树莓派 Python 音频播放开发涉及多种库的选择与配置。本文对比了 PyAudio、pygame.mixer 和 sounddevice 三种方案，涵盖安装步骤、代码实现及适用场景分析。内容包含硬件连接注意事项、常见无声问题排查、MP3 解码处理及多进程冲突解决方案，并提供智能门铃实战案例。旨在帮助开发者在嵌入式环境中实现稳定可靠的音频交互功能，支持语音识别与合成等扩展应用。
在嵌入式项目中，声音是最直接的人机交互方式之一。无论是智能门铃的'叮咚'声、语音助手的回应，还是环境监测系统的报警提示，都离不开稳定可靠的音频播放能力。而树莓派 + Python 的组合，恰好提供了既强大又灵活的实现路径。
面对 PyAudio、pygame.mixer、sounddevice 等多个选择，到底该用哪个？它们各自适合什么场景？怎么避免常见的'无声坑'？本文将带你一步步打通树莓派音频开发的关键环节，不讲空话，只给能落地的方案。
先泼一盆冷水：树莓派本身没有内置功放，3.5mm 耳机口输出功率有限，接普通小喇叭可能音量微弱甚至无声。更别说系统默认音频输出可能指向 HDMI，而不是你插着的扬声器。
再加上 Linux 的音频架构（ALSA/PulseAudio）本就复杂，Python 又是高层语言，中间还隔着 PortAudio 这样的桥梁库……稍有不慎，就会出现：
所以，搞清楚'谁控制谁'特别重要。
简单来说，在树莓派上，你的 Python 程序 → 调用音频库 → 通过 ALSA 访问声卡 → 输出到物理设备。整个链条任何一个环节出问题，都会导致'静音'。
✅ 小贴士：运行
sudo raspi-config，进入 System Options > Audio，手动选择'Force 3.5mm ('headphone') jack'可以强制音频走模拟口。
如果你需要对采样率、缓冲区、声道等参数精确掌控，比如做实时音频处理或者低延迟应用，PyAudio 是首选。
它底层基于 C 编写的 PortAudio，可以直接与 ALSA 打交道，绕过 PulseAudio 的调度开销，延迟更低。
# 先装依赖
sudo apt-get install portaudio19-dev python3-pyaudio
# 或者用 pip（推荐使用虚拟环境）
pip install pyaudio
注意：直接 pip install pyaudio 经常报错，因为缺少 PortAudio 开发库。上面那条 apt 命令就是补这个'地基'的。
import pyaudio
import wave
def play_wav(file_path):
wf = wave.open(file_path, 'rb')
p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(
format=p.get_format_from_width(wf.getsampwidth()),
channels=wf.getnchannels(),
rate=wf.getframerate(),
output=True
)
chunk = 1024
data = wf.readframes(chunk)
while data:
stream.write(data)
data = wf.readframes(chunk)
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()
wf.close()
# 使用 play_wav("alert.wav")
| 参数 | 说明 |
|---|---|
format | 必须匹配 WAV 文件的位深（如 16bit 对应 paInt16） |
channels | 单声道/立体声自动识别 |
rate | 采样率必须一致，否则变调或崩溃 |
output=True | 表示这是播放流 |
💡 经验谈：如果遇到播放速度异常快或慢，八成是采样率没对上。用 file alert.wav 命令查看真实参数。
但它也有缺点：不支持 MP3 解码。想播 MP3？得先转成 WAV，或者搭配 pydub 使用。
你是不是只想让程序'响一下'就完事？比如按钮按下播放提示音？那完全没必要折腾 PyAudio。
试试 pygame.mixer —— 虽然它是游戏库的一部分，但在树莓派社区里早已成为'最香'的音频播放方案之一。
pip install pygame
没错，就这一句。而且它自带音频解码器，MP3、OGG、WAV 全都支持！
import pygame
import time
def play_sound(file_path):
pygame.mixer.init(frequency=44100, size=-16, channels=2, buffer=512)
pygame.mixer.music.load(file_path)
pygame.mixer.music.set_volume(0.7)
pygame.mixer.music.play()
# 等待播放完成
while pygame.mixer.music.get_busy():
time.sleep(0.1)
play_sound("welcome.mp3")
就这么几行，MP3 就响了。而且音量可调、支持循环播放，连缓冲区都可以设。
init() 会有轻微延迟（初始化音频引擎）📌 最佳实践：在主程序启动时初始化一次 mixer，后续复用即可。
# 应用启动时
pygame.mixer.init(frequency=44100, size=-16, channels=2, buffer=1024)
# 按需播放
pygame.mixer.music.load("beep.mp3")
pygame.mixer.music.play()
如果你正在做一个信号生成、音频分析或机器学习相关的项目，那你一定会爱上 sounddevice。
它的设计哲学很明确：一切皆为 NumPy 数组。正弦波、白噪声、滤波后的信号，只要是个数组，就能直接播放。
pip install sounddevice numpy
