Rowny’s mp3-cassette: digitale muziek voor een analoge speler

Hoe laat je een oude cassettespeler digitale muziek afspelen? Jonathan Rowny demonstreerde op 17 september een mp3-speler in een cassettebehuizing. De muziek staat op een geheugenkaart. Een extra cassettekop draagt het geluid over aan de kop van de speler.

Waarom kan een cassettekop geluid ontvangen?

Een gewone cassette bewaart geluid als een magnetisch patroon op een lange kunststofband. Die band loopt langs een kop met een spoel: een opgerolde draad. Het veranderende magneetveld wekt daarin een elektrische spanning op. Dat heet inductie. Uit het elektrische signaal kan de speler weer geluid maken. Omgekeerd kan een veranderende stroom door een opnamekop een wisselend magneetveld produceren. Daardoor hoeft de ontvanger niet te weten waar de muziek oorspronkelijk vandaan komt. Hij reageert op de veranderingen in het veld. Hier vervangt een tweede kop de geluidsband.

Een kleine computer doet het denkwerk

De gekozen XIAO ESP32-S3 is een piepklein computerbordje van Seeed Studio. Het meet 21 bij 17,8 millimeter en bevat onder meer een processor, geheugen en wifi. De aansluitingen kunnen gegevens met andere onderdelen uitwisselen. Daarmee zijn drie taken te combineren: een sensor uitlezen, bestanden verwerken en audiodata doorgeven. Zoiets heet een microcontroller: een programmeerbare chip die taken binnen een apparaat uitvoert. Je hebt dus geen complete laptop nodig om een zelfgemaakt apparaat aan te sturen. Wifi is een mogelijkheid van het bordje; welke functies beschikbaar zijn, bepaalt uiteindelijk de geïnstalleerde software.

Wat zit er eigenlijk in een mp3?

Een mp3-bestand bewaart muziek in een compacte digitale vorm. De verkleining benut eigenschappen van ons gehoor, legt de Open University uit. Een hard geluid kan een zachter geluid met een vergelijkbare toonhoogte onhoorbaar maken. Zulke informatie hoeft dan niet even nauwkeurig te worden opgeslagen. Ook vlak voor en na een sterk geluid horen we bepaalde zachte details minder goed. Dit is compressie met verlies: een deel van de oorspronkelijke informatie verdwijnt. Een mp3 afspelen betekent daarom niet dat alle oorspronkelijke details terugkomen. De verkleining helpt wel om muziek met minder opslagruimte te bewaren.

Van getallen naar een elektrisch signaal

De audiochip vormt de volgende schakel. Rowny gebruikt de PCM5102A van Texas Instruments. Dit is een digitaal-naar-analoogomzetter, meestal DAC genoemd. Hij ontvangt digitale geluidswaarden en maakt daarvan een veranderende elektrische spanning. De chip heeft twee geluidskanalen voor stereo: links en rechts. De fabrikant noemt I²S als ondersteund overdrachtsformaat. Dat is een verbinding voor digitale audio tussen onderdelen, geen bestandsformaat zoals mp3. De omzetter verwacht dus al uitgepakte audiodata. Het lezen en verwerken van het muziekbestand moet daarvoor gebeuren. Deze taakverdeling verklaart waarom een geheugenkaart en een cassettekop samen nog geen muziekspeler vormen.

Hoe merkt de cassette dat je op play drukt?

Een draaisensor zet beweging om in elektrische pulsjes. De gebruikte EC05E-serie van Alps Alpine levert twee signalen, A en B. Ze verschuiven ten opzichte van elkaar wanneer de as draait. Uit die opeenvolging kan software beweging en draairichting afleiden. Vergelijk het met twee meetpunten achter elkaar: de volgorde waarin ze reageren, helpt bepalen uit welke richting iets komt. Zo leest elektronica een mechanische handeling. In Rowny’s cassette drijft een tandwiel de sensor aan. De pulsjes bevatten geen muziek; ze geven de computer informatie over de beweging van het mechaniek.

Wat werkt nog niet?

Rowny meldt dat play en stop werken, maar snelspoelen wordt niet herkend. Zijn ontwerp meet de beweging op de verkeerde plek om dat onderscheid te maken. Een werkende demonstratie bewijst dus niet dat alle cassettefuncties zijn nagebouwd.

Kun je dit zelf al nabouwen?

De gedeelde bestanden vormen nog geen kant-en-klaar bouwpakket. Bij controle op 21 september waarschuwde Rowny dat de gepubliceerde printplaatversie ongetest is. Hij wijzigde aansluitingen voor de draaisensor en de geheugenkaart ten opzichte van de video. De map voor firmware, de software die het apparaat bestuurt, bevatte alleen een aankondiging dat die later komt. Ook voor geïnteresseerden in Nederland en België zijn dat wezenlijke ontbrekende stappen: een ontwerp downloaden is iets anders dan een complete, gecontroleerde speler kunnen bouwen.