Raspberry Pi – Quels usages en DIY audio ?

Domotique, robotique et automatisation, multimédia, retrogaming, impression 3D, serveur NAS sont quelques usages répandus du Raspberry Pi. La sortie de la version 3, puis de la version 4 avec à chaque fois un fort accroissement des capacités de calcul (très limitées sur les versions 1 et 2) couplées à un prix et des dimensions très contenus ont rapidement convaincu les « makers » et les développeurs du monde entier pour en faire un vrai succès durable.

Initialement pensé pour du prototypage rapide, différents secteurs d’activités s’y sont intéressées et ont rapidement trouvé des applications commerciales.

Bien évidemment, la communauté audio n’a pas tardé à s’y intéresser. Dans cet article, nous allons essayer de faire un tour d’horizon les plus exhaustif possible des applications au DIY Audio.

Qu’est-ce que le Raspberry Pi ?

Pour commencer, il est important de définir ce qu’est le Raspberry Pi et ses principales caratéristiques techniques. Le RPI (Accronyme pour les initiés) est un « Single Board Computer » (SBC) c’est à dire que tous les composants permettant de faire fonctionner un ordinateur conventionnel sont intégrés en une seule carte : Vidéo, Entrées / sorties, processeur + mémoire, réseau… Il ne manque plus qu’une alimentation et un système d’exploitation pour pouvoir le démarrer. Pour l’alimentation, rien de très exotique, la carte se content d’une alimentation 5V via un port micro-usb ou usb-c dédié.

Penser l’électronique de manière modulaire. Tel est le paradigme posé par la fondation Raspberry lors de la conception du RPI.

On le constate d’abord à sa connectivité riche au regard de sa taille. Sur le modèle B on trouve :

Parmi les caractéristiques techniques principales du RPI, on notera aussi sa faible consommation ainsi que la montée en température contenue permettant de loger la carte dans des boîtiers minuscules.

Le port GPIO, le « couteau Suisse » du Raspberry Pi

L’acronyme GPIO veur dire « General Purpose Input/Output ». En gros on peut traduire ça comme « Port à tout faire » (ou « Port Tony Michelli » pour ceux qui on la référence). Le port GPIO regroupe une succession d’entrées-sorties permettant de connecter du matériel additionnel ou d’associer tout type de cartes complémentaires.

Le GPIO va particulièrement nous intéresser par la mise à disposition d’un signal audio numérique I2S

Cerise sur le gâteau, on va pouvoir alimenter la bête par des pins dédiées, plus généreusement que par l’usb standard du RPi. Et chez les audiophiles, on aime le courant 🙂

Des cartes d’extension « clé en main »

Pour les non électroniciens (dont je fais partie), de nombreuses cartes d’extension « plug and play » ou cartes HAT (Hardware Attached on Top) sont disponibles un peu partout sur le net. Audiophonics a d’ailleurs une section dédiée aux SBC avec pléthore de cartes HAT.

Une carte avant-tout pour les dévelopeurs

Pour les plus néophytes d’entre nous, on ne va pas non plus vous dresser un portrait idyllique du Raspberry Pi, pour pouvoir le mettre en oeuvre dans un de vos projet, il faudra donner un peu de votre personne et avoir quelques notions avancées d’informatique.

Pour commencer, le choix du système d’exploitation le plus adapté à votre projet et ensuite un apprentissage de celui-ci pour savoir comment l’adapter ou l’étendre via des plugins ou des scripts.

Pour exploiter parfaitement les différents périphériques connectés, notamment au port GPIO il vous faudra connaître à minima comment fonctionne celui ci et comment on lit ou envoie une information sur les bonne broches du port.

Quelques basics pour démarrer :

1. Savoir se connecter à un Raspberry pi à distance en SSH
2. Savoir écrire et exécuter un script quel que soit le langage. Python est peut-être le plus « simple » et le plus rapide à apprendre et mettre en oeuvre
3. Connaître le minimum vital sur le scripting Bash > clé de voute pour Linux
4. Comprendre ce qu’est un service Linux et comprendre comment paramétrer un enregistrement de script en tant que service

L’idée dans cet article n’est pas de vous apprendre le codage sous RPI. J’y consacrerai une grosse partie dans un des article sur la restauration et la modernisation du poste Ducretet C7 en cours de réalisation.

