HiFiBerry – Un ampli di classe (D) per Raspberry PI

HiFiBerry amplificatore classe D

Sei un appassionato di informatica. Ti piace lavorare con progetti elettronici. E adori ascoltare buona musica. Purtroppo è difficilissimo riuscire ad avere queste tre passioni contempraneamente soddisfatte. Questo perché la riproduzione di audio su sistemi digitali non è in genere ai livelli dell’analogico.

Un po’ di storia

La riproduzione audio digitale è stata limitata nella qualità da diversi fattori. Un file audio digitale HiFi è pesante, difficile da condividere, richiede spazio e risorse per essere elaborato. Per tali ragione sono stati prodotti codec MP3 che consentono di comprimere l’audio rendendolo più fruibile commercialmente. Ma il formato MP3 è lossy, tende cioè a perdere di definizione all’aumentare della compressione. E la definizione nell’audio HiFi è tutto. A tale scopo si è giunti nel tempo al formato FLAC (Free Lossless Audio Codec) che consente di comprimere un file audio digitale senza perdita di dettaglio (anche se ovviamente non con i medesimi rapporti dei compressione del codec MP3).

Ma anche utilizzando il codec FLAC venivano evidenziati probelmi legati alla fedeltà della riproduzione audio. Infatti, il procedimento digitale tende a “campionare” un sistema intrinsecamente continuo (l’onda sonora) in elementi discreti da riprodurre in sequenza. Tale operazione è suscettibile di inevitabili “arrotondamenti”, o interpolazioni, che necessariamente tendono a smussare i picchi più elevati ed i transienti più rapidi delle tracce audio analogiche. Anche questa fonte di distorsione può essere addolcita portando la frequenza di campionamento da 44.100/48.000 kHz a 192 kHz.

Rimane un ultimo tassello da sistemare per poter tacitare i puristi dell’audio, che tendono a non considerare fedele la riproduzione audio digitale.

Il jitter, questo sconosciuto

Per jitter si intende il fenomeno della irregolarità del clock in un segnale digitale. Immaginiamo il nostro computer che genera un segnale (clock) con il quale dirigere una serie d operazioni di codifica e decodifica. Dal momento che la trasmissione del segnale non è istantanea, trascorrerà un minimo delta temporale tra l’impulso del clock ed il riconsocimento dello stesso da parte del sistema da esso pilotato. L’immagine mostra chiaramente come il ritardo di propagazione si somma al tempo di propagazione del segnale, producendo uno sfasamento nella conversione digitale.

HiFiBerry ampli di classe

I Pc integrano un certo numero di interfacce per trasferire i file audio al DAC di uno streamer audio: nel caso dei lettori multimediali portatili la più diffusa è senza dubbio USB (universal serial bus). L’interfaccia USB 2.0 standard implementata negli odierni Pc è caratterizzata da un valore di jitter eccessivo che compromette la qualità del suono portandola a un livello inaccettabile.

DAC, digital-to-analog converter

I convertitori digitale-analogico audio ad alte prestazioni richiedono tradizionalmente un master clock di campionamento molto pulito per evitare il degrado della qualità audio. Questi segnali di clock sono spesso derivati direttamente da oscillatori al quarzo, che tipicamente producono un jitter inferiore a 100 ps (picosecondi, o miliardesimi di secondo). In alcuni sistemi la frequenza di sovracampionamento audio non è una frazione “comoda” della frequenza di riferimento dell’oscillatore al quarzo. Di conseguenza avere un DAC preciso diviene una necessità se si desidera una riproduzione audio digitale ad alta fedeltà.

HiFi e Raspberry PI

Il Raspberry PI è un SBC piuttosto “scarno” da questo punto di vista.Il sistema dispone infati di una presa audio jack, che risulta particolarmente utile quando si tratta di riprodurre effetti sonori e parlato. Tuttavia quando si desideri un audio migliore, occorrerà aggiungere una scheda audio USB per migliorare la qualità ed il volume del suono. L’audio presente sul PI è infatti generato attraverso un output PWM (pulse-width modulation), una tecnica per ottenere risultati simili all’analogico con mezzi digitali.

HiFiBerry Ampli di classe

È evidente che questo sistema risulti scarso in risoluzione e particolarmente suscettibile ai fenomeni di jitter visti prima. Questo tuttavia non significa che il nostro Raspy non possa essere utilizzato per riprodurre audio HiFi. Si tratta solo di trovare un DAC di buona qualità che possa interfacciarsi al PI.

