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reSpeaker Flex 入門ガイド

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reSpeaker Flex は XMOS XVF3800 プロセッサを中心に構成されたモジュラー型・分離アーキテクチャの音声処理システムで、ロボットやインテリジェントインタラクション端末向けに特別に設計されています。従来の一体型マイクアレイとは異なり、Flex ではコア処理ボードとマイクアレイボードが分離されており、両者は柔軟な FPC フラットケーブルで接続されます。これにより、マイクアレイを製品筐体内の任意の物理位置に組み込みつつ、処理用エレクトロニクスを別の場所に配置することができます。 本システムは 2 種類の交換可能なマイクアレイ構成をサポートします。全方位 360° 収音用の円形 4 マイクアレイと、背面方向を抑圧した前方指向性のリニア 4 マイクアレイです。どちらのボードも標準化された 24 ピン FPC インターフェースを介して同じコアボードに接続され、システムは USB（UAC 2.0 プラグアンドプレイ）または I2S モードで動作し、組み込み統合が可能です。オプションとして XIAO ESP32S3 モジュールをコアボード上にはんだ付けすることで、ワイヤレス接続と拡張制御機能を追加できます。

円形マイクシリーズ​

reSpeaker Flex XVF3800 Circular reSpeaker Flex XVF3800 Circular with XIAO ESP32S3
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リニアマイクシリーズ​

reSpeaker Flex XVF3800 LinearreSpeaker Flex XVF3800 Linear with XIAO ESP32S3
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特長​

  • 分離モジュラー設計：コアボードとマイクアレイボードが物理的に分離されており、FPC フラットケーブルで接続することで、任意の製品シャーシ内に柔軟に配置可能

  • マイク構成の選択肢：同一のコアボードを使用し、円形 4 マイクアレイ（360° 収音、44mm 間隔）またはリニア 4 マイクアレイ（180° 前方指向性、33mm 間隔）を交換して利用可能

  • XMOS XVF3800 オーディオ処理：AEC、AGC、DoA、多チャンネルビームフォーミング、VAD、ノイズ抑圧、残響除去などのフル機能 DSP を搭載

  • 2 つの動作モード：PC や SBC とプラグアンドプレイで接続できる USB UAC 2.0、組み込み統合向けの I2S モード

  • デュアル USB 接続：USB-C ポートと PH2.0 ロック式ポートの両方が UAC 2.0 オーディオおよび DFU ファームウェアアップグレードに対応

  • オンボードスピーカーアンプ：JST コネクタ経由で 10W 4Ω スピーカーを駆動可能で、3.5mm AUX ヘッドホン出力を搭載

  • XIAO ESP32S3 対応（オプション）：はんだ付けモジュールにより Wi-Fi/Bluetooth を追加し、I2S および I2C バスが XVF3800 に直接配線されることで、ワイヤレス制御とオーディオ転送が可能

  • 柔軟なファームウェア：2 チャンネル版と 6 チャンネル版の 2 種類の USB ファームウェア、I2S ファームウェア、dfu-util による DFU アップグレード、電源再投入後も保持される設定

  • Python SDK：Python 経由で録音フォーマット、音量、アルゴリズムパラメータ、チャンネルルーティングを調整可能

主なコンポーネント​

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コアボード​

コンポーネント / 機能説明
メインオーディオプロセッサXMOS XVF3800（ファームウェア v3.2.1）。AEC、ビームフォーミング、DoA、ノイズ抑圧など、すべてのオーディオ DSP を処理
オーディオコーデックTLV320AIC3104。オーディオ変換および DAC 出力を担当
FPC マイクアレイインターフェースロックラッチ付き 24 ピン FPC コネクタ。最大 8 マイクアレイと 2 本の GPIO ラインをサポート
USB-C ポートUAC 2.0 オーディオ、DFU ファームウェアアップグレード、および電源供給
PH2.0 ポートロックラッチ付きコネクタ。USB-C ポートと同じ UAC 2.0 オーディオおよび DFU を提供
3.5 mm AUX ジャックオンボード DAC から駆動される側面出力のヘッドホン端子
スピーカー JST コネクタ最大 10W・4Ω のスピーカーを駆動可能な縦型実装コネクタ。スピーカーを直結するためのはんだパッドも用意
外部電源端子システム全体に 12V を供給し、10W スピーカー負荷に対応（P1 優先）
RST ボタンXVF3800 用ハードウェアリセット
SafeMode（ブート）ボタン電源投入時に押し続けると、ファームウェアリカバリ用のセーフモードで起動
PWR LED電源オンを示す緑色インジケータ
デバッグパッドXMOS XTAG4 用の予備パッド（工場出荷時は未はんだ付け）
XMOS 3800 IO ヘッダI2C、I2S、5V/GND、スピーカーピン、および残りの XVF3800 IO を引き出したピンヘッダ／パッド
取付穴M3 取付穴 × 4
XIAO ESP32S3ホストデバイスとして使用する際に XIAO ESP32S3 をはんだ付けして搭載可能
XIAO ESP32S3 GPIO残りの GPIO は IO や周辺機能拡張に利用可能