En attendant si vous voulez démarrer et expérimenter par vous même ce tuto est  pour vous !

Installer votre Raspberry Pi

Choisir le système d’exploitation

Quelle que soit l’application que vous voulez en faire, votre RPI aura besoin d’un système d’exploitation. Il y en a pléthore et une grosse phase de documentation sera nécessaire avant de trouver le système d’exploitation le plus adapté à votre projet. Les OS vont du plus généraliste au plus spécialisé. Ils s’appuient généralement sur une base Linux Debian et prennent en charge directement les périphériques et connectiques du Raspberry Pi.
On peut quand même noter quelques incontournables :

a. Raspberry Pi OS : C’est le système d’exploitation officiel pour le Raspberry Pi, directement maintenu par la fondation. Il se décline en 2 versions « Desktop » avec une interface graphique complète et une version « Lite » dépourvu d’interface graphique et uniquement accessible en console.

b. Recalbox : Bon, là on s’éloigne un peu du sujet mais Recalbox illustre parfaitement ce qu’est un OS spécialisé pour un usage spécifique. Il s’agit d’une distribution dédiée au rétrogaming, proposant une interface dédiée et une collection d’émulateurs préparamétrés. En plus c’est Français !

c. Volumio : Là on est en plein dans le sujet ! Volumio est une distribution orientée audiophile, proposant de transformer votre Raspberry Pi en Streamer / DAC audio. La distibution prend en charge nativement plusieurs services Streaming comme Qobuz etc… des web radios ainsi que plusieurs protocoles comme UPnP, Airplay etc. Les fonctionnalités peuvent être étendues via des plugins. Volumio se pilote via une interface Web ou une application mobile.

Note : depuis sa version 3, Volumio à très fortement revu son business model qui bride de plus en plus la version « community » (gratuite) au profit de la version « Premium » payante sur un modèle d’abonnement. Je cherche encore une alternative soit totalement gratuite, soit moins chère.

Installer le système d’exploitation sur le RPI

Quelle que soit le système choisi, la procédure d’installation globalement toujours la même et se passe en 3 étapes.

1. Le système d’exploitation sera installé sur une carte Micro SD, on télécharge d’abord l’image du système d’exploitation.
2. Avec un outil dédié de flashage sur une carte SD on flashe sur la carte préalablement connectée au PC. (Pour ma part j’utilise BalenaEtcher sous Windows).
3. On prend la carte et on la place dans le logement dédié du Raspberry Pi, on connecte les périphériques et on branche l’alimentation. Le RPI démarre aussitot.

Le RPi est maintenant prêt à être utilisé.
Pour avoir toutes les étapes détaillées, voici un tutorial extrêmement précis ici.

Usages en DIY audio

J’ai sélectionné 3 exemple de mise en oeuvre du Raspberry Pi en audio, allant du plus commun au plus exotique. J’insiste sur le mot « sélectionné » car les plus informés/sachants/geeks d’entre-vous risquent de trouver la liste trop courte. Et c’est bien la philosophie du RPI ! Stimuler la créativité et créer de nouveaux projets et usages. N’hésitez d’ailleurs pas à partager vos utilisations en commentaire de cet article 😉

Le DAC / Streamer

C’est l’ usage le plus « commun » qu’on va pouvoir trouver avec des dizaines de cartes DAC à monter sur le RPI. Pour la petite histoire, la création d’une carte son pour le RPI a débuté sur les versions 1 et 2 connus pour leur piètre qualité sonore.

Le principe est très simple, utiliser le Raspberry Pi pour prendre en charge les différents flux audio (spotify etc, ainsi que les bibliothèques de musiques dématérialisées sur Disque Dur ou serveur NAS personnel, mais aussi via Bluetooth) et confier le décodage du signal à une carte DAC additionnelle.

