Einzeltest: Raspberry Pi Raspberry Pi

In unseren modernen Zeiten hat doch sicher jeder von Ihnen die Festplatte voll Musik und möchte die so gut es geht im Auto nutzen. Leider machen es einem die Headunits schwer, das saubere digitale Signal bestmöglich in die Anlage zu füttern. Wer ein wenig Selbstbau betreibt, hat da ganz wunderbare Möglichkeiten.

Ganz schwer in Mode sind heute ja Signalprozessoren, die die wunderbare, moderne digitale Signalverarbeitung nutzen, um beste klangliche Ergebnisse ins Auto zu holen.Viele verbinden ihren Signalprozessor per Cinch kabel mit der Headunit und versorgen dann angeschlossene Endstufen. Das klingt im ersten Moment ganz vernünftig, leider lässt man auf diese Art ein Stück Klang auf der Strecke. Denn auf dieser Übertragungsstrecke passiert Folgendes: Das digitale CD-Signal wird in der Headunit in analoge Form gebracht, im Prozessor wieder digitalisiert (um es „prozessieren“ zu können) und wird nach dem Verarbeiten im Prozi schlussendlich wieder D/Agewandelt und in den Verstärker geschickt. Wir haben also insgesamt drei Wandlungen in dieser Übertragungskette.

Leider macht so eine Wandlung das Signal nicht besser, es entstehen immer Quantisierungsfehler, das Rauschen nimmt ebenfalls zu. Wäre es da nicht besser, direkt digital in den Prozessor zu gehen und nur eine Wandlung, kurz bevor es in die Endstufe geht, durchführen zu lassen? Klar wäre das besser. Doch welchen Zuspieler nimmt man dann? Ein paar Headunits haben zwar einen digitalen Ausgang und können so direkt mit dem Prozi verbunden werden, doch bleibt dann immer noch die Einschränkung, dass viele nette Tonformate wie FLAC nicht abspielbar sind und Auflösungen oberhalb von 44,1 kHz auch außen vor bleiben.Wir haben nach einer Methode gesucht, unkomprimierte (oder verlustfrei komprimierte) Musikdateien nativ wiedergeben zu können. Das heißt: Wir wollen das Signal ohne Re-Sampling in den Prozessor leiten. Wir wollen also zu viele unnötige und fehlerbehaftete Rechenvorgänge weitestgehend ausmerzen. Zudem war es das Ziel, absolut universelle Formatkompatiblität zu erhalten. Heute will man sich doch gar nicht mehr darum kümmern, ob eine Datei im FLAC-, WAV- oder von mir aus auch APE-Format hinterlegt ist – das muss einfach ohne weiter drüber nachdenken zu müssen funktionieren.

