iOS噪音计原理、分贝计

最近在办公室觉得有点吵，然后想测一下噪音，在App Store下载了几款测噪音软件，都大同小异。于是决定自己实现测噪音的原理。

分贝dB

首先要测量噪音，必须知道噪音的大小的参考的单位为分贝（dB），分贝的定义如下：

SPL = 20lg[p(e)/p(ref)]

p(e)为待测的有效声压，p(ref)为参考声压，一般取2*10E-5帕，这是人耳能分辨的最小声压（1KHz）。

就是说噪音每增加20dB，声压增强了10倍。

iOS测噪音原理

iOS设备测量噪音原理非常简单：调用系统麦克风，根据麦克风输入强度计算转化为对应的dB值。但是，实现的过程可是坑满满。

找到了一篇博客介绍iOS硬件的调用:iOS开发系列--音频播放、录音、视频播放、拍照、视频录制

iOS的AVFoundation框架中有一个AVAudioRecorder类专门处理录音操作，详见Apple文档

在AVAudioRecorder.h中找到下列方法

- (void)updateMeters; /* call to refresh meter values */ 更新麦克风测量值
- (float)peakPowerForChannel:(NSUInteger)channelNumber; /* returns peak power in decibels for a given channel */ 获取峰值
- (float)averagePowerForChannel:(NSUInteger)channelNumber; /* returns average power in decibels for a given channel */ 获取平局值

- (float)averagePowerForChannel:(NSUInteger)channelNumber;文档中描述：

Return Value

The current average power, in decibels, for the sound being recorded. A return value of 0 dB indicates full scale, or maximum power; a return value of -160 dB indicates minimum power (that is, near silence).

If the signal provided to the audio recorder exceeds ±full scale, then the return value may exceed 0 (that is, it may enter the positive range).

Discussion

To obtain a current average power value, you must call the updateMeters method before calling this method.

也就是说获取的麦克风测量值返回值范围为 -160dB ~ 0dB,并且注意最后那句话返回值可能超过0。

转化公式

获取的的测量值为 -160 ~ 0dB ，如何转化为我们所要的噪音值呢？在网上找了很多资料都没有结果，于是就自己摸索转化公式。

刚开始想到的是利用分贝计算公式SPL = 20lg[p(e)/p(ref)]进行计算，后来直接放弃这个方案，因为这是一个对数运算，获取到的值非常稳定，几乎不会波动，与其他的测噪软件所得的分贝值出入太大。

然后发现有个App在麦克风没有输入时显示-55dB

于是思路就有了。

其他测噪音软件的量程均为0~110dB,而我们获取的的测量值为 -160 ~ 0dB，两者之间差了50dB，也就是说以麦克风的测量值的-160dB+50dB = -110dB作为起点，0dB作为Max值,恰好量程为0~110dB.

问题看似结束，但是直接以50dB作为补偿测量结果会偏大。最后选择了分段进行处理，代码如下

-(void)audioPowerChange{
    
    [self.audioRecorder updateMeters];//更新测量值
    float power = [self.audioRecorder averagePowerForChannel:0];// 均值
    float powerMax = [self.audioRecorder peakPowerForChannel:0];// 峰值
    NSLog(@"power = %f, powerMax = %f",power, powerMax);
    
    CGFloat progress = (1.0 / 160.0) * (power + 160.0);
    
    // 关键代码
    power = power + 160  - 50;
    
    int dB = 0;
    if (power < 0.f) {
        dB = 0;
    } else if (power < 40.f) {
        dB = (int)(power * 0.875);
    } else if (power < 100.f) {
        dB = (int)(power - 15);
    } else if (power < 110.f) {
        dB = (int)(power * 2.5 - 165);
    } else {
        dB = 110;
    }
    
    NSLog(@"progress = %f, dB = %d", progress, dB);
    self.powerLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%ddB", dB];
    [self.audioPowerProgress setProgress:progress];

}

效果如下：

Demo下载地址：
Noise-meter-Demo