import numpy as np
import sounddevice as sd
def play_tone(freq=440, duration=2.0, sr=44100):
t = np.linspace(0, duration, int(sr * duration), False)
tone = 0.5 * np.sin(2 * np.pi * freq * t)
sd.play(tone, samplerate=sr)
sd.wait() # 阻塞直到播放结束
play_tone()
是不是很像 MATLAB？这种写法非常适合教学演示、算法验证、合成音效等场景。
不想阻塞主线程？可以用异步回调：
import numpy as np
import sounddevice as sd
def callback(outdata, frames, time, status):
if status:
print(status)
frequency = 440.0
phase = getattr(callback, 'phase', 0.0)
t = (phase + np.arange(frames)) / 44100.0
outdata[:, 0] = 0.5 * np.sin(2 * np.pi * frequency * t) # 左声道
outdata[:, 1] = outdata[:, 0] # 右声道同步
callback.phase = phase + frames
stream = sd.OutputStream(samplerate=44100, channels=2, callback=callback)
with stream:
input("按回车停止...\n")
这种方式可用于生成无限持续音、实时信号注入等高级用途。
| 特性 | PyAudio | pygame.mixer | sounddevice |
|---|---|---|---|
| 易用性 | ⭐⭐☆ | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐☆ |
| 支持格式 | WAV（PCM） | MP3/WAV/OGG | 数组输入 |
| 是否需解码 | 否（需配合 wave/pydub） | 是（内置） | 否 |
| 延迟表现 | 低 | 中 | 低 |
| 适合场景 | 实时音频处理 | 提示音/事件音效 | 科学计算/信号生成 |
| 依赖复杂度 | 高（需编译） | 低 | 中 |
| NumPy 集成 | 差 | 无 | 强 |
✅ 总结一句话：
pygame.mixerPyAudiosounddevice最常见的原因有三个：
🔧 排查步骤：
# 查看当前音频设备
arecord -l # 录音设备
aplay -l # 播放设备
# 测试是否能播放（绕过 Python）
aplay example.wav
# 查看音量设置
amixer controls | grep Master
amixer cset numid=1 -- 80% # 设置主音量
PyGame 有时会因缺少 GStreamer 插件无法播放 MP3。解决方案是安装 pydub + ffmpeg 做预处理：
sudo apt install ffmpeg
pip install pydub
然后转换格式：
from pydub import AudioSegment
# 转成 WAV 供 PyAudio 使用
audio = AudioSegment.from_mp3("input.mp3")
audio.export("output.wav", format="wav")
Linux 一次只允许一个进程访问音频设备。多个脚本同时运行会导致'Device busy'。
🔧 解决办法：
例如加个简单的锁机制：
import fcntl
with open("/tmp/audio.lock", "w") as f:
fcntl.flock(f.fileno(), fcntl.LOCK_EX) # 排他锁
play_sound("alert.mp3") # 安全播放
fcntl.flock(f.fileno(), fcntl.LOCK_UN) # 释放
设想这样一个场景：有人按门铃，树莓派检测到 GPIO 上升沿，立刻播放一段 MP3 提示音。
import RPi.GPIO as GPIO
import pygame
import time
BUTTON_PIN = 18
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(BUTTON_PIN, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
pygame.mixer.init(frequency=44100, size=-16, channels=2, buffer=512)
def on_button_pressed(channel):
print("门铃被按下！")
pygame.mixer.music.load("/home/pi/sounds/welcome.mp3")
pygame.mixer.music.play()
while pygame.mixer.music.get_busy():
time.sleep(0.1)
# 添加边沿检测
GPIO.add_event_detect(BUTTON_PIN, GPIO.FALLING, callback=on_button_pressed, bouncetime=500)
try:
print("等待按钮触发...")
while True:
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()
这就是一个典型的物联网音频应用场景。结合网络还能实现远程播报、微信通知联动等功能。
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