Hvorfor er lyden dårlig i mobilen?

Det kan godt være, at din nye mobil har et lækkert design og er spækket med smarte programmer, men når du bliver ringet op, er lydkvaliteten ofte lige så ringe som med halvfemsernes klodsede telefoner.

Stemmen lyder forvrænget, der er støj på linjen, og hvis der ikke er deciderede udfald undervejs, så er der sikkert forsinkelser, der gør, at I kommer til at tale i munden på hinanden.

Det har fået vores læser Peter Munch Kofoed til at sende følgende mail til Spørg Videnskaben:

»I de sidste mange år har udviklingen i mobiltelefoni og fastnettelefoni været på fuld udblæsning. Brugerinterfacet er blevet fantastisk meget bedre. Men på et punkt er der stort set ikke sket noget: Lyden. Hvorfor er lyden så elendig i (mobil)telefonen? Og hvad kan vi forvente os af fremtiden?« spørger han.

Tre årsager til ringe lyd

Vi deler hans undren og ringer derfor til professor Preben Mogensen fra Institut for Elektriske Systemer på Aalborg Universitet. Han forsker i mobilnetværk, og han kan derfor – på trods af forvrængede stemmer og forsinkelser – via sin mobiltelefon levere et klart svar på, hvorfor lydkvaliteten tit er så dårlig.

Det er der primært tre årsager til, fortæller han:

• For at gøre transmissionen mere effektiv bliver signalet sendt med en lille forsinkelse
  
• Lyden bliver komprimeret – bl.a. bliver de højeste toner skåret fra for at bruge mindre båndbredde
  
• Det er slet ikke den oprindelige stemme, der afspilles – det er en computermodel af afsenderens brystkasse, hals og mund

De tre punkter kræver vist en nærmere forklaring.

Komprimering forsinker lyden

Hvis man taler over lange afstande eller via satellitforbindelse, vil man opleve store forsinkelser, men selv på korte afstande sendes lyden en smule forsinket over mobilnetværket.

Systemet venter nemlig og samler en stump lyd af en vis størrelse op, før den komprimeres og sendes som en pakke, og det tager alt sammen tid.

»På GSM-netværket tager man 20 millisekunders tale ad gangen, og så analyserer man den og pakker den ned i et radiotransmissionsformat. Det tager et stykke tid at få informationen sendt, og så skal den pakkes ud i den anden ende igen,« siger Preben Mogensen.

»Hvis man har en mobiltelefon i begge ender, så introducerer man typisk en forsinkelse på omkring 150 millisekunder eller mere, og det er simpelthen for at lave effektiv transmission,« forklarer han.

Høje toner skæres fra

Når lyden bliver pakket, gøres det på en måde, så informationen fylder mindre. De øverste frekvenser af lyden bliver skåret fra, og stemmen får en lidt forvrænget klang.

Det er smart for teleselskaberne at komprimere lyden på den måde, fordi de så kan presse flere kunder igennem på den samme båndbredde. Det giver færre omkostninger per kunde og i sidste ende et billigere produkt.

»Lad os sige, at du vil forbedre båndbredden til en telefonsamtale til det dobbelte. Så svarer det næsten til, at du vil bruge to telefonkanaler til én bredbåndstelefonkanal, og så vil du kun kunne have det halve antal brugere i dit netværk, med mindre du går ud og øger kapaciteten,« siger Preben Mogensen.

Du hører slet ikke den rigtige stemme

Hvis du synes, at lydkvaliteten er så ringe, at det slet ikke lyder som din samtalepartners rigtige stemme, så er det faktisk slet ikke så underligt. Det er nemlig ikke den oprindelige stemme, der bliver sendt fra den ene telefon og afspillet i den anden. Det er i stedet en computergenereret lyd, forklarer professoren.

