„Wie kann man mit Elektronik hören?“ – interaktiver Physikworkshop im Audioversum

Im Rahmen des seit 1. April laufenden Bildungsprojekts „Hört hört“ fand Ende März im Innsbrucker Audioversum der Physik-Workshop „Wie kann man mit Elektronik hören?“ mit Schülerinnen und Schülern des Ursulinen-Gymnasiums und des BRG in der Au statt.
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Bild: Schülerinnen beim Variieren der Abtastrate während der Digitalisierung eines Audiosignals. (Foto: Christoph Jelinek)

Die Innsbrucker Forschungsmanagement-Firma Cemit bringt in Zuge des Bildungsprojekts „Hört hört!“ rund 400 Schülerinnen und Schüler von acht Bildungseinrichtungen mit den Entwicklern des weltweit bekannten Hörimplantat-Herstellers MED-EL zusammen. Neben dem Institut für Mechatronik der Universität Innsbruck und den Hörgerät- und Gehörschutzspezialisten der Innsbrucker Firma Gaertner auditiv ist auch die Pädagogische Hochschule Tirol mit von der Partie, die die wissenschaftliche Auswertung übernimmt und in Sachen Didaktik beratend zur Seite steht. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Planung und Entwicklung zukünftiger Bildungsprojekte einfließen.

„Hört hört!“ möchte junge Menschen sensibilisieren – für den Verlust des Gehörs, wenn Lieblingsmusik kaum wiederzuerkennen ist und fröhliches Stimmengewirr unerträglich wird. Im Science Center Audioversum von MED-EL können diese Situationen interaktiv erlebt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen selbst erfahren, wie wichtig es ist, Forschung zu betreiben, dass Forschen kein Selbstzweck ist und welche Schritte nötig sind, um von einem medizinischen Problem zu einer medizintechnischen Lösung zu gelangen. Sie bekommen die Gelegenheit, im Rahmen von Projekten selbst Messungen vorzunehmen, bei Firmenpartnern selbst Experimente durchzuführen und zu protokollieren, Kontakt zu betroffenen herzustellen und ethische Fragen zu diskutieren, die zwangsläufig mit der Implantation eines künstlichen Sinnesorgans einhergehen.

Vom Geräusch zur LED - Ein Audiosignal wird sichtbar

Im Workshop sollten wesentliche Grundelemente eines Cochleaimplantat-Systems vermittelt und anschließend in Versuchen in vereinfachter Form von den Schülerinnen und Schülern nachgebaut werden.  Der Ablauf gliederte sich in zwei Teile. Im ersten wurde die Tonhöhenaufspaltung eines Audiosignal in einem Cochleaimplantat demonstriert. Hierfür wurde eine einfache Filterbank direkt an einem Elektronik-Steckbrett aufgebaut und über ein iPad mit Signalgenerator-App oder ein Mikrophon direkt mit einem Audiosignal gespeist. Durch die Filterbank wurde das Signal in hohe, mittlere und tiefe Töne aufgespaltet. Die Anregung der zugehörigen Elektroden im Cochleaimplantat wurde optisch durch Ansprechen von LEDs visualisiert, deren Grenzwerte von den Schülerinnen und Schülern erkannt und notiert wurden.

Wie wird ein analoges zum digitalen Audiosignal?

Der zweite Teil des Workshops sollte den Schülerinnen und Schülern die essentiellen Schritte der Analog-Digitalumwandlung näher bringen. Zu diesem Zweck wurde ein Mikroprozessor programmiert, der ein analoges Mikrophonsignal digitalisiert. Eine Schallwelle versetzt die Membran im Mikrophon in Schwingung, die von einem Analog-Digital-Wandler mehrere tausend Mal in der Sekunde vermessen. Dabei wird aus der analogen Schwingung eine Reihe von digitalen Werten, die im Audioprozessor weiterverarbeitet werden können. Am Computer mit Soundkarte konnten die Schüler über Matlabskripte Audiosignale aufnehmen und dabei die Abtastrate variieren.

Am 26. Juni 2014 ist außerdem ein ausführlicher Projekttag geplant. Dieser soll im BRG in der Au stattfinden und den Schülerinnen und Schülern das Konzept des Projektes „Von der Forschungsidee zum Produkt im Patienten“ noch einmal bewusst machen. Auch soll die Öffentlichkeit zu diesem Anlass ausführlicher informiert werden.

(Clemens Kartmann/Christoph Jelinek)