Il existe énormément de cartes DAC disponible sur le marché et l’offre s’étale d’environ 30 à 300€ pour des cartes nues (en plus du prix du RPI) et des kits soit à monter soit pré-montés allant de 300 à 700€ environ.

Pourquoi autant d’engouement autour des DAC sur RPI ?

Maintenant, tous les grands fabricants de matériel HiFi proposent des DAC connectés « clés en main » à ajouter à votre chaîne HiFi. Il est clair que les budgets peuvent grimper très vite. Pour ma part je retiendrai 2 arguments en faveur des solutions basées sur un Raspberry Pi:

• Evolutivité matérielle : Comme expliqué précédemment, le RPI a été pensé modulaire. Il est donc assez aisé de démarrer avec un DAC HAT économique et de le remplacer au gré de ses besoins futurs vers une carte proposant soit plus de connectique soit de meilleurs composants
• Evolutivité logicielle : Le marché du streaming audio est extrêmement mouvant et des nouveaux services apparaîssent presque tous les jours. Il subsiste une vraie interrogation vis-à-vis des fabricants traditionnels à fournir les mises à jour nécessaires pour prendre en compte les nouveaux usages et les nouveaux acteurs de streaming.

En revanche, pour moi, le débat du rapport qualité prix qui serait laaaaaaaaargement en faveur d’une solution RPI est un faux débat car :

• Les fabricants traditionnels ont un vrai savoir faire sur la mise en oeuvre de solutions audio qui « sonnent », il faut le reconnaître
• Des produits packagés complets avec le boitier, les fonctionnalités etc nécessitent de la R&D, de la fabrication de pièces et de l’assemblage qu’il faut payer
• Je n’ai pour ma part pas trouvé de vrais comparatifs objectifs mettant face à face des solutions du marché et des DAC DIY sur base RPI

En somme, chacun voit midi à sa porte. Pour ma part, l’attrait de le faire soit-même et d’apprendre de nouvelles choses l’emporte sur l’achat d’une n-ième boite à ajouter à mon système HiFi.

Je retiendrai pour ma part les solutions suivantes :

1. Le DAC « Budget »
   
   On va trouver des cartes DAC se connectant à Raspberry Pi pour 20€ notamment :
   – Le Hifiberry DAC Zero ou DAC+ Light
   – Un DAC PCM 5102 chez Audiophonics

   Sur ces 2 cartes minimalistes, pas besoin d’alimentation additionnelle on branche sur les RPI, on installe la bonne distrib’ et c’est parti.
   Pour les plus pointilleux sur la cosmétique, un boitier comme celui-ci à moins de 8€ permet de finaliser le DAC.

   C’est le moment de faire les comptes :

   	Min	Max
   Raspberry Pi 3A+ ou Raspberry Pi 2W Raspberry Pi 4 B 2Gb	18,9	62,9
   Alimentation officielle	9,6	9,6
   HIFIBERRY DAC+ LIGHT	14,9	24,9
   Boitier pour Carte Son DAC+ et Raspberry PI (estimé)	15	15
   TOTAL	58,4	112,4

   Si vous optez pour un RPI Zero 2W, vous en passerez par une étape de soudure en plus, le port GPIO sur cette version étant dépourvu de pins
   Le total peut varier du simple au double, ceci est énormément dû au choix du RPI.
   Le contexte du marché de l’électronique actuellement très tendu a particulièrement impacté la fondation Raspberry Pi qui a fait face à d’énormes pénueries sur 2021 et 2022 avec des prix neuf qui se sont envolés et un marché de l’occasion qui a suivi. Un retour à la normale est prévu pour 2023 avec normalement une baisse des prix.

2. Le DAC HDG
   

   

   Je prends l’exemple du kit RaspTouch conçu et commercialisé par Audiophonics. C’est un projet réolument moderne dès sa phase d’avant-projet avec le recours à la communauté pour financer le projet (projet kickstarter ici)

   Le kit est somme toute assez « simple » dans la mesure où il embarque une carte DAC se « plantant » sur le GPIO du Raspberry Pi 4, une alimentation dédiée et un écran tactile 7 pouces, le tout dans un boitier sur mesure.

