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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Entstörung Raspberry PI Audio


Autor: adapto (Gast)
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Hallo *,
ich habe von einem Verstaerker die 9V angezapft und betreibe ueber eine 
LM7805 Spannungsregelung einen Raspberry Pi. Wenn ich nun den 
Audioausgang an den Verstaerker klemme habe ich starke Stergeraeusche. 
Kann mir jemand erklaeren wie ich das Stoersinal wegfiltern kann. Danke.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Kondensatoren am Ein- und Ausgang des 7805 ?

Gemeinsamer Massepunkt?

Autor: adapto (Gast)
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Ja, sind dran.

Autor: adapto (Gast)
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Masse benutze ich vom Verstärker. Wuesste nicht wo ich sonst Masse 
anlegen kann.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Auch beim 7805 gilt: Ein-Ausgangskondensator direkt auf
mittleren Pin. Von dort aus Masse Ein und Ausgang...


Kannst Du die Störgeräusche beschreiben?

Brummen, Zwitschern, Pfeifen...?

Autor: adapto (Gast)
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Das Stoergeraeusch klingt so als ob man die CPU beim arbeiten hoert. Es 
ist ein Fiepen, dass je nach Last seine Frequenz wechselt bzw lauter 
oder leiser wird.

Autor: Linuxfan (Gast)
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Hi,
Leider wirst du da nichts entstören können. Das was du hörst ist die 
Soundqualität des Raspberry Pi. Der Pi hat keinen DAC, sondern macht 
Sound über einen PWM-Ausgang. Dementsprechend grausam hört sich das dann 
auch an :( Wenn du besseren Sound aus dem Pi haben möchtest, musst du 
dir einen I2S Dac besorgen. Da gibt es inzwischen einige um die 40€ auf 
dem Markt. Mit den Onboard Mitteln wird das leider nix mit qualitativ 
gutem Sound.
Oder DAC selber bauen. Ist nicht schwer und macht Spass :)
Wie sauber der Strom ist, den du an den Pi schickst, ist egal. Obwohl 
der 7805 für Sound natürlich auch Käse ist. Schau dir mal den TPS7A4700 
an. In verbindung mit einem RK Trafo sind die TI Chips sehr gut. Dann 
aber nur den DAC damit versorgen. Am besten eine Rail für analog und 
eine für Digital, schön getrennt. Den Pi mit sauberem Strom zu versorgen 
ist vergebene Mühe, der ist so schlecht designt, dass das garnix bringt.

Viel Erfolg
LinuxFan

Autor: Mani W. (e-doc)
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Dann liegt es wohl an einer Masse-Schleife (Verkoppelung), die
Taktfrequenz schlägt auf die Betriebsspannung durch...

Darum nochmals: Ein gemeinsamer Massepunkt (sternförmig) für
Spannungsregler, Rasperry, Ausgangsverstärker...

Manchmal genügen wenige Zentimeter falsche Leiterführung der Masse...

Mit einem Scope findest Du sicher leichter die Ursache


Lieben Gruß
Mani

Autor: Linuxfan (Gast)
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Googelt mal nach Raspberry Pi PWM Sound, dann kommt ihr dahinter. 
Masseschleife, echt ? Das PWM Signal braucht keine Masseschleife um 
grausam zu klingen ;)

Autor: Marian  . (phiarc) Benutzerseite
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Linuxfan schrieb:
> Da gibt es inzwischen einige um die 40€ auf
> dem Markt.

USB-Interfaces kriegt man doch hinterhergeworfen.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Linuxfan schrieb:
> Das PWM Signal braucht keine Masseschleife um
> grausam zu klingen ;)

Schon klar, war ja nur eine Möglichkeit der Ursache...

Autor: Linuxfan (Gast)
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Als ob der Pi ein sauberes USB Signal ausgeben würde. Dann musst du noch 
das USB Signal galvanisch trennen. Und USB Sound geht auf dem Pi 
tierisch auf die CPU Leistung. Teilweise kann man 192kHz garnicht 
ruckelfrei abspielen. Besser I2S, das hat der Pi als Ausgang.
Warum :
Pi->USB Sound->I2S->DAC
Wenn das hier besser funktioniert :
Pi->DAC über I2S

Ich baue DACs seit längerem und hab auch 4 für den Pi gebaut. USB ist 
bei dem kleinen Ding nicht der Weg.

