Android中实时获取音量分贝值详解

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：
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;

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;
  
  public void startRecord() {
    // 开始录音
 
    if (mMediaRecorder == null)
      mMediaRecorder = new MediaRecorder();
    try {
  
      mMediaRecorder.setAudiOSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 设置麦克风
  
      mMediaRecorder.setOutputFORMat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
        
      mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);
  
      mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);
      mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);
      mMediaRecorder.prepare();
  
      mMediaRecorder.start();
      // AudioRecord audioRecord.
  
      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());
    }
  }
  
  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();
    }
  };
  
  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;

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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