Les cartes comme le Raspberry Pi peuvent servir de base à des solutions audio. Cependant la conception de leur horloge pose quelques problèmes. Audiophonics m’a proposé de tester un « bundle » (kit audiophile) ALLO qui permet de supprimer les défauts et d’obtenir une réelle qualité audiophile.

ALLO Sparky-Kali-Piano et Volt pour un système audiophile

======== Article sponsorisé ========

J’ai reçu gracieusement un kit pour les tests directement de Bangalore en Inde. Cet article fait donc partie des articles sponsorisés. Le matériel est totalement compatible avec le Raspberry Pi. Le kit que j’ai reçu comportait une carte Sparky, c’est donc celle que j’ai utilisée pour ces tests.

Déballage du kit

Une fois la feuille de plastique enlevée, on trouve une boîte en carton. des plaques de mousse protègent le contenu. Ici j’ai enlevé les plaques supérieures. On voit mieux le contenu de la boîte : à gauche les 4 boîtes des cartes, à droite la boîte de l’alimentation, le multiplicateur de capacité et les câbles.

L’ensemble du matériel sorti du carton comporte également une série d’entretoises et de vis pour le montage mécanique.

La carte Allo Sparky sortie de sa boîte. Enveloppée dans un sachet à bulles rose. J’ai eu un recul au vu de ce sachet. Pas que je n’aime pas le rose, mais pour moi, ce genre de sachet protège contre la triboélectricité, pas contre les décharges d’électricité statique. J’ai fait remonter l’information et ALLO confirme que ces sachets protègent la carte contre les décharges d’électricité statique. Tout va bien

On trouve également dans la boîte (enveloppées dans un plastique à bulles) les plaques transparentes destinées à recevoir l’ensemble des cartes. La plaque la plus grande est le socle, la plus petite ornée d’un logo Sparky sert de couvercle.

Les différentes cartes

Sparky

La carte Sparky SBC (Single Board Computer) est compatible avec le Raspberry Pi. Elle est équipée d’un processeur ARM A9 Quadruple cœur fonctionnant à 1.1 GHz et d’une RAM DDR3 1 Go. Elle possède un port Ethernet 10/100 Mbits/s, un port HDMI 1080p à 60 fps), deux ports USB 2.0 ainsi qu’un port USB 3.0 OTG. A gauche du port USB 3.0 (en bleu ci-dessus) on trouve un capteur infrarouge grâce auquel on pourra utiliser une télécommande pour piloter cette carte.

Accessibles également : un port LCD et un port Caméra. L’alimentation de la carte se fait par la classique prise micro USB. A noter : la carte est équipée d’origine d’un radiateur digne de ce nom qui devrait limiter la montée en température du CPU. Les 40 ports GPIO sont compatibles avec ceux du Raspberry Pi.

Le « disque dur » est comme sur notre framboise, une carte micro SD. Je regrette juste la faible longueur du connecteur qui me semble moins protéger la carte et la rendre plus sensible à la casse en cas de pression sur son extrémité (le bras de levier est plus grand que sur le Raspberry Pi). Cette carte fonctionne sous Linux et sous Android.

Kali

Kali est une déesse du panthéon hindou. C’est la déesse de la préservation, de la transformation et de la destruction. Elle représente le pouvoir destructeur du temps.
Ici la carte Kali a un rôle de préservation des performances, et de lutte contre les effets du temps. Je m’explique :

« Chaque ordinateur SBC, Raspberry Pi, Sparky ou autre, a un cristal qu’il utilise pour envoyer des signaux numériques à vos DAC », a déclaré Allo. « La précision de ce cristal est très importante pour la façon dont le DAC va transformer le signal numérique en sons analogiques ».

La gigue

Le Raspberry Pi3, par exemple, comporte par exemple une horloge à 19,2 MHz dérivée de son processeur BCM2835. Elle ne peut être cadencer correctement un signal 16 bits – 44.1kHZ qui n’est pas un multiple exact de 19,2 MHz. En raison de cette impossibilité de synchronisation liée à la fréquence, la stabilité de la plupart des SBC repose sur un oscillateur bon marché (pour limiter les coûts) avec beaucoup de gigue (jitter).

