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Android实时获取音量(单位:分贝)

音频杂谈 小众声学 528浏览 0评论

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:

L_p=20 \log_{10}\left(\frac{p_{\mathrm{rms}}}{p_{\mathrm{ref}}}\right)\mbox{ dB}

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。

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:

L_\mathrm{dB} = 10 \log_{10} \bigg(\frac{A_1^2}{A_0^2}\bigg) = 20 \log_{10} \bigg(\frac{A_1}{A_0}\bigg). \,

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:

  1. <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:

在CODE上查看代码片

  1. package com.example.myapp;
  2. import java.io.File;
  3. import java.io.IOException;
  4. import android.media.MediaRecorder;
  5. import android.os.Handler;
  6. import android.util.Log;
  7. /**
  8.  * amr音频处理
  9.  *
  10.  * @author hongfa.yy
  11.  * @version 创建时间2012-11-21 下午4:33:28
  12.  */
  13. public class MediaRecorderDemo {
  14.     private final String TAG = “MediaRecord”;
  15.     private MediaRecorder mMediaRecorder;
  16.     public static final int MAX_LENGTH = 1000 * 60 * 10;// 最大录音时长1000*60*10;
  17.     private String filePath;
  18.     public MediaRecorderDemo(){
  19.         this.filePath = “/dev/null”;
  20.     }
  21.     public MediaRecorderDemo(File file) {
  22.         this.filePath = file.getAbsolutePath();
  23.     }
  24.     private long startTime;
  25.     private long endTime;
  26.     /**
  27.      * 开始录音 使用amr格式
  28.      *
  29.      *            录音文件
  30.      * @return
  31.      */
  32.     public void startRecord() {
  33.         // 开始录音
  34.         /* ①Initial:实例化MediaRecorder对象 */
  35.         if (mMediaRecorder == null)
  36.             mMediaRecorder = new MediaRecorder();
  37.         try {
  38.             /* ②setAudioSource/setVedioSource */
  39.             mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);// 设置麦克风
  40.             /* ②设置音频文件的编码:AAC/AMR_NB/AMR_MB/Default 声音的(波形)的采样 */
  41.             mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
  42.                         /*
  43.              * ②设置输出文件的格式:THREE_GPP/MPEG-4/RAW_AMR/Default THREE_GPP(3gp格式
  44.              * ,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)
  45.              */
  46.             mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AMR_NB);
  47.             /* ③准备 */
  48.             mMediaRecorder.setOutputFile(filePath);
  49.             mMediaRecorder.setMaxDuration(MAX_LENGTH);
  50.             mMediaRecorder.prepare();
  51.             /* ④开始 */
  52.             mMediaRecorder.start();
  53.             // AudioRecord audioRecord.
  54.             /* 获取开始时间* */
  55.             startTime = System.currentTimeMillis();
  56.             updateMicStatus();
  57.             Log.i(“ACTION_START”“startTime” + startTime);
  58.         } catch (IllegalStateException e) {
  59.             Log.i(TAG,
  60.                     “call startAmr(File mRecAudioFile) failed!”
  61.                             + e.getMessage());
  62.         } catch (IOException e) {
  63.             Log.i(TAG,
  64.                     “call startAmr(File mRecAudioFile) failed!”
  65.                             + e.getMessage());
  66.         }
  67.     }
  68.     /**
  69.      * 停止录音
  70.      *
  71.      */
  72.     public long stopRecord() {
  73.         if (mMediaRecorder == null)
  74.             return 0L;
  75.         endTime = System.currentTimeMillis();
  76.         Log.i(“ACTION_END”“endTime” + endTime);
  77.         mMediaRecorder.stop();
  78.         mMediaRecorder.reset();
  79.         mMediaRecorder.release();
  80.         mMediaRecorder = null;
  81.         Log.i(“ACTION_LENGTH”“Time” + (endTime – startTime));
  82.         return endTime – startTime;
  83.     }
  84.     private final Handler mHandler = new Handler();
  85.     private Runnable mUpdateMicStatusTimer = new Runnable() {
  86.         public void run() {
  87.             updateMicStatus();
  88.         }
  89.     };
  90.     /**
  91.      * 更新话筒状态
  92.      *
  93.      */
  94.     private int BASE = 1;
  95.     private int SPACE = 100;// 间隔取样时间
  96.     private void updateMicStatus() {
  97.         if (mMediaRecorder != null) {
  98.             double ratio = (double)mMediaRecorder.getMaxAmplitude() /BASE;
  99.             double db = 0;// 分贝
  100.             if (ratio > 1)
  101.                 db = 20 * Math.log10(ratio);
  102.             Log.d(TAG,“分贝值:”+db);
  103.             mHandler.postDelayed(mUpdateMicStatusTimer, SPACE);
  104.         }
  105.     }
  106. }

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:

 

  1. package com.example.myapp;
  2. import android.media.AudioFormat;
  3. import android.media.AudioRecord;
  4. import android.media.MediaRecorder;
  5. import android.util.Log;
  6. /**
  7.  * Created by greatpresident on 2014/8/5.
  8.  */
  9. public class AudioRecordDemo {
  10.     private static final String TAG = “AudioRecord”;
  11.     static final int SAMPLE_RATE_IN_HZ = 8000;
  12.     static final int BUFFER_SIZE = AudioRecord.getMinBufferSize(SAMPLE_RATE_IN_HZ,
  13.                     AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
  14.     AudioRecord mAudioRecord;
  15.     boolean isGetVoiceRun;
  16.     Object mLock;
  17.     public AudioRecordDemo() {
  18.         mLock = new Object();
  19.     }
  20.     public void getNoiseLevel() {
  21.         if (isGetVoiceRun) {
  22.             Log.e(TAG, “还在录着呢”);
  23.             return;
  24.         }
  25.         mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,
  26.                 SAMPLE_RATE_IN_HZ, AudioFormat.CHANNEL_IN_DEFAULT,
  27.                 AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, BUFFER_SIZE);
  28.         if (mAudioRecord == null) {
  29.             Log.e(“sound”“mAudioRecord初始化失败”);
  30.         }
  31.         isGetVoiceRun = true;
  32.         new Thread(new Runnable() {
  33.             @Override
  34.             public void run() {
  35.                 mAudioRecord.startRecording();
  36.                 short[] buffer = new short[BUFFER_SIZE];
  37.                 while (isGetVoiceRun) {
  38.                     //r是实际读取的数据长度,一般而言r会小于buffersize
  39.                     int r = mAudioRecord.read(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
  40.                     long v = 0;
  41.                     // 将 buffer 内容取出,进行平方和运算
  42.                     for (int i = 0; i < buffer.length; i++) {
  43.                         v += buffer[i] * buffer[i];
  44.                     }
  45.                     // 平方和除以数据总长度,得到音量大小。
  46.                     double mean = v / (double) r;
  47.                     double volume = 10 * Math.log10(mean);
  48.                     Log.d(TAG, “分贝值:” + volume);
  49.                     // 大概一秒十次
  50.                     synchronized (mLock) {
  51.                         try {
  52.                             mLock.wait(100);
  53.                         } catch (InterruptedException e) {
  54.                             e.printStackTrace();
  55.                         }
  56.                     }
  57.                 }
  58.                 mAudioRecord.stop();
  59.                 mAudioRecord.release();
  60.                 mAudioRecord = null;
  61.             }
  62.         }).start();
  63.     }
  64. }

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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