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reSpeaker XVF3800 44mm と XIAO ESP32-S3 Plus による録音と再生

このサンプルでは、XVF3800 からのステレオ音声を I2S 経由で XIAO の PSRAM に 5 秒間取り込み、その後同じバッファを I2S 送信経路で再生します。PC を使わずにフルのオーディオ往復が動作することを確認する最も手早い方法であり、音声録音アプリケーションの良い出発点となります。

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前提条件​

  • アレイは I2S ファームウェア を実行している必要があります。Update Firmware を参照してください。
  • ESP32 ボードパッケージと Arduino Audio Tools ライブラリをインストールした Arduino IDE。Software Preparation を参照してください。
  • ボードに XIAO_ESP32S3_Plus を選択し、ポート番号を選択していること。
  • PSRAM を有効化：Tools > PSRAM > OPI PSRAM。録音バッファは内部 RAM には収まりません。
注記

48 kHz、ステレオ、32 ビットで 5 秒間には 1,920,000 バイト が必要です（48,000 × 2 チャンネル × 4 バイト × 5 秒）。PSRAM がない場合、スケッチは PSRAM allocation failed! で停止します。

このスケッチでは、XVF3800 が BCLK、LRCLK、MCLK を生成するため、XIAO を I2S の スレーブ（config.is_master = false）として動作させます。

動作概要​

  1. 起動時にスケッチは PSRAM の合計と空き容量を表示し、その後 heap_caps_malloc(..., MALLOC_CAP_SPIRAM) を使って RECORD_BYTES（5 秒分）を確保します。
  2. 録音：I2S を RX_MODE で再起動し、バッファがいっぱいになるか 1 秒の読み取りタイムアウトが発生するまで、8 KB チャンクでバッファにバイトを読み込みます。
  3. 再生時の整合性を保つため、バイト数をステレオフレームの整数倍になるように切り詰めます。
  4. 再生：I2S を TX_MODE で再起動し、バッファを 8 KB チャンクで書き出します。その後 flush() と短いディレイを入れ、ストリームを停止する前に最後のフレームが吐き出されるようにします。
  5. ループは繰り返され、1 秒の待機の後に再度録音を行います。

Arduino スケッチ​

#include "AudioTools.h"
#include "esp_heap_caps.h"

// Audio configuration
constexpr uint32_t SAMPLE_RATE = 48000;
constexpr uint16_t CHANNELS = 2;
constexpr uint16_t BITS_PER_SAMPLE = 32;

// Recording configuration
constexpr uint32_t RECORD_SECONDS = 5;

constexpr size_t FRAME_BYTES =
    CHANNELS * (BITS_PER_SAMPLE / 8);

constexpr size_t BYTES_PER_SECOND =
    SAMPLE_RATE * FRAME_BYTES;

constexpr size_t RECORD_BYTES =
    BYTES_PER_SECOND * RECORD_SECONDS;

// Process audio in smaller blocks
constexpr size_t CHUNK_BYTES = 8192;

AudioInfo info(SAMPLE_RATE, CHANNELS, BITS_PER_SAMPLE);

I2SStream out;
I2SConfig config;

// PSRAM recording buffer
uint8_t *audioBuffer = nullptr;

size_t bytes_read = 0;
size_t bytes_write = 0;

// Start I2S
bool startI2S() {
    if (!out.begin(config)) {
        Serial.println("I2S initialization failed!");
        return false;
    }
    return true;
}

// Arduino Setup
void setup() {

    Serial.begin(115200);
    while (!Serial);

    AudioLogger::instance().begin(
        Serial,
        AudioLogger::Info
    );

    Serial.println("\nI2S Record / Playback Test");

    // Check PSRAM availability
    size_t psramTotal =
        heap_caps_get_total_size(MALLOC_CAP_SPIRAM);

    size_t psramFree =
        heap_caps_get_free_size(MALLOC_CAP_SPIRAM);

    Serial.printf(
        "PSRAM total: %lu bytes\n",
        (unsigned long)psramTotal
    );

    Serial.printf(
        "PSRAM free: %lu bytes\n",
        (unsigned long)psramFree
    );

    Serial.printf(
        "Recording buffer required: %lu bytes\n",
        (unsigned long)RECORD_BYTES
    );

    // Allocate audio buffer in PSRAM
    audioBuffer = (uint8_t *)heap_caps_malloc(
        RECORD_BYTES,
        MALLOC_CAP_SPIRAM | MALLOC_CAP_8BIT
    );

    if (audioBuffer == nullptr) {
        Serial.println("PSRAM allocation failed!");
        Serial.println(
            "Enable Tools -> PSRAM -> OPI PSRAM"
        );

        while (true) {
            delay(1000);
        }
    }

    Serial.println("PSRAM buffer allocated successfully");