Cette désynchronisation et cette gigue font que les données sont fournies au DAC à des instants variables par rapport à ce qui avait été enregistré. Du coup, le son qui est généré par les DAC comporte des « erreurs » qui viennent compromettre la qualité de l’écoute.

Du FPGA

La carte Kali est basée sur un circuit logique programmable (FPGA) et une mémoire FIFO de 4 Mo. Cela lui permet de stocker 700ms d’audio. Ce « tampon » permet à la sortie de « reclocker » les échantillons à la sortie et de les faire parvenir à la carte DAC Piano sans aucune gigue. On ne trouve cette fonction de « reclockage » que sur les équipements audiophiles haut de gamme.

L’horloge de sortie de Kali est basée sur un oscillateur à faible gigue de Nihon Dempa Kogyo (NDK), alimenté par un régulateur LDO à faible bruit.

La carte a en fait deux horloges (sur la droite de la photo ci-dessus), une pour l’échantillonnage à 44,1 kHz (fichiers wav) et une autre pour le 48 kHz (flux musical). Les entrées I2S 16, 24 et 32 bits avec des fréquences d’échantillonnage 44,1, 48, 88,2, 96, 176,4 et 192 kHz peuvent être re-synchronisées sur une sortie I2S.

La sélection de la longueur du mot et de la fréquence d’échantillonnage est faite automatiquement par la carte. Des LED vous informent en permanence de l’état de la carte et des fréquences utilisées. Un « Recloker » comme la carte Allo Kali utilise un coefficient multiplicateur d’upsampling (sur-échantillonnage) de 8 fois (352.8kHZ pour les fréquences de 44.1kHZ et de 384kHZ pour les fréquences mlutliples de 48kHZ) pour garantir une réelle précision.

Piano 2.1

La carte PIANO 2.1 HIFI DAC de ALLO est un convertisseur utilisant deux DAC PCM5142 avec DSP intégré et traitant les signaux jusqu’à 32Bit/384kHz. Le circuit est conçu en mode 2.1, avec possibilité d’y relier un caisson de basses (Subwoofer).

La partie numérique a été proprement séparée de la partie analogique. Côté analogique on trouve un LDO LT3042 avec un bruit ultra faible et un excellent PSRR (Power Supply Ripple Rejection = Réjection de l’ondulation de l’alimentation). Pour être précis, chaque carte Piano utilise 4 LDO ! (2 par DAC).

Les sorties D/G sont équipées de prises RCA dorées pour assurer un contact de qualité.

Grâce aux connecteurs J19 et J20, la carte est directement compatible avec l’amplificateur ALLO VOLT. L’ensemble de ces deux cartes étant utilisables avec le ALLO Sparky comme avec le Raspberry Pi 2 et le Pi 3. Dans le cas où vous voulez utiliser Piano 2.1 sur un Raspberry Pi, pensez bien à positionner sur « ON » le switch SW1 (RPI COMPATABILITY). La sortie Subwoofer est réglable de 60 à 200Hz, uniquement sur Max 2 Play.

Multiplicateur de capacité

Le multiplicateur de capacité à transistor multiplie la valeur du condensateur par une quantité égale au gain en courant du transistor. Il simule la présence d’un condensateur de très forte valeur sur l’alimentation.

Ce circuit est habituellement utilisé dans les alimentations à courant continu lorsque la tension d’ondulation résiduelle en charge est d’une importance primordiale, comme dans des amplificateurs de qualité audiophile.

Cette carte n’est en aucun cas un régulateur de tension. La tension de sortie suit la tension d’entrée avec un décalage de 0,65v environ. Son principal intérêt est d’abaisser le bruit résiduel de l’alimentation (le ripple) à des niveaux compatibles avec la qualité HiFi.

Cette conception particulière réduit le bruit issu d’un bloc d’alimentation à découpage (utilisé pour alimenter l’ampli classe D) à des niveaux négligeables (moins de 5mV jusqu’à 1MHz).

L’ensemble des dispositifs mis en œuvre permet d’obtenir un rapport signal/bruit de 112dB et un THD+N de 93dB.

Volt

La carte Volt est le dernier étage du kit (y compris au sens physique ). Elle vient se connecter directement sur la carte Piano.

