Fakultät für Maschinenbau an der Hochschule Stralsund
Selbstgebauter Gitarrentuner
Eine Gitarre zu stimmen heißt, die Frequenz der angeschlagenen Saite mit einer Sollfrequenz zu vergleichen. Beispielsweise hat die A-Saite eine Sollfrequenz von 110 Hz und die g-Saite eine Sollfrequenz von 196 Hz. Am besten geschieht dieser Vergleich optisch, das heißt anhand einer Skala, die sowohl die Sollfrequenz als auch die gemessene Frequenz anzeigt. Auf diese Weise wird auch deutlich, ob die angeschlagene Saite zu hoch oder zu tief gestimmt ist.
Dieser Workshop führt in die moderne Messtechnik ein. Gemeinsam wird ein Gitarrenstimmgerät gebaut, das aus einem Schalldrucksensor, einem Eingabe-/Ausgabegerät (I/O-Karte) und einem PC besteht. Der Sensor gibt eine analoge Spannung als Funktion der Zeit aus. Wird eine Gitarrensaite angeschlagen, so ist diese Spannung periodisch und enthält gewissermaßen eine kodierte Information über die genaue Tonhöhe der Saite. Diese Information herauszulesen ist Aufgabe der sich anschließenden Signalverarbeitung. Hierzu muss im nächsten Schritt die gemessene Spannung zunächst in ein digitales Signal überführt werden. Diese Aufgabe erledigt die I/O-Karte mit Hilfe eines sogenannten Analog-Digital-Wandlers. Als nächstes erfolgt der Übergang vom Zeit- in den Frequenzbereich. Dieser Übergang gelingt mit Hilfe der mathematischen Operation der Fouriertransformation. Als Ergebnis entsteht das Frequenzspektrum. Das Spektrum eines typischen Gitarrentones enthält eine Anzahl markanter Peaks, die sich deutlich vom Untergrund abheben und sich an ganz bestimmten Frequenzpositionen befinden. Denjenigen Peak mit der kleinsten Frequenz bezeichnet man als erste Harmonische. Dies ist genau die zu bestimmende Frequenz der Gitarrensaite.
Die Teilnehmer lernen, wie in der modernen Messtechnik eine weitgehende Virtualisierung gelingt. Virtualisierung bedeutet, dass man die Bedienoberfläche auf dem Bildschirm eines PCs nachbildet und entsprechend auf ein hardwarebasiertes Anzeigeinstrument verzichtet. Den Teilnehmern wird außerdem gezeigt, wie die Signalverarbeitungs-Programmlogik im Prinzip vom Anwender selbst erstellt werden kann. Hierzu wird eine industrieübliche Messautomatisierungssoftware sowie eine professionelle I/O-Karte verwendet. Nach gewissen Modifikationen kann die Lösung auch auf einer einfachen Physical Computing Plattform wie dem Arduino ausgeführt werden und eignet sich so für den Klassenraum in der Schule.
Zu den Personen
Jan-Christian Kuhr ist seit 2016 an der Hochschule Stralsund und vertritt an der Fakultät für Maschinenbau die Fächer Physik und Messtechnik. Sein Forschungsinteresse gilt der elektrischen und optischen Messtechnik. Ergänzt wird dieses durch die Erprobung innova-tiver hochschuldidaktischer Methoden, insbesondere die Einführung von Distanzlaboren im Fach Regelungstechnik für Maschinenbauer. Ziel von Letzterem ist die Ergänzung der klassischen Hands-on Versuche durch orts- und zeitunabhängiges Arbeiten mit Hilfe von virtuellen Zwillingen.
Prof. Dr. rer. nat. Jan-Christian Kuhr studierte Physik an der Universität Kiel und ging nach einer zweijährigen Tätigkeit in der Mikroelektronik an die Universität Rostock, wo er auf dem Gebiet der Elek¬tronenstreuung und Elektronenmikroskopie promovierte. In Anschluss folgten Stationen in der Glasbeschichtungsindustrie sowie der IT-Branche.
Andreas Reinke ist fachpraktischer Mitarbeiter an der Hochschule Stralsund. Er absolvierte eine Ausbildung als Informationselektroniker, bevor er an der Hochschule Stralsund seinen Bachelorabschluss in Maschinenbau erlangte. Anschließend setzte er sein Studium an der Universität Rostock fort und schloss mit einem Master in Maschinenbau ab. Danach arbeitete er in Forschungsprojekten mit Schwerpunkt Brennverfahrensentwicklung von Großmotoren und anschließend als Projektingenieur bei den MV Werften in Stralsund, bevor er seine aktuelle Position als Laboringenieur für Mess- und Regelungstechnik übernahm.