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はこにわオーディオ工学研究分科会 (旧名: バスレフ研究所)

ラズパイ音楽サーバー

オフ会ではCD-Rの再生がうまくいかないというトラブルがあったので、そういう場でも確実に使用できる音楽サーバーが必要な気がしてきました。
そこで、ラズパイを音楽サーバに使用できるかどうか、考えてみました。

ラズパイは、正式には、Raspberry piといいます。
教育用の小型パソコンで、現在はmodel 4になっています。
4になってからは、CPUも7~8年前のパソコンのCPUに匹敵する能力になり、RAMも8GBまで選択できるようになりました。
この新しいバージョンをオフ会に持ち込んで何とか鳴らすことができました。
1回成功したからそれでおーけー、という訳にはいきません。
何回持ち込んでも何度でも成功する必要があります。
ラズパイは、基本的にはパソコンなので汎用のOSを使います。
ほとんどのOSがLinuxですが、モニターやキーボードがなくても使えるOSは、いまのところVolumioくらいのものです。
Volumioは、LinuxのなかでDebian系で、今はユーザーが多いUbuntuと同じ系列です。
VolumioにコマンドラインからSSHを使ってログインできれば、いろいろな操作が可能ですが、Volumioはウェブサーバーを使ったウェブアプリケーションで操作するようになっててできることが限られています。
音楽プレーヤーの操作はできますが、ネットワーク設定などは、コマンドラインから操作しなければならないので、トラブルが発生したときには、別のパソコンが必要です。
スマホからできれば簡単ですが、スマホはそこまでの機能がありません。
よって、トラブル対策用にはパソコンが必要になります。

有り難いことに、OSはMicroSDカードにインストールするので、もしもの場合にSDカードごと交換すれば、ディスクのトラブルには対処できるはずです。
これが第一のバックアップ策。
OS以外のハードウェアトラブルに対しては、この方法が使えないので、予備のラズパイが必要です。
大きくないし大した金額でもないので、これでいけるのかもしれません。

現在私が所有しているのは、バージョン3と4です。
バージョン3でもVolumioで同じことができるのですが、残念ながら4に比べるとパフォーマンスがよくありません。
USBディスクをつないだときの更新に時間がかかります。
とはいっても実用範囲内なのでどうでもいいような気もします。

バージョン3は発熱量が小さいので放熱対策が不要です。
放熱対策不要だと、I2SのDACをそのまま基板に挿して使うことができます。
バージョン4でも公式にはそのまま使えますが、負荷が大きくなると止まるそうです。
ということは、やはり発熱対策が必要です。
対策には、
(1) ヒートシンク(放熱器)を付ける
(2) ヒートシンクとファンを付ける
ファンはうるさいので、音楽用途には向きません。
したがって適当なヒートシンクを付ければ良いでしょう。
サイズには限界があるり、大きなものを付けることはできません。
CPUの他に、チップセット用のチップらしきものもあり、こちらにも何らかの放熱器を付けるほうがいいでしょう。
これはラズパイ3用のアクセサリが入手できました。
下は参考写真です。
ラズパイ音楽サーバー_a0246407_05555248.jpg
画面のちょうど真ん中にCPU用のヒートシンクがあり、その上にチップセット用のヒートシンクがあります。
CPU用に放熱器を付けるとDAC基板がそのままでは付けられなくなります。
ピン全部をカバーするケーブルがあれば簡単ですが、入手しづらいので何ピンかのオスメスケーブルを入手して必要なところ(不必要なところもピン番号が同じならつないであっても良い)に繋がなければなりません。
下が参考図です。
注:下の参考図は、I2Cだと思いこんでいて実施したときの図なので、接続不要なピンが含まれています。ピン番号3, 5, 38は接続不要なはずです。10月1日の記事を参照してください。
ラズパイ音楽サーバー_a0246407_20192042.png
40ピン全部をつなぐケーブルがあればこんなことは考えなくてもいいのですがこういうのは面倒です。

ちなみに放熱器を付けないなら、下の写真(右側の基板がラズパイ3+DAC)のようにDACを直接刺すことができて簡単です。
左側の基板はアンプ(LXA-OT3)です。
ラズパイ音楽サーバー_a0246407_14391979.jpg
CPUに付けるヒートシンクには、かつては秋月で適当なものがいろいろ入手できましたが、いまは、秋月にはおいてありません。
アキバのガード下のようなところで適当な放熱器を入手しなければなりません。
放熱器にはシリコングリスのようなものが必要で、これもアキバのいろいろな店で入手できます。

Volumioは、インターネットからイメージをダウンロードして、そのイメージをMicroSDカードに焼き付ければOSのインストールが完了します。
初期設定は、有線LANを繋げば他のパソコンからできますが、パソコンが苦手だと難しいかもしれません。

ラズパイオーディオの音はDAC次第ですが、安いものでもラズパイオンボードのDACのような低品質のものはすくなそうです。

ケースの中に上の写真のようにアンプを組込んでもいいですし、安いデジタルアンプを組合せてもふつうの部屋で使うには十分なパフォーマンスを得ることができます。

私は、安価なデジタルアンプを中野ゼロの視聴覚室に持ち込んで鳴らしてみましたが、出力は十分に足りていました(持ち込んだアンプ)。
こうなると、自分のシステムをそのまま持ち出すことが可能になってきます。
オーディオに何十万円もかけるのは、もう豪邸所有者の趣味だけになりそうです。

by mcap-cr | 2020-09-30 07:41 | オーディオ一般 | Trackback | Comments(10)
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Commented by muuku at 2020-09-30 08:46 x
奇しくも昼休憩の雑談の中でプロの機材は何より「信頼性」が第一という話を伺ったのを思い出しました。
昼メロだったら「このときは知るよしもなかった」とナレーションが入るところです^^;

