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Testaufbau: Natur-Sound-Schnipsel mit dem Raspberry Pi aufnehmen

Natur-Soundschnipsel mit dem Raspberry Pi Zero aufnehmen

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Mit wenig Aufwand kann ein Raspberry Pi Zero als automatischer Natur-Sound-Aufnahmeroboter fungieren. Erster Einsatz dieser Lösung wird die akustische Überwachung eines Bienenvolkes im Vorhaben #biene40 des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften der Hochschule Niederrhein sein. Die kleine Anleitung zeigt im ersten Teil die Basics zum Nachbauen in 30 Minuten.

Benötigte Materialien

Sie benötigen:

  1. Einen Raspberry Pi Zero W.
  2. Einen OTG Adapter.
  3. Eine Electret Mikrofon Kapsel. Alternativ nehmen Sie ein fertiges Mikrofon, das schon einen passenden kleinen Klinkenstecker hat.
  4. einen kleinen Lautsprecher oder Kopfhörer.
  5. Einen Audio USB Konverter.

Die Gesamtausgaben sollten 25€ nicht übersteigen. Im Netz gibt es einige Hinweise, welche Audio USB Konverter geeignet sind. Hier wurde mit einem billigen Modell („Sabrent USB Externe Soundkarte für Windows und Mac“, 6,99 bei einem großen Versender) experimentiert, dessen Klangqualität des Mikrofoneingangs subjektiv selbst die eines Macbook schlägt. 

Aufbau

Der Aufbau ist denkbar einfach. Über den OTG-Adapter schließen Sie den Audio USB Konverter an den Raspberry Pi Zero an. An die rosa Buchse kommt das Mikrofon. Dazu löten Sie an das Anschlusskabel einen kleinen Klinkenstecker und stecken den in die rosa Buchse. In die grüne Buchse kommt ein Lautsprecher oder ein Kopfhörer für den Test, ob die Audioaufnahme funktioniert.

Zum Soundschnipsel in fünf Schritten

  1. Zuerst stellen Sie mit lsusb fest, ob der Raspberry den Audio USB Konverter erkannt hat.
pi@raspberrypi:~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0d8c:0014 C-Media Electronics, Inc. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

2. Eine Anzeige der Eingabegeräte erhalten Sie mit arecord -l (ein „L“, keine „1“), eine Anzeige der Ausgabegeräten mit aplay -l.. In diesem fall ist es „card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]„.

pi@raspberrypi:~ $ arecord -l
**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
pi@raspberrypi:~ $ aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 0: bcm2835 ALSA [bcm2835 ALSA]
  Subdevices: 7/7
  Subdevice #0: subdevice #0
  Subdevice #1: subdevice #1
  Subdevice #2: subdevice #2
  Subdevice #3: subdevice #3
  Subdevice #4: subdevice #4
  Subdevice #5: subdevice #5
  Subdevice #6: subdevice #6
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 1: bcm2835 ALSA [bcm2835 IEC958/HDMI]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0

3. Bevor Sie das Mikrofon testen können, schalten Sie es mit amixer ein. Andernfalls kann es sein, dass sie sehr stille Sounddateien aufnehmen.

pi@raspberrypi:~ $ amixer -c 1
Simple mixer control 'Speaker',0
  Capabilities: pvolume pswitch pswitch-joined
  Playback channels: Front Left - Front Right
  Limits: Playback 0 - 37
  Mono:
  Front Left: Playback 17 [46%] [-20.00dB] [on]
  Front Right: Playback 17 [46%] [-20.00dB] [on]
Simple mixer control 'Mic',0
  Capabilities: pvolume pvolume-joined cvolume cvolume-joined pswitch pswitch-joined cswitch cswitch-joined
  Playback channels: Mono
  Capture channels: Mono
  Limits: Playback 0 - 31 Capture 0 - 35
  Mono: Playback 16 [52%] [-7.00dB] [off] Capture 20 [57%] [8.00dB] [on]
Simple mixer control 'Auto Gain Control',0
  Capabilities: pswitch pswitch-joined
  Playback channels: Mono
  Mono: Playback [on]
pi@raspberrypi:~ $ 

4. Testen Sie mit arecord, ob Sie mit dem angeschlossenen Mikrofon nun eine Aufnahme anfertigen können. Die Sounddatei sollten Sie dann mit ls sehen.

pi@raspberrypi:~ $ arecord -d 5 -f cd -t wav -D plughw:1,0 test1.wav
Recording WAVE 'test1.wav' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 44100 Hz, Stereo
pi@raspberrypi:~ $ ls -l
total 2592
-rw-r--r-- 1 pi pi  882044 Feb 22 12:15 test1.wav
-rw-r--r-- 1 pi pi 1764044 Feb 22 11:22 test.wav
drwxrwxrwx 2 pi pi    4096 Feb  9 23:20 wave27
pi@raspberrypi:~ $

5. Ob die Aufnahme gut funktioniert hat, testen Sie, indem Sie die Datei gleich über den USB-Audioconverter mit aplay ausgeben.

pi@raspberrypi:~ $ aplay --device=hw:1,0 test1.wav
Playing WAVE 'test1.wav' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 44100 Hz, Stereo
pi@raspberrypi:~ $

Wenn Sie bis hierhin erfolgreich waren, können  Sie den Aufbau nun in eigene Projekte einbinden.

Energieverbrauch

Der Aufbau benötigt im Betrieb mit 5V durchschnittlich 153mA. Bei Ausgabe von Audiodaten steigt der Stromhunger auf über 200 mA. Entfernt man den USB-Audio-Konverter, sinkt der Strombedarf auf 118 mA. Der Konverter benötigt also im „Leerlauf“ 35 mA. Das sollte bei einer Versorgung mit Batterien oder Power Bank berücksichtigt werden. Einen Test verschiedener Betriebsweisen mit Batterie- und Akkusorten finden Sie in einem separaten Beitrag.

Es ist möglich, im laufenden Betrieb den USB-Audio-Konverter abzuziehen und wieder anzustecken. Nach etwa 3 Minuten wird der Konverter wieder  erkannt.

Anwendungsmöglichkeiten

Basierend auf diesem Testaufbau lassen sich verschiedene Projekte leicht realisieren:

    • Mit CRON können Sie die Aufnahmen automatisieren, z.B. jede Stunde einen kurzen Soundschnipsel aufnehmen.
    • Die Soundschnipsel können Sie mit scp auf Ihre Notebook übertragen und dann mit z.B. Audacity analysieren.
    • Die Soundschnipsel können Sie auf einen Internetserver übertragen und damit aus der Ferne kontrollieren, was sich gerade in Ihrem Haushalt so tut.
  • Mit Hilfe des Testaufbaus könnten Sie Ihren Hummelnistkasten überwachen, ob schon Hummeln eingezogen sind.

Quellen

Ausgabe über USB Testen: https://learn.adafruit.com/usb-audio-cards-with-a-raspberry-pi/testing-audio

Sprachsteuerung selber bauen für die Hausautomatisierung: https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-sprachsteuerung-selbst-bauen/

Audio über Raspberry Pi abspielen: https://dafrk-blog.com/de/audio-ueber-raspberry-pi-abspielen-mittel-und-wege/