Mit gleich vier Mikrofonen lauscht der High-End-HAT Seed ReSpeaker in den Raum und sorgt so für optimalen Ton.
Der etwa quadratische ReSpeaker-HAT von Seeed (Abbildung 1) baut in der Breite etwas größer als ein RasPi 2/3/4. Der Name suggeriert zwar etwas anderes, aber der ReSpeaker agiert als reines Eingabegerät. Für die Audioausgabe verwenden Sie die herkömmlichen Mittel, etwa HDMI, USB-Audio, analoges Audio oder Bluetooth.
Abbildung 1: An jeder der vier Ecken des ReSpeakers sitzt ein Mikrofon. Der HAT baut etwas breiter als der darunterliegende RasPi 3B+.
Ein Ring aus 12 Mehrfarb-LEDs (APA102) schmückt die Oberfläche. Vier Mikrofone sitzen jeweils in den Ecken. Deren Reichweite gibt der Hersteller mit 3 Metern an, zentral platziert deckt der HAT also mittelgroße Räume ab. Der an der Unterseite verbaute Soundchip AC108 unterstützt hochqualitative Quad-Channel-I2S-Ausgabe und führt über zwei Grove-Buchsen einmal I2C und einmal GPIO12/GPIO13 nach außen. Für Letztere bietet sich ein Grove-Doppelschalter zum einfachen Steuern des Rechners an.
Rein technisch unterstützt der HAT alle RasPi-Varianten mit der großen Pin-Leiste, also auch den Pi Zero. Für den gibt es alternativ einen von den Dimensionen besser passenden HAT, der allerdings nur zwei Mikrofone mitbringt, dafür aber einen zusätzlichen Soundchip samt JST-Anschluss für Lautsprecher bietet. Der kleine HAT kostet 9,90 Euro, der große 24,50 Euro. Sie können beide beim deutschen Distributor BerryBase [1] bekommen. Neben diesen HAT-Lösungen bietet Seeed auch noch diverse andere Mikrofonplatinen an, die sich per Kabel an den RasPi anschließen lassen und teilweise noch mehr Mikrofone integrieren.
In den folgenden Abschnitten geht es um die Installation und den Betrieb des ReSpeakers. Wir wollen vor allem wissen, wie viel Rechenpower der HAT benötigt und welcher RasPi sich dafür anbietet. Mit dem Zero 2W gibt es ja inzwischen eine günstige kleine Lösung mit viel CPU-Leistung, aber hier könnte der Speicher nicht ausreichen.
Installation
Seeed verkauft nicht nur Hardware, sondern pflegt auch ein gutes Wiki für seine Produkte. Außerdem gibt es Github-Repositories mit Beispielcode, was den Einstieg erleichtert. Dort finden sich auch alle notwendigen Informationen für den ReSpeaker [2].
Für ein intelligentes Mikrofon genügt im Prinzip ein Pi OS Lite im Headless-Betrieb. Trotzdem gibt es gute Gründe, die ersten Experimente mit einem Pi-OS-Desktop-System zu starten, vor allem weil hier die Audioausgabe über den Bildschirm per HDMI problemlos funktioniert. Grundlage dieses Artikels ist die “Buster”-Version vom Mai 2021. Für die nachfolgenden Tests sollten Sie das Audioausgabegerät vorab via Raspi-config korrekt einrichten.
Mit den Befehlen aus Listing 1 richten Sie die Treibersoftware ein. Das Installationskommando aktualisiert bei Bedarf den Kernel und lädt die Kernel-Header sowie ein paar andere Tools herunter. Anschließend kompiliert es den Treiber, der im Quellcode vorliegt. Steht tatsächlich ein Kernel-Update an (wie im Test beim verwendeten “Buster”-Release), fordert die Software zu einem Neustart auf. Dann gilt es, die Befehle aus den Zeilen 4 und 5 nach dem Booten zu wiederholen. Am Schluss der Prozedur aktiviert ein weiterer Neustart den HAT.
Listing 1
Treiberinstallation
$ sudo apt-get update $ sudo apt-get -y install git $ git clone https://github.com/respeaker/seeed-voicecard.git $ cd seeed-voicecard $ sudo ./install.sh
Das Installationsverfahren setzt Seeed fast vorbildlich um. So verwendet es DKMS (Dynamic Kernel Module Support), das im Idealfall automatisch bei einem neuen Kernel die Module wieder auf den aktuellen Stand bringt. Allerdings erweist sich DKMS als etwas zu intelligent, denn es installiert die Treiber nur für den aktuellen Kernel. Bei einem Wechsel von einem RasPi 2/3/4 zum Pi Zero steht daher eine Neuinstallation an, beim Wechsel zurück ebenfalls. In der Praxis sollte das aber keine Rolle spielen.
Erfahrungsgemäß bedeutet ein Treiber im Quellcode nicht, dass bei einem Wechsel des Kernels durch die Foundation der Treiber sofort für den neuen Kernel funktioniert. Hier bietet es sich an, das System erst nach einiger Zeit und nach eingehenden Tests auf den aktuellen Stand zu bringen.
Nach der Treiberinstallation steht der HAT als 4-Kanal-Aufnahmegerät bereit. Spätestens jetzt sollten Sie den RasPi herunterfahren, um den HAT aufzustecken. Da der HAT kein Hotplugging erlaubt, müssen Sie den Mini-Rechner dazu auf alle Fälle vom Strom trennen.
Zur Kontrolle starten Sie auf der Kommandozeile den Befehl arecord -L (Abbildung 2). Die lange Liste an Einträgen müssen Sie nicht im Detail verstehen. Es genügt, wenn der Eintrag ac10x sowie die Seeed-Soundkarte als sysdefault auftauchen.
Abbildung 2: Das System erkennt das Mikrofon als Soundkarte.
Funktionstest
Der Befehl arecord gibt nicht nur vorhandene Soundkarten aus, sondern nimmt auch auf. Aufnahme und Abspielen erledigen Sie mit den Befehlen aus Listing 2. Ein reiner Test erfordert keine Sox-Installation, die Vierkanalaufnahme klingt dann aber sehr dumpf. Erst nach dem Herunterrechnen auf zwei Kanäle (Zeile 3) gibt Aplay die Aufnahme sauber aus.
Listing 2
Aufnahmetest
$ sudo apt-get install sox $ arecord -Dac108 -f S32_LE -r 16000 -c 4 aufnahme.wav $ sox aufnahme.wav -c 2 stereo.wav $ aplay stereo.wav
Dieser Test funktioniert auch problemlos auf einem RasPi-Lite-System. Etwas komfortabler funktioniert das Ganze aber auf einem Desktop. Dazu installieren Sie die Anwendung Audacity über das gleichnamige Paket. Dabei handelt es sich um eine schlanke, aber trotzdem mächtige und mehrkanalfähige Aufnahme- und Mischpultanwendung.
