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AV Kleinststeuereinheit für den Kontext interaktiver Klanginstallationen

Authors:

Abstract

Für viele Klangkünstler stellt die Frage nach einer kostengünstigen, verlässlichen und plug-and-play-fähigen Steuereinheit ihrer Installation ein Problem dar. Vor allem dann, wenn es darum geht, dass diese zu einem komplexen interaktiven Klanggeschehen auch Licht oder Video steuern können soll. Dieses Problem wurde mit der vorliegenden Entwicklung bearbeitet. Die als Werkstattbericht präsentierte Steuereinheit bietet die Möglichkeit, Installationen in Ausstellungen etwa über längere Zeiträume hinweg ohne besondere Betreuung zu betreiben. Automatische Aus-und Einschaltzeiten können festgelegt werden. Das System ist programmierbar, erlaubt eine mehrkanalige Audioausgabe, kann externe Synthesizer und Lichtdevices ansteuern sowie Video in Full HD ausgeben. Ein sicherer Betrieb ist auch nach eventueller Fehlbedienung oder unerwarteten Stromausfällen durch eine fernwartbare USV gewährleistet.
Veröffentlicht durch die Gesellschaft für Informatik e. V. 2017 in
M. Burghardt, R. Wimmer, C. Wolff, C. Womser-Hacker (Hrsg.):
Mensch und Computer 2017 – Workshopband, 10.–13. September 2017, Regensburg.
Copyright (C) 2017 bei den Autoren. https://doi.org/10.18420/muc2017-ws15-0327
Platzhalter für DOI und ggf. Copyright Text. (Bitte nicht entfernen).
Name, Vorname (2017): Titel. Mensch und Computer 2017 Tagungsband. Gesellschaft
für Informatik. / Workshopband. Gesellschaft für Informatik. / Usability Professionals.
German UPA. DOI: xxxxxx
AV Kleinststeuereinheit für den
Kontext interaktiver
Klanginstallationen
Michael Kirschner1, Cornelius Pöpel2
Multimediale Information und Kommunikation, Hochschule Ansbach1
Kompetenzzentrum Sound und Interaktion, Hochschule Ansbach2
Zusammenfassung
Für viele Klangkünstler stellt die Frage nach einer kostengünstigen, verlässlichen und plug-and- play-
fähigen Steuereinheit ihrer Installation ein Problem dar. Vor allem dann, wenn es darum geht, dass
diese zu einem komplexen interaktiven Klanggeschehen auch Licht oder Video steuern können soll.
Dieses Problem wurde mit der vorliegenden Entwicklung bearbeitet. Die als Werkstattbericht
präsentierte Steuereinheit bietet die Möglichkeit, Installationen in Ausstellungen etwa über längere
Zeiträume hinweg ohne besondere Betreuung zu betreiben. Automatische Aus- und Einschaltzeiten
können festgelegt werden. Das System ist programmierbar, erlaubt eine mehrkanalige Audioausgabe,
kann externe Synthesizer und Lichtdevices ansteuern sowie Video in Full HD ausgeben. Ein sicherer
Betrieb ist auch nach eventueller Fehlbedienung oder unerwarteten Stromausfällen durch eine
fernwartbare USV gewährleistet.
1 Einleitung
Durch die zunehmende Technologisierung und sich stetig weiterentwickelnde
computerbasierte Ausstellungstechnik ist die Verwendung von digital gesteuerten Audio-,
Beleuchtungs- und Videosystemen bei vielen Kunstprojekten nicht mehr wegzudenken.
Viele Ausstellungen werden durch computerbasierte Rechnersysteme und den Einsatz von
mehrkanaligen Audiosystemen, steuerbarer Beleuchtungstechnik oder Videoprojektionen in
den verschiedensten Formen erst möglich oder wesentlich attraktiver.
Ziel der hier beschriebenen Entwicklung war es, eine kostengünstige computerbasierte AV-
Steuereinheit zu erstellen, die verlässlich im Ausstellungskontext eingesetzt werden kann,
die mit der Programmierumgebung Pure Data programmierbar ist und die Option zur
Veröffentlicht durch die Gesellschaft für Informatik e. V. 2017 in
M. Burghardt, R. Wimmer, C. Wolff, C. Womser-Hacker (Hrsg.):
Mensch und Computer 2017 – Workshopband, 10.–13. September 2017, Regensburg.
