一锅美味“柴火”饭——N6ii钛合金R2R限量版与R01音频主板

cayin音响

在去年九月推出N6ii的第五张音频主板A02后，一直有烧友不断在询问，N6ii还会不会有新的音频主板推出。请原谅，因为涉及到太多的不确定和产品规划，我无法直接回答。而在我有意无意的一些感性文字之中（详见A02发布时的头条文章），很多人或许都以为N6ii的音频主板就此结束。实际上在发布A02时，下一张音频主板已经进入到了实际调校的阶段，原计划是在2021年的Q1发布。

如今播放器行业的数字平台在不断升级， N6ii作为已上市两年的产品，虽然谈不上过时老旧（从音频播放器的角度，现在N6ii的系统平台仍然足够使用）。但从用户的角度上，追新才是当下最时兴的方式。这也是智能型便携播放器介于数码消费品与Hi-Fi音频产品之间一个独有现象。所以，N6ii这种可替代的音频主板模式也不可能一直延续。

“音承、新境，无限可能！”这不仅仅是一个标语，更是Cayin赋予N6ii可更换音频主板这种设计独特的使命和脱离产品之外的设计理念与延伸。所以在临近N6ii上市两周年之际（2019年5月20日正式上市），Cayin带来了N6ii钛合金R2R限量版，还有N6ii的第六张音频主板亦是最后一张音频主板R01。

接下来的内容将针对于产品本身展开，其中涉及到技术的部分可能过于干硬，有兴趣的朋友可以细阅，没有兴趣的跳过即可。

N6ii钛合金R2R限量版

从这个命名相信大家已经看出， 这个版本（后文简称钛版）的N6ii会采用限量发售的方式，全球限量600台。其外壳将采用钛合金制作，具有更好的抗氧化耐腐蚀特性的同时，表面质感更为细腻，初始呈亮银色，随着用户的使用与摩擦次数的增加，表面色泽会发出淡金的质感。（实物上市后，各位烧友可以亲手把玩后观察），音量旋钮与侧边按键均改为黄铜基材辅以真金PVD工艺制作而成。


钛外壳及黄铜旋钮与按键

钛版的主控系统平台，屏幕，电池等其他用料与铝合金N6ii完全一致，这里就不再赘述了。

钛版N6ii的音频主板不同于N6ii已上市的任何音频主板，而是全新设计，全新挑战和全新的呈现。钛版N6ii仅有一张音频主板。（当然，如果有用户一定要将其他如E01，E02等音频主板接入钛版上使用，也是可以完全兼容并正常使用的，但是外观上就不存在和谐了。）

在以往，即便N6ii的每一张音频主板都使用不同的DAC芯片来设计，Cayin也从未就DAC芯片有过大量或核心的宣传。因为那只是音频中的一个核心器件并不是设计的全部。但这一回，本文将以大量篇幅来介绍这张采用分立式R-2R电阻网络架构的DAC设计和整体结构全新音频主板。

数字音频处理的基本架构说明

为了便于理解，我把本机的数字音频处理从框架和功能上分成以下四个部份：

一、数字音频桥系统；

二、超取样插值式数字滤波器；

三、串行转并行移位寄存器；

四、分立式R-2R梯形结构DAC电路


音频主板PCBA

音频主板PCBA的另一面

其工作原理和功能作用简要描述一下：

数字音频桥负责前端输出的数字音频信号处理，不管是PCM还是DSD的音频格式，不论采样率是多少，经过高精度数字处理后，输出给超取样插值式数字滤波器。

超取样插值式数字滤波器就是对数字音频桥输出的音频信号进行四倍超取样滤波处理，并获得左右声道独立的最高为768kHz/ 24bit串行音频数据。

串行转并行移位寄存器相对就很容易理解，就是将串行传输数据方式转为并行传输数据方式进入R-2R电阻网络中进行数模转换。

上段的内容基本上涵盖了R-2R的工作原理。这里简单讲一下超取样（OS－Over Sampling）和无超取样（NOS－None Over Sampling）（也有一些名称为过采样、超采样和非过采样、无超采样等，都是一个意思）。OS其核心就是升频处理，通过插值运算得到原始基频的多倍频。这样做法的好处是：通过多倍超取样处理改变量化噪声的频谱分布，使大部分噪声被转移到远离音频带宽以外的更高频区域，这样使噪声更容易被低通滤波器（LPF）滤除，同时有效降低音频带宽内的噪声，提高系统信噪比。除此之处，还包括优化了高频信号的衰减、降低了对模拟低通滤波器（LPF）的设计要求等等。


