El ecosistema Raspberry Pi lleva años demostrando que no es solo una plataforma educativa, sino una base sólida para proyectos de audio, vídeo y automatización cada vez más ambiciosos. Ahora, una nueva tarjeta HAT de audio 2.1 con amplificador digital integrado busca dar un salto cualitativo en calidad sonora y potencia real. Basada en un chip de Texas Instruments capaz de entregar decenas de vatios por canal con alta eficiencia, esta solución apunta tanto a integradores como a entusiastas que quieren montar desde sistemas multimedia hasta altavoces activos personalizados. En este artículo analizamos su arquitectura, sus implicaciones técnicas y qué aporta frente a otras opciones del mercado.

Un HAT 2.1 con ambiciones claras

El nuevo módulo, presentado originalmente en CNX Software, es una tarjeta de expansión en formato HAT compatible con la familia Raspberry Pi. Integra un amplificador Clase D de tres canales configurado en 2.1, es decir, dos canales estéreo más un canal dedicado a subwoofer. Este tipo de configuración es habitual en sistemas multimedia compactos porque permite separar las frecuencias bajas del resto del espectro y optimizar tanto la potencia como la respuesta en frecuencia.

La plataforma Raspberry Pi ofrece un conector GPIO de 40 pines que permite añadir módulos HAT con comunicación I2S para audio digital. En este caso, el diseño aprovecha esa interfaz I2S para recibir audio en formato digital directamente desde el SoC de la placa, evitando conversiones analógico-digitales innecesarias. Esto reduce el ruido de fondo, minimiza la distorsión y mejora la relación señal/ruido en comparación con soluciones que dependen de la salida jack integrada.

En el corazón del sistema se encuentra el chip TAS5825M de Texas Instruments. Se trata de un amplificador Clase D con procesamiento digital integrado (DSP), capaz de manejar configuraciones multicanal con alta eficiencia energética. Técnicamente, el TAS5825M puede entregar hasta 2 × 38 W en estéreo más un canal adicional para subwoofer, dependiendo de la impedancia de los altavoces y de la tensión de alimentación. En condiciones típicas de 24 V y carga de 4 ohmios, el chip puede alcanzar potencias continuas superiores a 30 W por canal con una distorsión armónica total (THD+N) inferior al 1 % a potencia nominal.

Arquitectura digital y control por I2C

Uno de los puntos más interesantes del diseño es que no se limita a amplificar señal, sino que integra un pequeño DSP programable. El TAS5825M incorpora un procesador interno capaz de aplicar filtros digitales, ecualización paramétrica y control de dinámica. Esto permite implementar un crossover activo para el subwoofer directamente en el dominio digital. Por ejemplo, se puede configurar un filtro paso bajo de segundo orden para el canal de graves con una frecuencia de corte ajustable entre 80 Hz y 150 Hz, mientras que los canales estéreo reciben un filtro paso alto complementario. Esta separación digital mejora la coherencia del sistema y reduce la intermodulación.

El control del chip se realiza a través de un bus I2C, también accesible desde la Raspberry Pi. Esto significa que parámetros como ganancia, ecualización, limitadores o curvas de respuesta pueden modificarse mediante software. Desde el punto de vista técnico, la comunicación I2C suele operar a 100 kHz o 400 kHz en estos entornos, más que suficiente para actualizar registros de configuración sin afectar al flujo de audio, que viaja por I2S a frecuencias típicas de 44,1 kHz, 48 kHz o incluso 96 kHz.

El amplificador Clase D trabaja mediante modulación por ancho de pulso (PWM). En lugar de disipar energía como calor, conmuta transistores a alta frecuencia, generalmente por encima de 400 kHz, lo que permite alcanzar eficiencias superiores al 90 %. En la práctica, esto se traduce en menor necesidad de disipadores voluminosos y en una menor generación de calor en cajas compactas. Para proyectos integrados en muebles, altavoces activos o sistemas empotrados, esta eficiencia es clave.

Enfoque práctico: del laboratorio al salón

Más allá de las cifras, el interés real de este HAT 2.1 está en su aplicación directa. Muchos usuarios emplean Raspberry Pi como centro multimedia con distribuciones como Volumio, Moode o LibreELEC. Sin embargo, la salida de audio integrada en la mayoría de modelos, ya sea por jack analógico o HDMI, no siempre está a la altura cuando se busca alimentar altavoces pasivos directamente.

Con esta tarjeta, la Raspberry Pi se convierte en el núcleo de un sistema de altavoces activos sin necesidad de un amplificador externo. Basta con conectar altavoces de 4 u 8 ohmios directamente a las salidas del HAT y proporcionar una fuente de alimentación adecuada, normalmente entre 12 V y 24 V. A 24 V, el margen dinámico aumenta y se puede alcanzar mayor potencia antes de que el sistema entre en clipping.

