黑胶vsCD，胶片vs数码，谈模拟的迷思

晨枫

不知道什么时候开始，黑胶又流行了起来，胶片党也大行其道。世事真是多变。喜欢无罪，爱谁谁，但迷信了还要坚持给别人灌迷魂汤，这就不咋的了。
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据说他们有科学依据：自然界是模拟的，所以模拟技术最完整精确地捕捉或者还原了自然，当然是终极技术。数字技术在发展，永远是对模拟的逼近，永远是有损的。
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听起来似乎有道理，但实际上是彻底的教条主义、食书不化，把数学上的简化的理想状态当作物理现实了。
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1 g6 K& \9 b. m9 Y" Y; c除了生、死、日出、日落等离散事件，自然界的现象确实以模拟为主。气温是连续变化的，不会跳变；色彩是连续渐变的，没有分明的界限；等等。数字信号只能是离散的逼近，而且永远有截断误差，如图所示。另一方面，由于模拟量的无穷连续性，所以也可以无限放大，具有无限分辨力。

但这对黑胶优于CD或者胶片优于数码这样的争论没有用处。

问题不在于物理量，而是在于任何检测手段都是有物理限制的。这牵涉到一些常被黑胶派和胶片派无视的真实物理现像。
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任何真实过程都具有一定的动态特性，也就是说，即使输入激励是跃变的，响应依然是渐变的。用大白话来说，任何检测系统在探测到物理激励时，响应都受到“钝化”。任何信号放大、传输、驱动环节也是一样。具体到模拟系统，从检测到信号放大到信号处理到执行输出，每一个环节都增加了新的“钝化”，不仅信号“纯度”有衰减，还由于环节本身的系统噪声而污染信号。具体到音响系统，如果在真实环境里身边有枪声，很可能吓一跳，真是跳起来了；如果这枪声是从音响系统里放出来的，尽管音量和实际枪声一样，很可能只是恼人，而不一定能惊吓到跳起来。这就是枪声被音响系统钝化和饱和截断后的结果。


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要是细究，信号响应还有“相位延迟”。图中虚线是正弦输入激励（前一图就是阶跃激励，这两种都是对真实物理信号的最简化形式），蓝线是“弱钝化”后的响应，绿线是“强钝化”后的相应，可以看到，“强钝化”不仅使得相应的幅度衰减增加，相位延迟也增加了。即使对同一装置，不同频率的信号有不同的钝化强度。这使得多频和多路信号的处理更加复杂，在最后混合的时候，会造成各种畸变。

换句话说，任何模拟系统都是有损的，不存在无损而可以无限放大的模拟系统，即使不考虑功率、频带等等实际极限。
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另一个问题是滞环。如果说频率响应还是线性的，滞环就是非线性的。具体来说，抽水马桶的杠杆-浮子系统一般可认为是刚性模拟系统，但实际的杠杆-浮子都是有松动的，支点也有摩擦力的因素，实际动作在微观上是“松垮”的。在浮子在很小水位变动时，杠杆并没有动作，这叫死区。水位变化稍大但还是较小时，浮子上升导致杠杆下压和浮子下降导致杠杆上抬的动作并非对称，这叫滞环。
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任何机械系统都必然存在某种死区和滞环，差别只是死区和滞环的大小。具体到黑胶唱机的拾音臂，支点的摩擦力和平衡决定了死区和滞环的大小，拾音臂的重量和弹簧的压力则决定了信号检测“钝化”的程度。所以黑胶的保真度高于CD是彻底的迷思，这是不可能的。
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0 D* z1 z. v3 s) y: G# K在灌制唱片的时候，也有反问题。刻制母版的机器的刻刀的死区和滞环带来固有的精度问题，不可能无限精细地复制声音。压制唱片的时候，母版有磨损问题，更是不可能无限精确地复制。在理论上，每一张唱片都是不一样的，从开压第一张到批量最后一张是质量或者音质精确度持续下降的过程。

+ U2 d) w2 d2 L9 B8 k但对很多人来说，黑胶更加悦耳也是真的。这就是主观感受与信号精确度的差别了。最精确的未必是最悦耳的，广播电台和乐队指挥的监听耳机与消费者耳机是完全两个路子，大多数通常认为的名牌根本进不了那个圈子，不是说名牌耳机质量不好，而是因为名牌耳机为了悦耳而有意牺牲了精确性。
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从听觉主观感受来说，人们更愿意接受温暖、柔和、细腻的音质，而黑胶和模拟放大器的一路钝化实际上达到了这个效果，所以主观感受更好。这和吃东西一样，原汁原味未必是最好的味道，最新鲜的生菜很多时候味道并不好，炒煮一下，加点调料，味道更好。数码是能模拟这样的钝化和混响的。但一是效果问题，而是心理问题。不管数码的效果有多少好，听者心里总是觉得“假的”。就像有人坚持耐克鞋必须买美国出产的，这就没有办法了。