システムを持ち出すという意味ではふと思うのは昔なつかし「ラジカセ」のコンセプトに近くなるような気がするのは私だけしょうか?。
電源もリチュウムバッテリーにすればスタンドアローンで音楽を持ち出せるし、機器は小さいので筐体の殆どをクロージャーに使えるので面白いかも。
PCMレコーダーを直結して録音再生する機材とすれば演奏者の練習用にも使えるかもしれませんね。
Commented by mcap-cr at 2020-09-30 10:22
> muukuさん
大切なのは信頼性で、あと、システムの単純性も必要です。
高性能デジカメを旅行に持っていったものの使い方がわからずに大切な写真をとれなかった、なんていうこともよくあると思います。
ラズパイは単純とはいえないので、持ち出すには危険が伴います。
ということで、バックアップ手段を含めて信頼性を確保せざるを得ません。
バッテリーを使用する場合には、アンプ用の電池寿命が問題になるのかもしれませんが、自動車用のバッテリーだったらデジタルアンプなら十分でしょうね。
Commented by tincan at 2020-09-30 11:47 x
詳細な解説ありがとうございます。
わたしも静かな音楽環境を望んでおりますので、ファンレスに傾いてきました。とするとラズパイ本体部とDAC基盤を分離し設置ということになると思いますが、若干の質問をお許しください。
・雄雌のピンが必要になると思いますが、入手は容易でしょうか?
・会長はDACにKumanのI2S DACをお使いですが、他社DACも必要接点とその位置関係は同一でしょうか?
・ラズベリ本体を入れている函体の通気の工夫はどういう風になされているでしょうか?

沢山の質問でスミマセン。会長の親切心にすがります。
Commented by mcap-cr at 2020-09-30 13:37
> tincanさん
オスメスのピンケーブルは、秋月にたくさんあると思います。
DACの接続ですが、I2Cなら予め決まっているので良いのですがI2Sの規格がよくわからないので、私はチップのデータシートを入手して決めました。
近いうちに調べて書こうと思いますので、しばらくお待ちください。
筐体の通気(というか換気)は、温度差による煙突型の排気方式です。
CPUが熱くなると周囲の空気温度が上昇し、密度が低下する
→密度が低下した空気が上昇気流となる
→上昇気流に引っ張られ下側の孔から冷たい外気(筐体外の室内空気)が侵入する
建築物と同じ換気方式です。
Commented by tincan at 2020-09-30 16:10 x
私も素人ながら調べてみました。
今日、近くの図書館へ行ったら「最新ラズペリーパイで学ぶ電子工作」金丸隆志氏の著書を借り出すことが出来ました。これで色々の事が分かると思います。
どうもご面倒をお掛けし申し訳ありません。
Commented by mcap-cr at 2020-09-30 17:15
> tincanさん
I2S DACの接続については、明日書こうと思いますので、お読みください。
Commented by uta at 2020-10-01 06:44 x
CD-Rの問題について少し考えました
回転系のトラブルだとすると、折りたたみ机のような物に乗せて低音が乗ると
プレイヤーの回転ムラに繋がるかもしれません
高級機などは重量があるので、ある程度は許容できそうですが…
また、書き込みを行うPC側の装置は箱への固定状態や個体差による回転ムラが乗りやすいかもしれませんし
あまりいい環境とは言えないかも?です
Commented by mcap-cr at 2020-10-01 10:23
> utaさん
CDは水晶のクロックで決めているので回転系の性能に依存しないと理解していました。
再生系は、古くはデータ転送速度が一定になるように回転数を制御していましたが、その後は、CDを読み取ってからデータをメモリに一時記憶し、その内容を音楽信号とするモデルが出てきました。
オーディオ用途のCDドライブは旧式が多いのかもしれません。
パソコンは完全に後者の新式が多い(全部?)はずなので、回転系のトラブルは読み込みや書き込みが不能になるレベルまで発生しないと思います。
こういう問題は、オーディオ専用機だけなのかもしれません。
Commented by Grigri at 2020-10-01 17:03 x
 フェールセーフとトラブルの切り分けの観点から、単純操作のCDPとアンプが同一機種で2台あれば、良いと思います。次の番の準備も出来ますので良いと思います。
Commented by mcap-cr at 2020-10-02 06:58
> Grigriさん
理想を云えばプレーヤとアンプ同機種で冗長化ということになるのですが、いまのところそこまではできていません。
ひとつには、リファレンスの装置が何であるか、そこまでのポリシーがないこと、また、同じものを2つ持っていないことがあります。
今回は、片チャンネル18W(公称は50Wだが電源の能力と電圧を考慮すると18W)のアンプでも十分鳴らせることが分かったので、そういう小さなアンプがバックアップになることがわかりました。
CDのほうは、回転系、メカ系が残っており、かつ光学系も汚れ等の解消が難しいので、メモリー系をバックアップにする必要があるのかと思うようになりました。
いずれにしても、CDの信頼性は、期待したほど高くないと思うようになりました。
データの完全性をチェックするメモリー方式のほうが信頼性が高いと思います。

生演奏を主とすれば、オーディオは箱庭で充分でしょう。
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