Die Lösung: Computer-Audio

In den letzten Wochen entstand in den Abgründen des weltweiten Netzes ein richtiger Hype um einen scheckkartengroßen Mini-Computer, der sich „Raspberry Pi“ nennt. Dieser winzig kleine Rechner hat genug Power, um Musikdateien eine schöne Infrasruktur rund ums Steuern und Wiedergeben von Musik zu bieten. Auf dem kleinen Board sitzt ein ARM-Prozessor mit 700 MHz, 512 MB RAM, HDMI-Ausgang, LANDose und zwei USB-2.0-Ports. Ehrlich gesagt ist zwar jedes moderne Smartphone schneller, doch wenn man diesen Rechner als dedizierten Musikabspieler nutzt, reichen die Leistungswerte problemlos. Mehr braucht man für einen kleinen Musikcomputer abgesehen von einem Speicherplatz für die Musik definitiv nicht.Im Prinzip reicht die Performance eines Raspberry Pi sogar für die flüssige Darstellung von H.264-kodiertem Videomaterial in Full HD (1080p), da sollte klar sein, dass das bisschen Audio kein Problem für die kleine Scheckkarte darstellt.
Ein paar Dinge galt es jedoch noch zu klären: Wie realisiert man eine vernünftige Stromversorgung für den Pi und wie bekommt man ein sauberes digitales Signal aus der kleinen Spielkarte raus? Den On-Board-Sound haben wir uns nur kurz angesehen und konnten uns nach einigen Sekunden davon überzeugen, dass er nicht mal ansatzweise für unser Projekt geeignet ist. Er ist schlicht nicht dafür geeignet, das hohe Klangpotenzial, das wir schaffen werden, weiterzutransportieren. Also musste eine externe Lösung her, die die Töne aus dem Rechner holt. Wir wollten ja ohnehin erreichen, dass wir mit einem digitalen Signal aus dem kleinen Computer herausgehen und einen Signalprozessor speisen.Schnelle Abhilfe schafft der Griff in die Zubehörpalette einschlägiger Hersteller von High- End-Audioequipment. Computer-Audio wird nämlich in High-End-Kreisen immer prominenter, weshalb es jede Menge USB-D/A-Wandler gibt, die das digitale Signal per USB beziehen und als Car-HiFi-taugliches optisches S/PDIF-Signal weiterleiten. Das funktioniert mit MP3-Dateien und unkomprimiertem Material in CD-Qualität ganz wunderbar; wenn die Datenrate höher wird, kann es zu Knistern und kurzen Aussetzern kommen. Der Grund liegt in der Architektur des Raspi: Er verfügt über zwei USB-Ports, die voll belegt werden, und auch sein Netzwerkadapter läuft mit über den selben Bus. Da alle drei Schnittstellen parallel betrieben werden, kommt es zu Konflikten, die sich in besagten Problemchen äußern. Glücklicherweise verfügt der kleine Computer über eine weitere Schnittstelle, die die USB-Problematik umgeht: HDMI. Man bringt HDMI zwar normalerweise eher mit Bildmaterial in Verbindung, doch auch digitaler Ton kann hier rübergeschickt werden. Und Adapter, die sich das HDMI-Signal schnappen und nach Bild und Ton aufdröseln, gibt es in vernünftiger Form auch. So braucht man zwar ein weiteres kleines Kistchen, ist auf der anderen Seite damit aber auf der sicheren Seite, was den Ton betrifft. Wir haben einfach einen günstigen Konverter von Levago, den es beispielsweise bei Amazon gibt.
Der ARM-Prozessor verhindert zwar die Installation eines Windows-Betriebssystems und auch die einschlägigen, frei erhältlichen Linux-Distributionen verweigern den Dienst, doch haben die Raspberry-Pi-Entwickler eine Auswahl an speziell für diesen kleinen Rechner kompilierten Betriebssystemen zum kostenlosen Download auf ihre Homepage gestellt. Das für uns interessante nennt sich „Wheezy“ und ist eine Debian-Version, die eigens für un- 3/2013 83 seren kleinen Musikrechner kompiliert wurde. Das Installieren des Betriebssystems ist mit ein bisschen Geduld verbunden, doch mit den entsprechenden Tipps innerhalb von einer halben Stunde zu bewerkstelligen. Und wenn es einmal auf der SD-Karte ist und im Raspberry Pi hochgefahren wurde, stellt sich natürlich schnell die Frage: Wie bewege ich dieses Konstrukt dazu, Musik abzuspielen? Keine Sorge, die Lösung haben wir schon ausgetüftelt. Während der Recherchen sind wir vor einiger Zeit auf einen Musikabspieldienst namens „Music Player Daemon“ (MPD) gestoßen. Das ist ein Programm, mit dem das Wiedergeben von Musik etwas anders abläuft, als man das vom Computer zu Hause gewohnt ist. MPD läuft als Musikserver unsichtbar im Hintergrund und erlaubt das Abspielen der auf dem Rechner gespeicherten Inhalte smartphone- oder tabletgesteuert. Tastatur, Maus, Bildschirm – all das braucht man für den Betrieb nicht. Im Prinzip ist das die ressourcenschonendste, eleganteste Lösung für einen „kopflosen“ Musikrechner, die uns bekannt ist.Die Smartphone- beziehungsweise Tabletsteuerung stellte uns bei der Entwicklung noch vor eine dritte Herausforderung: Um das zu realisieren, braucht man ein drahtloses Netzwerk. Ungefähr 90 Prozent der im Handel verfügbaren WALN-Sticks eignen sich dafür, eine Liste mit auf jeden Fall kompatiblen Geräten werden wir mit Erscheinen dieser Ausgabe in unserem Blog veröffentlichen. Dort wird dann auch ein bereits fertig eingerichtetes Image des Betriebssystems zu fi nden sein, damit wir Ihnen die mühevolle Tipp- und Konfigurationsarbeit ersparen können.Dieses Betriebssystem startet vollautomatisch mehrere Dienste. Der wichtigste ist besagter Musikserver MPD, außerdem werden beim Start extern angeschlossene USB-Speicher eingelesen und zum Abspielen bereitgestellt sowie ein eigenes, völlig autarkes Drahtlosnetzwerk aufgebaut, dass man für die Steuerung per Smartphone zwingend benötigt.Ein wichtiger Pluspunkt unserer Lösung ist die Formatunabhängigkeit. Moderne Autoradios verstehen sich zwar wunderbar mit iPods, MP3- und WMA-Dateien, doch Formate wie FLAC, AIFF oder APE finden wenig bis gar keine Unterstützung. Klar, die Marktrelevanz dieser Codecs ist ziemlich klein, doch gerade FLAC wird immer häufiger benutzt, weshalb es gerade dem audiophil denkenden Car-HiFi-Enthusiasten wichtig ist, dieses Tonformat ins Auto zu portieren.

Warum Highres?

