Musik, Signalformen, Frequenzen – und wie sie zusammenhängen
Zwei Elektrotechnik-Studenten der FH Münster entwickeln einen Signalverarbeitungskoffer für Schulen
Wie Pfeifen als Kurve aussieht, testet Markus Biermann (r.), Janos Buttgereit bearbeitet die Frequenz mit einem der vielen Regler des „DSPmate“. (Foto: FH Münster/Theresa Gerks)
Welcher Regler hat welchen Effekt auf Musik und Töne? Das können Schülerinnen und Schüler am „DSPmate“ selbst ausprobieren. (Foto: FH Münster/Theresa Gerks)
Diese Elektronik hinter den Knöpfen auf der Bedienoberfläche des „DSPmate“ hat Markus Biermann komplett selbst entwickelt. (Foto: FH Münster/Prof. Kappen)
Münster/Steinfurt (3. Juli 2019). Gute Boxen schrauben ordentlich an der Musikqualität. Bässe klingen voller, hohe Töne hören sich trotzdem hell und klar an. In verschiedenen Modi können Musikliebhaber sogar Equalizer über ihre Songs legen. Aber was passiert dabei eigentlich? „Ich habe vor meinem Studium eine Ausbildung zum Tontechniker gemacht, kenne das also aus der Bediener-Perspektive“, sagt Janos Buttgereit, Elektrotechnik-Masterstudent an der FH Münster. „Aber ich wollte auch wissen, was da technisch und theoretisch hinter steckt.“ Einen innovativen Weg, theoretisches und praktisches Wissen miteinander zu vereinen, hat er jetzt zusammen mit seinem Kommilitonen Markus Biermann entwickelt: einen interaktiven Signalverarbeitungskoffer, den „DSPmate“.
Der „DSPmate“ soll anhand von Musik verdeutlichen, was es bedeutet, Audiosignale in Echtzeit zu verarbeiten und gleichzeitig einen spielerischen Zugang zu abstrakten Begriffen der Signalverarbeitung wie „Zeitsignale“ oder „Frequenzspektren“ schaffen. „Wenn ich damit an einer Schule bin und einen Schüler frage: ,Was ist gerade dein Lieblingssong?‘ und dann sein Smartphone anstöpsele, dann ist die Aufmerksamkeit schon mal da“, sagt Prof. Dr. Götz Kappen, in dessen Labor für Nachrichtentechnik der „DSPmate“ entstanden ist.
Und wenn dann die Musik spielt oder jemand ins Mikrofon spricht – digitale Daten also in Echtzeit per Lautsprecher herausgegeben werden –, erscheinen zwei Kurven auf dem integrierten Display: das Zeitsignal – also die Form der erzeugten Schallwelle – und das Frequenzspektrum – also die Auswertung, welche Tonfrequenzen in dem Signal enthalten sind. Dazu gibt es noch einen Equalizer, mit dem bestimmte Frequenzen verstärkt oder gedämpft werden können. Dessen Einstellung wird durch eine weitere Kurve visualisiert, kann direkt als Effekt im Frequenzspektrum optisch wahrgenommen werden und ist unmittelbar im Song zu hören. „Das Verständnis wird dadurch greifbarer, nicht nur für Schülerinnen und Schüler, sondern auch für Studierende“, sagt Buttgereit. „Man rechnet bei uns viel in der Vorlesung und die Kurven sind sehr abstrakt, aber hier hat man direkt die Reaktion und sieht, was passiert und wie das mathematisch aussieht.“ Man kann zum Beispiel eine Piepfrequenz dazugeben und verändern, einen Halleffekt einbauen, durch den Equalizer die Piepfrequenz runterdrücken, durch Verzerrung eckige Wellen modellieren und sich parallel dazu anhören, was das in der Realität mit der Musik macht.
Das Projekt ist jetzt komplett abgeschlossen, der zusammenklappbare Koffer fertig – also hat der Fachbereich Elektrotechnik und Informatik direkt einen weiteren in Auftrag gegeben. Einer ist dann in Zukunft an Schulen im Einsatz und der andere im Labor und in der Vorlesung. Dass auch in der Elektronik alles kompakt sitzt und die Optik stimmt, hat das Team zu einem großen Teil Biermann zu verdanken. „Ich habe schon in meiner Ausbildung zum Mechatroniker gelernt: Platz gibt es nirgendwo – es ist ein Kampf um jeden Millimeter“, so Biermann.