DSPi macht den Raspberry Pi Pico zur DSP-Soundkarte

Wenn Du Deinen Lautsprechern einen parametrischen Equalizer, eine aktive Frequenzweiche oder eine saubere Subwoofer-Anbindung spendieren willst, landest Du normalerweise bei einem fertigen DSP-Kästchen für 100 Euro aufwärts. Die Open-Source-Firmware DSPi von Weeb Labs geht einen anderen Weg: Sie macht aus einem Raspberry Pi Pico für ein paar Euro eine vollwertige USB-Soundkarte mit eingebautem Audio-DSP. In dieser Anleitung zeige ich Dir, welche Hardware und Software Du brauchst, wie Du die Firmware Schritt für Schritt installierst und was Du am Ende alles damit anstellen kannst.

Was DSPi eigentlich ist

DSPi ist eine Firmware für die Mikrocontroller-Boards Raspberry Pi Pico (mit RP2040-Chip) und Raspberry Pi Pico 2 (mit RP2350-Chip). Nach dem Aufspielen meldet sich der Pico an Deinem Rechner als ganz normale USB-Soundkarte mit dem Namen Weeb Labs DSPi an, ohne Treiberinstallation unter macOS, Windows, Linux und sogar iOS. Die Firmware nimmt Audio mit 16 oder 24 Bit bei 44,1, 48 oder 96 kHz entgegen und schickt es durch eine erstaunlich komplette DSP-Kette, bevor es an den Ausgängen landet.

Zur Ausstattung gehören unter anderem:

• ein parametrischer Equalizer mit bis zu zehn Bändern pro Kanal,
• ein Matrix-Mixer, mit dem Du jeden Eingang mit eigener Verstärkung und Phase auf jeden Ausgang routen kannst,
• Delays von bis zu 85 Millisekunden pro Kanal für die zeitliche Ausrichtung von Lautsprechern und Subwoofer,
• dedizierte Frequenzweichen-Filter für aktive Mehrwege-Lautsprecher, die mit der Firmware-Reihe 1.1.5 dazugekommen sind und dort aktuell als Beta ausreifen,
• eine Loudness-Kompensation nach der Norm ISO 226:2003, die leises Hören ausgewogener klingen lässt,
• ein Volume-Leveller, also ein Kompressor, der Lautstärkesprünge zwischen Songs oder in Filmen glattbügelt,
• ein Kopfhörer-Crossfeed nach dem BS2B-Verfahren, das die harte Stereotrennung von Kopfhörern natürlicher macht,
• zehn Preset-Speicherplätze mit eigenen Namen, die komplette DSP-Konfigurationen im Flash des Pico ablegen.

Der Pico 2 ist dabei die stärkere Wahl: Er rechnet in Fließkomma-Arithmetik, stellt bis zu acht Ausgangskanäle plus einen PDM-Subwoofer-Ausgang bereit und verkraftet insgesamt 110 EQ-Bänder. Der ältere Pico schafft mit Festkomma-Rechnung immerhin vier Ausgangskanäle plus Subwoofer und 70 EQ-Bänder, was für die meisten Setups ebenfalls locker reicht. Die Firmware steht unter der GPLv3 und wird im offiziellen GitHub-Repository von DSPi aktiv weiterentwickelt.

Diese Hardware und Software brauchst Du

Die Einkaufsliste ist kurz. Du brauchst:

• einen Raspberry Pi Pico 2 (Affiliate Link), am besten die Variante mit vorgelöteten Pin-Headern, alternativ tut es auch ein erster Pico mit RP2040,
• ein Micro-USB-Datenkabel (Affiliate Link), denn ein reines Ladekabel ohne Datenleitungen funktioniert nicht,
• ein I2S-DAC-Modul, das die digitalen Daten in ein analoges Signal wandelt; bewährt und günstig ist ein PCM5102A-DAC-Modul (Affiliate Link) mit Klinken- oder Cinch-Ausgang,
• ein Breadboard mit Jumper-Kabeln (Affiliate Link) für die Verbindung der beiden Platinen, ganz ohne Löten.

