Il suono che viene percepito attraverso le nostre orecchie è composto da una serie di vibrazioni meccaniche continue. La realtà come la conosciamo noi è ,in altre parole, “analogica”, le nostre percezioni, uditive, visive, olfattive, eccetera sono continue nel tempo.

La registrazione/riproduzione di segnali audio ha inizialmente seguito la medesima via utilizzando le oscillazioni di una puntina su di un supporto morbido o il le variazioni di un campo elettromagnetico percepite da una testina sensibile. Tuttavia questi segnali erano soggetti a rumori e distorsioni dovute alle imperfezioni dei circuiti elettrici nei quali transitavano e ai supporti sopra i quali erano immagazzinati, basti pensare alla qualità di riproduzione dei vecchi lp o audiocassette.

Per risolvere queste problematiche la strada scelta è stata quella di utilizzare una codifica discreta o digitale dei segnali originali, memorizzando in fase di registrazione solo una parte del segnale originale in forma numerica ( campioni ) e ricostruendo lo stesso in fase di riproduzione.
La conversione del segnale in forma digitale passa attraverso due fasi contemporanee : il campionamento e la quantizzazione. Il campionamento consiste nella “cattura” ,ad intervalli di tempo regolari, del valore del segnale originario, mentre la quantizzazione è la rappresentazione del campione in un definito intervallo di valori. Immaginando una rappresentazione cartesiana dove l’asse delle ascisse è quello dei tempi e quello delle ordinate rappresenta l’ampiezza dei valori che vi possono essere rappresentati ( la quantizzazione appunto ), le rette parallele all’asse verticale determinano ogni quanto tempo viene rilevato il campione del segnale (frequenza di campionamento), mentre le rette parallele all’asse orizzontale determinano l’intervallo entro i quali i valori dovranno andare a cadere.
Va detto che ,trattandosi di segnali discreti, i punti verranno comunque approssimati all’asse orizzontale più vicino (arrotondamento ai valori caratteristici della risoluzione adottata) cadendo esattamente nelle intersezioni della griglia, introducendo degli errori (rumore casuale) il cui valor medio è zero e che oscillano tra -0,5 e +0,5 bit.
Maggiore sarà la risoluzione utilizzata (espressa in N bit con 2N numero di valori discreti possibili) e la frequenza di campionamento ( espressa in Hertz – Hz ), maggiore sarà la quantità di informazione disponibile per la ricostruzione del segnale originale in fase di riproduzione.

Il teorema di Nyquist afferma che è possibile ricostruire un segnale continuo e variabile nel tempo da una serie di campioni discreti se la frequenza di campionamento è pari o superiore al doppio della massima frequenza contenuta nel segnale originale. Poiché il nostro orecchio ( meno di maggiori o minori sensibilità individuali ) percepisce suoni fino alla frequenza massima di 22 kHz, sarà necessario campionare alla frequenza di almeno 44.000 Hz affinché il suono venga percepito con la fedeltà originale.
Nei CD Audio la frequenza di campionamento è di 44,1 kHz con una quantizzazione, che stabilisce la dinamica ovvero il livello di massima intensità sonora espressi in decibel dB, a 16 bit, pari a 65.536 livelli e 96 dB, per i DVD i valori sono di 96 o 192 kHz e 24 bit (16.777.216 livelli e 144 dB).

Gli algoritmi di conversione, considerano in ingresso tutti i segnali, anche quelli superiori alla metà della frequenza di campionamento ( frequenza di Nyquist), dato che i bit superiori alla frequenza limite vengono comunque quantizzati al di sotto di quest’ultima, in fase di riproduzione si generano distorsioni e suoni spuri, tale fenomeno prende il nome di aliasing.
Per evitare ciò vengono applicati in ingresso dei filtri antialias passa basso, che tagliano le frequenze superiori a quella limite, in maniera analoga durante la conversione da digitale ad analogico si impiega un passa basso di ricostruzione che elimina le frequenze superiori a quella di Nyquist dovute ad errori di quantizzazione.
I filtri stessi possono a loro volta introdurre distorsioni nel segnale a causa dei limiti fisici tipici dei filtri analogici che non tagliano in maniera netta le frequenze in ingresso, ma seguono una curva di smorzamento più o meno ripida a seconda della tipologia del filtro ( f. di bessel, Butterworth, Chebyshev) e del numero di poli impiegati, più è ripido il filtro, maggiori saranno le oscillazioni e le rotazioni di fase (distorsioni) introdotte.
Senza dilungarci troppo nell’analisi tecnica diciamo che si cerca di aumentare la frequenza di campionamento in modo da usare filtri di basso ordine, che introducono minori artefatti nel segnale, inoltre, tali artefatti risiedono nelle zone a più elevata frequenza, oltre la soglia udibile e non disturbano i suoni percepiti dall’ascoltatore, addirittura nei DVD audio e Super audio Cd i segnali campionati ad altissima frequenza vengono trattati con filtri passa basso molto semplici, costituiti da un condensatore ed una resistenza.