Android中实时获取音量分贝值详解

2020-04-11 11:35:14

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供稿：网友

基础知识

度量声音强度，大家最熟悉的单位就是分贝（decibel，缩写为dB）。这是一个无纲量的相对单位，计算公式如下：

分子是测量值的声压，分母是参考值的声压（20微帕，人类所能听到的最小声压）。因此日常中说道声音强度是多少多少分贝时，都是默认了一个很小的参考值的。

而Android设备传感器可以提供的物理量是场的幅值（amplitude），常用下列公式计算分贝值：

从SDK中读取了某段音频数据的振幅后，取最大振幅或平均振幅（可以用平方和平均，或绝对值的和平均），代入上述公式的A1。

现在问题是，作为参考值的振幅A0取多少呢？

博主查阅很多帖子、博文，这里是最一团浆糊的地方。有的博文取600，是基于它视噪音的振幅为600的假设，此时算出来的是相对背景噪音的分贝值，要是用户不对麦克风发出声音，算出的基本都是0分贝。而用户实际使用场景下的背景噪音大小千差万别，咱要是也照葫芦画瓢就不对了，尤其是对于那些制作绝对分贝计的需求，应找出20微帕声压值对应的振幅（或者也可以拿一个标准分贝计做校准参考）。

博主比较懒，把A0定为1，即Android设备麦克风所能”听“到的最小声音振幅。这样拿到测量值振幅直接代入第二个公式的A1中，即可算出分贝值了。

Android API
使用麦克风需要在AndroidManifest.xml里申请相应权限：

复制代码代码如下:

<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />

能够获得音源数据的类有两个：android.media.MediaRecorder和android.media.AudioRecord。

MediaRecorder：

这个类的对象初始化比较麻烦，因为它是被设计用来录制一段完整的音频并写入文件系统中的。但是初始化之后获得振幅却比较方便，我们直接用它的无参方法getMaxAmplitude即可获得一小段时间内音源数据中的最大振幅。不过取最大值的可能弊端是会受到极端数据的影响，使得后来计算的分贝值波动比较大。不过这个方法是很多录音应用计算音量等级所采用的办法。

该方法返回的是0到32767范围的16位整型，原理可能是对一段值域为-32768到32767的音源数据取其中绝对值最大的值并返回。这个值与单位为帕斯卡的声压值是有线性函数关系的。另外需要注意的是第一次调用这个方法取得的值是0，代入公式中算出的分贝值是负无穷大，故需要在代码中对这种情况做判断。可以算出，由于getMaxAmplitude返回的数值最大是32767，因此算出的最大分贝值是90.3。也就是说，博主令参考振幅值为1，计算出的分贝值正常值域为0 dB 到90.3 dB。