Autor: Linuxfan (Gast)
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Mani W. schrieb:
> Linuxfan schrieb:
>> Das PWM Signal braucht keine Masseschleife um
>> grausam zu klingen ;)
>
> Schon klar, war ja nur eine Möglichkeit der Ursache...

Ja stimmt, in jedem anderen Fall hätte ich das auch gedacht, aber beim 
Pi ist das leider ein Designproblem. Der war nie für HiFi gedacht, 
sollte nur Grundfunktionen für Sound bereitstellen.

Autor: Linuxfan (Gast)
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Schaut euch mal hier die 2 ersten Bilder vom Oszi an, dann ist alles 
klar :
http://www.crazy-audio.com/2013/11/quality-of-the-raspberry-pi-onboard-sound/

Autor: Mani W. (e-doc)
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Grausam sieht es aus, dem entsprechend klingt es auch...

Wie schon geschrieben, der Osszi hätte es gezeigt...

: Bearbeitet durch User
Autor: Linuxfan (Gast)
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Mani W. schrieb:

> Wie schon geschrieben, der Osszi hätte es gezeigt...

Ja stimmt, hast du recht :) Spätestens da wäre alles klar gewesen.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Schönen Gruß an Adapto und Linuxfan, war ein gutes und sinnvolles
Gespräch und jetzt ist alles geklärt, wünsche noch eine
gute Nacht...

Mani

Autor: adapto (Gast)
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Das stimmt der Sound des RPI ist nicht besonders gut. Da stimme ich euch 
vollkommen zu, aber wenn ich den RPI mit einem seperaten Netzteil 
betreibe treten diese Stoergeraeusche nicht auf.

Autor: Mani W. (e-doc)
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adapto schrieb:
> aber wenn ich den RPI mit einem seperaten Netzteil
> betreibe treten diese Stoergeraeusche nicht auf.

Dann wären wir wieder bei einer Verkoppelung von Signalen...

Autor: Linuxfan (Gast)
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Seltsam. Hmm. Ich hab die Störgeräusche immer am Raspi. Such mit 
Ultralinearen Labornetzteilen hatte ich das unsaubere Signal.
Deswegen isoliere ich sogar das I2S Signal sogar mit einem IL715. Erst 
dann war ich den Müll von den Spannungsreglern des Pi los.
Also wenn das so bei dir aussieht, dann Masse neu machen.
Wie Mani schon beschrieben hat Sternförmig und gute Kondensatoren am 
Spannungswandler (vor allem nahe an den Beinchen dran).

Autor: adapto (Gast)
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Danke. Was heisst den gute Kondensatoren? Ich habe ganz einfach 
Keramik-Kondensatoren genommen. Ich verstehe auch noch nicht ganz was 
mit Sternfoermig gemeint ist.

Autor: Linuxfan (Gast)
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Zur Masse, schau mal bitte hier : direkt das erste Bild zeigt es gsnz 
gut
http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Rabus-VV/erdg/erdg.htm
Die Masseleitungen haben alle einen gemeinsamen Punkt, an dem Sie 
zusammentreffen und stören sich nicht so stark gegenseitig.
Zu den Kondensatoren : Wie hast du die dimensioniert ? Keramik ist an 
sich schon Okay.

Autor: adapto (Gast)
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Ok, dann muss ich das nochmal umloeten. Kondensatoren sind 0,47μF am 
Eingang und 1μF am Ausgang.

Autor: Linuxfan (Gast)
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Die sind eigentlich ganz okay von den Dimensionen her. Versuch mal die 
Masse umzulöten.
Wenn du allerdings HiFi Sound haben möchtest, wäre auf lange Sicht ein 
DAC sehr gut.