円形アレイボード​

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コンポーネント / 機能説明
マイク44 mm 間隔で円形に配置された 4× PDM MEMS マイク
収音パターン360° の全方位オーディオキャプチャ
インターフェースコアボードへの FPC コネクタ
取付エンクロージャや筐体への固定用 M3 取付穴 × 3

リニアアレイボード​

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コンポーネント / 機能説明
マイク33 mm 間隔で直線状に配置された 4× PDM MEMS マイク
収音パターン約 180° の前方指向性収音パターンで、背面の音を抑圧
インターフェースFPC コネクタ。ケーブルは側面または背面から配線可能
取付M3 取付穴 × 2

XIAO ESP32S3 対応​

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reSpeaker Flex コアボードには、Seeed Studio XIAO ESP32S3 モジュールをはんだ付けするための専用フットプリントが用意されており、XVF3800 のオーディオ処理パイプラインに Wi-Fi および Bluetooth 接続機能を追加できます。XIAO を含む SKU（-C4-1 および -L4-1）では、このモジュールがあらかじめ実装されています。ベース SKU（-C4-0 および -L4-0）では、このフットプリントは未実装のままです。 XIAO が実装されている場合、XIAO と XVF3800 の間には次の接続が配線されています。

  • I2S バス — 再生および録音用のデュアルバスで、双方向のオーディオストリーミングのために BCLK、MCLK、LRCLK を共有
  • I2C バス — XIAO から XVF3800 の設定パラメータを読み書きするために使用
  • RST ライン — XIAO は専用 IO ピンを介して XVF3800 にハードウェアリセットをかけることが可能
  • 残りの XIAO IO — ユーザー拡張用にラベル付きピンヘッダ／パッドへ引き出し

ピンヘッダ​

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24 ピン FPC ケーブル​

FPC マイクアレイインターフェースは、ロックラッチ付きの 24 ピン・0.5mm ピッチコネクタで、同梱の 20cm FPC フラットケーブルはこのコネクタにキーイングされています。

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ピン信号名種類機能説明備考
1MIC_VDD電源マイク電源3.3V 電源
2MIC_VDD電源マイク電源電源安定性向上のためのデュアルピン
3GNDGND電源リターングラウンド電源 GND
4MIC_CLKOutグローバルクロック信号コア信号、2–4 MHz
5GNDGNDクロックシールド用グラウンドクロック専用グラウンド
6MIC_D1Inデータライン 1CH1 マイク
7GNDGNDD1 アイソレーショングラウンド
8MIC_D2Inデータライン 2CH2 マイク
9GNDGNDD2 アイソレーショングラウンド
10MIC_D3Inデータライン 3CH3 マイク
11GNDGNDD3 アイソレーショングラウンド
12MIC_D4Inデータライン 4CH4 マイク
13GNDGNDD4 アイソレーショングラウンド
14MIC_D5Inデータライン 5CH5 マイク
15GNDGNDD5 アイソレーショングラウンド
16MIC_D6Inデータライン 6CH6 マイク
17GNDGNDD6 アイソレーショングラウンド
18MIC_D7Inデータライン 7CH7 マイク
19GNDGNDD7 アイソレーショングラウンド
20MIC_D8Inデータライン 8CH8 マイク
21GNDGNDD8 アイソレーショングラウンド
22GPIO_1I/O汎用入出力拡張機能
23GPIO_2I/O汎用入出力拡張機能
24GNDGNDGPIO シールド用グラウンドGPIO ノイズを吸収

はじめに​

ハードウェアの準備​

  • USB Type-C ケーブル
  • ホストコンピュータ または Raspberry Pi

ソフトウェアの準備​

開封後すぐの使い方​

リセット​

リセット（RST）ボタンは、reSpeaker Flex に対してハードウェアリセットを行います。押すとチップが再起動し、システムが最初から再初期化され、完全な電源再投入と同じ動作をします。

スピーカー接続​

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ここでは、オーディオ出力の好みに応じて、3.5mm AUX ヘッドホンジャックまたはオンボードの JST スピーカーインターフェースのいずれかを使用してスピーカーを接続する方法を確認できます。

セーフモード​

Safe Mode は reSpeaker Flex 上の特別なリカバリモードで、USB DFU または I2C を介して、Raspberry Pi や ESP32 のようなデバイスにファームウェアを書き込むことができます。

