Bom, e para entendermos as diferenças teremos que rever o conceito de onda e o conceito de sinais digitais. Ondas são perturbações (oscilações) que se propagam pelo espaço durante um tempo. Suas principais características são: amplitude A que é a altura máxima que a onda atinge; crista e vale que são locais de máximo e mínimo respectivamente; e comprimento de onda λ que é a distância entre 2 cristas ou vales consecutivos. Outras características são: frequência f que corresponde ao número de oscilação que ocorrem por segundo; período T que é ao tempo de um comprimento de onda; e velocidade v que é a velocidade que se propaga em um meio.
No caso de uma onda sonora, já que estamos falando de músicas, a frequência f é responsável por definir a nota musical pois cada nota tem sua frequência definida, por exemplo o Lá da 4º oitava é 440Hz, ou seja, a cada segundo ela oscila 440 vezes. A intensidade ou volume do som está ligada à amplitude da onda, quando maior a amplitude mais alto será o som emitido, menor amplitude, mais baixo será. E o timbre característico de cada instrumento está atrelado à pequenas alterações na onda, mas mantém a mesma frequência.
Já uma digital é uma representação em bits (0 e 1) de uma onda analógica, ou seja, desmontar a onda desenhada acima de forma que possa ser armazenada em bits (0 e 1), e depois remontar esses bits na onda original. E para realizar essa definir dois fatores: primeiro temos que definir a frequência de amostragem (sample rate), ou seja, quantas amostras iremos obter num determinado tempo; segundo é preciso definir o valor quantizado da amplitude, conhecido como profundidade de bits (bits depth), que é definir quantos bits serão usados para representar a amplitude A da onda.
Com esses dois fatores é possível representar uma onda analógica em uma onda digital, e assim poder armazenar em qualquer dispositivo digital e depois, pelo processo inverso, remontar a onda digital em analógica para reproduzir no aparelho de som. Na imagem ao lado é possível ver como se dá a digitalização da onda analógica: a taxa de amostragem representa o eixo X, quanto maior a taxa mais amostras teremos; e a profundidade (depth) de bits está no eixo Y, ou seja, qual a amplitude da onda daquela amostra. Nem sempre a amplitude da onda analógica será exatamente igual ao bit depth, então ela será aproximada ao bit mais próximo.Então a qualidade do som digital está diretamente atrelada à essas duas características: quanto maior sample rate e o bit depth da onda digital mais próxima ela será da onda analógica; quanto menor forem mais aproximações ela fará e não será exatamente igual à onda original. Portanto para uma onda digital ser exatamente igual à uma onda analógica o ideal seria ter um sample rate infinito e um bits depth infinito, porém isso daria um grande problema de processamento e armazenamento. Aliás, para termos esses problemas nem precisaria ser infinito, valores muito altos desses fatores já traria problemas, pois quanto maior sample rate e bits depth, teremos mais dados para armazenar de uma mesma onda, o que ocuparia mais espaço num CD ou HD e processamento cada vez mais potente. Portanto a escolha desses parâmetros requer um equilíbrio entre a qualidade desejada e espaço de armazenamento disponível.
Quer dizer que uma onda digital nunca será igual à uma onda analógica, portanto um tocador de vinil sempre será melhor que um CD, certo? A resposta correta é: não necessariamente, pois existem muitos outros fatores que podem influenciar, o que torna a disputa bem mais complexa. Primeiramente, a onda análoga gravada em um vinil também não é exatamente igual à onda original, dependendo de vários critérios durante a gravação, como a qualidades dos equipamentos usado, das agulhas e do material do vinil. Também há o fator de estado de conservação dos vinil/CD a serem escutados, bem como o aparelho usado na reprodução do áudio (não adianta ter um vinil/CD de alta qualidade e ouvir em fone de ouvidos sem qualidade).
E há também um outro fator chamado de ouvido humano. Por mais perfeito que seja nosso ouvido ele não é capaz de captar e processar 100% do áudio recebido nos tímpanos, muito é perdido no meio do caminho (seja por problemas auditivos ou de percepção). Tanto que o exemplo de sample rate infinito que utilizei foi só para ilustrar o absurdo, pois numa determinada faixa já somos incapazes de perceber a diferença. Por exemplo, um arquivo MP3 podem variar sua bits depth entre 8 a 320 kbps e samples rate de 8kHz a 48kHz. Obviamente uma taxa de 8 bits seria muito ruim, tendo muitos arredondamentos da onda original, mas uma taxa de 192 kbps já é considerada muito boa, e provavelmente você nem perceberá diferença entre uma faixa gravada a 256 kbps e 320 kpbs.
Bom, quem chegou até aqui esperando que no final teria uma resposta simples já percebeu que não é bem assim. Diversos fatores influenciam a qualidade de som de ambos dispositivos, desde a qualidade de conservação dos discos de Vinil e CDs, até a marca do alto-falante afetam a experiência auditiva. E mesmo se considerarmos situação ideal, um vinil/CD bem conservado, tocado num aparelho de som de boa qualidade, usando uma agulha boa, caixas de sons de boa marca, provavelmente a diferença entre os dois será imperceptível para o ouvido humano.