演示代码如下，基于hongfa.yy的代码改写：

package com.example.myapp;import java.io.File;import java.io.IOException;import android.media.MediaRecorder;import android.os.Handler;import android.util.Log;/** * amr音频处理 * * @author hongfa.yy * @version 创建时间2012-11-21 下午4:33:28 */public class MediaRecorderDemo {  private final String TAG = "MediaRecord";  private MediaRecorder mMediaRecorder;  public static final int MAX_LENGTH = 1000 * 60 * 10;// 最大录音时长1000*60*10;  private String filePath;  public MediaRecorderDemo(){    this.filePath = "/dev/null";  }  public MediaRecorderDemo(File file) {    this.filePath = file.getAbsolutePath();  }  private long startTime;  private long endTime;  /**   * 开始录音 使用amr格式   *   *      录音文件   * @return   */  public void startRecord() {    // 开始录音 /* ①Initial：实例化MediaRecorder对象 */    if (mMediaRecorder == null)      mMediaRecorder = new MediaRecorder();    try {  /* ②setAudioSource/setVedioSource */      mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 设置麦克风  /* ②设置音频文件的编码：AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 声音的（波形）的采样 */      mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);        /*  * ②设置输出文件的格式：THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式  * ，H263视频/ARM音频编码)、MPEG-4、RAW_AMR(只支持音频且音频编码要求为AMR_NB)  */      mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);  /* ③准备 */      mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);      mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);      mMediaRecorder.prepare();  /* ④开始 */      mMediaRecorder.start();      // AudioRecord audioRecord.  /* 获取开始时间* */      startTime = System.currentTimeMillis();      updateMicStatus();      Log.i("ACTION_START", "startTime" + startTime);    } catch (IllegalStateException e) {      Log.i(TAG,          "call startAmr(File mRecAudioFile) failed!"              + e.getMessage());    } catch (IOException e) {      Log.i(TAG,          "call startAmr(File mRecAudioFile) failed!"              + e.getMessage());    }  }  /**   * 停止录音   *   */  public long stopRecord() {    if (mMediaRecorder == null)      return 0L;    endTime = System.currentTimeMillis();    Log.i("ACTION_END", "endTime" + endTime);    mMediaRecorder.stop();    mMediaRecorder.reset();    mMediaRecorder.release();    mMediaRecorder = null;    Log.i("ACTION_LENGTH", "Time" + (endTime - startTime));    return endTime - startTime;  }  private final Handler mHandler = new Handler();  private Runnable mUpdateMicStatusTimer = new Runnable() {    public void run() {      updateMicStatus();    }  };  /**   * 更新话筒状态   *   */  private int BASE = 1;  private int SPACE = 100;// 间隔取样时间  private void updateMicStatus() {    if (mMediaRecorder != null) {      double ratio = (double)mMediaRecorder.getMaxAmplitude() /BASE;      double db = 0;// 分贝      if (ratio > 1)        db = 20 * Math.log10(ratio);      Log.d(TAG,"分贝值："+db);      mHandler.postDelayed(mUpdateMicStatusTimer, SPACE);    }  }}

AudioRecord：

这个类可以获得具体的音源数据值。将一段音源数据用read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes)方法从缓冲区读取到我们传入的字节数组audioData后，便可以对其进行操作，如求平方和或绝对值的平均值。这样可以避免个别极端值的影响，使计算的结果更加稳定。求得平均值之后，如果是平方和则代入常数系数为10的公式中，如果是绝对值的则代入常数系数为20的公式中，算出分贝值。

演示代码如下：

package com.example.myapp;import android.media.AudioFormat;import android.media.AudioRecord;import android.media.MediaRecorder;import android.util.Log;/** * Created by greatpresident on 2014/8/5. */public class AudioRecordDemo {  private static final String TAG = "AudioRecord";  static final int SAMPLE_RATE_IN_HZ = 8000;  static final int BUFFER_SIZE = AudioRecord.getMinBufferSize(SAMPLE_RATE_IN_HZ,          AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);  AudioRecord mAudioRecord;  boolean isGetVoiceRun;  Object mLock;  public AudioRecordDemo() {    mLock = new Object();  }  public void getNoiseLevel() {    if (isGetVoiceRun) {      Log.e(TAG, "还在录着呢");      return;    }    mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,        SAMPLE_RATE_IN_HZ, AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT,        AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, BUFFER_SIZE);    if (mAudioRecord == null) {      Log.e("sound", "mAudioRecord初始化失败");    }    isGetVoiceRun = true;    new Thread(new Runnable() {      @Override      public void run() {        mAudioRecord.startRecording();        short[] buffer = new short[BUFFER_SIZE];        while (isGetVoiceRun) {          //r是实际读取的数据长度，一般而言r会小于buffersize          int r = mAudioRecord.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);          long v = 0;          // 将 buffer 内容取出，进行平方和运算          for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {            v += buffer[i] * buffer[i];          }          // 平方和除以数据总长度，得到音量大小。          double mean = v / (double) r;          double volume = 10 * Math.log10(mean);          Log.d(TAG, "分贝值:" + volume);          // 大概一秒十次          synchronized (mLock) {            try {              mLock.wait(100);            } catch (InterruptedException e) {              e.printStackTrace();            }          }        }        mAudioRecord.stop();        mAudioRecord.release();        mAudioRecord = null;      }    }).start();  }}

实测结果（设备小米2S），MediaRecorderDemo波动很大，只要对麦克风一吹气，分贝值就能上90：