Âm thanh là loại sóng truyền trong không gian và liên tục theo thời gian hay thuộc loại sóng tƣơng tự (analog). Do vậy muốn xử lý âm thanh ta phải số hoá tín hiệu âm thanh từ dạng tín hiệu tƣơng tự sang dạng tín hiệu số. Có hai qua trình cần thiết cho việc số hoá một tín hiệu tƣơng tự.
o Lấy mẫu tín hiệu tƣơng tự theo thời gian.
o Số hoá mẫu tín hiệu theo biên độ.
Trong quá trình số hoá, một tín hiệu tƣơng tự là mẫu đƣợc lấy với chu kỳ cố định. Quá trình lƣợng tử xác định mỗi mẫu ứng với một biên độ nhất định nào đó trong thời điểm lấy mẫu. Từ sự đo lƣờng, một tín hiệu rời rạc đƣợc lấy xấp xỉ với biên độ tại thời điểm đó và đƣợc chọn. Kết quả là dòng phản hồi của dầu ra trong qua trình số hoá tín hiệu tƣơng tự đƣợc gọi là tín hiệu số.
Khi lấy mẫu một tín hiệu tƣơng tự trong một khoảng thời gian cố định T giây, tần số lấy mẫu (còn gọi là tốc độ mẫu) là 1/T (Hz). Ví dụ : Trong khoảng thời gian 1/4000 giây, tín hiệu tƣơng tự đƣợc lấy mẫu một lần thì tần số lấy mẫu sẽ là 4000 Hz.
Định lý lấy mẫu là một định lý cơ bản trong truyền thông.
Định lý chỉ ra rằng: Một tín hiệu số được mô tả tương ứng từ một tín hiệu tương tự đơn giản nào đó thì tần số lấy mẫu, ít nhất cũng phải bằng hai lần tần số cực đại của tín hiệu tương tự. Nếu tần số lấy mẫu là F (Hz) thì tần số cực đại của tín hiệu tương tự không thể lớn hơn F/2 (Hz). Ví dụ : Ta muốn số hoá tín hiệu tiếng nói là 3.4 kHz thì tần số lấy mẫu phải là 6.8 hoặc lớn hơn.
Dạng chung nhất của các quá trình thu âm thanh số là dạng điều biến mã xung (PCM - Pulse Code Modulation). Đây là dạng mà phần lớn các đĩa compact và các tệp Wave sử dụng. Trong phần cứng thu thanh dạng PCM, một microphone chuyển dạng biến đổi áp suất không khí (các sóng âm thanh) thành dạng biến đổi điện áp.
Tthời gian (giây) nT T Dạng sóng tƣơng tự Dạng sóng tƣơng tự mÉu
Chu kỳ lấy mẫu
A m pl it ud e
Sau đó một bộ chuyển đổi tƣơng tự-số đo (mẫu hoá) dòng điện áp tại các quãng thời gian đều nhau. Ví dụ nhƣ, trong một đĩa compact có tới 44,100 mẫu đƣợc lấy mỗi giây. Mỗi điện áp mẫu hoá nhận đƣợc sẽ đƣợc chuyển đổi sang dạng số nguyên 16-bit. Một đĩa CD chứa 2 kênh dữ liệu: một cho tai trái, và một cho tai phải (đối với âm thanh dạng stereo). Hai kênh đƣợc thu thanh độc lập, đƣợc đặt theo cạnh (side) trên đĩa compact (dữ liệu cho các kênh trái và phải luân phiên nhau...trái, phải, trái, phải, ...). Dữ liệu nhận đƣợc từ quá trình thu thanh PCM là một hàm theo thời gian.