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; b6 b" B  I8 `# C6 W9 O  R. ^胶片也是一样。有人说，胶片的颗粒是分子级甚至原子级的大小，不知道他们从哪里得来如此错误得离谱的印象。胶片颗粒的大小是由卤化银决定的。左为卤化银在药膜里的样子，又为卤化银颗粒的本身。比较下面的2微米尺度。

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* b+ g- ?& C& m0 g实际胶片扫描用高于4000dpi的分辨力的话，就开始能看到颗粒的影响了。8000dpi以上就没有意义了，即使扫描仪能做到那样的分辨力。这还是专用的透射式胶片扫描仪，不是平板的反射式扫描仪。这只是黑白胶片，彩色胶片的因素更多。
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不同速度的胶片本来就有不同大小的颗粒，高速片的颗粒大，低速片的颗粒小，负片颗粒大，反转片颗粒小。但这还不算，彩色胶片（不管是反转片还是负片）都由片基和至少三原色药膜层组成，实际彩片还有粘结剂层（2）、蓝色感光层（6，没错，是反转的）、防紫外层（7）和表面保护层（8）。每一层都是透光的，但也是带来光损失的。每一层药膜（3、4、5、6）的颗粒都不可能整齐对齐，所以叠加后的等效颗粒更加粗大。光线通过每一层，都不仅有强度损失，还有折射损失、散射损失等其他光学损失。折射的光线会横向影响到其他位置的颗粒，最后通过片基射到机背反射回来还有额外的影响。这些因素都影响解像力。所以最高解像力的都是黑白胶片，彩片永远不及黑白片。
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在冲洗过程中，任何温度、浓度、药液均匀度、时间等因素都影响解像力。在冲洗的过程中，还有固有的颗粒向周围的弥漫过程，同样降低解像力。但这种弥漫感也是胶片的魅力。
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: n* k4 V5 o3 ^: K' o! o- J更大的影响在放大。对焦是机械过程，锁定、滞环等等因素又回来了，所以不可能有绝对精确的对焦。
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4 Y- m+ F: |" E2 D3 f* k2 x+ g0 i- A+ @放大头不仅要垂直，镜头也需要无暗角、无畸变。但任何镜头都是有一定的暗角的，需要收小光圈来缓解，这大大延长了曝光时间，也只能降低暗角，不能消除。镜头还有畸变，尤其是边缘的鼓形畸变，投影图像需要略大于放大纸图像，才能掩盖，所以是直接损失画面的。广角镜头一般畸变比长焦镜头更大，但长焦镜头需要把放大头提得很高，距离远，本身光圈也小，进一步延长曝光时间，增加实用困难。镜头的光学质量则直接决定了放大图像的锐度。放大倍数越高，色散的影响也越大，同样影响锐度。
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模拟技术有固有魅力，但不宜神化，否则就成迷信了。自己迷信还可以自得其乐，但要把迷信当作科学向别人灌输，就别奇怪为什么遭到鄙视了。

雨楼

当前技术下，一切超出人感官识别范围外的分辨率（颜色，声音/频率）都是耍流氓。
人机连脑后才有意义

机器猫

最关键的是，这个世界并不是连续的，相反世界本身就是离散的

沉宝

文中提到音响系统。电子管（胆机）失真度远远大于晶体管，更遑论纯数字系统（含数字功放）。但是胆机的失真不让人那么反感，对某些人来说甚至是一种愉悦。于是胆机始终有一批拥趸。

胶片 vs. 数码，大概也有类似的原因。

晨枫

机器猫 发表于 2020-12-16 18:21
最关键的是，这个世界并不是连续的，相反世界本身就是离散的

. r( [: c9 l: O+ n/ i这是哲学高度了。对他们太深奥

晨枫

沉宝 发表于 2020-12-16 18:39
文中提到音响系统。电子管（胆机）失真度远远大于晶体管，更遑论纯数字系统（含数字功放）。但是胆机的失真 ...

