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:

<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;

10. /**

  • amr音频处理
  • 17. private final String TAG = "MediaRecord";
    18. private MediaRecorder mMediaRecorder;
    19. public static final int MAX_LENGTH = 1000 * 60 * 10;// 最大录音时长10006010;
    20. private String filePath;
    22. public MediaRecorderDemo(){
    23. this.filePath = "/dev/null";
    24. }
    26. public MediaRecorderDemo(File file) {
    27. this.filePath = file.getAbsolutePath();
    28. }
    30. private long startTime;
    31. private long endTime;
    33. /
    34. * 开始录音 使用amr格式
    35. *
    36. * 录音文件
    37. *
    @return
    38.
    /
    39. public void startRecord() {
    40. // 开始录音
    41. /
    ①Initial:实例化MediaRecorder对象 /
    42. if (mMediaRecorder == null)
    43. mMediaRecorder = new MediaRecorder();
    44. try {
    45. /
    ②setAudioSource/setVedioSource /
    46. mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 设置麦克风
    47. /
    ②设置音频文件的编码:AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 声音的(波形)的采样 /
    48. mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
    49. /

    50. * ②设置输出文件的格式:THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式
    51. * ,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)
    52.
    /
    53. mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);
    55. /
    ③准备 /
    56. mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);
    57. mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);
    58. mMediaRecorder.prepare();
    59. /
    ④开始 /
    60. mMediaRecorder.start();
    61. // AudioRecord audioRecord.
    62. /
    获取开始时间* */
    63. startTime = System.currentTimeMillis();
    64. updateMicStatus();
    65. Log.i("ACTION_START", "startTime" + startTime);
    66. } catch (IllegalStateException e) {
    67. Log.i(TAG,
    68. "call startAmr(File mRecAudioFile) failed!"
    69. + e.getMessage());
    70. } catch (IOException e) {
    71. Log.i(TAG,
    72. "call startAmr(File mRecAudioFile) failed!"
    73. + e.getMessage());
    74. }
    75. }
    77. /

    78. * 停止录音
    79. *
    80.
    /
    81. public long stopRecord() {
    82. if (mMediaRecorder == null)
    83. return 0L;
    84. endTime = System.currentTimeMillis();
    85. Log.i("ACTION_END", "endTime" + endTime);
    86. mMediaRecorder.stop();
    87. mMediaRecorder.reset();
    88. mMediaRecorder.release();
    89. mMediaRecorder = null;
    90. Log.i("ACTION_LENGTH", "Time" + (endTime - startTime));
    91. return endTime - startTime;
    92. }
    94. private final Handler mHandler = new Handler();
    95. private Runnable mUpdateMicStatusTimer = new Runnable() {
    96. public void run() {
    97. updateMicStatus();
    98. }
    99. };
    100.
    101. /**
    102. * 更新话筒状态
    103. *
    104.
    /
    105. private int BASE = 1;
    106. private int SPACE = 100;// 间隔取样时间
    107.
    108. private void updateMicStatus() {
    109. if (mMediaRecorder != null) {
    110. double ratio = (double)mMediaRecorder.getMaxAmplitude() /BASE;
    111. double db = 0;// 分贝
    112. if (ratio > 1)
    113. db = 20 * Math.log10(ratio);
    114. Log.d(TAG,"分贝值:"+db);
    115. mHandler.postDelayed(mUpdateMicStatusTimer, SPACE);
    116. }
    117. }
    118. }

    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;

    10.
    */
    11. public class AudioRecordDemo {

    13. private static final String TAG = "AudioRecord";
    14. static final int SAMPLE_RATE_IN_HZ = 8000;
    15. static final int BUFFER_SIZE = AudioRecord.getMinBufferSize(SAMPLE_RATE_IN_HZ,
    16. AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
    17. AudioRecord mAudioRecord;
    18. boolean isGetVoiceRun;
    19. Object mLock;
    21. public AudioRecordDemo() {
    22. mLock = new Object();
    23. }
    25. public void getNoiseLevel() {
    26. if (isGetVoiceRun) {
    27. Log.e(TAG, "还在录着呢");
    28. return;
    29. }
    30. mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,
    31. SAMPLE_RATE_IN_HZ, AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT,
    32. AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, BUFFER_SIZE);
    33. if (mAudioRecord == null) {
    34. Log.e("sound", "mAudioRecord初始化失败");
    35. }
    36. isGetVoiceRun = true;
    38. new Thread(new Runnable() {
    39. @Override
    40. public void run() {
    41. mAudioRecord.startRecording();
    42. short[] buffer = new short[BUFFER_SIZE];
    43. while (isGetVoiceRun) {
    44. //r是实际读取的数据长度,一般而言r会小于buffersize
    45. int r = mAudioRecord.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
    46. long v = 0;
    47. // 将 buffer 内容取出,进行平方和运算
    48. for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {
    49. v += buffer[i] * buffer[i];
    50. }
    51. // 平方和除以数据总长度,得到音量大小。
    52. double mean = v / (double) r;
    53. double volume = 10 * Math.log10(mean);
    54. Log.d(TAG, "分贝值:" + volume);
    55. // 大概一秒十次
    56. synchronized (mLock) {
    57. try {
    58. mLock.wait(100);
    59. } catch (InterruptedException e) {
    60. e.printStackTrace();
    61. }
    62. }
    63. }
    64. mAudioRecord.stop();
    65. mAudioRecord.release();
    66. mAudioRecord = null;
    67. }
    68. }).start();
    69. }
    70. }

    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:

    参考链接:
    Android实时获取音量(单位:分贝)