Statt des analogen DAC-Moduls kann DSPi auch S/PDIF ausgeben, entweder optisch über einen Toslink-Sender oder elektrisch über einen einfachen Spannungsteiler aus zwei Widerständen, falls Dein Verstärker einen Digitaleingang hat. Für den Einstieg bleibe ich hier beim PCM5102A, weil er am wenigsten Bastelei bedeutet.

An Software brauchst Du nur zwei Dinge: die Firmware-Datei im UF2-Format von der Release-Seite von DSPi und die Steuer-App DSPi Console, die es als macOS-Version und als Windows-Version gibt. Unter Windows kommt die App dank WinUSB-Unterstützung ohne Treiberinstallation aus.

Schritt 1: Firmware auf den Pico flashen

Lade Dir von der Release-Seite die passende UF2-Datei herunter, also DSPi-RP2350-…uf2 für den Pico 2 oder DSPi-RP2040-…uf2 für den ersten Pico. Nimm die aktuelle stabile Version, zum Zeitpunkt dieses Artikels ist das v1.1.4.

Halte nun die BOOTSEL-Taste auf dem Pico gedrückt, während Du ihn per USB mit dem Rechner verbindest, und lass die Taste danach los. Der Pico meldet sich als USB-Laufwerk an, beim Pico 2 heißt es RP2350, beim ersten Pico RPI-RP2. Zieh die UF2-Datei einfach per Drag-and-drop auf dieses Laufwerk. Der Pico kopiert die Firmware in seinen Flash-Speicher, startet automatisch neu und taucht anschließend in den Soundeinstellungen Deines Rechners als Ausgabegerät Weeb Labs DSPi auf. Das war schon die ganze Installation, es gibt keinen Installer und nichts zu kompilieren.

Schritt 2: DAC-Modul anschließen

Trenne den Pico kurz vom USB und stecke ihn zusammen mit dem PCM5102A-Modul auf das Breadboard. Verbinde dann mit den Jumper-Kabeln die folgenden Pins, wobei Du Dich an den GPIO-Nummern des Pico und der Beschriftung auf dem DAC-Modul orientierst:

Pico 3V3     -> DAC VIN
Pico GND     -> DAC GND
Pico GPIO 14 -> DAC BCK
Pico GPIO 15 -> DAC LCK
Pico GPIO 6  -> DAC DIN
DAC SCK      -> DAC GND

Der Anschluss SCK des PCM5102A kommt auf Masse, damit der Chip seinen Systemtakt intern selbst erzeugt. GPIO 14 liefert den Bit-Takt, GPIO 15 den Wort-Takt und GPIO 6 die eigentlichen Audiodaten des ersten Stereo-Ausgangs. Diese Belegung ist die Werkseinstellung der Firmware, Du kannst aber später jeden einzelnen Pin in der DSPi Console zur Laufzeit umkonfigurieren, ohne neu zu flashen. An die Klinken- oder Cinch-Buchse des DAC-Moduls schließt Du dann Deinen Verstärker oder Deine Aktivboxen an.

Schritt 3: DSPi Console installieren und einrichten

Lade die DSPi Console für Dein Betriebssystem von der jeweiligen GitHub-Release-Seite herunter und starte sie, während der Pico angeschlossen ist. Die App findet das Gerät automatisch und zeigt Dir alle DSP-Funktionen in einer aufgeräumten Oberfläche: den Equalizer mit seinen Bändern, den Matrix-Mixer, die Delays, Loudness, Leveller, Crossfeed und die Master-Lautstärke von -128 bis 0 dB.

Wähle in den Soundeinstellungen Deines Rechners Weeb Labs DSPi als Ausgabegerät, spiel Musik ab und stell in der Console zum Testen ein EQ-Band deutlich hörbar ein, etwa eine kräftige Absenkung bei 1 kHz. Hörst Du den Unterschied sofort, funktioniert die ganze Kette. Deine fertige Konfiguration speicherst Du anschließend in einem der zehn Preset-Slots mit einem eigenen Namen, zum Beispiel Schreibtisch oder Kopfhörer abends. Die Presets liegen im Flash des Pico, überleben also jeden Neustart und funktionieren auch an Rechnern, auf denen die Console gar nicht installiert ist. Praktisch ist auch das Firmware-Update direkt aus der App: Sie kann den Pico ohne Druck auf die BOOTSEL-Taste in den Bootloader versetzen und neue Versionen einspielen.

