Euch ist euch schon klar, das das für einen Arduino eine nicht ganz einfach zu lösende Aufgabe ist.
1. Die Abtastrate müsste kontinuierlich mindestens 8kHz betragen. Der A/D Wandler kann dabei auf 8Bit eingestellt werden, dadurch wird er schneller.
Zudem muss die Abtastrate konstant bleiben. Ich würde das mit einer Interruptroutine machen.
2. Die gewonnenen Daten müssen schnellstmöglich aus dem Ram des Arduino raus, da hier ja nicht besonders viel Platz ist.
Da hierbei ja 80kiloBit Datenen pro Sekunde ( Start Bit, 8 daten Bits, 1 Stopp Bit ) entstehen müsste die Baudrate 115,2kBit/s betragen.
3. An den Eingang des A/D Wandlers ( und am Ausgang des D/A Wandlers ) gehört ein steilflankiges Anti Aliasing Filter, das 4kHz sehr gut bedämpft.

Zuviel Quatsch - entschuldigung Features - würd ich dann in den Arduino nicht mehr rein proggen.

Ich würd die Anbindung an den PC mittels USB und einem FT 232RL ( Hersteller FTDI ) Baustein machen.
Bei ELEKTOR gibts auch ein RS232 BOB ( Breakout Board ) mit diesem Chip, falls Ihr keine SMD's löten könnt.

Also, da habt Ihr schon noch einiges zu erforschen und zu entwickeln.