La carte Volt récupère l’audio analogique à la sortie de la carte Piano et l’envoie au circuit intégré Texas Instruments TPA3118D2, un amplificateur classe D délivrant 2 x 25w lorsqu’il est alimenté en 19v. La tension d’alimentation doit être appliquée à la prise Jack de 3 mm.

Attention, cet amplificateur est au format HAT mais n’est pas compatible avec le Raspberry Pi . Il est conçu pour se connecter à la carte Piano ! La sorties vers les haut parleurs se fait sur des borniers à vis, gage de bon contact et de solidité. Le rapport signal bruit (SNR) de l’ampli est de 102 dB. Il peut attaquer des enceintes dont l’impédance va de 4 à 8 Ω et la classe D permet d’obtenir un ampli de puissance élevée, sans radiateur, puisque son rendement est proche de 90%. Il est possible de modifier la fréquence de commutation avec 3 dip-switches pour réduire de possibles interférences dans la bande radio AM.

Le synoptique

Le montage en image

La première étape : Sparky SBC et Kali la recloqueuse montée sur le GPIO.

Mise en place de la carte DAC Piano.

La doc recommande de mettre la carte micro SD avant le montage sur les plaques transparentes. Vous voyez ici le débord de la micro SD. Je pense qu’il faudra insérer la carte au dernier moment… Trop de risques de casse.

Le kit est complètement assemblé. L’ampli Volt est venu se poser au dessus de la carte Piano.

N’oublions pas que les cartes ont la taille d’une carte bancaire (pour les plus grandes ! ). On obtient donc un ensemble compact, de taille réduite mais de qualité élevée.

Sur cette vue de côté, la prise d’alimentation (jack 2,5mm) de la carte Kali (la deuxième en partant du bas) recevra l’alimentation 5v provenant de l’alimentation 5v/3A. C’est elle qui sera chargée d’alimenter la carte inférieure (Raspberry Pi ou Sparky) et la carte supérieure (Piano 2.1).

Au dernier étage la carte Volt, ampli classe D, reçoit une alimentation 19 volts lisse, après son passage par le multiplicateur de capacité (prise Jack 3mm).

Vous devriez avoir devant vous un ensemble qui ressemble à ceci (© Audiophonics) :Ici c’est un Raspberry Pi 3 qui est utilisé pour la réalisation de l’ampli audiophile.

Cliquez pour agrandir

Ici l’ensemble obtenu après montage des plaques transparentes avec une carte Piano. J’ai par la suite rajouté des pieds autocollants pour éviter que les têtes de vis ne rayent le meuble sur lequel l’ampli est posé.

Connexion des câbles

La documentation donne l’ordre de branchement des câbles sur le kit ALLO :

Assurez-vous que la carte SD est correctement insérée.
Connectez le câble HDMI et les clavier/souris USB.
Connectez le câble LAN Ethernet.
Branchez les câbles de haut-parleur dans les borniers à vis de sortie. Assurez-vous que le câble du haut-parleur gauche est bien connecté sur la sortie gauche et que le câble du haut-parleur droit est bien connecté sur la sortie droite.
Branchez l’adaptateur + 5V CC sur la carte KALI.
Connectez l’adaptateur secteur + 19 V continu sur la carte Multiplicateur de Capacité (CM). Connectez la Sortie du CM à l’amplificateur VOLT (voir ci-dessous).

Cette procédure semble compliquée et aurait mérité d’être retravaillée. Le maintien d’un prix bas justifie sans doute l’absence d’une alimentation unique ou d’un système automatisant l’extinction. Ceci impose à l’utilisateur une gymnastique pas forcément simple.

La documentation Vana-Tech-Manual donne l’ordre de branchement (ci-dessus) mais on n’y trouve pas d’indication sur l’opération inverse. Comment procéder à l’extinction de l’ensemble ? Mon avis serait de procéder de façon inverse : débrancher d’abord la prise 19 volts de l’ampli Volt. Attendre un moment (un bon moment) que les tensions disparaissent des condensateurs. Enfin déconnecter la prise Jack 5 volts de la carte Piano.

