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Besserer Sound für den Raspberry Pi

13.07.2014 | 16:36 Uhr |

Eine Rolle, die dem Raspberry Pi bei vielen Selbstbauprojekten zukommt, ist die Aufgabe als Player oder Mediacenter. Dazu war der Audioausgang aber nicht gut genug. Bis jetzt.

Die Platine des Raspberry Pi beherbergt als System-on-Chip (SoC) das BCM 2835 von Broadcom. In diesem ist auch der Analog- Digital-Wandler für den separaten Audioausgang der 3,5-mm-Klinke untergebracht. Durch Unzulänglichkeiten bei der Signalqualität war der Audioausgang des Raspberry Pi zuerst kaum zu etwas anderem als für gelegentliche akustische Meldungen zu gebrauchen. Mit reifender Firmware ist inzwischen auch das Signal besser geworden. Die gravierendsten Kritikpunkte, etwa laute Knackgeräusche vor und nach dem Abspielen von Sounds, rhythmische Störgeräusche sowie 50-Hz-Brummen, waren allein Software-Probleme der Firmware.

Analoger Audioausgang: Nur eine Notlösung

Eine neuere Firmware-Version (> Punkt „Firmware Update“) verbessert die Audioqualität schon enorm, da seit der Vorstellung den Raspberry Pi vor rund zwei Jahren nachträglich noch viel Arbeit in die optimale Einbindung des System-on-Chip von Broadcom ging.

Trotzdem: Der Sound bleibt vergleichsweise dünn und ist ohne Verstärker oder aktive Boxen zu leise. Aus dem Audioausgang des Raspberry wird kein satter, sauberer Klang kommen, der Hi-Fi-Fans und verwöhnte Ohren zufriedenstellt. Daran kann auch die Firmware nichts ändern. Denn die Platine des Raspberry Pi bietet keinen aufwendigen und damit teuren Digital-Analog-Wandler (DAC). Das verwendete System-on-Chip erzeugt Sound über Pulsweitenmodulation (PWM), bei der ein Rechtecksignal über eine feste Basisfreqeunz moduliert wird. Diese Methode muss nicht zwangsläufig schlecht klingen und kommt beispielsweise auch in hochwertigen Hi-Fi-Geräten und CD-Playern zum Einsatz. Allerdings ist die PWMSchaltung dort mit aufwendigen Tiefpassfiltern versehen, um störende Nebengeräusche, die als Vielfaches der Modulationsfreqeunz entstehen, zu vermeiden. Wird der Raspberry Pi übrigens per HDMI an ein Ausgabegerät mit Klangausgabe angeschlossen, gibt es keine Mängel in Sachen Audioqualität, da das Endgerät die Wandlung übernimmt.

Externen Analog-Digital-Wandler per USB anschließen: Wer dem Raspberry Pi ein gutes analoges Audiosignal für Kopfhörer oder Aktivboxen entlocken will, braucht eine USB-Soundkarte.
Vergrößern Externen Analog-Digital-Wandler per USB anschließen: Wer dem Raspberry Pi ein gutes analoges Audiosignal für Kopfhörer oder Aktivboxen entlocken will, braucht eine USB-Soundkarte.
© Ladyada

Firmware-Update: Erste Hilfe bei Sound-Problemen

Der integrierte Sound-Chip des Raspberry Pi wird von der Firmware, also nicht vom installierten Betriebsystem, immer wieder in einen Stromparzustand versetzt. Die Folge ist ein lautes Knacken, sobald der Sound-Chip Klang ausgeben soll und dazu wieder mit der vollen Spannung versorgt wird. Die Entwickler des Raspberry Pi haben auf die Probleme inzwischen reagiert und in einer neuen Firmware das Problem entschärft: Der Sound-Chip geht seltener und nur nach längeren Pausen in den Stromsparmodus, womit das Auftreten von Knackgeräuschen zumindest weniger oft auftritt. Ab Version 380831 enthält die Firmware diese Korrektur. Um zu sehen, mit welcher Firmware der eigene Raspberry Pi derzeit ausgestattet ist, liefert das offiziell unterstützte Linux-System Raspbian einen Befehl für die Kommandozeile mit, der die Firmware-Version anzeigt:

sudo /opt/vc/bin/vcgencmd version  

Die Version wird zwischen „version“ und „(release)“ in der letzten Zeile angezeigt. Liegt die Versionsnummer unter 380831, wird ein Firmware- Update in jedem Fall die Audioqualität des internen Chips verbessern. Bei der Aktualisierung der Firmware hilft das Script „rpi-update“ von https://github.com/Hexxeh/rpi-update .

