Android中即時擷取音量分貝值詳解_Android

基礎知識

度量聲音強度，大家最熟悉的單位就是分貝（decibel，縮寫為dB）。這是一個無綱量的相對單位，計算公式如下：

分子是測量值的聲壓，分母是參考值的聲壓（20微帕，人類所能聽到的最小聲壓）。因此日常中說道聲音強度是多少多少分貝時，都是預設了一個很小的參考值的。

而Android裝置感應器可以提供的物理量是場的幅值（amplitude），常用下列公式計算分貝值：

從SDK中讀取了某段音頻資料的振幅後，取最大振幅或平均振幅（可以用平方和平均，或絕對值的和平均），代入上述公式的A1。

現在問題是，作為參考值的振幅A0取多少呢？

博主查閱很多文章、博文，這裡是最一團漿糊的地方。有的博文取600，是基於它視噪音的振幅為600的假設，此時算出來的是相對背景雜音的分貝值，要是使用者不對麥克風發出聲音，算出的基本都是0分貝。而使用者實際使用情境下的背景雜音大小千差萬別，咱要是也照葫蘆畫瓢就不對了，尤其是對於那些製作絕對分貝計的需求，應找出20微帕聲壓值對應的振幅（或者也可以拿一個標準分貝計做校準參考）。

博主比較懶，把A0定為1，即Android裝置麥克風所能”聽“到的最小聲音振幅。這樣拿到測量值振幅直接代入第二個公式的A1中，即可算出分貝值了。

Android API
使用麥克風需要在AndroidManifest.xml裡申請相應許可權：

複製代碼 代碼如下:

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

能夠獲得音來源資料的類有兩個：android.media.MediaRecorder和android.media.AudioRecord。

MediaRecorder：

這個類的對象初始化比較麻煩，因為它是被設計用來錄製一段完整的音頻並寫入檔案系統中的。但是初始化之後獲得振幅卻比較方便，我們直接用它的無參方法getMaxAmplitude即可獲得一小段時間內音來源資料中的最大振幅。不過取最大值的可能弊端是會受到極端資料的影響，使得後來計算的分貝值波動比較大。不過這個方法是很多錄音應用計算音量等級所採用的辦法。

該方法返回的是0到32767範圍的16位整型，原理可能是對一段範圍為-32768到32767的音來源資料取其中絕對值最大的值並返回。這個值與單位為帕斯卡的聲壓值是有線性函數關係的。另外需要注意的是第一次調用這個方法取得的值是0，代入公式中算出的分貝值是負無窮大，故需要在代碼中對這種情況做判斷。可以算出，由於getMaxAmplitude返回的數值最大是32767，因此算出的最大分貝值是90.3。也就是說，博主令參考振幅值為1，計算出的分貝值正常範圍為0 dB 到90.3 dB。

示範代碼如下，基於hongfa.yy的代碼改寫：

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音頻處理 * * @author hongfa.yy * @version 建立時間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;// 最大錄音時間長度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;  /**   * 開始錄音 使用amr格式   *   *      錄音檔案   * @return   */  public void startRecord() {    // 開始錄音 /* ①Initial：執行個體化MediaRecorder對象 */    if (mMediaRecorder == null)      mMediaRecorder = new MediaRecorder();    try {  /* ②setAudioSource/setVedioSource */      mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 設定麥克風  /* ②設定音頻檔案的編碼：AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 聲音的（波形）的採樣 */      mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);        /*  * ②設定輸出檔案的格式：THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式  * ，H263視頻/ARM音頻編碼)、MPEG-4、RAW_AMR(只支援音頻且音頻編碼要求為AMR_NB)  */      mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);  /* ③準備 */      mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);      mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);      mMediaRecorder.prepare();  /* ④開始 */      mMediaRecorder.start();      // AudioRecord audioRecord.  /* 擷取開始時間* */      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());    }  }  /**   * 停止錄音   *   */  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();    }  };  /**   * 更新話筒狀態   *   */  private int BASE = 1;  private int SPACE = 100;// 間隔取樣時間  private void updateMicStatus() {    if (mMediaRecorder != null) {      double ratio = (double)mMediaRecorder.getMaxAmplitude() /BASE;      double db = 0;// 分貝      if (ratio > 1)        db = 20 * Math.log10(ratio);      Log.d(TAG,"分貝值："+db);      mHandler.postDelayed(mUpdateMicStatusTimer, SPACE);    }  }}

AudioRecord：

這個類可以獲得具體的音來源資料值。將一段音來源資料用read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes)方法從緩衝區讀取到我們傳入的位元組數組audioData後，便可以對其進行操作，如求平方和或絕對值的平均值。這樣可以避免個別極端值的影響，使計算的結果更加穩定。求得平均值之後，如果是平方和則代入常數係數為10的公式中，如果是絕對值的則代入常數係數為20的公式中，算出分貝值。

示範代碼如下：

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, "還在錄著呢");      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初始化失敗");    }    isGetVoiceRun = true;    new Thread(new Runnable() {      @Override      public void run() {        mAudioRecord.startRecording();        short[] buffer = new short[BUFFER_SIZE];        while (isGetVoiceRun) {          //r是實際讀取的資料長度，一般而言r會小於buffersize          int r = mAudioRecord.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);          long v = 0;          // 將 buffer 內容取出，進行平方和運算          for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {            v += buffer[i] * buffer[i];          }          // 平方和除以資料總長度，得到音量大小。          double mean = v / (double) r;          double volume = 10 * Math.log10(mean);          Log.d(TAG, "分貝值:" + 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();  }}

實測結果（裝置小米2S），MediaRecorderDemo波動很大，只要對麥克風一吹氣，分貝值就能上90：

而AudioRecordDemo就很穩定了，很用力吹氣也很難到88以上：