Les essais

Ubuntu

Le kit est livré avec une carte SD toute prête qui embarque Ubuntu et une série de logiciels pour l’utilisation du kit.

Vous en saurez plus en lisant le manuel VanaPlayer.

En plus de Max2play Kodi est supporté et des applis pour smartphone permettent de piloter l’ensemble depuis votre téléphone. Une distribution Android est également disponible pour Sparky.

Volumio

Comme je suis contrariant et que je préfère utiliser Volumio, je me suis rendu sur la page de téléchargement de Volumio et… Bingo ! il y a une version (récente : 7 mars 2017) de Volumio pour Sparky que je m’empresse de mettre sur une carte SD pour les essais.

Pour les premiers tests j’utilise la carte Piano 2.1 que je relie à des enceintes amplifiées.

Après le démarrage de la distribution ouverture d’une page web sur un PC ou un smartphone (images ci-dessus) il faut indiquer à Volumio quelle carte DAC est utilisée.

On peut ensuite indiquer où le logiciel doit aller chercher la musique (ici MyBookWorld de WD)

Démarrage d’une piste audio et… c’est parti, les LED bleues indiquent comment la carte reclocker Kali traite le signal et la musique est là ! J’ai écouté de la musique qualité CD et des webradios, Volumio tourne depuis plus d’une semaine sur la carte Sparky… Même avec des enceintes de qualité moyenne, la musique semble plus percutante et nette.

Amplificateur Volt

Dernière étape, l’amplificateur Volt. Il nécessite une alimentation 19 volts. Un modèle prévu pour la charge d’un portable fera l’affaire, si vous en avez un en stock.

Voilà celle que j’ai utilisée, capable de fournir plus de 80 watts. Aucun souci en utilisation normale.

N’étant pas audiophile dans l’âme (mais j’ai un mot d’excuse), j’ai fait l’essai sur deux enceintes détournées d’une mini chaîne HiFi. Qualité impeccable, pas de souffle, percussions franches, basses profondes…

Vidéo

Gardez à l’esprit que le son de cette vidéo a été enregistré avec les micros intégrés de la caméra… pas vraiment top comme système

Combien ça coûte ?

Prix relevés sur le site Audiophonics en mars 2017 :

Le Multiplicateur de capacité : 17.90€
Les plaques transparentes : 12.90€
L’adaptateur secteur 5v / 3A : 16.90€
L’ampli VOLT classe D 2x25w : 31.90€
Le DAC PIANO 2.1 : 51.90€
Le reclocker KALI : 84.90€
La carte mère Sparky : 42.90€ (peut être remplacée par un Raspberry Pi)

Sans la carte Sparky on est à 216€, à comparer avec les prix des matériels audiophiles

Conclusion

Cet ensemble, qu’il soit bâti sur la carte Sparky ou sur le Raspberry Pi, a toutes les qualités pour séduire ceux qui sont attentifs à la qualité de leur installation audio.

Le recloking, les DAC séparés pour les deux parties de la bande audio, et un amplificateur en classe D de qualité forment un ensemble cohérent, au design moderne.

J’ai signalé les points négatifs que j’ai trouvés tout au long de l’article (sachet antistatique, taille du connecteur micro SD, alimentations multiples, absence d’interrupteur, complexité de la mise sous tension).

Dans les points positifs je noterai la disponibilité de plusieurs distributions pour cet ensemble. Une abondante documentation est disponible en téléchargement, aussi bien depuis le site Audiophonics que sur le site Allo. Un regret quand même, ces notices sont pour le moment exclusivement en anglais. Normalement en France le matériel est censé être fourni avec un mode d’emploi en français (Art. 2)… Cette lacune sera bientôt comblée puisqu’une notice en français est en préparation.

Si vous avez mis en œuvre cette chaîne audiophile (ou simplement un sous ensemble), n’hésitez pas à utiliser les commentaires sous cet article pour laisser vos impressions.

Sources

Hi-Fi audio stack for Raspberry Pi includes jitter re-timing

Allo RasPi clone hi-fi sounds great

Cet article Système audiophile Allo pour Raspberry Pi et Sparky a été publié en premier sur Framboise 314, le Raspberry Pi à la sauce française.....