Beim Pi Zero als kleinstem Ableger der RasPi-Familie sparte die Foundation unter anderem auch die Audiobuchse ein. Mit wenigen, billigen Bauteilen rüsten Sie sie nach.
Trotz seiner kleinen Maße gibt der Pi Zero über seinen HDMI-Anschluss auch hochwertige Audiosignale aus, der Pi Zero W mit integriertem Bluetooth schafft das sogar kabellos. Die erste Alternative erfordert allerdings ein sperriges Kabel sowie einen audiofähigen Monitor oder Fernseher. Damit fällt HDMI für viele kleine Projekte durch.
Bluetooth hat seine eigenen Probleme. Die Konfiguration fällt schwer, und die gekoppelten Lautsprecher legen sich gern genau dann schlafen, wenn der RasPi sie bräuchte – außer sie verfügen über eine eigene Stromversorgung via Steckdose. Auch diese Variante passt also nicht wirklich zum Zero.
Kleine USB-Boxen wie die Logitech S150 stellen hier eine bessere Lösung dar, denn sie koppeln per USB und OTG-Adapter an den Zero an. Letztlich bestehen sie aus einer Kombination aus USB-Soundkarte, Mini-Verstärker und Lautsprechern. Wer die S150 wegen ihrer bescheidenen Qualität nicht will, kombiniert eine kleine USB-Soundkarte mit eigenen aktiven Lautsprechern (Abbildung 1). Aber selbst diese Mini-Soundkarten benötigen nicht selten mehr Platz als der Pi Zero selbst.
Abbildung 1: Als Alternative zu HDMI böte sich eine USB-Soundkarte an, die aber oft größer ausfällt als der Pi Zero und aufwendig konfiguriert werden muss.
Es gibt also zwar viele Möglichkeiten, dem Pi Zero Töne zu entlocken, doch richtig kompakt ist keine davon. Hier kommen dann HATs in Spiel, die per I2S (nicht zu verwechseln mit I2C) die digitale Signalausgabe des RasPi entgegennehmen. Aber auch sie eignen sich nicht immer, denn einerseits blockieren sie meist die komplette GPIO-Leiste, andererseits kosten sie teilweise vier Mal so viel wie der Pi Zero selbst.
Wer nur ein paar Signalmelodien ohne Hi-Fi-Ansprüche ausgeben will, kommt viel billiger weg, denn der Pi Zero beherrscht sehr wohl die Ausgabe von analogen Audiosignalen. Nur die nachgelagerte Schaltung samt Buchse fehlt, eher aus Platz-denn aus Kostengründen.
Die Konfiguration
Genau genommen entspringt auch die analoge Musik einer digitalen Quelle, in Form von PWM-Signalen. Erst das Glätten dieser Signale in nachgelagerten Bauteilen oder im Lautsprecher selbst produziert Töne. Die Theorie hinter PWM beleuchtete der Artikel “Pulsweitenmodulation” aus RPG 03-04/2020 [1].
Auf dem RasPi konfigurieren Sie Zweikanal-Audio über die beiden Zeilen aus Listing 1, die Sie an die /boot/config.txt anhängen und die nach einem Reboot greifen. Die zweite Zeile wirkt etwas kryptisch; Details zu den Parametern verrät die Datei /boot/overlays/README.
Listing 1
dtparam=audio=on dtoverlay=pwm-2chan,pin=12,func=4,pin2=13,func2=4
Die Variante in Listing 1 nutzt die beiden GPIOs 12 und 13 – physisch entspricht das den Pins 32 und 33 am unteren Ende der Pin-Leiste. Andere Kombinationen funktionieren ebenfalls, die Wahl auf die genannten Pins fiel in diesem Projekt aus mechanischen Gründen.
Genau wie bei den großen RasPi-Modellen müssen Sie anschließend noch die Soundausgabe von HDMI auf Analog umstellen. Das erledigen Sie über das Konfigurationsprogramm Raspi-config oder noch einfacher einfacher auf der Kommandozeile mit dem Befehl aus Listing 2. Dessen letztes Argument kodiert den Ausgabemodus; hier steht 0 für Auto, 1 für Analog und 2 für HDMI.
Listing 2
$ sudo amixer cset numid=3 1
Filterschaltung
Mit diesen Einstellungen gibt der RasPi analoge Signale auf den Pins 32 und 33 aus. Wer jetzt direkt eine Audiobuchse mit diesen Pins verkabelt, dem dürfte das Ergebnis nicht gefallen: Störungen im tiefen und hohen Frequenzbereich überlagern die Signale.
Pro Kanal benötigen wir also eine Kombination aus Hoch- und Tiefpassfilter. Der Hochpassfilter lässt die hohen Frequenzen passieren und schneidet die Störungen am unteren Ende des Frequenzspektrums ab, der Tiefpassfilter lässt die niedrigen Frequenzen durch und bereinigt die Störungen am oberen Ende des Spektrums. Hochoptimierte Digital-Analog-Konverter treiben hier großen Aufwand, um möglichst viel vom Frequenzband zu erhalten, denn Musik besteht ja nicht nur aus Mitten.