    // Configure I2S
    config = out.defaultConfig(TX_MODE);
    config.copyFrom(info);

    // XIAO ESP32-S3 Plus pins
    config.pin_bck = 8;       // D9 - GPIO8
    config.pin_ws = 7;        // D8 - GPIO7
    config.pin_data = 44;     // D7 - GPIO44 - TX
    config.pin_data_rx = 43;  // D6 - GPIO43 - RX

    // XVF3800 is I2S master
    config.is_master = false;

    if (!startI2S()) {
        while (true) delay(1000);
    }

    Serial.println("I2S initialized successfully");
}

// Arduino Loop
void loop() {

    // =========================================
    // STEP 1: RECORD AUDIO
    // =========================================

    Serial.println("\n========== RECORDING ==========");

    out.end();

    config.rx_tx_mode = RX_MODE;

    if (!startI2S()) {
        delay(1000);
        return;
    }

    bytes_read = 0;

    uint32_t lastReadTime = millis();

    Serial.println("Recording started...");

    while (bytes_read < RECORD_BYTES) {

        size_t remaining = RECORD_BYTES - bytes_read;

        size_t request =
            (remaining > CHUNK_BYTES)
            ? CHUNK_BYTES
            : remaining;

        size_t received = out.readBytes(
            audioBuffer + bytes_read,
            request
        );

        if (received == 0) {

            if (millis() - lastReadTime > 1000) {
                Serial.println("RX timeout!");
                break;
            }

            delay(1);
            continue;
        }

        bytes_read += received;
        lastReadTime = millis();
    }

    // Stop receiving
    out.end();

    // Keep complete stereo frames only
    bytes_read -= bytes_read % FRAME_BYTES;

    Serial.println("Recording finished");

    Serial.printf(
        "Captured bytes: %lu / %lu\n",
        (unsigned long)bytes_read,
        (unsigned long)RECORD_BYTES
    );

    Serial.print("Recorded duration: ");
    Serial.print(
        (float)bytes_read / BYTES_PER_SECOND,
        2
    );
    Serial.println(" seconds");

    if (bytes_read == 0) {

        Serial.println("No audio captured!");
        delay(1000);
        return;
    }

    // =========================================
    // STEP 2: PLAYBACK AUDIO
    // =========================================

    Serial.println("\n========== PLAYBACK ==========");

    config.rx_tx_mode = TX_MODE;

    if (!startI2S()) {
        delay(1000);
        return;
    }

    bytes_write = 0;

    Serial.println("Playback started...");

    while (bytes_write < bytes_read) {

        size_t remaining = bytes_read - bytes_write;

        size_t request =
            (remaining > CHUNK_BYTES)
            ? CHUNK_BYTES
            : remaining;

        size_t written = out.write(
            audioBuffer + bytes_write,
            request
        );

        if (written == 0) {
            Serial.println("TX write failed!");
            break;
        }

        bytes_write += written;
    }

    // Allow queued audio to finish playing
    out.flush();
    delay(150);

    // Stop transmitting
    out.end();

    Serial.println("Playback finished");

    Serial.printf(
        "Transmitted bytes: %lu / %lu\n",
        (unsigned long)bytes_write,
        (unsigned long)bytes_read
    );

    Serial.println("\n========== TEST COMPLETE ==========");

    // Wait before next recording
    delay(1000);
}

期待される出力​

I2S Record / Playback Test
PSRAM total: 8388608 bytes
PSRAM free: 8386804 bytes
Recording buffer required: 1920000 bytes
PSRAM buffer allocated successfully
I2S initialized successfully

========== RECORDING ==========
Recording started...
Recording finished
Captured bytes: 1920000 / 1920000
Recorded duration: 5.00 seconds

========== PLAYBACK ==========
Playback started...
Playback finished
Transmitted bytes: 1920000 / 1920000

========== TEST COMPLETE ==========

PSRAM の合計値はモジュールによって異なります。重要なのは、Recording buffer required が PSRAM free より小さいこと、1920000 / 1920000 のフルキャプチャができていること、そして送信カウントが一致していることです。

再生フェーズ中の録音を聞くために、スピーカーまたはヘッドホンをアレイに接続してください。

トラブルシューティング​

PSRAM allocation failed!​

Tools > PSRAM > OPI PSRAM が有効になっていないか、選択しているボードが XIAO_ESP32S3_Plus ではありません。ボードを再選択し、PSRAM を有効にしてから再度書き込んでください。

技術サポート & 製品ディスカッション​

弊社製品をお選びいただきありがとうございます。私たちは、製品をできるだけスムーズにご利用いただけるよう、さまざまなサポートを提供しています。お好みやニーズに合わせて選べる複数のコミュニケーションチャネルをご用意しています。

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