Explorando Áudio

Digital Embarcado

com Micropython

Construindo um processador de audio com ESP32 e ADAU1401

Belo Horizonte Maio 2025

👋 Lucas Emerick

Engenheiro de Dados & Backend | Pythonista há +10 anos

• Especialista em pipelines em tempo real, APIs e sistemas distribuídos
• Projetos de alto impacto em educação e campanhas políticas.
• Formação em Engenharia de Sistemas Autônomos (PUC Minas) e Antropologia (UFMG)
• Construo caixas acústicas, ensino engenharia de som, programo DSPs e produzo uma rádio online que nunca dorme!

📍 lucasemerick.com 🔗 github.com/lvdopqt 💼 linkedin.com/in/lucasvemerick

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Function FM – Web Rádio Independente

• De plataforma de DJ sets a polo da cena eletrônica�
• Programação 24/7 com sets, podcasts, debates e performances ao vivo�
• Apoio à música independente e vozes marginalizadas�
• Organização de eventos culturais e foco na inclusão e representatividade

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CAIXA ALTA – Associação Cultural

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• Solução coletiva e econômica para gestão e uso de equipamentos de performance na Grande BH

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• Criação de inventário de equipamentos subutilizados, com acesso e manutenção garantidos

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• Promoção da diversidade e inclusão por meio da cultura Sound System e eventos artísticos

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• Fortalecimento de redes entre pessoas e coletivos de som, luz e palco

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• Desenvolvimento de software e hardware destinado a instalações artísticas e sistemas de som em geral

Explorando Áudio Digital Embarcado com Micropython

Índice

• Introdução
• Sobre o Micropython
• Protocolos de Comunicação I²C, I²S
• Programando o DSP
• Programando o ESP32

Explorando Áudio Digital Embarcado com Micropython

Explorando Áudio Digital Embarcado com Micropython

Explorando Áudio Digital Embarcado com Micropython

Introdução

O que é um processador de áudio?

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Introdução

O que é um DSP?

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Introdução

O que é um DSP?

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Introdução

Aplicações de um DSP:

• Equalizadores de áudio
• Crossovers digitais
• Sistemas multicanais
• Efeitos sonoros
• Sistemas para line arrays
• Interfaces de Audio
• Codificação e decodificação de voz
• Cancelamento de ruído em chamadas

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Introdução

Aplicação exemplo: “Crossover Digital”

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Introdução

Itens utilizados no projeto:

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Sobre Micropython

• Implementação leve da linguagem Python 3 criado em 2013 por Damien P. George�
• Projetado para rodar em microcontroladores (ESP32, STM32, RP2040 etc.)�
• Código simples e legível, ideal para prototipagem rápida�
• Acesso direto a hardware: pinos, sensores, atuadores�
• Ideal para educação, arte interativa, IoT e automação�

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Protocolos de Comunicação

I2C

O que é I²C? – Protocolo de comunicação serial síncrono, ideal para conectar múltiplos dispositivos com apenas dois fios (SDA e SCL).

Como funciona? – Comunicação controller-target com endereçamento único, onde o controller manipula a transmissão dos dados.

Vantagens – Simplicidade, baixo custo, suporte a múltiplos dispositivos no mesmo barramento.

Aplicações – Sensores, displays, EEPROMs, conversores AD/DA, microcontroladores e DSPs.

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Protocolos de Comunicação

I2S

O que é I²S? – Protocolo de comunicação serial usado para transmissão de áudio digital entre dispositivos.

Como funciona? – Utiliza três linhas principais: BCLK (clock de bit), WS ou LRCLOCK (word select) e SD (dados de áudio).

Vantagens – Baixa latência, alta qualidade de áudio, suporte a múltiplos canais e fácil integração com DACs e ADCs.

Aplicações – Conversores digitais-analógicos (DACs), amplificadores de áudio, interfaces de áudio para microcontroladores e DSPs.

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Protocolos de Comunicação

Resumo

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📡 I2C (Inter-Integrated Circuit):

• Comunicação serial síncrona com dois fios (SDA e SCL).
• Suporta múltiplos dispositivos com endereços únicos (1 mestre, vários escravos).�
• Mais lento, porém simples e ideal para conexões curtas e periféricos de baixa velocidade.�

🎧 I2S (Inter-IC Sound):

• Projetado para transmissão de áudio digital.
• Usa 3 fios principais: Word Select (WS), Clock (SCK), e Data (SD).

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Programando o DSP

Estrutura da Placa de desenvolvimento:

• Alimentação
• IO
• I2C e I2S
• Entradas e Saídas Analógicas
• Entradas e Saídas Digitais

- EEPROM

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Programando o DSP

Ligação I2C para programação

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Programando o DSP

Configuração Inicial no SigmaStudio

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Programando o DSP

Programa de um crossover digital

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Programando o DSP

Configuração de cortes de frequência de um crossover 2 vias

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Programando o DSP

Programando usando a API do SigmaStudio via Python

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Programando o DSP

Metodologia de teste - Função de Transferência

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Programando o DSP

Setup do DSP para testes

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Programando o DSP

Setup do DSP para testes

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Programando o DSP

Resposta de frequência pós crossover

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Programando o ESP32

Instalação do Firmware;

Download: https://micropython.org/download/ESP32_GENERIC/

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Programando o ESP32

Estrutura do Software

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Programando o ESP32

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Inicializando a comunicação com o ADAU1401

https://github.com/lvdopqt/sigmadsp_minimal

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Programando o ESP32

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Arquivo de Parâmetros:

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Programando o ESP32

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Representação do Filtro Biquad

Fórmula do Filtro Biquad

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Programando o ESP32

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Implementação de um filtro passa baixa

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Programando o ESP32

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Programando o ESP32

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Implementação do LCD via I2c

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Programando o ESP32

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Implementação de um Bus de Eventos

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Programando o ESP32

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Implementação de um botão simples

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Programando o ESP32

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Event Bus + LCD + Inputs

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Programando o ESP32

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Memória Não Volátil

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Referências

• The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing By Steven W. Smith, Ph.D
• Embedded Signal Processing with the Micro Signal Architecture By Woon-Seng Gan, Sen M. Kuo
• Sound System Engineering By Don Davis, Eugene Patronis, Pat Brown
• Analog Devices Wiki
• Tutorial DSP Crossover

PERGUNTAS?

OBRIGADO!

Teoria do Controle

y(t) = x(t) * h(t)

O resultado de um sistema LTI é a convolução da entrada pela função de transferência

Teoria do Controle

Sinal de Impulso

Resposta ao Impulso

Filtro Biquad

Representação do Filtro Biquad

Fórmula do Filtro Biquad