Raspberry Pi als Mediencenter nutzen

Speedlink Vigo: Eine günstige USB-Soundkarte, die am Raspberry Pi gut funktioniert und 3,5-mm-Buchesen für Audio-Output und auch für brauchbares Audio-Input für Aufnahmefunktionen bietet.
Vergrößern Speedlink Vigo: Eine günstige USB-Soundkarte, die am Raspberry Pi gut funktioniert und 3,5-mm-Buchesen für Audio-Output und auch für brauchbares Audio-Input für Aufnahmefunktionen bietet.
© IDG

Ausweg: USB-Soundkarte am Raspberry Pi

Soll der Raspberry Pi selbst gute Audioqualität liefern, um das Gerät ohne Umweg über ein HDMI-fähiges Endgerät an Kopfhörer, aktive Boxen oder Stereoanlage anzuschließen, dann ist ein Stück zusätzlicher Hardware nötig. An einen der USB-Ports des Raspberry Pi lässt sich eine USB-Soundkarte mit eigenem DAC anschließen, um Audio-Output und -Input nicht mehr der Platine zu überlassen, sondern einem dezidierten USB-Gerät. Der Aufwand dieser Lösung ist niedrig, denn ausreichend gute USB-Soundkarten gibt es bereits ab 12 Euro. Wer mehr ausgibt, erhält natürlich einen besseren DAC, und nach oben gibt es – wie immer bei Hi-Fi-Equipment – keine Grenze.

Lediglich die Auswahl eines passenden Soun- Chips ist nicht ganz trivial, denn auf dem Raspberry Pi läuft in einer Form immer Linux, und es muss deshalb ein Chip gewählt werden, für den ein Treiber im Linux-Kernel schon vorliegt. Dazu eine Faustregel: Viele USB-Audiogerät e richten sich nach dem USB-Standard und sind „Class compliant“. Diese Chips funktionieren ohne jeden Treiber unter Windows und unter Linux, da die Unterstützung dafür bereits fester Bestandteil des Linux-Kernels ist. Eine USB-Sound-Karte (USB 1.1 oder 2.0), die ganz ohne Treiber unter Windows oder am Mac arbeitet, sollte also auch ohne Schwierigkeiten am Raspberry Pi laufen. Eine generelle englischsprachige Übersicht, welche USB-Geräte mit dem Raspberry Pi kompatibel sind, liefert die Übersicht im Wiki von Embedded Linux . Um auf Nummer sicher zu gehen, sollten Sie in Webshops wie Amazon auf Kundenrezensionen achten, die speziell die Kompatibilität mit dem Raspberry Pi thematisieren. Eine Low-Cost-Lösung ist beispielsweise die Speedlink Vigo für rund 13 Euro. Wer auf ausgezeichnete Soun-Qualität und einen leistungsfähigen Kopfhörerverstärker Wert legt, bekommt für etwa 50 Euro mit dem Hires USB-DAC SABRE 24/96 ein hochwertige USB-Soundkarte.

Alsa-Konfiguration: Damit statt des internen Audioausgang der USB-Sound- Chip standardmäßig verwendet wird, muss diese Zeile in der Datei „/etc/modprobe.d/alsabase. conf“ angepasst werden.
Vergrößern Alsa-Konfiguration: Damit statt des internen Audioausgang der USB-Sound- Chip standardmäßig verwendet wird, muss diese Zeile in der Datei „/etc/modprobe.d/alsabase. conf“ angepasst werden.
© IDG

Konfiguration: Eine USB-Sound-Karte aktivieren

Generell ist notwendig, die USB-Sound-Karte erst an den Raspberry Pi anzuschließen und ihn erst dann zu booten. Mit dem Kommandozeilenbefehl lsusb lässt man sich dann die Liste aller USB-Geräte anzeigen, die auf dem Raspberry Pi nur einige wenige Geräte umfasst. In der Liste sollte nun der Hersteller und oft auch die Modellbezeichnung der USB-Soundkarte mit auftauchen, beispielsweise „C-Media Electronics, Inc. CM108 Audio Controller“. Die USB-Soundkarte ist dann einsatzbereit und kann eingebunden werden. Dazu ist es nur nötig, die Konfiguration des Linux-Systems geringfügig anzupassen, damit statt des integrierten Audioausgangs der neue USB-Audioausgang bevorzugt wird. Öffnen Sie dazu mit dem Befehl

sudo nano /etc/modprobe.d/alsa-base.conf  

die Alsa-Konfigurationsdatei, die auf Raspbian und anderen Linux-Systemen für die Klangausgabe von Programmen zuständig ist. Gehen Sie in der Datei zur Zeile „options snd-usbaudio index=-2“ und ändern diese auf options snd-usb-audio index=0. Speichern Sie die Datei, und führen Sie mit sudo reboot einen Neustart durch. Für einen schnellen Test mit Rauschen auf beiden Kanälen führen Sie in der Kommandozeile einfach

speaker-test -c2 -D hw:0,0  

aus, woraufhin weißes Rauschen über die angeschlossene USB-Soundkarte ertönt.

HDMI - Digitale Übertragung des Audiosignals

Die 3,5-mm-Klinke ist nicht der einzige Weg, dem Raspberry Pi Sound zu entlocken. Beim Einsatz des Ein-Platinen-Rechners als Mediacenter ist der HDMI-Ausgang für die Verbindung zu TV oder Monitor viel wichtiger. Das HDMI-Signal überträgt Audio und Video in digitaler Form, und die Wandlung des digitalen Audiosignals in ein Analoges bleibt dem angeschlossen Endgerät überlassen. Gute TVGeräte wollen für cineastischen Filmgenuss sorgen und verfügen deshalb durchaus über gute DAC s und Verstärker. In dieser Konstellation gibt es überhaupt keine Probleme mit der Klangqualität des Raspberry Pi.

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