Desde un punto de vista eléctrico, el diseño debe contemplar corrientes significativas. Si el amplificador entrega 2 × 30 W más 60 W en el canal de subwoofer, estamos hablando de una potencia total que puede rondar los 120 W en picos. A 24 V, eso implica corrientes superiores a 5 A en condiciones exigentes. Por tanto, la fuente de alimentación debe dimensionarse correctamente, con un margen de seguridad y una regulación estable para evitar caídas de tensión que introduzcan distorsión.

Detalles técnicos que marcan diferencias

El TAS5825M admite audio digital con una profundidad de hasta 24 bits. Esto permite un rango dinámico teórico de hasta 144 dB, aunque en la práctica el sistema completo se mueve en valores más realistas, alrededor de 100–110 dB, dependiendo del diseño del PCB, la calidad de la fuente de alimentación y los altavoces utilizados. Aun así, es una cifra muy superior a la de muchas soluciones integradas de bajo coste.

Otro aspecto técnico relevante es la protección integrada. El chip incluye sistemas de protección contra sobrecorriente, sobretemperatura y subtensión. Si la temperatura interna supera ciertos umbrales, el sistema puede reducir la ganancia automáticamente o entrar en modo de protección. Este tipo de mecanismos es esencial cuando se trabaja con cajas cerradas y ventilación limitada.

En términos de distorsión, el fabricante especifica valores de THD+N por debajo del 0,03 % a potencias moderadas (por ejemplo, 1 W en 4 ohmios), lo que garantiza una reproducción limpia a volúmenes habituales. Solo cuando se acerca al límite de potencia nominal se observa un incremento notable de distorsión, algo común en cualquier amplificador.

Contexto en el mercado maker y DIY

El ecosistema Raspberry Pi ya contaba con varias tarjetas de audio, pero muchas se centraban en salidas de línea o DACs de alta calidad sin amplificación integrada. Este HAT 2.1 combina DAC, DSP y amplificador en un único módulo, lo que simplifica enormemente la integración.

En la cobertura original publicada por CNX Software se detallan las especificaciones básicas y el enfoque hacia proyectos DIY de audio. Este tipo de plataformas responde a una tendencia clara: la personalización total del sistema de sonido, desde el software hasta la etapa de potencia.

Si ampliamos la mirada, el mercado de amplificadores Clase D lleva años creciendo por su eficiencia y tamaño reducido. Texas Instruments explica en profundidad las ventajas de esta topología en su documentación técnica donde se detallan parámetros como eficiencia, configuraciones BTL y soporte para DSP interno.

Un párrafo centrado en el producto principal

Si nos centramos exclusivamente en este HAT 2.1, lo más destacable es su integración. No es solo un amplificador añadido a una placa, sino una solución pensada para aprovechar al máximo la arquitectura digital de la Raspberry Pi. El uso de I2S evita pasar por el DAC interno de la placa base, el DSP integrado permite ajustar la respuesta en frecuencia sin hardware adicional y la potencia disponible es suficiente para alimentar un sistema doméstico compacto con solvencia. En proyectos de altavoces activos personalizados, la posibilidad de configurar filtros digitales y limitadores directamente desde software abre la puerta a ajustes finos que antes requerían procesadores externos dedicados.

Además, el hecho de trabajar con un chip ampliamente documentado y soportado por un fabricante consolidado facilita el desarrollo. No se trata de un módulo genérico sin respaldo, sino de una implementación basada en una plataforma con abundante documentación técnica y ejemplos de aplicación.

Implicaciones para proyectos avanzados

Este tipo de HAT no se limita a un uso doméstico básico. Puede integrarse en quioscos interactivos, sistemas de señalización digital o incluso pequeños sistemas de megafonía distribuida. La capacidad de gestionar tres canales independientes permite diseñar configuraciones donde el subwoofer se ubica en un punto estratégico, mientras que los satélites se colocan en posiciones óptimas para imagen estéreo.

En entornos educativos o de prototipado, disponer de un amplificador digital configurable reduce el tiempo de desarrollo. En lugar de diseñar una etapa de potencia desde cero, el equipo puede centrarse en la acústica del recinto, el diseño de filtros y la optimización del software. Desde el punto de vista de ingeniería, el hecho de que el DSP interno permita aplicar ecualización paramétrica con coeficientes ajustables en tiempo real supone una ventaja clara frente a soluciones puramente analógicas.

Reflexiones finales

La aparición de un HAT 2.1 con amplificador Clase D y DSP integrado confirma que la Raspberry Pi sigue expandiendo su alcance más allá de la informática básica. El audio de calidad, con potencia real y control digital avanzado, ya no está reservado a equipos dedicados de alto coste. Con una fuente adecuada, altavoces bien seleccionados y una configuración cuidada, este módulo puede servir como base para sistemas muy competentes.

No es una solución mágica ni sustituye a equipos profesionales de alta gama, pero sí representa un equilibrio interesante entre coste, integración y prestaciones técnicas. Para la comunidad maker y para desarrolladores que buscan prototipos funcionales sin complicarse con etapas de potencia externas, este tipo de HAT resulta especialmente atractivo.