理想模型和现实世界的差别

B站影视 电影资讯 2025-09-07 12:55 1

摘要:按理说大家都是成年人了,应该从积累的生活经验中认识到这个世界有“理想模式”也有“现实状态”,而且这俩东西几乎总是不匹配的。也就是说很多东西虽然存在一个“理想模式”,但现实运转绝不是按理想模式的,会有偏差,甚至有很大的不同。

按理说大家都是成年人了,应该从积累的生活经验中认识到这个世界有“理想模式”也有“现实状态”,而且这俩东西几乎总是不匹配的。也就是说很多东西虽然存在一个“理想模式”,但现实运转绝不是按理想模式的,会有偏差,甚至有很大的不同。

然而还是有很多成年人对于不熟悉、不太了解的东西,喜欢按“理想模式”进行简单粗暴的认识。这种不按实际、仅按“理想”的认识基本都是错误的。很多发烧圈外的人,对发烧友玩的一些东西和领域,就常有这种“理想化的理解”。

说个最有名的例子,所谓水电、火电、煤电、核电的笑话。这个笑话的起源都已经无法考察了,到底是谁第一个写出来的,不知道,但是它流传之广,远超发烧友的圈子,好像尽人皆知了。

本质是,很多很多发烧圈外的人,对发烧友喜欢“玩电”,喜欢讲究“供电质量”,觉得是个笑话。他们的认识里,交流电就是个理想的东西,波形完美,不含杂波和干扰,电压完美220V,频率完美50赫兹。就像下图这样。

然而现实世界里不存在这样的完美AC(其实也不存在一根直线那样完美的DC)。现实世界里的交流电,全部存在不同程度的杂波,而且电压可以偏高偏低,频率也不是精确的50赫兹。如果把真实的AC波形放大看,不是圆滑的曲线,而是充满了寄生的、额外的、锯齿形的杂波。发电机出来的电本身就不可能完美,再加上一路上的各种干扰和传输线造成的损耗。到了家里,还有各种干扰源。家里的日光灯一开,就增添了一种杂波,家里的冰箱一启动,又会平添一种模式的杂波,墙插里插了一个开关电源的充电器,又会带来高频成分的杂波。

这个世界上本就没有什么完美的东西。上帝不造完美之物。任何东西粗看很美很整齐的,放大看、凑近看,都是各种瑕疵、锯齿、杂乱。如果没有看到,只是因为你凑得不够近。

现实生活中的充满杂波的AC电,会影响器材声音吗?当然,废话。器材本质上是一种“换能设备”,是把一种形式的能量转换为其他形式的能量而已。我们的HiFi器材之所以能工作,能输出信号和功率,都是依靠AC电能。能量全部来自于它。举个简单例子,同一个功放插不同的地方,随着供电质量的不同,变压器(牛)的反应就不同,有时候牛很安静,有时候会发出哼声。器材对电的“反应”是直接的。

存在于AC交流电里的杂波,进入器材后,本质上还是会表现为不同频率的“杂波”,去影响输出的信号。很多频率的寄生成分,单独听耳朵都不一定听得到,但是它存在于信号里,耳朵就能感受到。可能表现为“声音不耐听”,也可能表现为“声音不纯净”,也经常表现为动态和能量受损。

所以供电质量是一定会影响声音的。很多资深发烧友的一致感受是玩HiFi到后面一个重要环节就是玩电,都很注重电处理。但这又是喜欢说“火电煤电水电”那个笑话的圈外人难以理解的了。

那个笑话本身当然是笑话——电的来源是什么,不决定电的质量。具体家里AC电的质量如何,可以具体测,但无论如何,合理的电处理会提高供电的质量(消除杂波/重整波形),从而提升声音的表现。

下面我想再说一个非常典型的例子,就是所谓“数字一样声音就一样”。很多很多的圈外人对数码音频(Digital Audio)的理解就是,声音转换为01001等等,然后只要这一串数字(Data)是一样的,那么声音就是一样的。

其实,回到70-80年代,数码音频刚刚起步的时候,人们对它的认识还是很浅显的。根据“理论”,数码音频的原理应该是很完美的,可以完美地把模拟波形转换为数字(按PCM调制方式)。当时采用的16比特、44.1khz的取样频率,可以满足20000赫兹以内的模拟信号都完美“数字化”,动态范围能满足96分贝的需求。嗯,看起来都很完美。至少从理论上看是这样的。

然而理想和实际总是,always,存在不同。其实早在八十年代初,就有CD机厂家的工程师注意到所谓Jitter(抖动,时基误差)的存在,并且确认Jitter是会影响声音的。关键在于,数字音频整个运行机制都依赖一个精确的“时基”(Timing),只有时基精确完美的时候,它才是无懈可击的。而现实世界里的时基永远不会完美,总是存在偏差的。也就是说Jitter永远存在,只是多少的问题,只是测量精度的问题。