Copyright (C) 2017 bei den Autoren. https://doi.org/10.18420/muc2017-ws15-0327
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Ausgabe von Audio-, Video-, Midi- und DMX-Signalen bietet sowie Audio, Midi und DMX
Signale empfangen kann und die Möglichkeit zum Anschluss von Sensoren offeriert.
2 Hintergrund
Im hochpreisigen Segment sind einige Softwaresysteme wie der ShowMagic1 oder der
Arkaos Media Master Pro 4.02 zu finden. Diese bieten jedoch trotz hoher Preise keine Stand-
Alone-Funktionalität. Es sind bei diesen Systemen immer ein komplettes Computersystem
mit Ein- und Ausgabeperipherie und je nach Anwendung diverse Erweiterungskarten oder
USB-Interfaces notwendig. In vielen Anwendungsbereichen, auch im Creative-Audio-
Coding-Bereich wurde das Potential der Raspberry-Plattform schon zugänglich gemacht
(Ferguson & Bown, 2017). Während inzwischen schon günstige Home-Medienserver
vorgestellt wurden (Trapp, 2013), sind den Autoren im niederpreisigen Segment jedoch
keine Entwicklungen bekannt, die den oben genannten Funktions- und Schnittstellenumfang
bieten.
3 Aufbau der Steuereinheit
Als Basis kommt ein Raspberry Pi 3 Modell B incl. einem 2,4 GHz- WLAN Modul, einem
Bluetooth 4.1 Low Energy (BLE) Modul, vier USB 2.0 Anschlüssen, einer Standard HDMI
Buchse für Displays, einer RJ45 LAN Anschluss 10/100 Base T Netzwerk Buchse, einem
Micro USB Port zur Energieversorgung und einer 40 polige GPIO Anschlussleiste zum
Einsatz.
Um einen ausfallsicheren Betrieb zu gewährleisten, wird eine Erweiterungsplatine S.USV pi
basic mit einem externen Akku und einer integrierten Real Time Clock (RTC) verwendet.
Diese wird auf den Raspberry Pi aufgesetzt (s. Abb. 1) und über die GPIO-Steckerleiste
verbunden. Sie ermöglicht das sichere Herunterfahren bei Spannungsausfall, die
Aufrechterhaltung des Betriebs für einen bestimmten Zeitraum ohne Versorgungsspannung,
Ein- und Ausschalten des Systems über integrierte oder extern verbundene Taster,
softwaregesteuerte Kontroll- und Monitoringfunktionen und das zeitgesteuerte Ein- und
Ausschalten des gesamten Systems.
Um die standardmäßig niedrige Audio-Qualität des Raspberry Pi zu verbessern, wird ein
USB-Audiointerface eingesetzt. Das Interface von LogiLink erweitert das System um 8
diskrete Audiokanäle, die über 3,5 mm Klinkenanschlüsse ausgeführt sind. Außerdem
1 https://www.showmagic.com/
2 http://www.arkaospro.com/software/mediamaster-pro
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werden vier analoge Eingänge und je einen S/PDIF Ein- und Ausgang zur Verfügung
gestellt. Alternativ können auch Audioausgangskanäle über den HDMI Ausgang gesendet
und mit einem Audio-HDMI Extraktor an DI-Boxen weitergegeben werden, womit dann ein
symmetrisches Signal zur Verfügung steht.
Abbildung 1: Raspberry Pi mit aufgesteckter USV als Basisversion
Um DMX-Signale zur Verfügung stellen zu können, kommt eine Erweiterungsplatine der
Marke BitWizard zum Einsatz. Diese wird auf den Raspberry Pi (optional mit oder ohne
S.USV-Platine) aufgesteckt und durch die GPIO-Pins verbunden. Durch einen eigenen
Mikrocontroller auf der Erweiterungsplatine, der die Hauptarbeit in der Erzeugung der
DMX-Signale leistet, wird die CPU des Raspberry Pi kaum belastet. Die Kommunikation
zwischen den Platinen benötigt nur einen GPIO-Pin, so dass für weitere Anwendungen noch
genügend freie Pins zur Verfügung stehen.
