אנלוגי לעומת דיגיטלי

העולם בו אנחנו חיים הוא עולם רציף. אם ניקח לדוגמה את הטמפרטורה, נראה שהיא משתנית לאורך הזמן באופן רציף, המעלות לא קופצות בין 25 ל 30 בצורה חדה, אלא עולות באופן רציף בין כל המעלות שבדרך. באופן דומה עובד לחץ האויר, כאשר עוברת רוח במקום מסויים, היא לא מתחילה ונפסקת באופן חד, אלא באופן רציף, כאשר מתחילה רוח עד שהיא הופכת לרוח פרצים, היא עוברת על כל עוצמות הרוח שבדרך. כלומר ההשתנות של הטמפרטורה, ושל לחץ האויר הן רציפות בזמן.

אם נחזור אל הצלילים נראה שגם הצלילים הם רציפים בזמן. נסתכל שוב על הצליל כגל קול, כשינוי של האפליטודה בזמן ונראה שגם כאן השינוי הוא רציף. על מנת להמחיש בצורה יותר טובה את מושג הרציפות נחזור אל הגל הפשוט ביותר - גל הסינוס.
למה אנחנו מתכוונים כשאנחנו אומרים שהסינוס הוא רציף?
אם ניקח נקודה כלשהיא בזמן, נניח 7.12457963 שניות לאחר שהתחלנו את הגל, ונבדוק מה הגודל של האפליטודה, נוכל למצוא אותה במדויק, התוצאה תהיה 0.1240271712622982... (בהגדרה מתמטית ניתן לומר שגל הקול, הוא פונקציה רציפה של הזמן f:R->R). את התאור הרציף של גל הקול, אנו מכנים תאור אנלוגי של הצליל.

מהו אם כן תאור דיגיטלי?
כמו כל דבר דיגיטלי, הצלילים מתורגמים לרצף של מספרים, או ליתר דיוק, רצף של אפסים ואחדות. אנחנו לוקחים את גל הקול, ומודדים את האמפליטודה כל כמה זמן, ורושמים את התוצאה שקיבלנו במחשב. טכניקה זו נקראת דגימה (sampling). למעשה הקלטה דיגיטלית של צליל (כמו בכל CD) היא רק תצוגה מספרית של הצליל.

אנחנו הינו רוצים לדגום את גל הקול בכל רגע, ברציפות, ובכל דגימה לרשום את גודל האמפליטודה. אבל בכדי לעשות זאת צריך לדגום את גל הקול אינסוף דגימות בשניה (לדגום בכל רגע). כמובן שדגימה כזו היא בלתי אפשרית, שכן גודל הזיכרון של המחשב הוא סופי. לכן ביצוג הדיגיטלי של הצליל, אנחנו תמיד שומרים קרוב כלשהו של הצליל האנלוגי, אנו דוגמים את הגל מספר פעמים קבוע בשניה, וממנו מסיקים על צורת הגל (למעשה ניתן לומר שאנחנו עושים קרוב של הפונקציה הרציפה f:R->R בעזרת פונקציה לא רציפה f:N->N).

ניתן לתאר את התהליך הבא – זמר שר באולפן ההקלטות, המיקרופון תופס את תנודות האויר, התנודות מועברות (בגל חשמלי) אל ה-Analog to Digital Converter) ADC) המתרגם אותם לגל מספרי, הגל המספרי מאוחסן על מדיה דיגיטלית כלשהיא (למשל מחשב או CD). כאשר משמיעים את ה CD נגן הדיסקים קורא את הגל המספרי, ומעביר אותו דרך ה-Digital to Analog Converter) DAC) המתרגם אותו חזרה אל הגל האנלוגי.

בשרטוט הבא יש גל אנלוגי של סינוס (בסגול) ועליו מסומנות בשחור הנקודות שאותן דגמנו. למעשה במחשב מאוחסנים המספרים של גודל האמפליטודה בכל דגימה. באפור מסומן הגל הדיגיטלי של הצליל המתקבל מן הדגימות.

הגל הדיגיטלי די שונה מהאנלוגי, אילו הינו דוגמים בקצב יותר גבוה הינו מקבלים קירוב טוב יותר של הגל הדיגיטלי.
על הקצב שבו יש לדגום את הגל, ועל ההשפעה שלו על הצליל נרחיב יותר בפרק הבא.