Hur tal och ljud blir bitar: sampling och Nyquist, kvantisering, PCM och kompandering, och varför radiosystem använder talkodare (AMBE+2, ACELP, AMR, EVS, Codec 2) som pressar ned 64 kbit/s till några kbit/s.
Nästan all modern talradio, från mobiltelefonen till DMR-stationen, börjar med att ljudet från mikrofonen görs om till en ström av siffror, som sedan packas ihop och skickas. Hur det går till avgör hur bra det låter, hur mycket spektrum samtalet behöver och hur lång tid det tar innan ordet når fram. Den här artikeln följer ljudet från mikrofon till bitström.
Mikrofonen ger en spänning som följer ljudtrycket, en analog signal. För att skicka den som bitar går den genom en kedja (figur 1). Först begränsas bandbredden med ett lågpassfilter. Sedan tas prov (sampling) med jämna mellanrum och varje prov avrundas till ett av ett begränsat antal värden (kvantisering). Det är en AD-omvandlare (analog-till-digital). Resultatet är en bitström som kallas PCM (pulskodmodulation, eng. pulse code modulation). En talkodare komprimerar den, en kanalkodare lägger till skydd mot fel och en modulator gör bitarna till en radiosignal (se kanalkodning och digital modulation). Mottagaren gör motsvarande steg i omvänd ordning.
Figur 1. Kedjan för digitalt tal. Siffrorna är hastigheten på bitströmmen i exemplet DMR. Talkodaren minskar hastigheten från 128 till 2,45 kbit/s, och kanalkodaren lägger till 1,15 kbit/s skydd mot fel.
Bithastigheten är det mått som styr resten. Varje bit som skickas kostar bandbredd eller sändareffekt (se kanalkapacitet), så en radiokanal är i praktiken en budget i kbit/s som talet ska rymmas i.
Att sampla betyder att mäta signalen gånger per sekund. Mellan två prov vet mottagaren ingenting om signalen, men det räcker om signalen inte hinner ändra sig för snabbt. Det är innehållet i samplingsteoremet, som förknippas med Harry Nyquist, Claude Shannon och Vladimir Kotelnikov: en signal vars frekvensinnehåll ligger under kan återskapas exakt ur sina prov om
Gränsen kallas Nyquistfrekvensen. Hur samplingen ser ut i frekvensdomänen beskrivs i tidsdomän och frekvensdomän och mer ingående i I/Q-signaler och sampling. Här räcker bilden i figur 3: samplingen gör kopior av hela spektrumet kring varje heltalsmultipel av . Så länge kopiorna inte överlappar kan ett filter plocka ut originalet.
Figur 2. Sampling med 8 kHz skapar kopior av spektrumet. Ett lågpassfilter före samplingen (streckat) måste ha dämpat helt vid 8 − 3,4 = 4,6 kHz. En störton vid 5 kHz skulle annars hamna inne i talbandet vid 3 kHz.
Om signalen innehåller frekvenser över hamnar deras kopior inne i det band man vill behålla, och de går inte att skilja från riktiga signaler. Det kallas vikning (eng. aliasing). Figur 2 visar det i tidsdomänen: en 7 kHz-ton som samplas 8 000 gånger per sekund ger exakt samma prov som en 1 kHz-ton. Mottagaren har inget sätt att veta vilken som sändes. Frekvensen viks till , där är det heltal som ger ett resultat mellan 0 och : 7 kHz blir kHz.
Figur 3. Vikning. De åtta proven från en 7 kHz-ton är identiska med proven från en (inverterad) 1 kHz-ton. Efter samplingen går det inte att avgöra vilken som fanns från början. Därför måste filtret ligga före AD-omvandlaren.
Eftersom skadan är gjord vid samplingen måste bandbegränsningen ske före den, med ett analogt lågpassfilter (antialiasfilter). Ett verkligt filter har ett övergångsband mellan det som släpps igenom och det som dämpas, och därför samplar man med lite marginal.
Varje prov är ett tal, men bara ett begränsat antal värden kan skrivas med bitar. En kvantiserare avrundar provet till närmaste av nivåer (figur 4, vänster). Om signalens fulla omfång är är steget . Avrundningen ger ett fel på högst som låter som svagt brus, kvantiseringsbrus.
Kvaliteten mäts som förhållandet mellan signalens effekt och kvantiseringsbrusets effekt, SQNR (eng. signal-to-quantization-noise ratio, jämför signal-brusförhållande). För en sinussignal med fullt utslag och jämn kvantisering gäller
Varje extra bit ger alltså 6 dB, eftersom ett steg blir hälften så stort (se decibel för 6 dB-regeln). Med 8 bitar blir det 49,9 dB, med 16 bitar (cd) 98,1 dB och med 24 bitar 146,2 dB (figur 4, höger).
Figur 4. Kvantisering. Vänster: en 3-bitars kvantiserare har åtta nivåer och ett fel på högst ett halvt steg. Höger: varje extra bit ger ca 6 dB bättre SQNR, enligt SQNR ≈ 6,02 N + 1,76 dB.
Källor och vidare läsning
ITU-T. Recommendation G.711: Pulse code modulation (PCM) of voice frequencies. PCM med A-lag och µ-lag, 8 kHz sampling, 64 kbit/s. Se även ITU-T G.114 om enkelriktad fördröjning (högst 150 ms för de flesta tillämpningar).
3GPP. TS 26.441: Codec for Enhanced Voice Services (EVS); General overview. EVS, Release 12. AMR-NB specificeras i TS 26.071 och AMR-WB i TS 26.171 (även ITU-T G.722.2).
Wikipedia. Enhanced Voice Services. Sekundärkälla som används för EVS bithastigheter (5,9–128 kbit/s), samplingsfrekvenser och Release 12. Hämtad 25 oktober 2026.
Prentice Hall (1978). L. R. Rabiner & R. W. Schafer: Digital Processing of Speech Signals. Grundbok om källa–filter-modellen, linjär prediktion och sampling av tal.
IEEE ICASSP (1985). M. R. Schroeder & B. S. Atal: Code-excited linear prediction (CELP): High-quality speech at very low bit rates. Ursprungsartikeln om CELP.
Använd gärna kunskapsbanken som källa i rapporter och uppsatser. Ange alltid datum, eftersom regler och tilldelningar ändras.
APA 7
SRFA Kunskapsbank. (2026). Digitalisering och ljudkodning. Sveriges Radiofrekvensallokering. https://srfa.se/kunskap/modulation/digitalisering-av-ljud/
Harvard
Sveriges Radiofrekvensallokering (2026). Digitalisering och ljudkodning. SRFA Kunskapsbank. Tillgänglig: https://srfa.se/kunskap/modulation/digitalisering-av-ljud/ (hämtad 24 oktober 2026).
Kunskapsbanken är en sammanställning för utbildning och referens. Den ersätter inte gällande föreskrifter och ger ingen rätt att sända. Kontrollera alltid aktuella villkor hos PTS.