以前に I2S ファームウェア を書き込んでいて、USB ファームウェア に戻したい場合は、Safe Mode に入って USB DFU を使用して USB ファームウェアを書き直すことができます。

注記
  • USB ファームウェア
    • USB DFU のみをサポートします。
    • USB 接続を介してデバイスを更新できます。
    • I2C DFU はサポートしません。
  • I2S ファームウェア
    • I2C DFU をサポートします。
    • I2C インターフェースを介してファームウェアを更新できます。
    • USB DFU はサポートしません。
  • Safe Mode ファームウェア
    • Factory パーティションに保存されています。
    • USB DFU と I2C DFU の両方をサポートします。
    • これは最も柔軟なリカバリ用ファームウェアです。

次のような場合に Safe Mode を使用します

  • ファームウェアが正しく動作していない（例：USB が認識されない）場合。
  • 新しいファームウェアを書き込みたいが、現在のファームウェアが応答しない場合。
  • 誤ったファームウェアを書き込んでしまい、デバイスを復旧したい場合。

Safe Mode に入る方法

  • デバイスの電源を完全にオフにします。
  • Boot ボタンを押し続けます。
  • Boot ボタンを押したまま、電源を再接続します。
  • 赤色 LED が点滅し始め、デバイスが Safe Mode に入ったことが確認できます。 これでデバイスは、Factory パーティションに保存されている Safe Mode ファームウェア を実行しています。

ファームウェアの更新​

公式 GitHub リポジトリには 3 つのファームウェアバージョンが用意されています。用途に応じて適切なファームウェアを選択して書き込むことができます。詳細およびダウンロードについては、Github の Link を参照してください。

注記

必ずリポジトリ全体をダウンロードしてください。

USB ファームウェアは、USB ハードウェアインターフェースを介して通信する際に、Windows、Linux、macOS などのホスト OS で使用することを目的としています。 2 つのファームウェアバリエーションが利用可能です。2 チャンネルオーディオを提供する respeaker_xvf3800_usb_dfu_firmware_v2.0.x.bin と、6 チャンネルオーディオを提供する respeaker_xvf3800_usb_dfu_firmware_6chl_v2.0.x.bin です。どちらのファームウェアも、16 kHz サンプリングレート、32 ビット深度で動作します。

これらのファームウェアファイルはこのリンクから確認できます

ファームウェアチャンネル数備考
respeaker_flex_ua-io16-6ch-cir.bin6 チャンネル16 kHz、円形マイクアレイを使用した 6 チャンネル
respeaker_flex_ua-io16-6ch-lin.bin6 チャンネル16 kHz、線形マイクアレイを使用した 6 チャンネル
respeaker_flex_ua-io16-cir.bin2 チャンネル16 kHz、円形マイクアレイを使用したステレオ出力
respeaker_flex_ua-io16-lin.bin2 チャンネル16 kHz、線形マイクアレイを使用したステレオ出力
respeaker_flex_ua-io48-cir.bin2 チャンネル48 kHz、円形マイクアレイを使用したステレオ出力
respeaker_flex_ua-io48-lin.bin2 チャンネル48 kHz、線形マイクアレイを使用したステレオ出力

USB ケーブルで reSpeaker Flex を PC に接続します。XMOS のファームウェアを書き込むには、XMOS USB-C ポート（RST ボタンの近く）を使用する必要があることに注意してください。

DFU Util のインストール​

dfu-util は、USB 経由で Device Firmware Upgrade を行うためのコマンドラインツールです。

  • dfu-util-0.11-binaries.tar.xz をダウンロードして展開します（例：D:\dfu-util-0.11-binaries\win64\）。
    Download Link

  • システムの Path 変数に dfu-util.exe へのパスを追加します。
    My Computer > Properties > Advanced > Environment Variables > Path

  • Command Prompt（cmd）を開き、インストールを確認します：

dfu-util -V

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  • reSpeaker Flex を接続し、デバイスが検出されているか確認します：
dfu-util -l

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次のようなメッセージが表示された場合：
Cannot open DFU device 2886:001a ... (LIBUSB_ERROR_NOT_SUPPORTED)
以下のドライバインストール手順を実行してください。

  • Zadig をインストールします。
    • Zadig を開き、Options > List All Devices を選択します。
    • reSpeaker XVF3800 Flex を選択します。
    • WinUSB ドライバをインストールします。
    • デバイスの電源を入れ直します。
    • dfu-util -l を再度実行し、検出を確認します。

