音頻信號採樣
將隨時間連續變化的模擬信號的大小(振幅)，按一定的時間間隔採集樣值，這樣形成在時間上不連續的脈衝序列，這一操作稱為採樣。圖4-5是採樣過程示意圖。
關於音頻信號採樣要說明下列幾點。
(1)從圖4-5中可看出，在tA時刻，模擬信號在圖中的A點，此時的幅度是5，採樣的作用就是要在tA時刻測出信號幅度為5。同樣的道理，在tB時刻得到的採樣值是模擬量的7。每一個採樣點，都可以得到一個與該時刻信號振幅對應的樣本，這一對應的信號幅度值稱為本值或採樣值。通過採樣已經將在時間上連續變化的模擬信號變成了一列的樣本值，注意這一樣本值還不屬於數位訊號的範疇，因為它還不符合數位訊號的定義。
(2)對一個模擬信號的採樣是不斷進行的，相鄰兩個採樣點的時間間隔是相同的。採樣點選取應有一定的規律，每隔一段時間就進行一次採樣，單位時間對模擬信號的採樣次數稱為採樣頻率。
(3)採樣頻率的選擇要科學，香農採樣定理可以解決這一問題。該定理說，如果將隨時間變化的信號波形用該信號所含最高頻率信號的2倍的頻率進行採樣，就可以通過稱為插補的方法，正確地將原採樣值還原成原來的信號波形。
重要提示
在音頻系統的兩頭是模擬電路(或稱為模擬器件)，對模擬信號的數位化處理只是為了傳輸、記錄和信號處理的方便，最終數位訊號必須還原成模擬信號，所以對模擬信號的數位化處理必須考慮數位化的信號還要還原這一點。香農採樣定理從採樣頻率這一角度上講述了還原成模擬信號對採樣頻率的要求。
(4)所謂插補又稱為內插，它是採樣的反過程，就是將一列樣本值之間的空隙補上，使之恢復原來的波形特徵。
音頻信號採樣保持電路
採樣保持電路用於對模擬信號採集樣本值，圖4-6所示是音頻信號採樣保持原理電路圖。電路中，輸入信號Ui是模擬信號，其輸出信號是一種階梯信號，注意它還不是數位訊號，只有對這種階梯信號進行量化處理後其才能成為數位訊號。
從圖4-6中可看出，採樣保持電路主要由輸入緩衝放大器電路、模擬開關電路、採樣保持電容和輸出緩衝放大器電路組成。
(1)輸入緩衝放大器。這一放大器用來將輸入信號源與採樣保持電路之間進行隔離，以防止輸入信號源電路對採樣保持電路正常工作的影響。
輸入緩衝放大器的輸出信號加到模擬開關的輸入端。
(2)模擬開關。所謂模擬開關就是採樣開關，在開關接通這一時刻將輸入信號加到採樣保持電容上，由於採樣開關的速度很快，即接通後立即斷開，這樣在開關接通時刻的輸入信號幅度的大小就是該時刻電容C1上充電電壓的大小，這就是該時刻對輸入模擬信號的採樣值。
重要提示
採樣開關受一個專門的脈衝開關控制信號的控制，在開關脈衝出現時模擬開關接通，在開關脈衝消失時模擬開關斷開，該開關斷開後等待下一次的脈衝開關信號的出現，然後進行第二次採樣。
模擬開關每秒鐘接通的次數就是採樣頻率，接通的時間就是採樣時間。如音樂信號採樣頻率為44.1 kHz，採樣時間一般小於25 μs。
(3)保持電路。保持電路由採樣保持電容和輸出緩衝放大器構成。為便於量化處理，將模擬開關採集到的樣本電平值送到採樣保持電容，通過採樣保持電容保持採樣得到的電平值，這一電平經輸出緩衝放大器放大後輸出。
當下一個採樣值送到採樣保持電容上，採樣保持電容和輸出緩衝放大器又保持和輸出最新的採樣電平值。
採樣保持電路的輸出信號波形如圖4-7所示。
從圖4-7中可看出，模擬信號經過採樣保持電路處理後變成了一種階梯信號，該階梯信號在時間軸上仍然是連續的，所以它還是一種模擬信號而不是數位訊號，這一階梯信號要經過量化、編碼處理後才能變成數位訊號。
負半周信號的採樣和保持
上面介紹了正半周信號的採樣和保持過程，對於負半周信號的採樣和保持工作過程同正半周一樣，圖4-8所示可以說明這一點。圖4-8中，Ui為一個具有正、負半周的輸入模擬信號，Uo是經過採樣保持電路後的輸出信號， fs是採樣脈衝。從圖4-8中可看出，負半周信號經過採樣保持電路後輸出的是負階梯信號。
重要提示
採樣保持電路輸出的正、負半周階梯信號從幅值上講採樣過程是相同的，但在後面的量化、編碼時，要將正、負半周信號區分出來，即會出現表示負數的二進位編碼方法。
採樣頻率、採樣時間和保持時間
(1)採樣頻率。採樣頻率是指模擬開關的工作頻率，即該開關單位時間內(每秒鐘)開、關動作的次數。見採樣脈衝fs的波形，採樣信號是一個矩形脈衝信號，它等幅、等寬，在時間軸上均勻分布。
重要提示
從採樣保持電路輸出的信號波形就能夠看出，採樣頻率愈高，採樣保持電路輸出信號的波形與原模擬信號愈相近，恢復原信號時的失真就愈小。
採樣頻率高將增大所需要記錄的信息量，對信號處理器件和電路提出了更高的要求，這必將增加成本。所以，對於各種模擬信號的採樣頻率有專門的標準，對採樣頻率等做出了科學的規定。
(2)採樣時間。採樣時間是指模擬開關的接通時間，也就是採樣脈衝的脈衝寬度。
(3)保持時間。相鄰兩個採樣時間的間隔就是保持時間。採樣時間和保持時間之和等於採樣周期，採樣周期的倒數就是採樣頻率。