung
geht es hier.
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