실제 음향은 아날로그 신호이다. 즉, 실수 시공간으로부터 실수 음량공간으로의 함수이다. 이러한 아날로그 신호는 그대로 사용될 수도 있으나(라디오, 전화 등), 컴퓨터에서는 보통 이를 디지털 신호로 바꾸어 사용하게 된다.
ADC(Analog-to-Digital Converter)는 아날로그 음향(아날로그 신호)을 수치표현의 디지털 형태로 변환하는데 사용된다. 디지털 형태로 변환하는 주된 이유는, 디지털 형태의 음향은 저장, 전송, 복사, 처리시 음질의 저하를 없앨 수 있기 때문이다. DAC(Digital-to-Analog Converter)는 수치표현을 다시 아날로그 신호로 변환하는데, 이것은 증폭된 후 스피커를 통해 나가게 된다.
표본화(sampling)
아날로그 음향을 디지털 형태로 변환하는 과정을 알아보자. 매우 짧은 주기로 아날로그 신호의 샘플을 취하여 아날로그 신호의 음량(amplitude)값을 얻어내는 과정을 표본화(sampling)라 한다. 정밀도(resolution)라는 것은 신호의 음량값을 나타내는데 사용되는 비트수를 의미하는데, 정밀도가 높을수록 나타내어질 수 있는 음량값의 개수가 커지게 된다. 예를 들어, 오디오 CD는 16비트의 정밀도를 지니는데, 한 지점에서의 음량 레벨이 65,536개의 값중 하나를 가질 수 있다. 반면, 8비트 오디오는 256개의 음량 레벨을 가지게 된다.
음향 레벨의 개수가 짧아질수록 음질은 좋아지게 된다. 그 이유는 ADC과정중에, 표본화한 아날로그 신호의 값을 가까운 음량 레벨로 반올림시키는 과정이 있기 때문이다. 이러한 과정을 양자화(quantization)라고 한다. 표본화와 양자화과정을 거치고 나면 원래 신호와 차이가 나게되는데, 이 과정에서 생기는 차이를 각각 표본화오류와 양자화 오류라고 일컫는다. 이는 일종의 계단효과로 이해하면 된다. 어떤 하이파이 애호가들은 바로 이점을 두고 디지털 오디오가 아날로그 오디오보다 더 귀에 거슬린다고들 한다. 그래서 제작자들은 디지털 오디오를 아날로그로 내보낼 때, 백색잡음(white noise)을 더하기도 하고, 디지털-아날로그 변
환 단계에서 이 '계단'효과를 줄이려고 필터를 이용하기도 한다. 정밀도를 증가시키면 양자화잡음이 가져오는 영향을 감소시켜 보다 원음에 가까운 디지털 오디오를 생성할 수 있으나, 반면 이를 표현하는데 더 많은 비트수가 필요하므로 더 많은 저장 공간, 더 많은 처리가 요구되는 단점이 있다.
ADC는 한 순간에 하나의 아날로그 신호의 샘플을 취하여 디지털화하는데 ,아날로그 신호의 샘플이 얼마만큼 자주 취해질 것인가를 결정하는 것이 표본화율(sampling rate)이다. 나이퀴스트 정리(Nyquist theorem)에 따르면, 표본화율은 가장 높은 주파수의 2배이어야 한다-한 주기의 파형은 두 개의 값, 즉, 양의 값, 음의 값을 가지기 때문이다. 예를 들어 오디오 CD는 44.1KHz의 샘플링율을 가지는데, 나타낼 수 있는 최고 주파수가 22.05KHz이기 때문이다. 그림에서[Burger p36]에서 보듯 정밀도와 표본화율은 디지털화된 오디오가 얼마나 원래의 것에 가까운지를 결정하게 된다. 정밀도와 샘플링율을 높이면 더 원음에 가까운 디지털 오디오를 얻는 반면, 그만큰 더 많은 양의 데이터가 요구된다. 예를 들어, CD 음질의 오디오 1분을 저장하기 위해서는, (44.1 KHz * 16 bits * 60 sec) / 8 = 5.292 MB라는 많은 데이터가 필요하다.
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