同时，OS基本是当下所有音频DAC芯片的处理方式，比如很多用户经常问到的Cayin产品中的数字滤波器是干什么的，其作用其实就是上述的内容，不同的数字滤波器只是插值运算的方式有不同的区别而已。（其均来自于DAC芯片本身的设定）

NOS故名思义，就是不对原始信号做任何处理，保证前端音频信号的原始采样率，尽可能追求在听感上的原汁原味。

这里并不想描述OS与NOS那一种孰优孰劣的问题，无论采用那一种方式都是一种设计出发的考量和取舍。取舍的核心则在于用户的需求和应用环境。

通过上面的描述，大家应该可以看到N6ii钛版是采用了OS的架构。其实在一开始的研发过程中，Cayin技术团队是采用NOS的设计方式，在最早期的测试中连数字音频桥也取消掉，由N6ii的FPGA输出数字信号测试（研发过程中，前端统一输出为24bit位深的PCM格式进行测试）。然后我们发现，当数字音乐播放器对应的多格式，多采样率的音源时，特别负载为一些高灵敏度的耳机时，NOS的设计多多少少并不符合当下随身类耳机应用市场的需求。超取样的方式虽然对数字音频信号经过了一道加工，但是在有效消除噪音方面却改善良多。而这些年来，Cayin在便携音频市场上对于用户的需求与痛点也颇为了解，特别是当年推出的N5一代。所以R01最终放弃了NOS方式而改为OS。

接下来重点讲讲R-2R的电路架构，这也是R-2R的核心部份。前面讲的数字音频桥 、超取样插值式数字滤波器、串行转并行移位寄存器都是对数字音频信号做预处理，而R-2R才是真正完成数模转换的部份，也就是通常意义上说的DA转换。


R-2R的T形结构图，图片来自于网络，仅作为举例说明

这是一个4bit的R-2R结构图，以此为例说明T型电阻网络的基本构成。


R-2R电阻网络由阻值比例为1:2的两种电阻（简称为R电阻和2R电阻）组成。

对于n比特电路，需要R电阻n-1颗，2R电阻n+1颗，共需要2n颗电阻来组成R-2R电阻网络。


所以上图中4bit R-2R电阻网络的R电阻为4-1=3颗，2R电阻为3+2=5颗（4bit共计8颗电阻，5 bit为10颗电阻，24 bit则为48颗，以此类推即可）。

大家可能会留意到一些R2R产品中的电阻数量远远超出按上面描述的数量，其实是通过串联的不同阻值的电阻来获得所需要阻值的R电阻和2R电阻，并保证它们之间的阻值比例呈严格的1:2关系。所以，电阻数量的多少不是根本，根本是组成R和2R的配对关系。

R-2R其实是有相当历史的数字音频技术。在高集成音频DAC芯片的大量应用之前，分立式R-2R电路架构就在台式系统中广泛运用。直到现在，仍有很多传统器材使用这样的电路架构(比如Hi-End级的英国dCS)。究其根本是在于设计者从数字音频的处理上就方便调校音色的方向，一直到最后的声音完成。这跟采用集成电路DAC芯片有着本质的不同(包括集成芯片的架构)。简化点说，就是DAC芯片因为高集成度，可调整空间相对有限（一般是外围的一些电路，包括元器件的选择性和工作电压的变化等），同时产品一致性高，性能稳定性好，研发过程特别是声音调校上的工作量相对较少。

而分立式R-2R对材料选型、设计调校上就有着更多的要求。比如不同R值的电阻配对：1.5K与3K，3K与6K（数值仅为举例），产生的声音及指标也会有所变化。这对设计者来说，在声音定型的主观调校上，工作量大幅增加。但同时对声音更精细的把握上亦有了更多探索和调整的空间。

这些年来下来，在不断的跟烧友交流中我也发现，有些烧友是学院派，会研究一些产品的技术构成和设计原理等；也有一部份烧友是应用派，单纯从产品本身的使用和自我主观感受出发。不管是那一种，对于Cayin来讲，尽可能的把设计出发点讲清楚讲明白，这本身是一种产品宣传的方式，同时也是让用户可以更加清楚地了解产品和做出判断与选择的方式。而上面的内容可能过于硬核和晦涩难明，我只能说我已尽我所能的去组织通俗易懂的语言去描述了这些基础设计的构成与设计思路上的取与舍。

