Zu laut im Klassenzimmer? Makey:Lab als Lärmampel

Wie laut ist es eigentlich gerade? Makey:Lab kann Geräusche mit seinem eingebauten Mikrofon erfassen und ihren Verlauf auf dem Display sichtbar machen. Mit ein paar zusätzlichen Blöcken wird daraus eine Lärmampel, die mit Grün, Gelb und Rot auf den Geräuschpegel reagiert. Zusätzliche Hardware brauchen wir dafür nicht.

In einem Klassenzimmer kann es erstaunlich schnell laut werden. Besonders bei Gruppenarbeiten steigt der Geräuschpegel oft langsam an. Um sich Gehör zu verschaffen, redet jeder nur ein kleines bisschen lauter als die anderen... und irgendwann reden alle ziemlich laut.

Aber ab wann ist es eigentlich zu laut? Und lässt sich das sichtbar machen?

Makey:Lab bringt alles mit, was wir für dieses Experiment benötigen. Auf der Platine sitzt ein MEMS-Mikrofon, das Geräusche erfassen kann. Für die Ausgabe stehen das OLED-Display und zwei farbige LEDs bereit. Wir müssen also weder ein Mikrofon anschließen noch eine Ampel aus externen LEDs aufbauen.

Geräusche werden zu Zahlen

Ein Mikrofon macht zunächst nichts anderes, als Schall in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Makey:Lab kann daraus einen Lautstärkewert bestimmen, den wir in unserem Programm weiterverarbeiten. In der IoT-Werkstatt steht uns dafür der Block „Mikrofon Lautstärke“ zur Verfügung. In unserem Beispielprogramm speichern wir seinen Wert in der Variable loud, kurz für loudness.

Doch eine einzelne Zahl auf dem Display wäre noch nicht besonders anschaulich. Deshalb lassen wir Makey:Lab die Messwerte als Zeitreihe zeichnen. Für die Darstellung verwenden wir den Wertebereich von 0 bis 4095: Je höher der Messwert, desto stärker ist das vom Mikrofon erfasste Signal.

Jetzt lohnt es sich bereits, das Programm zu übertragen und ein wenig Lärm zu machen. Schon Sprechen, Händeklatschen oder Fingerschnippen erzeugen deutlich sichtbare Ausschläge. Auf dem OLED entsteht eine Kurve, die unmittelbar auf die Geräusche reagiert.

Und: Ein eigentlich unsichtbares Phänomen wird plötzlich sichtbar.

Wann ist es zu laut?

Bislang misst Makey:Lab nur. Unsere Lärmampel soll aber selbstständig auf die Messwerte reagieren. Dafür legen wir zwei Grenzwerte fest. Im Beispielprogramm bleibt die Ampel bei einem Messwert unter 500 grün. Zwischen 500 und 1000 schaltet sie auf gelb, darüber auf rot. Das Programm prüft dafür mit verschachtelten Falls/sonst-Blöcken, in welchem Bereich sich der aktuelle Wert befindet, und steuert anschließend eine der eingebauten LEDs an.

Damit haben wir bereits eine funktionierende Lärmampel. Ist es ruhig, leuchtet sie grün. Wird es lauter, wechselt sie auf Gelb. Bei besonders starken Geräuschen erscheint Rot. Das Spannende daran: Makey:Lab misst, entscheidet und reagiert. Genau dieses Prinzip steckt auch in vielen technischen Systemen, die uns im Alltag begegnen.

Die richtigen Grenzen finden

Die Werte 500 und 1000 sind allerdings keine universellen Grenzen für „leise“ und „laut“. Das Mikrofon des Makey:Lab ist kein kalibriertes Schallpegelmessgerät und unsere Werte entsprechen daher auch nicht unmittelbar einer bestimmten Lautstärke in Dezibel.

Für unser Experiment ist das sogar interessant. Denn jetzt können wir untersuchen, welche Grenzwerte für unseren Raum sinnvoll sind.

Stellen Schüler Makey:Lab beispielsweise in die Mitte des Klassenzimmers, können sie zunächst einige Minuten lang die Kurve beobachten. Welche Werte entstehen, wenn niemand spricht? Was passiert bei einem normalen Gespräch? Und wie sieht die Kurve aus, wenn mehrere Gruppen gleichzeitig diskutieren?

Anschließend können die Grenzwerte im Programm verändert werden. Vielleicht funktionieren 500 und 1000 bereits gut. Vielleicht muss die Ampel in einem anderen Raum aber früher oder später reagieren. Aus einem fertigen Programm wird damit ein Experiment: Die Klasse legt selbst fest, was ihre Lärmampel als grün, gelb und rot bewertet.

Ein Geräusch ist noch kein Lärm

Beim Experiment fällt wahrscheinlich noch etwas auf: Ein kurzer, lauter Ton kann die Ampel sofort auf Rot springen lassen. Ein herunterfallendes Buch oder einmaliges Klatschen sind aber etwas anderes als ein dauerhaft hoher Geräuschpegel.

Auch das lässt sich programmieren.

Eine weiterentwickelte Lärmampel könnte mehrere Messwerte sammeln und daraus einen Mittelwert bilden. Oder Rot erscheint erst, wenn der obere Grenzwert mehrere Sekunden lang überschritten wurde. Umgekehrt könnte die Ampel erst wieder auf Grün wechseln, wenn es eine gewisse Zeit ruhig geblieben ist. Damit steckt in dem zunächst sehr einfachen Projekt noch einiges an Raum zum Experimentieren. Welche Reaktion ist sinnvoll? Wie empfindlich soll unsere Ampel sein? Und wie muss ein Programm aussehen, damit es nicht nur einzelne Messwerte betrachtet, sondern einen längeren Zeitraum?

Hören, entscheiden, reagieren

Für die erste Lärmampel brauchen wir also nur wenige Programmblöcke. Das Mikrofon liefert die Daten, das OLED macht ihren zeitlichen Verlauf sichtbar und eine LED zeigt mit drei Farben das Ergebnis unserer Auswertung an. All diese Komponenten befinden sich bereits auf dem Makey:Lab.

Und das Klassenzimmer ist nur ein möglicher Einsatzort. Die gleiche Lärmampel funktioniert auch im Büro, in der Werkstatt oder an anderen Orten, wo Menschen zusammenkommen oder wo es laut wird. Mit einer Powerbank funktioniert Makey:Lab nach dem Programmieren sogar ohne Computer und kann direkt dort aufgestellt werden, wo gemessen werden soll.

Das kleine Projekt zeigt, wie schnell aus einem einfachen Sensorwert eine praktische Anwendung entstehen kann: Makey:Lab erfasst seine Umgebung, macht die Daten sichtbar und reagiert nach den von uns programmierten Regeln selbstständig darauf.

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Weitere Daten, Informationen, Inspiration und Projekte gibt es auf unserer Info-Seite zu Makey:Lab und im heise-Shop. (pan)