Der Podcast der Schülerzeitung
AFB I–IIDie Schülerzeitung nimmt einen Podcast auf. Ein Kondensatormikrofon mit Nierencharakteristik steckt in einem kleinen Audio-Interface, das per USB am Laptop hängt. Über den Ausgang desselben Interfaces hört die Technikerin im Kopfhörer mit (siehe Abbildung).
Für ein Interview von 20 Minuten Länge wird mit 16 000 Messwerten pro Sekunde und einer Bittiefe von 16 Bit (also 2 Byte pro Messwert) in Mono aufgenommen.
- Ordnen Sie den Stationen 1 bis 5 jeweils ihre Rolle in der Signalkette zu: Sensor, Analog-Digital-Wandler (ADC), Verarbeitung, Digital-Analog-Wandler (DAC) oder Aktor.
- Berechnen Sie die Datenmenge der Interview-Aufnahme in Megabyte.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
1 Mikrofon: Sensor — die Membran wandelt Schall in eine analoge Spannung. 2 Interface-Eingang: ADC — misst die Spannung 16 000-mal pro Sekunde und macht Zahlen daraus. 3 Laptop: Verarbeitung — speichert und bearbeitet die Zahlenfolge. 4 Interface-Ausgang: DAC — macht aus den Zahlen wieder eine veränderliche Spannung. 5 Kopfhörer: Aktor — die Membran erzeugt wieder Schall.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(20\text{ min} = 1200\text{ s}\). Datenmenge: \(16\,000\ \tfrac{1}{\text{s}} \cdot 2\text{ Byte} \cdot 1200\text{ s} = 38\,400\,000\text{ Byte} = 38{,}4\text{ MB}\). Die Aufnahme belegt 38,4 MB.
Ein barrierefreier Arbeitsplatz
AFB II–IIIIm Computerraum wird ein Arbeitsplatz für zwei Schüler eingerichtet: Mila ist blind, kann aber sicher auf einer Tastatur tippen. Ben kann wegen einer Lähmung der Arme weder Tastatur noch Maus bedienen, sieht und spricht aber problemlos. Zur Verfügung stehen: Monitor, Tastatur, Braillezeile, Kopfhörer, Headset-Mikrofon mit Sprachsteuerung und ein Eyetracker.
Der Hausmeister meint beim Aufbauen: „Die Braillezeile ist ein Eingabegerät — man benutzt sie ja mit den Fingern.“ Außerdem hat die Informatik-AG für Bens Sprachsteuerung drei Aufnahmeeinstellungen getestet (siehe Abbildung).
- Überprüfen Sie die Aussage des Hausmeisters.
- Interpretieren Sie die Ergebnisse der Testreihe im Hinblick auf die Einstellung, die für Bens Sprachsteuerung gewählt werden sollte.
- Beurteilen Sie, welche Ein- und Ausgabegeräte für Mila und welche für Ben sinnvoll sind.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Aussage ist falsch. Entscheidend ist die Richtung der Information, nicht der Körperteil: In der Braillezeile heben und senken sich Stifte, gesteuert vom Rechner — sie wandelt ein elektrisches Signal in eine tastbare Wirkung um. Sie enthält also einen Aktor und ist ein Ausgabegerät (haptische Ausgabe). Dass man sie mit den Fingern „liest“, macht sie nicht zum Eingabegerät; auch den Monitor benutzt man mit den Augen, ohne dass er etwas misst.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Von A zu B steigt die Erkennung von 71 % auf 96 %: Bei 8 000 Hz und nur 256 Stufen (8 Bit) geht bei der Wandlung so viel Information verloren, dass die Software viele Befehle nicht erkennt — diese Information lässt sich nachträglich nicht zurückgewinnen. Von B zu C bleibt die Erkennung bei 96 %, obwohl fast die dreifache Datenmenge anfällt: Die menschliche Stimme enthält kaum hohe Töne, 16 000 Messungen pro Sekunde genügen daher (Telefonqualität); die zusätzlichen Messwerte von C erfassen nichts, was für die Spracherkennung wichtig ist. Folgerung: Einstellung B ist die sinnvolle Wahl — gleiche Erkennung wie C bei deutlich weniger Daten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Mila (blind): Eingabe über die Tastatur, die sie sicher bedient; ergänzend ist Sprachsteuerung über das Headset möglich. Ausgabe über die Braillezeile (Bildschirmtext zum Ertasten) und die Kopfhörer (Sprachausgabe). Der Monitor und der Eyetracker nützen ihr nicht. Ben: Eingabe über Headset-Mikrofon mit Sprachsteuerung und den Eyetracker, der per Infrarotkamera verfolgt, wohin der Blick fällt — so ersetzt er Maus und Tastatur. Ausgabe über den Monitor, ggf. zusätzlich Kopfhörer. Tastatur und Braillezeile kann er nicht nutzen. Urteil: Ein gemeinsamer Arbeitsplatz ist möglich, wenn Monitor, Tastatur und Braillezeile für Mila sowie Headset und Eyetracker für Ben angeschlossen sind; entscheidend ist, dass für beide je mindestens ein nutzbarer Eingabe- und Ausgabeweg besteht. Vollständig ist die Antwort, wenn jedes gewählte Gerät richtig als Ein- oder Ausgabe eingeordnet und seine Eignung für die Person begründet wird.