ESP32でオーディオ関係のプログラムを作成するために、ESP-IDFのサンプルプログラム i2s_adc_dac を試してみた。

i2s_adc_dacは、リセットするとADCを利用してアナログの信号をサンプリングし、読み込んだデータをフラッシュメモリに書き込んで録音する。その後は、フラッシュメモリに書き込んだデータを再生し、その後に、あらかじめプログラムで用意されているデータを再生することを繰り返す。

ハードウェア

部品

Espressif ESP32 開発ボード
- WeMos Lolin32 (ちょっと古い)
  - https://wiki.wemos.cc/products:lolin32:lolin32
MEMS マイクロフォン (アナログ)
- 秋月電子　超小型シリコンマイクモジュール SPU0414HR5H-SB使用
  - http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08940/
  - 裏面のハンダジャンパーをショートさせてゲインを20dBにして使用。
0.1μF コンデンサ
- DFRobot ECell の 100nF のコンデンサ
  - https://www.dfrobot.com/product-1386.html
スピーカ
- 基板取付用スピーカーユニット　８Ω０．０８Ｗ　ＵＧＳＭ２３Ａ
  - http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-09797/
  - もっと高インピーダンスのものが良いように思うが、とりあえず手持ちのもので…。

ブレッドボード図

実際に組み立ててみた様子は次の通り。

回路図

Fritzingファイル

i2s_adc_dac Fritzing

1 ファイル 40.89 KB

ダウンロード

パーツのFritzingデータ

上記の回路図で利用したパーツは以下にあるものを利用した。

WeMos esp32 Lolin

http://forum.fritzing.org/t/wemos-esp32-lolin/4106
- Wemos lolin32.fzpz

小型シリコンマイクモジュール SPU0414HR5H-SB使用

Fritzingでの部品の作り方のコツ（部品データ付）
- https://qiita.com/Cheap-Engineer/items/7533ab92e4d0beb3f21f
  - 秋月電子通商の　超小型シリコンマイクモジュール　SPU0414HR5H-SB使用

テスト環境

Windows 10
PlatformIO IDE for VSCode　1.28.1
フレームワーク
- Espressif 32 (Version 1.4.0)
  - Version 1.3.0 では ADCからデータが正常に読み込めなかった。常に0が読み込まれて無音状態であった。Version 1.4.0 にアップデートすることで読み込めるようになった。

ソフトウェア

以下にあるサンプルプログラムを利用した。

https://github.com/espressif/esp-idf/tree/master/examples/peripherals/i2s_adc_dac

当然ながらサンプルプログラムはそのままで機能するが、試した環境ではADCの入力の振幅が小さく、プログラムのままでは再生してもよくわからなかった(スピーカーが極めて貧弱であることも問題である)。ADCから読み取った値を調べてみたが、しゃべったことを録音するためには、マイクに口をかなり近づけないとほとんど変化が見られなかった。

とりあえず動作確認のために、ADCの出力の12bit の最上位8ビットを利用するのではなく、振幅を(2^scale_bit)倍にして(scale_bitビット左シフトすることで上位ビットを捨てて、その下の8ビットを使うようにして)試してみた(プログラム例ではプログラムの最初の方でマクロで指定している7ビットシフト)。具体的には、プログラムの example_i2s_adc_data_scale の次の部分を9行目のように変更して試した。

void example_i2s_adc_data_scale(uint8_t * d_buff, uint8_t* s_buff, uint32_t len, uint32_t scale_bit)
{
    uint32_t j = 0;
    uint32_t dac_value = 0;
#if (EXAMPLE_I2S_SAMPLE_BITS == 16)
    example_disp_buf((uint8_t*) s_buff, 32);
    for (int i = 0; i < len; i += 2) {
        dac_value = ((((uint16_t) (s_buff[i + 1] & 0xf) << 8) | ((s_buff[i + 0]))));
        dac_value = ((dac_value - ADC_OFFSET) << scale_bit) +  ADC_OFFSET;   // amplify 2^scale_bit  
        d_buff[j++] = dac_value & 0xff;
        d_buff[j++] = (dac_value >> 8 ) & 0xff;
    }
#else