ファームウェアを書き込む​

GitHub から reSpeaker Flex XVF 3800 の完全なファームウェアリポジトリをここからダウンロードします。

  • 次のコマンドを実行してファームウェアを書き込みます

    • dfu-util -R -e -a 1 -D /path/to/dfu_firmware.bin

  • Linux では sudo を付けて実行します

    • sudo dfu-util -R -e -a 1 -D /path/to/dfu_firmware.bin

USB ファームウェアで録音と再生を行う​

Audacity のセットアップ（Windows）​

  1. Audacity を開きます。
  2. Audio Setup > Audio Settings に移動します。

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  1. 次のように設定します：
    • Host: Windows WASAPI
    • Recording Device: reSpeaker XVF3800 Flex
    • Channels: 2 (Stereo)
    • Sample Rate: 16000 Hz（Project と Default Sample Rate の両方）
    • Sample Format: 16-bit

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  1. OK をクリックします。
  2. 準備完了です — 録音を開始しましょう！

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パラメータをどのようにチューニングしますか？​

チューニングにより、内蔵オーディオアルゴリズムのパラメータを設定し、XMOS チップと直接通信することができます。

パラメータ設定とデバイスとのやり取りのために、専用の Python 制御インターフェースが提供されています。

Python Control Directory

提供されている Python スクリプトを使用すると、次のことができます：

  • 内蔵オーディオアルゴリズムのパラメータを設定する
  • DoA（到来方向）データを取得する
  • VAD（音声活動検出）データを取得する
  • オンボード LED を制御する
  • 音声処理パイプラインを制御する
  • XMOS デバイスと直接通信する

システム要件

Python 制御インターフェースを使用するには、以下の依存関係が必要です：

  • Python 3.6 以降
  • pyusb Python ライブラリ
  • libusb システムライブラリ

インストールと依存関係​

必要な Python 依存関係を次のコマンドでインストールします：

pip install pyusb

オペレーティングシステムによっては、libusb パッケージを別途インストールする必要がある場合があります。

使い方​

基本構文

python xvf_host.py [options] command [value(s)...]

コマンドオプション

オプション説明
-l, --listサポートされているすべてのコマンドと詳細情報を一覧表示します
--vidUSB ベンダー ID を設定します（デフォルト：0x2886）
--pidUSB プロダクト ID を設定します（デフォルト：0x001A）
--values書き込みコマンドに渡す値を指定します（オプション）

使用例​

1. 利用可能なすべてのコマンドを一覧表示する

python xvf_host.py --list

サポートされているすべてのコマンドとその説明を表示します。

2. ファームウェアバージョン情報を読み取る

python xvf_host.py VERSION

デバイスから現在のファームウェアバージョン情報を読み取り、表示します。

3. DOA（到来方向）値を読み取る

python xvf_host.py DOA_VALUE

マイクアレイによって検出された現在の到来方向（DOA）値を取得します。

トラブルシューティング​

スピーカー出力からの再生音量が十分でない場合は？​

Linux 上で reSpeaker Flex のスピーカー出力音量が小さすぎる場合、XVF3800 サウンドカードの ALSA ミキサーレベル を調整する必要があるかもしれません。出力音量を上げるには、以下の手順に従ってください。

ステップ 1：ALSA Mixer を開く

  1. ターミナルを開きます。

  2. 次のコマンドを入力し、Enter キーを押します：

    alsamixer

ステップ 2：XVF3800 Flex サウンドカードを選択する

  1. F6 キーを押してサウンドカード選択メニューを開きます。
  2. 上下の矢印キー を使用して XVF3800 Flex サウンドカードをハイライトします。
  3. Enter キーを押して選択を確定します。

ステップ 3：PCM-1 の音量を調整する

  1. 左右の矢印キー を使用して PCM-1 に移動します。
  2. 上矢印キー を使用して音量レベルを 100% まで上げます。

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ステップ 4：ALSA 設定を保存する

  1. ESC キーを押して alsamixer を終了します。
  2. reSpeaker Flex を取り外す前に、次のコマンドを実行して設定を保存します：
   sudo alsactl store

ステップ 5：追加オプション（PulseAudio の使用）

ALSA レベルを調整してもまだ音がはっきり聞こえない場合は、より詳細な音量調整のために PulseAudio Volume Control をインストールしてみてください：

sudo apt install pavucontrol -y

その後、pavucontrol を開き、必要に応じて出力音量を 100% を超えて上げることができます。

ファームウェアを書き込んだ後、Windows でサウンドデバイスとして使用できない？​

スタートメニューを開き、「Device manager」と入力します。関連する reSpeaker Flex デバイスを見つけて右クリックし、Uninstall devices を選択します。その後、デバイス（USB の抜き差し）を再起動すると、Windows が正しいサウンドカードドライバを再インストールします。

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リソース​

reSpeaker Flex XVF3800 Circular step ファイル

reSpeaker Flex XVF3800 Linear step ファイル

reSpeaker Flex XVF3800 コアボード Step

技術サポートと製品ディスカッション​

当社の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、いくつか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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