Was Du damit machen kannst

Im Alltag ist der naheliegendste Einsatz der als bessere Soundkarte am Schreibtisch: Du korrigierst mit dem parametrischen EQ die Schwächen Deiner Schreibtischboxen, hebst abends beim leisen Hören mit der Loudness-Kompensation Bässe und Höhen gehörrichtig an und lässt den Volume-Leveller die Lautstärkesprünge zwischen YouTube-Videos, Musik und Meetings ausgleichen. Kopfhörer-Fans profitieren vom Crossfeed, der das anstrengende Ping-Pong-Stereo alter Aufnahmen entschärft, und von EQ-Profilen für verschiedene Kopfhörer, die Du einfach als Presets ablegst und umschaltest.

Richtig interessant wird DSPi bei den speziellen Anwendungen, für die sonst deutlich teurere Hardware nötig wäre:

• Aktive Frequenzweiche: Mit den Frequenzweichen-Filtern der 1.1.5er-Firmware und mehreren Stereo-Ausgängen trennst Du Hoch- und Tieftöner eines Selbstbau-Lautsprechers digital auf und treibst jeden Zweig mit einem eigenen Verstärkerkanal, inklusive Pegelabgleich und Zeitkorrektur pro Weg.
• Subwoofer sauber einbinden: Über den Matrix-Mixer, die Delays von bis zu 85 Millisekunden und einen eigenen Ausgang richtest Du einen Subwoofer zeitlich exakt auf Deine Hauptlautsprecher aus. Für einfache Setups gibt es sogar einen PDM-Ausgang, der mit einem simplen RC-Tiefpass direkt einen Aktiv-Subwoofer füttern kann.
• Raumkorrektur: Miss Deinen Raum mit einem Messmikrofon und einer Analyse-Software, und übertrag die ermittelten Filter als EQ-Bänder in die DSPi Console. Dröhnende Raummoden im Bass bekommst Du so für unter 25 Euro in den Griff.
• DSP für den Musik-Pi: Auch ein Raspberry Pi als Zuspieler freut sich über den kleinen Bruder als Klangregler. Wenn Du so ein Projekt suchst, zeigt Dir die Raspberry Pi Anleitung: Eigenes Webradio mit Mopidy einrichten, wie Du Dir einen eigenen Streaming-Player baust, dessen USB-Ausgang Du dann durch den DSPi schleifst.

Was kostet das alles?

Die komplette Rechnung bleibt angenehm übersichtlich:

Damit liegst Du bei rund 30 Euro, und wer Kabel und Breadboard aus der Bastelkiste nimmt, kommt mit unter 20 Euro aus. Firmware und DSPi Console sind kostenlos und quelloffen. Zum Vergleich: Fertige DSP-Boxen mit ähnlichem Funktionsumfang beginnen bei etwa 100 Euro, und der Entwickler von DSPi formuliert das Ziel im Repository selbst augenzwinkernd als “Schweizer Taschenmesser für Audio zum Preis einer Tasse Kaffee”.

Fazit: Viel DSP für sehr wenig Geld

DSPi ist eines dieser Projekte, bei denen Aufwand und Ergebnis in einem fast unverschämten Verhältnis stehen. Eine UF2-Datei auf den Pico ziehen, fünf Jumper-Kabel stecken, und Du hast eine USB-Soundkarte mit parametrischem EQ, Frequenzweiche, Loudness und Preset-Speicher, die sich vor deutlich teurerer Hardware nicht verstecken muss. Wenn Du einen Pico herumliegen hast, kostet Dich der Test einen Feierabend. Und falls nicht, ist der Pico 2 eine der günstigsten Eintrittskarten in die Welt des DIY-HiFi, die es je gab.