In letzten Abschnitt haben wir ein paar Mal von Musikdateien in höherer Auflösung als 44,1 kHz gesprochen. Warum? Lange Zeit leben wir nun schon mit der Qualität, die uns die Compact Disc als Audiomedium bieten kann. 22,05 kHz können so theoretisch fehlerfrei erfasst werden, die Genauigkeit des Signals ist 16 Bit, also 65536 Abstufungen für das digitale Signal. Das wurde damals, als der Redbook-Standard für Audio-CDs erfunden wurde, so festgelegt. Der Weisheit letzter Schluss ist das jedoch immer noch nicht. Heute hat man ja ganz andere Möglichkeiten und muss sich nicht mehr auf diese Werte beschränken. So nutzen hochaufgelöste Dateien schon mal eine genauere Quantisierungstiefe von 24 Bit. Zum einen erreicht man damit einen höheren Dynamikumfang. Der nimmt um 6 dB pro Bit zu, man schafft also theoretisch 144 statt 96 dB Dynamik im Vergleich zu den 16 Bit, die uns eine CD zu bieten hat. In der Praxis werden durch das Rauschen der Wiedergabeelektronik zwar nur ungefähr 120 dB erreicht, doch ist das immer noch weit besser. Und auch wenn eine CD Signale bis 22 kHz beherbergen kann so muss für die Produktion eine bestehende Aufnahme obenrum (also bei zirka 20 kHz) beschnitten werden, um draufzupassen. Also geht man für die audiophilen Dateien auch hier weiter und nutzt eine höhere Abtastrate von 88,2, 96, 176,4 oder 192 kHz (es gibt auch Files mit bis zu 384 kHz, die sind aber extrem selten).SACD und DVD-Audio haben in der Vergangenheit schon einmal den Versuch unternommen, hochaufgelöste Musik in die heimische oder mobile Anlage zu bekommen, sind damit aber wenig erfolgreich gewesen. Doch das klangliche Potenzial war damals schon erkennbar. Und heute haben wir die Chance, dieses hoch aufgelöste Musikmaterial in Dateiform zu konsumieren (was ja fast jeder heutzutage eh tut). Ich bin mir sicher, dass so gut wie jeder von Ihnen schon mal Musik auf einen USB-Stick kopiert und im Auto wiedergegeben hat.Hochaufgelöste Musik kann heute ganz bequem aus dem Internet heruntergeladen werden. In Deutschland ist das bekannteste Portal die Seite www.highresaudio.com. Dort gibt es eine Menge Musik in Auflösungen bis 192 kHz in 24 Bit, bezahlt werden kann per Kreditkarte oder Paypal. Die Betreiber nehmen ihre Sache sehr ernst und bieten ausschließlich echte Studio-Master an (es gibt im Netz auch Seiten, die künstlich hochgerechnete Downloads anbieten), so dass man sich maximaler Qualität sicher sein kann. Um diese Dateien in ihrem ganzen Glanz auch im Auto abspielen zu können, müssen wir derzeit noch auf die hier vorgestellte Selbstbaulösung zurückgreifen.

Stromversorgung

Die Stromversorgung übernimmt am besten ein Spannungswandler. Die gibt es bei den einschlägigen Elektronik-Zubehörhändlern für schmale Mark und erledigen genau das, was wir wollen: 12 Volt kommen rein, 5 Volt gehen am USB-Ausgang ab. Wichtig ist, bei der Bestellung auf dessen Stromlieferfähigkeit zu achten. Drei Ampere sollten es schon sein, wenn sowohl der kleine Rechner als auch USB-Festplatte, WLAN-Stick und S/PDIF-Konverter stabil betrieben werden sollen. Es reicht also in der Regel nicht, einfach ein Zigarettenanzünderladegerät auseinanderzunehmen, denn die liefern nicht genug Strom. Wir haben uns im Elektronik- Online-Fachhandel einen ganz simplen Spannungswandler besorgt, der mit 15 Euro erschwinglich ist und für unsere Aufgabe völlig ausreicht.

Ausblick

Im Infokasten stehen die Bezugsquellen für alle Helferlein, die man zum Aufbau benötigt. Insgesamt addieren sich die Kosten auf zirka 100 Euro, was für ein Abspielgerät dieser Qualität nicht zu viel verlangt ist. Interessenten können schon mal die Einkaufsliste abarbeiten, um für den zweiten Teil unserer Selbstbaustrecke gerüstet zu sein. In der nächsten Ausgabe geht‘s nämlich dann ans Eingemachte. Wir zeigen, wie das Betriebssystem installiert wird, erklären Schritt für Schritt, wie man alles so einrichtet, dass der Raspberry Pi über den S/PDIF-Ausgang ein sauberes Tonsignal herausgibt und wie man eine elegante Smartphone-Steuerung einrichtet.