Für die Midi-Schnittstelle kann neben anderen USB Midiinterfaces beispielsweise ein
einfaches Thomann Midi-USB-Interface 1x1 eingesetzt werden. Sollen Sensoren
angeschlossen werden, können die digitalen Inputs via GPIO Schnittstelle benutzt werden.
Im Betriebssystem wird mit der aktuellsten Version des Raspian Betriebssystems Jessie
gearbeitet. Zwar offeriert das LINUXbasierte Betriebssystem eine grafischen Oberfläche
(PIXEL)3. Unserer Erfahrung nach ist für den Betrieb in den meisten Fällen jedoch die
Kommandozeilensteuerung vorteilhafter und vor allem ressourcensparender.
Softwareseitig kann für Mehrkanal-Audio der im Betriebssystem bereits enthaltene und
kommandozeilengesteuerte OMX-Medienplayer verwendet werden. Das Audiosignal muss
dann über den HDMI-Port ausgegeben werden. Die Videoausgabe in 1080p FullHD ist
3 https://www.raspberrypi.org/blog/introducing-pixel/
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hiermit ebenfalls möglich. Als beste Form die Klangqualität betreffend hat sich in unseren
Anwendungen das .mkv Fileformat erwiesen. Damit ist es möglich, Achtkanal-Audio im
unkomprimierten PCM-Format auszugeben.
Als Software für den Output und Input von Audiosignalen, die Erzeugung von Klängen und
die Ansteuerung der DMX- sowie Midihardware kommt die Entwicklungsumgebung Pure
Data zum Einsatz. Softwareseitig arbeitet die DMX-Erweiterungskarte mit der Open
Lighting Architecture (OLA) zusammen. OLA stellt ein Web-user-interface zur Verfügung,
mit dem die Funktion überprüft werden kann. Dazu besteht die Möglichkeit auf der
Weboberfläche (bei bestehender WLAN-Verbindung) den aktuellen Zustand der DMX-
Steuersignale anzuzeigen. Die manuelle Steuerung via Web ist ebenfalls möglich.
In Pure Data erzeugte Werte zum Steuern der Leuchten werden über eine Shell-Ausgabe an
OLA übergeben und von dort an die DMX-Erweiterungskarte und schließlich an die
angeschlossenen Endgeräte gesendet.
4 Evaluation und Einsatz des Systems
Neben dem Einsatz in der Hochschullehre ist das System bereits in drei Ausstellungen über
Wochen hin zum Einsatz gekommen. In sechs Multimediainstallationen wurde es etwa über
sieben Wochen hinweg im Berliner Dom4 ohne Ausfälle betrieben. Es sollten sowohl drei
Kopfhörer pro Installation als auch DMX und Videosignale ansteuerbar sein. Mit mehr als
80.000 Zuschauern verlief die Ausstellung problemlos. In einer weiteren Installation mit 4-
Kanal Audiosystem läuft die Entwicklung ebenalls seit 28.4.2017 ohne Probleme. Insofern
hat sich das System im Ausstellungsalltag bisher bewährt und was unsere eigenen Ziele
(Problemlösung) betrifft, meinen wir diese erreicht zu haben.
Für die Zukunft ist es wünschenswert, eine Bibliothek von Softwareteilen in Pure Data und
Shell Scrpits auszuarbeiten, die immer wieder aufkommende anwendungsbezogene
Anforderungen schnell bedienen können.
Literaturverzeichnis
Trapp, B. (2013) Raspberry Pi: the perfect home server. Linux Journal Archive, Vol. 2013, No 229,
Article No. 1
Ferguson, S. & Bown, O. (2017) Creative Coding for the Raspberry Pi using the HappyBrackets
Platform. Proceedings of the 2017 ACM SIGCHI Conference on Creativity and Cognition, S. 551-
553
4 https://www.bundesregierung.de/Content/DE/StatischeSeiten/Breg/Reformationsjubilaeum/Artikel/2017-03-10-
refjub-luther-bach-ausstellung-berliner-dom.html, Zugriff am 14.7.2017
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