   Je me garderai de tout jugement sur le design global de l’objet ainsi que les qualités audio du produit, n’ayant pas eu l’occasion de l’écouter, je vous laisse à votre propre opinion. Ce n’est pas l’objet de cet article.

   Ce que je trouve intéressant avec ce projet est qu’il serait parfaitement réalisable en DIY : L’écran 7 pouces tactile existe en pièce dàtachée et son intégration est largement documentée par la communauté. Quant à la carte DAC, vous en trouverez pour tous les goûts tant l’offre est pléthorique, y compris en HDG. Pour les commandes physiques, tout ou presque existe  tant en termes de montage que d’intégration logicielle. Il vous faudra un peu de patience pour tout assembler bout à bout et tout faire fonctionner ensemble. Un travail d’intégration en gros.

L’enceinte connectée / intelligente

Il y a un projet en particulier qui a retenu mon attention il y a déjà quelques années : le partenariat entre HiFiBerry, fabricant Suisse de cartes audio pour le Raspberry Pi et Bang&Olufsen (je ne vous ferai pas l’affront de vous en faire la présentation) sur la mise à disposition d’un kit de restomod des enceintes Beovox CX50/CX100.

La solution consiste en une carte nommée BEOCREATE dont les spécifications sont très généreuses :

• Amplificateur 4 voies : 2x30W + 2x60W
• DSP Programmable
• Entrées sorties numériques (toshlink)

Hifiberry fournit en complément un système d’exploitation Open Source le HifiBerry OS permettant d’ajuster les paramètres du DSP pour les opérations simples, sans avoir à se plonger dans Sigma Studio.

Je trouve ce type d’intégration extrêmement inspirant, à la fois pour  des futurs projets de restauration ou alors de passage d’enceintes passives en actif ET connecté, peut-être moins ambitieux en termes d’électronique embarquée, une BEOCREATE (qui coûte tout de même 179€ à laquelle il faut rajouter le RPI et l’alimentation) ne se justifiant que lorsqu’on veut passer en filtrage actif. sur un filtrage passif (et des enceintes pas trop gourmandes en énergie) des cartes ampli 2x30W se trouvent pour moins de 50€  comme cette carte InnoMaker que je vais utiliser dans le cadre de la modernisation de mes Bose Room Mate II .

La micro-chaine HiFi

Là on commence à rentrer dans le gros délire du maker ultime !
Il s’agit d’une micro-chaine HiFi intégralement imprimée en 3D.

Au niveau de la « stack » technologique, on tourne encore avec les éléments déjà présentés précédemment : RPI couplé à une carte ampli et écran tactile 7 pouce pour piloter le tout. En complément on va commencer à exploiter plus les possibilités offertes par le GPIO en y ajoutant :

1. Un codeur rotatif de type KY040 pour le pilotage physique du volume.
2. Un bouton d’allumage / mise en veille avec indicateur lumineux

Le projet est disponible sur Thingverse, plateforme de partage de projets d’impression 3D et les instructions plutôt bien détaillées.

Conclusion

J’espère que cet article vous aura apporté un éclairage sur ce qu’est un Raspberry Pi et de son potentiel en DIY audio. De notre côté, après une longue période d’inactivité nous nous sommes remis au travail et 2 projets s’appuyant sur du Raspberry Pi ne vont pas tarder (j’espère !) à arriver.

En attendant, quelques projets DIY qui ont nourrit mon inspiration et mon envie de mettre en oeuvre des RPI dans des projets DIY Audio:

• Gallerie de projets chez Hifiberry : https://www.hifiberry.com/build/gallery/
• Réalisation de mon multiroom audio à base de Raspberry Pi et Hifiberry : https://www.maison-et-domotique.com/56929-multiroom-audio-raspberry-pi-hifiberry/

A bientôt sur JustDIYIt !