コグノスケ

Raspberry Pi 3のオーディオ その1 - 波形観察

目次: Raspberry Pi

何気なく使っていたRaspberry Pi 3のアナログオーディオ出力ですが、少し調べてみたところ、かなり変な動きでした。音は出ますが、まともなオーディオ用の回路には見えません。変な点はとりあえず3つ見つけました。

変な点1つ目。サンプリング周波数（fs）の半分、つまり1/2 fsのSin波（fs = 48kHzなら24kHz）が出ません。無音です。オーディオ用のDACならば、1/2 fsのSin波を出すときに波形が崩れることはあろうとも「無音」はあり得ません。この時点でRasPi 3のオーディオ出力は変です。どこかで音が出なくなる周波数がありそうですが、上限の周波数までは調べ切れていません。

変な点2つ目。サンプリング周波数（fs）が44kHz系でも48kHz系でもありません。1/4 fsの矩形波を入力すると出力はSin波になります（フーリエ変換が理想的だった場合、2014年11月20日の日記参照）。他の波形と違い歪みがわかりやすいので、私がオーディオ機器をテストする際によく使います。

本来はSin波になるはずなのにfs = 44kHzでも48kHzでも、Sin波とは程遠い歪んだ波形になります。同じデータをCreative Sound Blaster X-Fi Go! Proで出力するときれいなSin波になります。やっぱりRasPi 3のオーディオ出力はおかしいです。

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の波形（Raspberry Pi 3）

fs = 48kHz, 1/4 fs = 12kHz Sin波の波形（Raspberry Pi 3）

fs = 44kHz, 1/4 fs = 11kHz Sin波の波形（Sound Blaster X-Fi Go! Pro）

変な点3つ目。なぜかGPUを制御しています。RasPi 3はSoCにBroadcom BCM2837を使っています。サウンドドライバはlinux/drivers/staging/vc04_services/bcm2835-audio/ の下にあるんですけど、このドライバの実装を見るとVideoCore 4と呼ばれているGPUにデータを投げつける実装になっています。

GPUのはずのVideoCore 4にサウンドデータを投げつけると音が再生される、謎の仕組みです。Videoじゃないのに……？？