除了时基精确性的问题,现实中的数字信号波形也没法做到完美,实际能做到的波形,都不可能完美。看下图,上面的那行波形,看上去如何呢?它是一个现实中的CD机输出的真实数字信号的样子。下面红色的数字信号看上去质量好多了,但它就完美了吗?也是不可能的,只要不断“放大”去看,总是不完美的。

数字信号波形对比

下图中的Digital Signal才是理想中的完美数字信号。可惜这样的信号只能用笔画出来,现实中是做不到的。这就是理论和现实的差别。

理想化的数字信号波形

在理想中,数字信号的那个“上升沿”(从0到1的时间)应该耗时为零,但是实际中的数字信号波形都有一个上升沿的时间。换言之那个横平竖直的数字信号理想模型现实中并不存在。现实中真实的数字信号,放大了看都有缺陷,都含有曲线成分,这种不同程度和式样的缺陷造成了同样的数字信号(同样的01信号)最终出来的波形是不同的。

有一种说法叫,这个世界的本源还是模拟的(即连续性的)。虽然人类建立起了数字化的模型,按这个模型可以把一切模拟的、连续性的东西都转换为(离散的)数字来表达,但数字化只是一个“数学模型”,而现实世界中人类能做出来的数字设备,输出的数字信号并非完美,放大了看,在微观层面看,还是带着模拟信号的特征和成分,而不是像模型中的“示意图”那么完美。理解了这点,就能明白为什么似乎不应该有差别的地方,实际存在差别。本质就是因为“不完美”,不完美的东西各有各的缺陷和特征,造成差异。

只有数学模型是完美的东西。拿最基础的东西来说,在数学的概念里,“点”没有面积,“线条”没有宽度,圆就是完美的浑圆,一个数学里的理想圆球放在一个平面上,接触面积为零(无限小)。但是现实世界里,任何画的“点”都有面积,任何画的线条都有宽度,一个球体你打磨得再顶级,放在平面上也有接触面积。哪怕只有一个原子接触到了,原子也有面积!所以数学概念都是物理世界中不可能实现的。数学概念属于理想化,只是为了计算和逻辑推理。

球体和平面的接触面积是多少?

网上有一些人类能突破光速的“狂想”,比如有人说做出一根很长很长但质量很轻、而且高刚性的棍子,达到一定长度后,人拿着它一摆动,棍子另一头的运动速度就能超过光速。如果按“数学模型”来推理,这是可行的。但实际中人类无法做出这样的棍子。因此还是无法突破光速!所以我们看问题有两个角度,一个是数学的角度,一个是物理的角度。前者是理想化的模型,后者是我们身处的这个真实世界的状态。

数字音频的理论和模型就是一个“理想化模型”。只有按这个理论实际做出产品了(数字录音机/CD唱机/CD唱片),在实际使用中我们才能逐渐认识到其“现实特性”。现实就是,很多因素可以影响输出信号的质量,从而最终影响到声音。所以一台普通的CD转盘和一台高档的CD转盘虽然读到的01数据完全相同(记住高档CD转盘绝不会多读出一个比特的数据),但是声音可以有差别。所以不同的数字传输线材、不同的数字传输方式(光纤/同轴/AES等)也可以影响声音。所以一张印制的CD碟和一张刻录的CDR,由于数据写入的方式不同(一个是有凹坑,一个没有凹坑而仅靠涂层的反光率不同),也会声音不同。所以CD转盘和数字播放器哪怕播放的是完全相同的数据(CD抓轨数据),输出的数字信号仍会不同——不是说01不同,而是Jitter不同、信号波形不同。

CD转盘和解码器

这些“不同”,这些差异,按数字音频的理论模型都是不应该存在的。或者说,在理想世界里不应该存在。但是我们身处的这个真实世界不是理想模型!所以这些差异真实存在。

其实这些都是一个成年人凭借生活经验就应该了解的道理,但似乎很多人不明白,所以我觉得有必要聊一下。理想模型和现实世界的状况不同,这应该是地球上的一个普遍真理了,在各个领域都能见到具体事例。我所说的只是在HiFi音响领域里的具体表现。发烧友所玩的东西,供电、线材、避震、屏蔽等等,背后都有科学原理和解释。真正毫无理论能解释的“玄学”,有,但其实并不多。对那些没有明确理论支持和解释的玩法和设备,我个人也是持谨慎态度的。

来源:耳机俱乐部小白一点号

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