Autor: Pete K. (pete77)
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adapto schrieb:
> Ok, dann muss ich das nochmal umloeten. Kondensatoren sind 0,47μF am
> Eingang und 1μF am Ausgang.

Steht das so in dem Datenblatt?

Autor: adapto (Gast)
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Pete K. schrieb:
> Steht das so in dem Datenblatt?

Ja. Aber der 0,47μF sollte ein 0.33μF sein, der allerdingfs nicht 
vorraetig war.

Autor: adapto (Gast)
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Linuxfan schrieb:
> Die sind eigentlich ganz okay von den Dimensionen her. Versuch mal
> die Masse umzulöten.

Bringt es was, fuer die Masse einen hoeheren Leitungsquerschnitt zu 
waehlen?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ein häufiger Fehler:
   +--------------------------------------+
   |                                      |
   +---------------+                      |
   |               |                      |
+  |               |                      |
Netzteil         Raspi=============Verstärker-------Lautsprecher----+
-  |               |                      |                         |
   |               |                      |                         |
   +---------------+                      +-------------------------+
   |           GND 2                      | GND 3 
   |                                      |                             
   +--------------------------------------+
   Erde = GND 1

Signalquelle und Verstärker werden mit einem gemeinsamen Netzteil 
betrieben. Ob da noch ein Spannungsregler zwischen liegt, ist für meine 
Betrachtung irrelevant.

Die GND Anschlüsse der Platinen sind sternförmig mit dem Netzteil 
verbunden. Die Signalleitung zwischen Raspberry Pi und Verstärker ist 
abgeschirmt und an beiden Enden dreipolig angeschlossen.

Diese Schaltung hat mehrere unterschiedliche GND Potentiale:

GND 1 ist der (eventuel geerdete) Minuspol der Stromversorgung. Sie ist 
unser Bezugspunkt, wir definieren dieses Potential daher al 0 Volt.

GND 2 führt eine kleine Wechselspannung, weil der Raspberyy Pi keine 
konstante Stromaufnahme hat. Wenn man an diesem Punkt einen 
Batteriegespeisten Kopfhörer mit Verstärker anschließen würde, würde man 
die CPU arbeiten hören.

GND 3 führt bei Stille keine Wechselspannung. Also ein anderes Potential 
als GND 2.

Der Ausgang vom Raspberry Pi liefert ein Audio Signal bezogen auf GND 2.

Aber das Massepotential des Verstärkers ist GND 3! Du verstärkst daher 
nicht nur das Audiosignal, sonder außerdem noch die differenz zwischen 
GND 2 und GND 3.

Jeman mag einwenden, dass die Signalleitung ja dreipolig angeschlossen 
ist und daher keine Differenz zwischen den beiden GND Potentialen 
bestehen kann. Aber das stimmt nicht. Denn sowohl die Leitung als auch 
der Stecker haben einen relativ hohen Innenwiderstand und außerdem noch 
eine bedeutende Induktivität. Diese Signalleitung vermag es nicht, beide 
Seiten auf gleiches GDN Potential zu zwingen.

Billige Lösung:
   +--------------------------------------+
   |                                      |
   +---------------+                      |
   |               |                      |
+  |               |                      |
Netzteil         Raspi=============Verstärker-------Lautsprecher----+
-  |               |                      |                         |
   |               |                      |                         |
   +---------------+                      +-------------------------+
Verzichte auf Steckverbindung. Löte die Abschirmung des Audiokabels 
direkt an die Massefläche der beiden Platinen. Diese Leitung dient 
gleichzeitig zur Stromversorgung. Sie sollte daher ausreichend dick 
sein. Die Platine des Raspberry Pi und die GND-Leitung zwischen Netzteil 
und Raspberry Pi muss natürlich auch den Stromverbrauch des Verstärker 
vertragen.

Nun hat der Verstärker genau das gleiche GND Potential, wie das 
Audio-Signal. Du wirst die CPU jetzt nicht mehr arbeiten hören - es sei 
denn, das Audio Signal selbst enthält diese Geräusche bereits. Das 
kannst du mit einem Kopfhörer oder einem Batteriebetriebenen Verstärker 
leicht überprüfen.

