Цифровий звук

Аналогово-цифровий перетворювач здійснює заміри амплітуди звукового сигналу з певною частотою дискретизації (sample rate) та з певною роздільністю (bit resolution). Відповідно основними якісними характеристиками цифрового аудіо є такі:

• Частота дискретизації, що визначає частоту, з якою здійснюються заміри амплітуди сигналу і вимірюється у Герцах або кілогерцах (кГц). Згідно з теоремою Котельникова, частота дискретизація повинна бути щонайменше вдвічі більшою за найвищу частоту корисного сигналу. Оскільки людина сприймає звуки частотою до 20 кГц, то для якісного аудіо частота дискретизація повинна бути щонайменше вдвічі вищою за цю частоту.
• Амплітудна роздільність, що визначає точність, з якою здійснюються заміри амплітуди сигналу. Амплітудна роздільність вимірюється у кількості бітів, що відводяться для запису значення амплітуди (семплу). Оскільки 1 біт = одному розряду у двійковій системі, ця величина називається розрядністю, а кількість можливих значень амплітуди x та кількість розрядів наступним y описується відношенням ${\displaystyle x=2^{y}}$. Тобто, наприклад, 16 бітова розрядність забезпечує запис 2¹⁶ = 65 536 рівнів амплітуди.

Підвищення обох параметрів уможливлюють якісніше оцифрування звуку, проте збільшують і обсяги даних. Тому на практиці вживаються різні стандарти дискретизації та розрядності. Наприклад, стандартний Audio CD має частоту дискретизації 44,1 кГц (44,100 семпли в секунду) та 16-бітову розрядність для кожного каналу (стерео). Натомість DVD-Audio може використовувати частоту дискретизації до 192 кГц, а розрядність — до 24 біт.

Якщо записуваний сигнал включає частоти, вищі за максимально припустиму граничну частоту (англ. Nyquist frequency), при його оцифруванні виникає ефект накладання спектрів частот (англ. aliasing). Для запобігання цього ефекту необхідний фільтр захисту накладання спектрів, що обмежує спектр сигналу граничною частотою.

Іншим небажаним ефектом при оцифруванні звуку є шум квантування, що виникає внаслідок округлення значень амплітуди. Шум квантування сприймається як доволі неприємне спотворення на частоті 3-5 кГц. Для зменшення цього ефекту використовується дитеринг, ефект додавання до сигналу псевдовипадкового сигналу. Хоча загальний рівень шумів при дитерингу збільшується, суб'єктивно сприйманий неприємний ефект — зменшується.

Завданням як аналогової, так і цифрової систем є відтворення звуку з максимальною якістю. Проте існують ряд перешкод для досягнення бажаного результату:

• Аналоговий рівень власних шумів, який залежить від ємності та індуктивності, що обмежують смугу пропускання системи, а також опору, що обмежує амплітуду.
• Цифровий шум квантизації, який залежить від частоти дискретизації, що обмежує смуги пропускання, а також розрядності, що обмежує динамічний діапазон.

Для досягнення вищої якості запису необхідні високоякісні компоненти, що збільшує загальну вартість обладнання.