Er zijn veel methodes om geluid te digitaliseren. Vooral de laatste jaren zijn er een aantal efficiente manieren bijgekomen. Deze nieuwe technologieën maken gebruik van eigenschappen van het menselijk oor en verwijderen uit het geluid delen die weinig bijdragen aan de perceptie van de toehoorder.

Pulscode modulatie

De basis van de meeste digitale coderingen is pulscode modulatie (PCM). Hierbij wordt, nadat het signaal door een laagdoorlaat filter is gegaan, met een vaste frekwentie monsters (samples) van het geluid genomen. Voor het bemonsteren gebruiken we een sample en hold schakeling. De uitgang van deze schakeling is verbonden met een digitaal-analoog converter. Aan de uitgang van deze keten krijgen we dus een reeks getallen, die we opslaan op schijf of versturen over een data-verbinding.

Het oorspronkelijke analoge vorm krijgt na bemonstering een hoekige vorm. Hoe vaker we bemonsteren, hoe meer het bemonsterde signaal op het oorspronkelijke signaal lijkt.

Uit de digitale representatie van het bemonsterde signaal kunnen we weer het oorspronkelijke signaal verkrijgen. Dit doen we door de digitale informatie om te zetten in een analoogsignaal (D/A-conversie) en door een laagdoorlaat filter te sturen. Theoretisch hebben we dan zonder verlies het oorspronkelijke signaal weer verkregen.

Dit is uiteraard een theoretisch verhaal. De werkelijkheid is altijd weerbarstiger. De kwaliteit van deze total keten wordt bepaald door:

• De filters;
• De (nauwkeurigheid van de) frekwentie van het bemonsteren en reproduceren;
• De nauwkeurigheid van de bemonsterschakeling;
• De nauwkeurigheid van analoog naar digitaal omzetting en vice versa.

De filters

Feitelijk gebruiken we hier een beperking van het menselijk oor. Er wordt vanuit gegaan dat boven bepaalde frekwenties het menselijk oor geen geluid meer waarneemt. De filters moeten zeer scherp zijn of ver boven de hoorbare frekwenties liggen. Kortom het dient een ideaal filter te zijn. Dit bestaat helaas niet. Scherpe filters hebben vaak oscillatie verschijnselen en geven dan bijgeluiden. Met moderne filtertechnieken is dit tegenwoordig wel te beheersen.

De bemonsteringsfrekwentie

De bemonsteringsfrekwentie dient minimaal tweemaal de afsnijfrekwentie van het filter te bedragen. Naarmate het filter minder stijl is, dient de bemonsteringsfrekwentie dus hoger te liggen. De nauwkeurigheid en stabiliteit van de gemonsteringsfrekwentie is ook belangrijk. Variaties in de bemonsteringsfrequentie zullen fouten tot gevolg hebben en dus resulteren in vervorming van het gereporduceerde signaal.
Verder dient de bemonsteringsfrekwentie gelijk te zijn aan de frekwentie bij het reporduceren. Zijn die niet gelijk dan is de sginaalhoogte van het oorspronkelijke signaal veranderd.

De nauwkeurigheid van analoog naar digitaal omzetting

Hoe groter de nauwkeurigheid van analoog naar digitaal omzetting en vice versa, hoe beter de reproductie is van het oorspronkelijke signaal. Hebben we te weinig stapjes, dan nemen we dat waar als zogenaamde kwantiseringsruis. Dit hoor je dus het eerst bij zwakke signalen.

Bemonsterschakeling

Voor de bemonsterschakeling is het van belang dat hij snel de waarde bepaald van het monster en deze waarde voldoende lang vasthoudt.Afwijkingen zullen zich openbaren als vervorming van het signaal.

Muziekkwaliteit

Voor muziek van goede (Cd) kwaliteit kan men volstaan met een frekwentiespectrum tot 20 kiloHerz en een bemonsteringsfrekwentie van 44,1 kiloHerz. Voor hogere kwaliteit en om meer dynamiek aan te kunnen bij films is bij de DVD gekozen voor een bemonsteringsfrekwentie van 96 kiloHerz en 24-bits. In de praktijk wordt vaak 48 kiloHerz en/of 16-bits gebruikt.

De hierboven genoemde pulscode modulatie wordt ook wel Lineaire PulsCode Modulatie (LPCM) genoemd.

Pulscode modulatie (a-law en µ-law)

Bandbreedte was vroeger duur. Dus moets men zuinig omgaan met bandbreedte. In de telefonie is hoge kwaliteit niet het belangrijkste. Wat telt is verstaanbaarheid. Om de kosten te drukken wordt daarom het frekwentie spektrum beperkt tot 4 kiloHerz en past men compressie bij het coderen en expansie bij het decoderen toe. Bij analoog naar digitaal omzetting kan men dan volstaan met 8-bits. Deze techniek wordt ook bij Internet telefonie volgens het SIP protocol gebruikt. Waarom zijn et twee typen codering? Wel, de Europeaanen en Amerikanen konden het niet eens worden over de keuze van de compressiekarakteristiek en hebben dus een andere standaard. De µ-law is de Amerikaanse standaard. De a-law wordt in Europa gebruikt en in de meeste landen buiten Amerika.

Differentiële Pulscode modulatie

Een andere manier om zuinig met bandbreedte om te gaan is differentële pulscode modulatie (DPCM). Hierbij wordt niet de bemonsterde waarde verzonden of opgeslagen, maar het verschil tussen een monster en de voorspelde waarde van het vorige monster. Een variant hierop is de adaptive differentiële modulatie (ADPCM). Hierbij wordt het verschil tussen een monster en de voorspelde waarde van het vorige monster gecodeerd met een variabele stapgrootte. Voor een muzieksite gaat het echter te ver om op deze details in te gaan.