接下来的内容会重点描述一下Cayin是如何在N6ii上实现上述设计的。

N6ii钛版的R2R和相关设计

N6ii因为其可更换音频主板的设计，在考虑到结构、便携性、尺寸等诸多要求下，给予音频主板的PCB面积空间其实是很有限的。在之前的几张音频主板中，都有相关的描述。为了更加集中做好一个极致的功能往往舍弃了一些其他的功能。Hi-Fi从来都不是多而全，个性化才是主题。N6ii钛版同样是这个思路下的产物，并且因为采用R-2R的设计架构，这个研发难度更是成倍提升，对于PCB Layout，对于材料选型等等，在狭小的空间里用纯分立式的元件来实现R-2R。

N6ii钛版中的R-2R是24比特双声道电路结构，共用23颗R电阻，25颗2R电阻，两个声道一共是96颗超高精度低温漂薄膜型电阻。其电阻阻值只有两种，R是5.1K，这是标准电阻阻值；2R是10.2K，这是非标准电阻阻值（限于篇幅，这里略过确定阻值的验证过程，没有什么别方法，就是不断的替换配对阻值，反复的测试和主观听感上的不断试听。）。要实现10.2K电阻，其实有几种方式，比如用两颗5.1K的电阻串起来，或者10K+200欧的串联等等。但是这会带来两个问题，第一个问题是音频主板上PCB空间相对有限；第二个问题就在于R-2R本身对匹配精度的要求。



R电阻

2R电阻


上面的图片就是N6ii钛版中所使用用于R-2R电阻网络中的电阻和其参数。电阻由Cayin在台湾ViKing公司订制，原订8周大货交期因不可抗力因素足足延迟了一倍，这也让原本计划在2021年Q1上市的计划一直到了5月份才能发布。但是，在这里我还是想对Viking公司说声谢谢。在疫情影响下，全球上游各类电子原厂都出现产能不足，订单爆满和交期延长的问题。在这种背景下，我们这类并没有多少量的非标准性订单仍能给予执行和交货，我深表感谢。

电阻全部数量,各5K,

这种超高精度低温漂薄膜型电阻价格非常昂贵，我们总计就订了两个规格各5KPCS电阻，共计10KPCS。从理论值角度，最大成品生产数就是1000PCS。但由于SMT生产的特性，不飞件是不可能的，预估最终的产成品数量能在950PCS以上就非常不错了。

R-2R对电阻网络有着极高的匹配精度要求，匹配精度决定了DAC部份的非线性误差，而这些最终亦会影响到声音走向。这其中有两个关键参数：

一、电阻精度：我们所选用用于R-2R电阻网络的电阻精度均为0.01%即万分之一，这是对匹配最基本的保障，令配对电阻的本身误差降到相对极低的水平；这同时也是我们不用标准电阻用串联方式实现电阻的配对而采用订制电阻的另一个原因，因为串联后，误差精度会被放大；

二、电阻温度系数（TCR）：也就是我们经常会讲到的温漂。电阻在工作温度产生变化时，其阻值会产生一定幅度的变化，TCR就是指阻值的变化与温度的关系。TCR的单位是ppm/℃，在上图中的TCR10就是这个参数的描述，即温度每变化一度，阻值的变动范围在百万分之十以内。

音频放大类产品，在正常工作时由于功耗的存在，都会有程度不一的发热现象。同时由于用户使用环境的不同，工作时机内温度会产生非常大的个体差异。所以，TCR这个值越低才越能保证匹配精度的实现和不同场景下工作相对的稳定性。

R-2R电路对电源要求极高，电源性能是影响R-2RDAC非线性误差和噪声的另一关键因素。我们给钛版N6ii在左右声道各配置了低噪声、高驱动能力LDO线性稳压器作为R-2R电路的基准电压源，该LDO线性稳压器具有出色的电流驱动能力、优异的瞬态响应性能及高电源纹波仰制比（PSRR）和低噪声特性，对R-2R DAC在高精度处理瞬息万变的音频信号起到了关键的保障作用。


本机的音频信号设计架构

模拟音频部份的设计限于篇幅本文就不多讲了，大致说一下在功率放大部份的电路通过特殊的接法使每声道的两片耳放芯片并联，大幅了提升电流驱动能力和带载性能。这也一直是Cayin产品的设计要点之一。


技术指标

这里有一点感慨，在便携播放器市场存在着一个普遍现象就是用指标数据来说明这款产品的优秀性，包括很多用户的选择亦是先考量这些方面。这无可厚非，但是对于R-2R这种设计的产品其实并不合适，采用定频信号方式所带来的指标测试方式和结论在R-2R中其实很难用简单的数字来定性，特别对于采用NOS方式的产品更难代表产品的实际听感。听感从来都不是数字或指标的堆叠。

