如何自行搭建一款适用于树莓派的开源高保真音频放大器

我想要一套无线音响系统，不需要任何应用、账户或订阅，只需打开电源，它就会自动出现在网络中。SquarePi正是这样的解决方案：基于TAS5805M D类放大器打造的树莓派HAT，内置完整的硬件均衡器，并通过一键式软件安装即可实现蓝牙、DLNA、Spotify Connect和AirPlay功能，开箱即用。

电路板已从制造、组装并完成实验室测试——本文将介绍硬件设计、音频信号路径以及如何自行搭建和设置设备。

为何选择硬件均衡器?

大多数基于树莓派的音频项目都采用软件进行均衡处理，这会消耗CPU周期并增加延迟。而TAS5805M芯片本身集成了15段双线性滤波器(biquad)，完全通过I²C接口进行控制。树莓派在处理音频信号时并不直接干预实际音频流，而是将滤波系数写入放大器。这样可保持CPU负载为零，使均衡器能够实时响应。

电路板设计

该HAT使用KiCad进行设计。几个值得注意的设计选择：

电源供应：使用八个470µF电容为D类输出级提供本地能量存储，因为音频瞬态电流远高于平均功耗。

时钟信号：并非以常见的44.1kHz运行音频，而是所有音频信号均在内部提升至48kHz/24位——Pi的音频锁相环在48kHz下比44.1kHz具有显著更高的精度。

输入/输出：采用直流桶形插孔供电，并为每个声道配备双针端子块用于扬声器输出，因此该电路板可兼容任何无源扬声器。

规格

音频流水线

所有信号源——无论是手机的蓝牙连接、U盘中的FLAC文件，还是DLNA流媒体——在到达扬声器之前，都会经过相同的信号处理链：

1. 升采样——所有音频都会立即转换为48kHz/24位。

树莓派通过片上PLL和分数除法器生成音频时钟。在44.1kHz时，该除法器会产生约1.8ppm的恒定时钟误差;而在48kHz时，误差约为0.16ppm，大约是前者的10倍精度。正因如此，所有信号源都会先被升采样至48kHz，而不是保持44.1kHz内容以原始速率输出。

2. 重采样——所有未达到48kHz的音频信号将通过SoXR进行处理，这是一种在专业母带处理工具中使用的多相重采样器，用于44.1→48kHz转换时采用147:160的整数比。

3. 混音 — ALSA 的 dmix 层允许多个音频源同时共享输出。

4. EQ — 15段滤波器链位于TAS5805M内部。

兼容性

需要 Raspberry Pi OS Lite — Bookworm(Debian 12)或 Trixie(Debian 13)。请勿使用桌面版镜像，因为它会安装 PulseAudio，与 ALSA 矛盾。

构建与刷写

1. 焊接HAT组件(或使用预组装的电路板)。

2. 将HAT板安装到树莓派的40针接口上。

3. 将 Flash Raspberry Pi OS 到 SD 卡。

4. 启动 Pi，通过 SSH 登录，然后运行下面的安装命令。

5. 重启。Pi 现在可通过 squarepi.local 访问。

安装选项

播放内容来源

这七种音源可同时启用——ALSA 的 dmix 层会在硬件层进行混合，因此当其他音源启动时不会造成任何暂停。

EQ 与使用状态

默认已安装 13 种预设：Flat(平直)、Bass Boost(低音增强)、Treble(高音增强)、Vocal(人声)、Night Mode(夜间模式)、Late Night(深夜模式)、Rock(摇滚)、Pop(流行)、Jazz(爵士)、Classical(古典)、Club(俱乐部)、Hip-Hop(嘻哈)和 Acoustic(原声)。

此外，15 个频段(20Hz–16kHz)也可手动调节 ±15dB，可通过直接拖动频率响应曲线或独立滑块进行调整。自定义曲线可保存至芯片中，并在电源循环后依然保留。网页界面还支持两个已保存曲线之间的 A/B 对比。

使用方法

安装完成后，网络上将自动提供以下三项功能，无需额外设置：

squarepi.local — 基于 myMPD 的控制界面，用于播放、库浏览以及蓝牙/DLNA/AirPlay 源的控制。

squarepi.local:8081 — 实时 DSP 控制面板，包含可拖动的频率响应曲线、13 个内置 EQ 预设以及 A/B 预设对比功能。

蓝牙配对 — Pi 始终可被发现，无需输入 PIN 即可配对，并在手机可用时显示当前播放的元数据。

本文编译自hackster.io