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Android中实时获取音量分贝值详解

2019年07月24日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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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：

而audiorecorddemo就很稳定了，很用力吹气也很难到88以上：

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