Android中實時獲取音量分貝值詳解

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，都是默認了一個很小的參考值的。

而Android設備傳感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中讀取了某段音頻數據的振幅後，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？

博主查閱很多帖子、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噪音的分貝值，要是用戶不對麥克風發出聲音，算出的基本都是0分貝。而用戶實際使用場景下的背景噪音大小千差萬別，咱要是也照葫蘆畫瓢就不對了，尤其是對於那些制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准分貝計做校准參考）。

博主比較懶，把A0定為1，即Android設備麥克風所能”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裡申請相應權限：
復制代碼 代碼如下:
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" /> 

能夠獲得音源數據的類有兩個：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制一段完整的音頻並寫入文件系統中的。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源數據中的最大振幅。不過取最大值的可能弊端是會受到極端數據的影響，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采用的辦法。

該方法返回的是0到32767范圍的16位整型，原理可能是對一段值域為-32768到32767的音源數據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系的。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值域為0 dB 到90.3 dB。

演示代碼如下，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 創建時間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;// 最大錄音時長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
   *
   *      錄音文件
   * @return
   */
  public void startRecord() {
    // 開始錄音
 /* ①Initial：實例化MediaRecorder對象 */
    if (mMediaRecorder == null)
      mMediaRecorder = new MediaRecorder();
    try {
  /* ②setAudioSource/setVedioSource */
      mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 設置麥克風
  /* ②設置音頻文件的編碼：AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 聲音的（波形）的采樣 */
      mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
        /*
  * ②設置輸出文件的格式：THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式
  * ，H263視頻/ARM音頻編碼)、MPEG-4、RAW_AMR(只支持音頻且音頻編碼要求為AMR_NB)
  */
      mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);

  /* ③准備 */
      mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);
      mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);
      mMediaRecorder.prepare();
  /* ④開始 */
      mMediaRecorder.start();
      // AudioRecord audioRecord.
  /* 獲取開始時間* */
      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源數據值。將一段音源數據用read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes)方法從緩沖區讀取到我們傳入的字節數組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系數為10的公式中，如果是絕對值的則代入常數系數為20的公式中，算出分貝值。

演示代碼如下：

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是實際讀取的數據長度，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];
          }
          // 平方和除以數據總長度，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（設備小米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：