声音波形可视化
入门教程

购物清单

硬件	规格	参考价格	硬件图(点击放大)
单片机	ESP32-S3	淘宝约 60 元
数字麦克风	INMP441	淘宝约 6.5 元
面包板	普通实验面包板	淘宝约 13.6 元

ESP32-S3 是什么

ESP32-S3 可以理解成一台很小的电脑。它能读传感器、连 WiFi、开网页，还能把数据发给浏览器。

在这个项目里，ESP32-S3 负责三件事：

1. 给 INMP441 提供 I2S 时钟。
2. 读取麦克风传来的数字声音。
3. 把声音数据通过 WiFi 发给浏览器。

官方文档：https://docs.waveshare.net/ESP32-S3-DEV-KIT-N8R8/

INMP441 是什么

INMP441 是 I2S 数字麦克风。它和很多普通“声音传感器模块”不一样：

• 普通模拟麦克风输出电压变化。
• INMP441 直接输出数字音频数据。

INMP441 引脚

引脚	作用	接哪里
VDD	电源	ESP32 的 3V3
GND	地	ESP32 的 GND
SCK	I2S 时钟	一个普通 GPIO
WS	左右声道时钟	一个普通 GPIO
SD	音频数据输出	一个普通 GPIO
L/R	左右声道选择	先接 GND

面包板是什么

面包板是一块不用焊接的实验板。你可以把 ESP32-S3、INMP441 和杜邦线插在上面，方便反复调整接线。

使用时注意同一排小孔通常是连在一起的，但中间凹槽两边默认不连通。接线前先看清楚行列方向，能少很多排查时间。

默认接线

INMP441	ESP32-S3
VDD	3V3
GND	GND
SCK	GPIO5
WS	GPIO6
SD	GPIO4
L/R	GND

检查清单

• VDD 接的是 3V3，不是 5V。
• INMP441 的 GND 和 ESP32 的 GND 已经相连。
• SCK、WS、SD 三根线没有插错行。
• 面包板中间断开的两边不要误以为连通。

IDE 安装

下载地址：https://www.arduino.cc/en/software

开发板

在 Arduino IDE 里选择：

• ESP32S3 Dev Module

如果你的 Arduino IDE 里有更准确的 Waveshare ESP32-S3 选项，也可以选对应选项。拿不准时，先用 ESP32S3 Dev Module。

推荐工具设置

选项	推荐值
USB CDC On Boot	Enabled
Flash Size	8MB
PSRAM	OPI PSRAM 或 Enabled
Upload Speed	460800 或 921600
Port	选择插入 ESP32 后出现的端口

如果上传不稳定，把 Upload Speed 降到 460800。

串口监视器

打开串口监视器，波特率选择：

115200

你会看到 ESP32 打印出来的启动信息、WiFi 地址、WebSocket 连接状态。

用 Arduino IDE 打开：

arduino/01_mic_serial_test/01_mic_serial_test.ino

上传后打开串口监视器，波特率 115200。

成功现象

你会看到类似：

RMS: 0.0042  dBFS: -47.5
RMS: 0.0188  dBFS: -34.5

对着麦克风拍手、说话，RMS 应该变大，dBFS 应该变得没那么负。

如果没变化

先别进入网页步骤。请回去检查：

• VDD 是否接 3V3。
• GND 是否接好。
• SCK/WS/SD 是否和代码顶部一致。
• L/R 是否接 GND。
• 你选择的 GPIO 是否真的在开发板排针上。

串口测试通过后，打开：

arduino/02_sound_visualizer/02_sound_visualizer.ino

上传后打开串口监视器。

默认热点模式

项目	值
WiFi 名称	ESP32-AudioLab
密码	12345678
浏览器地址	http://192.168.4.1

Mac 连接这个 WiFi 后，浏览器打开 http://192.168.4.1。

连接家里的 WiFi

如果想让 ESP32 加入你家里的 WiFi，修改 02_sound_visualizer.ino 顶部：

const char *WIFI_SSID = "你的WiFi名";
const char *WIFI_PASSWORD = "你的WiFi密码";

这时 ESP32 不会显示 ESP32-AudioLab 热点。它会在串口监视器里打印自己的 IP，比如：

WiFi connected: http://192.168.1.23

Mac 和 ESP32 必须在同一个 WiFi 下。

网页上的指标

指标	含义
估算声级	用 dBFS 加校准偏移得到的估算 dB SPL
数字满幅	dBFS，数字音频相对满幅的强度
RMS	一帧声音的平均能量
主峰	当前频谱里最明显的频率

最终效果

Mac 看不到 ESP32-AudioLab

先判断 ESP32 程序有没有真的跑起来。

1. 打开 Arduino IDE 串口监视器，波特率 115200。
2. 按一下 ESP32 的 RST 或 EN。
3. 看串口有没有打印：

AP mode: connect to ESP32-AudioLab then open http://192.168.4.1

如果没有这行，Mac 看不到热点是正常的，因为热点根本还没有启动。

常见原因	处理
代码没有成功上传	重新点 Arduino IDE 的上传按钮
你填了家里 WiFi 名	ESP32 会连家里 WiFi，不会开 ESP32-AudioLab
板子没正常启动	拔插 USB，按 RST/EN
选错端口或板型	选 ESP32S3 Dev Module 和正确端口
USB 线只能充电	换一根能传数据的 USB 线

README 写 GPIO5，但我板子没有 GPIO5

这是开发板引脚暴露方式的问题。ESP32-S3 芯片通常有 GPIO5，但你的开发板排针不一定引出它，或者丝印不叫 GPIO5。

网页打开了但没有波形

先回到 01_mic_serial_test。如果串口测试也没变化，就是麦克风/I2S/接线问题，不是网页问题。

如果串口测试有变化，但网页没波形：

• 看网页右上角是否显示连接成功或 fps。
• 确认浏览器打开的是 ESP32 的地址。
• 按网页上的“重连”。
• 刷新页面。

波形一直很小

先调网页里的 显示增益。如果仍然很小，改代码：

constexpr uint8_t PCM_GAIN_SHIFT = 13;

数字越小，波形越大。

波形被削平

这说明放大太多了。改成：

constexpr uint8_t PCM_GAIN_SHIFT = 15;

数字越大，波形越小。

分贝看起来不准

这是正常的。INMP441 不是校准过的专业声级计。

校准方法：

1. 用手机分贝 App 或声级计放在 INMP441 旁边。
2. 看网页估算声级和参考值差多少。
3. 调整网页里的 dB 校准偏移。

例如参考值是 60 dB，网页显示 55 dB，就把偏移加 5。