Saubere Lösung:
   +--------------------------------------+
   |                                      |
   +---------------+                      |
   |               |                      |
+  |               |                      |
Netzteil         Raspi=============Verstärker-------Lautsprecher----+
-  |               |                      |                         |
   |               |                      |                         |
   +---------------+                      +-------------------------+
   |                                      |
   +--------------------------------------+
Du verwendest einen Verstärker mit differentiellem Eingang. Im Detail:
      links--------------------links a
Raspi Schirm--------------+----links b   Verstärker
                          |
                          +----rechts b
      rechts-------------------rechts a
Solche Verstärker interessieren sich nur für die Differenz zwischen den 
Eingängen a versus b. Der Bezug zum GND Potential ist irrelevant.

Die allgemein übliche Lösung:
   +--------------------------------------+
   |                                      |
   +---------------+                      |
   |               |                      |
+  |               |                      |
Netzteil         Raspi=======X=====Verstärker-------Lautsprecher----+
-  |               |                      |                         |
   |               |                      |                         |
   +---------------+                      +-------------------------+
   |                                      |
   +--------------------------------------+
Du schleifst einen Audio-Übertrager in die Signal-Leitung ein. Das 
Signal wird magnetisch übertragen. Die Abschirmung wird dadurch an 
dieser Stelle unterbrochen. Daher dürfen beide Enden des Kabel 
unterschiedliches GND Potential haben.
Ein sehr Preisgünstiges Exemplar: 
http://www.conrad.de/ce/de/product/379234/Sinus-Live-Cinch-Entstoerfilter-GL-205/?ref=search&rt=search&rb=1


Lösung für Pragmatiker:
   
   +---------------+             +--------------------------------+
   |               |             |                                |
+  |               |             |                                | +
Netzteil1        Raspi======Verstärker----Lautsprecher-----+    Netzteil 2
-  |               |             |                         |      | -
   |               |             |                         |      |
   +---------------+             +-------------------------+      |
                                 |                                |
                                 +--------------------------------+
Du verwendest zwei unabhängige Netzteile, deren GND Leitungen nicht 
verbunden sind. Achtung: Manche Netzteile haben geerdete GND Leitungen. 
Zumondest das Netzteil für den Verstärker darf keine geerdete GND 
Leitung haben.

Die Stromaufnahme der CPU verursacht keine Störgeräusche, denn der 
Verstärker verstärkt die Differenz zwischen Signal-leitung und 
Abschirmung. Die GND Potentiale der beiden Seiten spiele keine Rolle 
mehr, da sie ausschließlich über die Signalleitung miteiander verbunden 
sind.

Letztendlich kommt es darauf an, zwischen Raspi und Verstärker nur eine 
GND Verbindung zu haben. Und die muss direkt vom Audio Ausgang zum Audio 
Eingang gehen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefanus F. (stefanus)
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> Bringt es was, fuer die Masse einen hoeheren Leitungsquerschnitt
> zu waehlen?

Ja es bringt was. Und möglichst kurz halten, ohne Bögen oder gar 
Wicklungen.

Aber ob es das Problem ganz löst, ist Glückssache.

: Bearbeitet durch User
Autor: adapto (Gast)
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Hallo Stefan, vielen Dank fuer diese ausfuehrliche Erklaerung. Ich werde 
deine Vorschlaege komplett durchgehen. Ich fange erstmal mit der 
billigen Loesung an, die ich direkt testen kann.

Autor: adapto (Gast)
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> Löte die Abschirmung des Audiokabels direkt an die Massefläche der beiden 
Platinen.

Die billige Loesung hat leider keinen hoerbaren Vorteil gebracht. Ich 
forsche weiter...

Autor: adapto (Gast)
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Ich habe jetzt die "übliche Lösung" gewaehlt und mir bei Conrad den 
vorgeschlagenen Entstoerfilter geholt und was soll ich sagen... es 
laeuft so wie es soll. Vielen Dank fuer eure Hilfe!

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ui, das ging aber schnell. Wohnst du direkt über dem laden?

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