Digitale Daten
Inhalt
Digitalisierung
Analoggeräte
Unter Digitalisierung versteht man die Umwandlung von Messgrößen in bestimmte Zahlenwerte.
Physikalische Größen wie Spannung oder Stromstärke können beliebige Werte annehmen. Mit den Messgeräten Voltmeter und Amperemeter können diese Größen bestimmt und angezeigt werden. Ein Zeiger kann jeden Wert in seinem Bereich anzeigen, es gibt keine Sprünge z. B. von 1 Volt zu 2 Volt. Jeder Wert dazwischen kann angenommen werden. Eine solche Darstellung nennt man analog und Zeigergeräte heißen Analoggeräte.
Überlege dir, wovon es abhängt, wie genau man einen Wert bei einem Analoggerät ablesen kann. Diskutiert in der Klasse.
Digitalinstrumente
Bei Digitalinstrumenten kann man den Wert der Größe gleich als Zahl am Gerät ablesen.
Die Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales geht folgendermaßen vor sich: Der Messwert kann nur bestimmte Werte annehmen, in der Abbildung sind es 8 verschiedene Werte. Nun wird zu bestimmten Punkten mit den Messwerten verglichen und der Wert von den 8 Möglichkeiten angezeigt, der dem Messwert am nächsten ist. In der Abbildung sind die ersten Werte 0, 4, 5, 4, …
Überlege dir, wovon es abhängt, wie genau man einen Wert bei einem Digitalgerät ablesen kann. Wovon hängt diese Genauigkeit ab? Diskutiert in der Klasse.
Binärsystem
Elektronisch gespeichert und weitergegeben werden Zahlen in einem Binärsystem. Das heißt, dass ein Speicherplatz nur die Werte 0 oder 1 einnehmen kann. Bei zwei Plätzen können vier Werte gespeichert werden.
(0,0) = 0; (0,1) = 1; (1,0) = 2; (1,1) = 3
Drei Speicherplätzen können acht Werte aufnehmen, vier bereits 16, fünf 32. Eine Stelle mehr bringt eine Verdoppelung der Werte.
Binärsystem
Die Abbildung stellt die Umsetzung einer kontinuierlichen Kurve in ein Binärsystem mit drei Speicherplätzen dar.
Schreibe die einzelnen Werte in diesem Binärsystem auf. Die ersten beiden Werte sind: (0,0,0); (1,0,0)
Datenübertragung
Datenübertragung
Elektronische Daten können über analoge Signale wie beim Radio, bei denen die Daten direkt in das Signal eingebaut sind, übertragen werden. Die Daten verändern entweder die Frequenz oder die Amplitude des Signals.
Bei der digitalen Datenübertragung wird ein Code aus Nullern und Einsern übermittelt. Mit dem Binärcode können Informationen unterschiedlicher Form, wie z. B. Buchstaben, Bildund Fernsehdaten übermittelt werden.
Internet
Digitale Daten können mittels Funkwellen, wie bei Satellitenfernsehen, Mobiltelefon, W-Lan oder Bluetooth, übertragen werden. Müssen sehr große Datenmengen übertragen werden, verwendet man Glasfaserkabel.
Das Internet ist ein Zusammenschluss vieler einzelner Netzwerke. Die Verbindung erfolgt über sogenannte Internetknoten.
Im Internet werden für die Datenübertragung genaue Vorschriften (Protokolle) verwendet, das Hypertext Transfer Protokoll (http) dient zum Laden von Internetseiten. Jeder Buchstabe aus einem Text, jeder Bildpunkt aus einem Foto wird mit einem Protokoll verschlüsselt und als Binärcode übertragen. Der Empfänger benötigt das gleiche Protokoll, um die Daten wieder als Text oder Bild zu entschlüsseln. Die Daten werden als Pakete verschickt und mit Kontrollcodes, zu Beginn und Ende des Datenpakets, versehen, damit die Fehlerfreiheit der Daten beim Empfänger überprüft werden kann.
Bei Musik-, Bild-, Video- und Fernsehübertragungen kommen noch Datenkomprimierungsverfahren zum Einsatz, um die enormen Datenmengen zu reduzieren. Datenkomprimierungsverfahren wie MP3 oder MPEG nutzen die Eigenheiten der menschlichen Sinnesorgane. So werden z. B. Anteile von Musik nicht gespeichert, die ohnehin kaum hörbar sind.
Gespeicherte Stimme
Sprich einen kurzen Text aus dem Physikbuch und zeichne deine Stimme mit dem Sprachrekorder deines Mobiltelefons auf. Höre dir die Sprachnotiz gemeinsam mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler an und diskutiert über deine Stimme von der Sprachnotiz im Vergleich zur natürlichen Stimme.
Überlege, was die Ursache für einen möglichen Unterschied ist.
Training
Wortgitter
Binärcode
Mit vier Ziffern kann man 16 Zahlen darstellen.
Ergänze die fehlenden Einträge als vierstelligen Binärzahlen.
Stimmübertragung
In der Abbildung sind die Signale einer Stimme dargestellt. Die horizontale Achse ist die Zeitachse, die vertikale gibt die Frequenz an. Die linke Abbildung zeigt, dass eine menschliche Stimme Schwingungen bis zu 10 kHz enthält. Das mittlere und das rechte Diagramm zeigen dieselbe Stimme, nachdem sie auf ein Telefon beziehungsweise auf ein mobiles Gerät übermittelt worden ist. Damit geht die Qualität der Stimme zum Teil verloren, Stimmen am Telefon klingen ähnlicher. Der Text bleibt aber immer noch verständlich. Der Klang wird deshalb beschnitten, damit weniger Daten übertragen werden müssen.
Frequenzen werden abgeschnitten
Lies aus der Abbildung ab, bei welcher Frequenz die Stimme beim Telefon bzw. beim Handy abgeschnitten wurde.
Telefon:
Mobiltelefon:
Welche Aussagen sind wahr, welche falsch?
Merke
Digitale Daten - Zusammenfassung
Digitale Daten erleichtern die Übertragung und Speicherung von Informationen.