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我没敢提电子管的事，否则又是往粪坑里扔一手榴弹，怕溅着自己

沉宝

晨枫 发表于 2020-12-17 08:50
  f$ N- p$ e4 O/ L) [这是哲学高度了。对他们太深奥

/ c, z3 o8 }2 I+ f. l不用去追寻世界本质这样玄学的东西。你搞自动化，想必熟悉采样定理，它奠定了模拟和数字之间无障碍转化的基石。所以不管世界的本质是连续的还是离散的，模拟和数字手段都可以解决问题

晨枫

沉宝 发表于 2020-12-16 19:11
3 N" H# B% b5 a9 d8 p* C2 _2 N不用去追寻世界本质这样玄学的东西。你搞自动化，想必熟悉采样定理，它奠定了模拟和数字之间无障碍转化的 ...

香农定理是我们吃饭家伙的基础啊，怎么能不知道？不过这只是采样-还原的最低要求，黑胶党和胶片党就是着迷于采样的不完全还原性。这是很教条主义的。

清凉山

唱机的抖晃是不是有点类似胶片的颗粒，怎么没什么人强调这独特的优势

清凉山

清凉山 发表于 2020-12-17 16:19
$ n4 P$ j$ N' i6 e5 b8 Q. }% H唱机的抖晃是不是有点类似胶片的颗粒，怎么没什么人强调这独特的优势 ...

0 R! P% c& h9 a/ g5 [2 i. }! Y
$ B7 u" S7 @& p2 Z5 v嗯，上面的类比不太合适，电机抖晃可能类比色彩还原的噪声，跟颗粒对应的应该是振幅上的噪声。

鳕鱼邪恶

你整这么一大篇对靠情怀吃饭的文科生还是没用。
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/ A) W& D3 u' c0 i+ N直接告诉文科生“模拟无限接近自然”这是个情怀不是科学就完了。。简单说就是自欺欺人。
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& O" C; {" R2 \( M7 [数字已经远远超过了模拟的“精度”。

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晨枫

鳕鱼邪恶 发表于 2020-12-17 07:10
你整这么一大篇对靠情怀吃饭的文科生还是没用。
2 G! T, y5 l; [6 m: ~; V/ H
直接告诉文科生“模拟无限接近自然”这是个情怀不是科学就 ...

这句话也是不对的。这不是往粪坑里扔炸弹，而是直接把粪坑端起来往自己身上招呼了。

晨枫

清凉山 发表于 2020-12-17 02:22
/ M3 p2 O1 i( |( ^# d嗯，上面的类比不太合适，电机抖晃可能类比色彩还原的噪声，跟颗粒对应的应该是振幅上的噪声。 ...

是的。都没提抖晃和黑胶表面磨损。

方恨少

自然界的信号是模拟的，但人类能感知到的信号实际是离散的。

/ Z; U1 @, F0 Z, ]4 v+ D% Y比如眼睛，外界图像是连续的，但人总要眨眼睛，只要眨了眼睛就可以说信号是离散的了，所以人类最终看到的实际是采样信号。如果把信号无限放大，人类是做不到真正连续感知的，只是在进行高频采样而已。只要数字设备对模拟信号的采样频率高于人类感知的频率，那采样后的信号对于人类来说就是模拟的了。

响马

我想问，“煲耳机”有科学道理吗？类似这个
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晨枫

响马 发表于 2020-12-17 09:42
我想问，“煲耳机”有科学道理吗？类似这个

这和汽车要break in是一样的道理，但到底管多少用，我也说不好，可能和搅面必须顺时针还是逆时针一个意思？

清凉山

响马 发表于 2020-12-17 23:42
$ {- f1 Z; Y& T# P# |5 r3 a$ a/ k, z我想问，“煲耳机”有科学道理吗？类似这个

那个应该是煲耳朵吧

常挨揍

晨枫 发表于 2020-12-17 08:51
我没敢提电子管的事，否则又是往粪坑里扔一手榴弹，怕溅着自己

2 y- M: G  B2 V, F# K# c% D那属于玄学了。
话说当年俺们长沙曙光电子管厂（770厂）的在音响界还小有名气

0 k, t8 x; b3 K25年前没事混不要钱的试听会，听过胆机配天朗同轴顶配的内款，俩绵到一块，主办者作死放了个《十面埋伏》，俺过了两个月才找对人借了CD洗耳朵

晨枫

常挨揍 发表于 2020-12-18 05:35
- J' C, r/ G/ \那属于玄学了。
话说当年俺们长沙曙光电子管厂（770厂）的在音响界还小有名气

1 ~( q# v3 L. r+ T哈哈哈，胆机放古典音乐好，最好是室内音乐。来一段rock and roll就抓瞎了。

住在乡下

复古和逼格不是理工男能理解的。