关于设计和硬件的构成部份就写到这里吧，这应该是我所有产品头条中篇幅最长的一篇了。能从上至下，完完整整看到这里的，我个人估计是百不存一。不过没关系，有些基础原理的阐述是为了让大家能更看清产品的本质。

在N6ii钛版推出的同时，我们亦为N6ii的老用户准备好了新的音频主板R01。同样的材料，同样的设计，区别只是在于机壳材料。同时也因为机壳材料金属特性的变化（钛合金具有更好的导电性和非磁性的特性，电磁屏蔽效果更好），我们略微对两个不同外壳的音频主板在EMC电磁兼容解决方案上相应做了细化的调整。除此之外，其他均完全相同。至于声音上，钛合金版与标准版究竟有何不同？那一种更适合你的听感，就需要各位烧友耳听为实了。还是那句老话，Hi-Fi产品，耳朵是唯一收货标准。

如今R-2R技术在便携产品上的运用已经逐渐展开，老技术并不代表没有难度，而且在便携产品上使用R-2R架构的技术难度与验证过程比台式系统更为复杂和繁琐。但Hi-Fi厂商仍然乐衷于此，是因为使用R-2R架构的音频产品有一种天然不可复制的听感优势，宽松自然的韵味。这些虽然随着现代高集成芯片DAC的大量应用而日益减少，但是正如曾经八九十年代的港台老歌和如今当下流行的曲目风格变化的一般，有一种味道始终盘旋不散，历久弥新。各种翻唱层出不穷并加上现代的时代文化烙印和音乐特点，更是别有风味。

N6ii钛版和R01因为空间的限制，放弃了LO的功能，只有PO功能，支持单端与平衡输出。其对应的应用范围就是耳塞这一类的负载。与之前已推出的N6ii其他音频主板在听感上相比较而言（A02不列入其内），N6ii钛版和R01在层次感，声场，延展等诸多方面，非常自然的呈现方式构成了其独一无二的魅力。正如乡村的柴火饭与家中电饭煲出来的精煮米饭。同样的米，不同的味，前者烟尘滚滚，卖相不佳却颇具饭香，久经耐嚼；后者颗粒饱满，晶莹剔透，口感出色。

各有各的好，一切看个人口味。

这就是为什么Cayin在N6ii上最后一个音频主板中采用了R-2R架构设计的出发点，我们希望用一个不一样的R01给N6ii一个圆满的句号。


N6ii的六张音频主板全家福

前文已经描述了因为材料采购上的限制和客观情况，这一批材料能够产出的最大理论生产量为1000PCS（我们仍会努力，争取加大R01的数量，这关键在于电阻的定制与交期）。所以这回我们不再为渠道和媒体提供试听样机，请多多谅解。

按照现在的生产排期和计划， N6ii钛合金R2R限量版和R01标准型音频主板将会同时上市，上市时间为6月21日，如有调整具体请以Cayin官方公告为准。

R01标准型音频主板，全国统一零售价：3998元。R01的材料成本相较另几款音频主板要高出很多（主要就是定制精密电阻本身的成本），但我们仍是希望N6ii的老用户可以以一个相对实惠的价格拿到。所以，综合考量下：


国内老用户实购价为八折，即：3198元。 N6ii钛合金R2R限量版全球限量600台，全国统一零售价：11998元。

感谢Cayin海内外所有的合作伙伴，从5月13日直播到现在，N6ii钛合金R2R限量版600台订单已全部预销售完毕，R01的订单已超出第一批最大生产数近300PCS。Cayin感谢这份信任与支持，同时压力也是倍增。好消息是，在团队的不断努力和供应链的大力支持下，R01的第二批生产物料终于有了实质性进展，按现在的物料到货信息，预计在7月份中下旬R01的第二批生产可以开始。这中间R01或许有一定时长的断货，不过终于不再是无休止的等待。同时感谢所有支持Cayin的用户，有很多看完直播即找合作伙伴下订的朋友，请注意产品的上市时间6月21日，第一时间找相关合作伙伴咨询到货时间。尽管有诸多外界因素和客观原因，但对于出现供货不足的现象，Cayin仍是充满歉意。



由“六”而来，由“六”而终。第六张音频主板R01，将是N6ii最后一张音频主板。N6ii这个作为Cayin目前最成功的DAP也圆满划上了句号。行文至此，突然就有了一种伤感。


结束不是终点
好在，这一切亦会有另一种方式的全新开始（各位看官，就当这是个彩蛋吧），不一样的应用与玩法（不再是DAP），更多的个性，全新的设计，我们力争在2021年内呈现。

Cayin 好听，从此不一样！

hytcqq

移位寄存器，好老的架构，可能pcb受限，可惜了