Shairport-Sync项目中AirPlay 2音频播放时的爆裂声问题分析与解决

问题现象描述

在使用Shairport-Sync作为AirPlay 2音频接收器时，用户报告了一个间歇性出现的音频质量问题。具体表现为：

1. 播放开始时出现明显的爆裂声（crackling noise）
2. 歌曲切换间隙也会出现类似噪声
3. 当音乐音量较大时，噪声消失；音量较小时，偶尔仍能听到爆裂声
4. 问题会间歇性出现，有时持续数天后自行消失，之后又可能再次出现

环境配置

问题出现在以下硬件和软件环境中：

• 硬件平台：Raspberry Pi 3 Model B Rev 1.2
• 音频输出设备：Hifiberry Amp2
• 操作系统：Raspbian GNU/Linux 11 (bullseye)
• Shairport-Sync版本：4.3.3-dev-6-ge36ec5c4（支持AirPlay 2）
• 同时运行的服务：librespot（Spotify Connect服务）

问题排查过程

初步分析

从系统日志中观察到以下关键信息：

1. 音频编解码器(pcm512x)频繁报告"No SCLK, using BCLK"警告
2. 系统同时运行着Shairport-Sync和librespot两个音频服务
3. 当仅使用raspotify（基于librespot）时，问题不会出现

深入调查

1. 时钟问题：pcm512x编解码器的警告表明可能存在时钟同步问题，这可能导致音频数据流处理不稳定。

2. 资源竞争：两个音频服务同时运行可能导致对音频设备的独占访问冲突，特别是在设备初始化和释放时。

3. 缓冲区管理：AirPlay 2的缓冲机制可能在低音量时无法有效掩盖底层音频处理的问题。

解决方案验证

经过测试，以下措施有效解决了问题：

1. 停止并禁用librespot服务：完全停止另一个音频服务后，Shairport-Sync的音频质量恢复正常。

2. 系统重启：在停止冲突服务后，建议执行系统重启以确保音频子系统完全重置。

技术原理分析

音频设备独占访问

在Linux ALSA系统中，音频设备通常以独占模式访问。当多个服务尝试同时访问同一设备时，可能导致：

• 设备配置被意外修改
• 硬件缓冲区管理混乱
• 时钟源设置冲突

低音量下的噪声现象

音频信号在低电平时，系统中的任何干扰或失真都会更加明显。这解释了为什么：

• 大音量音乐能掩盖噪声
• 小音量时噪声更易察觉
• 静音或过渡阶段噪声最为明显

最佳实践建议

1. 避免多个音频服务共存：在同一硬件上，应避免同时运行多个需要直接访问音频设备的服务。

2. 监控系统日志：定期检查系统日志中的音频相关警告，特别是时钟和缓冲区相关的错误。

3. 硬件兼容性检查：确保音频硬件与树莓派完全兼容，必要时更新固件或驱动程序。

4. 服务优先级设置：如果必须运行多个音频服务，应考虑使用优先级和资源隔离机制。

结论

通过分析可以确定，该爆裂声问题主要是由于音频设备资源竞争导致的。在嵌入式音频系统中，确保音频设备的独占访问是保证音质的关键。对于使用Shairport-Sync的用户，建议评估系统上运行的其他音频服务，必要时进行隔离或禁用，以获得最佳的AirPlay 2音频体验。