Sonifikation von Simulationen in der Computerphysik (Thesis, K. Vogt)

Zusammenfassung (>>english version incl. pdf)

Sonifikation ist jedwedes Übersetzen von Information für das Hören, mit Ausnahme der Sprache. Das menschliche Gehör verfügt über außerordentliche kognitive Leistungen, Muster in Klängern zu erkennen; diese Fähigkeiten werden in der Wissenschaft großteils ignoriert. Beispiele von “spontaner Sonifikation” und die systematische Forschung der letzten 20 Jahre zeigen aber, dass Sonifikation eine Bereicherung für die Datenexploration darstellt.

Die Daten in dieser Dissertation stammen aus der Computerphysik, einer Disziplin, die numerische Lösungsstrategien auf Probleme der Physik anwendet. Prominente Beispiele sind Spinmodelle und Gitter-Quantenfeldtheorien. Die Daten eignen sich aus verschiedenen Gründen sehr für neue Darstellungsformen; sie sind auf Gittern strukturiert, oft stochastisch, hoch-dimensional und abstrakt, und die Datenmengen immens. Simulationsdaten weisen keine inherent perzeptive Dimension auf.

Bei der Entwicklung von Sonifikationen für diese Daten müssen Entscheidungen auf drei Ebenen getroffen werden, und das sowohl für das Klang- als auch für das Datenmodell: auf der Bedeutungsebene (phänomenologisch; metaphorisch), der Strukturebene (in Zeit und Raum), und der Ebene der Elemente (“Darstellungs”- vs. “Gestalteinheiten”). Die Entscheidungen verlaufen entweder “bottom-up” oder “top-down”. Eine expliziter Ansatz für
ein top-down-Design ist die metaphoric sonification method, die auf ExpertInneninterviews basiert. Für alle Entscheidungsebenen werden in der vorliegenden Arbeit Werkzeuge vorgestellt, die sich im Umgang mit Simulationsdaten als nützlich erwiesen haben. Darüber hinaus werden quantitative und qualitative Evaluierungsmethoden diskutiert, aus denen ein Kriterienset zur Evaluierung abgeleitet wurde. Um die Übersetzung zwischen der Wisenschaftsdomäne und der Klangsynthese zu formalisieren, wird eine Sammlung an Notationsmodulen eines Sonifikationsoperators zusammengestellt.

Beispiele aus den interdisziplinären Forschungsprojekten Son-Envir und QCD-audio, des 2. Science By Ear Workshops und eines Forschungsaufenthalts am CERN zeigen Anwendungen von Sonifikation in der Exploration von Simulationsdaten.