»For igen virkelig at kunne komprimere det her talesignal, så har man faktisk lavet en model af den menneskelige brystkasse, hals og mund. Hvert 20. millisekund går man ind og analyserer talesignalet, og så udtrækker man nogle modelparametre for, hvordan éns strubehoved og tunge har været igennem den her taleperiode på 20 millisekunder. Så det er i virkeligheden de her modelparametre, som man sender over luften i stedet for talesignalet,« siger Preben Mogensen.

Groft sagt kan en lille lydsekvens få tildelt bestemte værdier af modellen, alt efter hvordan dens algoritme beskriver, at brugerens taleapparat må have opført sig for at frembringe lydene.

Et parameter kan have værdien 7, et andet 5 og et tredje 4, og disse informationer fylder langt mindre, end hvis man skulle sende det faktiske talesignal. Løsningen giver dog problemer, hvis der er støj i baggrunden.

»Hvis det eneste, der kommer ind i mikrofonen, er det talte signal, så fungerer de her modeller faktisk ret godt, og kvaliteten er som regel god. Men hvis der er baggrundsstøj fra et diskotek eller en bilmotor, så begynder kvaliteten at falde drastisk, fordi baggrundsstøjen ikke passer til modellen, og så sker der noget yderligere forvrængning,« forklarer han.

Ringe lyd skyldes krav om billig telefoni

Ifølge Preben Mogensen er der især to grunde til, at samtalekvaliteten ikke er blevet bedre de seneste år.

Den ene er markedskræfter. Kunderne har i højere grad efterspurgt billig telefoni frem for god samtalekvalitet, og det har fået teleselskaberne til at komprimere signalet, så der spares på udgifter til båndbredde.

Den anden grund er det, Preben Mogensen med et engelsk ord kalder ’legacy’ – altså at teknologien er gået i arv, og det er besværligt at skifte til en ny standard. En enkelt kunde eller et enkelt netværk får ikke ret meget ud af at begynde med en bedre lydkvalitet, for der skal jo to til en samtale, så det kræver, at den anden kunde og hans netværk er med på at betale for at højne kvaliteten.

Kvaliteten kan blive bedre – hvis vi vil betale

Teknisk set er det muligt at øge kvaliteten af fremtidens telefonsamtaler. Det kan især gøres ved at øge båndbredden, så der ikke er behov for at komprimere lyden så meget.

Sidste år lancerede TDC det såkaldte ’HD Voice’, som netop kan give bedre lyd ved bl.a. at fjerne baggrundsstøj. Men det er indtil videre kun for erhvervskunder med bestemte telefoner koblet på 3G-netværket – og det virker kun, når de taler med andre HD Voice-brugere.

Preben Mogensen tror, at der i den bredere befolkning kan komme et større ønske om bedre lydkvalitet, men omvendt trækker kravet om billig telefoni i den anden retning. Derfor kan han ikke spå om, hvorvidt vores stemmer vil kunne gå klarere igennem på mobilnettet i den nærmeste fremtid.

»Jeg kan ikke give et konkret bud på, hvor det går hen, andet end at jeg ikke vil mene, at der er nogen problemer med at forbedre lydkvaliteten teknisk set, men at konkurrencesituationen kan gøre, at vi ikke kommer til at se det,« siger han.

Læseren Peter Munch Kofoed må derfor væbne sig med tålmodighed og håbe på, at andre kunder gerne vil betale lidt ekstra for at få teleselskaberne til at udbyde løsninger som HD Voice.

I mellemtiden kan han glæde sig over, at han som tak for spørgsmålet vil få tilsendt en Videnskab.dk t-shirt. Sådan én kan du også vinde ved at give udtryk for din egen videnskabelige undren via e-mail til Spørg Videnskaben på adressen sv@videnskab.dk.

Læs flere gode spørgsmål og svar fra Spørg Videnskaben i bogen ‘Hvorfor lugter mine egne prutter bedst?’. Den kan bl.a. bestilles via internetboghandelen Saxo.