计算分贝

Question

我正在使用 XNA 库录制麦克风输入（我不认为这确实是特定于技术的，但它从来没有坏处）。每次我拿到样本时我都会计算分贝。我在互联网上进行了很多搜索，但没有找到可靠的例子...

这是我尝试从样本计算分贝：

        double peak = 0;

        for (var i = 0; i < _buffer.Length; i = i + 2)
        {
            var sample = BitConverter.ToInt16(_buffer, i);
            if (sample > peak)
                peak = sample;
            else if (sample < -peak)
                peak = -sample;
        }

        var decibel = (20 * Math.Log10(peak/32768));

如果我将分贝值输出到屏幕上，我可以看到随着我声音变大，值会变高当我说话更轻声时，声音更低。然而，当我绝对安静时，它总是徘徊在 -40 左右……我认为它会是 -90。我上面的块中一定有计算错误吗？根据我在一些网站上读到的内容，-40 相当于“轻声说话”……但是，它是完全安静的。

另外，如果我将麦克风静音，它会直接变为 -90。

我做错了吗？

Answer 1

测量声音信号的电平时，应根据 RMS 值计算 dB。在您的示例中，您正在查看绝对峰值水平。单个（峰值）样本值决定您的 dB 值，即使所有其他样本都恰好为 0。

尝试这样做：

double sum = 0;
for (var i = 0; i < _buffer.length; i = i + 2)
{
    double sample = BitConverter.ToInt16(_buffer, i) / 32768.0;
    sum += (sample * sample);
}
double rms = Math.Sqrt(sum / (_buffer.length / 2));
var decibel = 20 * Math.Log10(rms);

对于“瞬时”dB 级别，您通常会计算 20-50 ms 段内的 RMS。
请注意，计算出的 dB 值是相对于满量程的。对于声音，dB 值应与 20 uPa 相关，并且您需要校准信号以找到从数字值到压力值的正确转换。

Answer 2

我很欣赏 Han 的帖子，并使用他的示例编写了一个可以计算 8 位和 16 位音频格式（具有多个通道）的分贝的例程。

public double MeasureDecibels(byte[] samples, int length, int bitsPerSample,
        int numChannels, params int[] channelsToMeasure)
    {
        if (samples == null || length == 0 || samples.Length == 0)
        {
            throw new ArgumentException("Missing samples to measure.");
        }
        //check bits are 8 or 16.
        if (bitsPerSample != 8 && bitsPerSample != 16)
        {
            throw new ArgumentException("Only 8 and 16 bit samples allowed.");
        }
        //check channels are valid
        if (channelsToMeasure == null || channelsToMeasure.Length == 0)
        {
            throw new ArgumentException("Must have target channels.");
        }
        //check each channel is in proper range.
        foreach (int channel in channelsToMeasure)
        {
            if (channel < 0 || channel >= numChannels)
            {
                throw new ArgumentException("Invalid channel requested.");
            }
        }

        //ensure we have only full blocks. A half a block isn't considered valid.
        int sampleSizeInBytes = bitsPerSample / 8;
        int blockSizeInBytes = sampleSizeInBytes * numChannels;
        if (length % blockSizeInBytes != 0)
        {
            throw new ArgumentException("Non-integral number of bytes passed for given audio format.");
        }

        double sum = 0;
        for (var i = 0; i < length; i = i + blockSizeInBytes)
        {
            double sumOfChannels = 0;
            for (int j = 0; j < channelsToMeasure.Length; j++)
            {
                int channelOffset = channelsToMeasure[j] * sampleSizeInBytes;
                int channelIndex = i + channelOffset;
                if (bitsPerSample == 8)
                {
                    sumOfChannels = (127 - samples[channelIndex]) / byte.MaxValue;
                }
                else
                {
                    double sampleValue = BitConverter.ToInt16(samples, channelIndex);
                    sumOfChannels += (sampleValue / short.MaxValue);
                }
            }
            double averageOfChannels = sumOfChannels / channelsToMeasure.Length;
            sum += (averageOfChannels * averageOfChannels);
        }
        int numberSamples = length / blockSizeInBytes;
        double rootMeanSquared = Math.Sqrt(sum / numberSamples);
        if (rootMeanSquared == 0)
        {
            return 0;
        }
        else
        {
            double logvalue = Math.Log10(rootMeanSquared);
            double decibel = 20 * logvalue;
            return decibel;
        }
    }

Answer 3

我认为 Yann 的意思是分贝是一个相对尺度。如果您尝试测量实际的声压级或 SPL，则需要进行校准。您测量的是 dBFS（我认为是满量程分贝）。您正在测量信号比系统可以表示的最大可能信号（“满量程”信号，或这些 16 位样本的 32768）安静多少分贝。这就是为什么所有的值都是负的。