Android 聲波測距可行性分析：雙手機音頻信號傳輸與距離計算

核心思路

利用手機揚聲器發射特定頻率聲波（如 8-9kHz，非 Hz），另一手機麥克風接收，通過飛行時間差 (TOF, Time of Flight) 計算距離：

距離 = 聲速 × 時間差 / 2 （往返需除 2；單向同步時鐘則不除）

關鍵技術難點

Android 實現關鍵 API

// 發射：AudioTrack (MODE_STATIC 或 MODE_STREAM)
AudioTrack track = new AudioTrack.Builder()
    .setAudioAttributes(new AudioAttributes.Builder()
        .setUsage(AudioAttributes.USAGE_MEDIA)
        .setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_SONIFICATION)
        .build())
    .setAudioFormat(new AudioFormat.Builder()
        .setEncoding(AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT)
        .setSampleRate(44100)
        .setChannelMask(AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO)
        .build())
    .setBufferSizeInBytes(bufferSize)
    .setTransferMode(AudioTrack.MODE_STREAM)
    .build();

// 寫入生成的正弦波/Chirp 字節數組
track.write(audioData, 0, audioData.length, AudioTrack.WRITE_BLOCKING);
track.play();

// 接收：AudioRecord
AudioRecord recorder = new AudioRecord.Builder()
    .setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC)
    .setAudioFormat(format)
    .setBufferSizeInBytes(minBufferSize)
    .build();
recorder.startRecording();
// 讀取數據進行互相關運算...

可行性評估

• 理論可行：聲速 340m/s，采樣率 44.1kHz 理論分辨率 ~7.7mm
• 實際誤差：典型手機環境下 0.5-2 米（受多徑、噪音、硬件差異主導）
• 適用場景：近距離相對定位（<5m）、室內導航輔助、設備配對近距驗證
• 不適用：高精度測量、長距離、強噪音環境

替代技術對比

結論與建議

聲波測距在雙手機場景下技術可行但工程落地極難，精度難以滿足實際產品需求。建議：

1. 學習/原型驗證：使用 Chirp 信號 + 互相關檢測，參考開源項目 chirp-android
2. 產品級需求：優先選用 UWB (需硬件支援) 或 WiFi RTT / BLE 5.1 AoA
3. 若必須用聲波：結合 雙向測距 (SDS-TWR) 消除時鐘偏移，加入 環境噪音自適應閾值