I prodotti HiFiBerry: DAC+, DIGI+, AMP+

Il sito dei prodotti HiFiBerry presenta tre possibili soluzioni al problema della riproduzione audio con DAC ed ampli ad alta fedeltà su Raspberry PI. Vediamoli assieme.

DAC+ è un convertitore digitale-analogico ad elevata risoluzione per il Raspberry Pi. Disponibile per tutti i modelli di Raspberry, consente la scelta del convertitore in base alle specifiche della motherboard. Il sistema DAC/DAC+ offre le seguenti caratteristiche:

HoiFiBerry ampli dac

  • Connettori placcati in oro: Connettori RCA placcato in oro per assicurare un collegamento ottimale ai cavi RCA.
  • Dual-domain clock circuit: Il DAC+ Pro utilizza il proprio generatore low-jitter clock a bordo. Per avere i valori di jitter più bassi possibile, sono disponibili due diversi clocks : uno per frequenze di campionamento a 44.1/88.2/176.4 kHz ed un altro a 48/96/192kHz.
  • Hackable: Il circuito può essere modificato per consentire una alimentazione esterna per la parte analogica della scheda. È anche possibile collegare DAC I²S esterni. Ovviamente tali modifiche inficieranno la garanzia, dal momento che richiedono saldature sulla scheda, ma i veri hacker dell’hardware non se ne faranno un problema.

DAC+ Light19.90$ 
DAC+ Standard24.90$Volume control, jack
DAC+ Pro34.90$XLR connector
DAC+ Zero11.90$PI Zero form factor

La scheda DIGI+ consente un output S/PDIF di alta qualità con le seguenti caratteristiche:

HiFiBerry Ampli digi

  • Chip di interfaccia S/PDIF in grado di gestire risoluzioni sino a 192kHz/24bit
  • Uscite ottica (Toslink) ed elettrica
  • Bit-perfect output—lo stream di dati audio non viene modificato in alcun modo
  • Connessione diretta al Raspberry Pi senza bisogno di cavi aggiuntivi
  • Alimentazione diretta dal Raspberry Pi, senza necessità di cavi di alimentazione aggiuntivi
  • Opzionale: trasformatore di uscita a banda elevata, che garantisce un completo isolamento galvanico dell’uscita elettrica (non presente nella versdione standard)
  • EEPROM integrata per configurazione automatica
  • Distribuita con tutti i componenti necessari per il montaggio (compresi i distanziali per collegare la scheda al Raspberry Pi)

DIGI+ Standard22.90$HAT compliant
DIGI+ Transformer29.90$Galvanic isolation
DIGI+ Pro34.90$Dual low-jitter oscillator, BNC connectors

L’Amp+ è un ampli di potenza audio di elevata qualità ed efficienza in Classe D progettato speecificamente per il Raspberry Pi da HiFiBerry. Connettendolo sul Raspberry Pi si ottiene un sistema audio HiFi pronto all’uso. Occorre solo collegare i diffusori acustici. Rappresenta un sottoistema ideale per le installazioni audio multi-room.

HoFiBerry Ampli Amp

  • Potenza di uscita sino a 25W
  • In grado di pilotare diffusori con impedenza a 4 Ohm o superiore
  • Completamente gestibile dal Raspberry Pi
  • Frequenze di campionamento a 44.1kHz e 48kHz
  • Convertitore digitale-analogico incluso. Non occorre collegare DAC o schede audio specifiche.
  • Percorso segnale esclusivamente digitale per garantire prestazioni audio ottimali e indistorte.
  • Connessione diretta al Raspberry Pi senza bisogno di cavi aggiuntivi
  • Necessario un solo alimentatore esterno da 12-18V per alimentare tanto l’ AMP quanto il Raspberry Pi. Nessuna necessità dell’alimentazione USB
  • Distribuito come kit premontato: nessun bisogno di saldature.

Compatibilità Raspberry Pi: l’amplificatore Amp+ funziona con tutti i modelli di Raspberry Pi con il connettore GPIO a 40 piedini.

AMP+45.90$Sells alone or in bundle with either Raspberry PI 3 or 4, case, PSU, SD card, remote control.

Come funziona?

Purtroppo lo spazio tiranno non ci consente di eseguire un test approfondito dell’amplificatore. Abbiamo però in laboratorio un esemplare della scheda audio ampli AMP+ di HiFiBerry per il nostro esemplare di test di Raspberry PI, come da foto di presentazione. Ne parleremo presto in un prossimo articolo. Mostreremo le fasi di installazione e configurazione, ed offriremo una valutazione oggettiva delle prestazioni dell’amplificatore.

Continuate a seguirci!

Link utili:

 

Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.

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