一鍋美味“柴火”飯——Cayin N6ii鈦合金R2R限量版與R01音頻主板

在去年九月推出N6ii的第五張音頻主板A02後，一直有燒友不斷在詢問，N6ii還會不會有新的音頻主板推出。請原諒，因為涉及到太多的不確定和產品規劃，我無法直接回答。而在我有意無意的一些感性文字之中（詳見A02發佈時的頭條文章），很多人或許都以為N6ii的音頻主板就此結束。實際上在發佈A02時，下一張音頻主板已經進入到瞭實際調校的階段，原計劃是在2021年的Q1發佈。
如今播放器行業的數字平臺在不斷升級， N6ii作為已上市兩年的產品，雖然談不上過時老舊（從音頻播放器的角度，現在N6ii的系統平臺仍然足夠使用）。但從用戶的角度上，追新才是當下最時興的方式。這也是智能型便攜播放器介於數碼消費品與Hi-Fi音頻產品之間一個獨有現象。所以，N6ii這種可替代的音頻主板模式也不可能一直延續。
“音承、新境，無限可能！”這不僅僅是一個標語，更是Cayin賦予N6ii可更換音頻主板這種設計獨特的使命和脫離產品之外的設計理念與延伸。所以在臨近N6ii上市兩周年之際（2019年5月20日正式上市），Cayin帶來瞭N6ii鈦合金R2R限量版，還有N6ii的第六張音頻主板亦是最後一張音頻主板R01。
接下來的內容將針對於產品本身展開，其中涉及到技術的部分可能過於幹硬，有興趣的朋友可以細閱，沒有興趣的跳過即可。
N6ii鈦合金R2R限量版
從這個命名相信大傢已經看出，這個版本（後文簡稱鈦版）的N6ii會采用限量發售的方式，全球限量600臺。其外殼將采用鈦合金制作，具有更好的抗氧化耐腐蝕特性的同時，表面質感更為細膩，初始呈亮銀色，隨著用戶的使用與摩擦次數的增加，表面色澤會發出淡金的質感。（實物上市後，各位燒友可以親手把玩後觀察），音量旋鈕與側邊按鍵均改為黃銅基材輔以真金PVD工藝制作而成。

鈦外殼及黃銅旋鈕與按鍵
鈦版的主控系統平臺，屏幕，電池等其他用料與鋁合金N6ii完全一致，這裡就不再贅述瞭。
鈦版N6ii的音頻主板不同於N6ii已上市的任何音頻主板，而是全新設計，全新挑戰和全新的呈現。鈦版N6ii僅有一張音頻主板。（當然，如果有用戶一定要將其他如E01，E02等音頻主板接入鈦版上使用，也是可以完全兼容並正常使用的，但是外觀上就不存在和諧瞭。）
在以往，即便N6ii的每一張音頻主板都使用不同的DAC芯片來設計，Cayin也從未就DAC芯片有過大量或核心的宣傳。因為那隻是音頻中的一個核心器件並不是設計的全部。但這一回，本文將以大量篇幅來介紹這張采用分立式R-2R電阻網絡架構的DAC設計和整體結構全新音頻主板。
數字音頻處理的基本架構說明
為瞭便於理解，我把本機的數字音頻處理從框架和功能上分成以下四個部份：
一、數字音頻橋系統；
二、超取樣插值式數字濾波器；
三、串行轉並行移位寄存器；
四、分立式R-2R梯形結構DAC電路

音頻主板PCBA

音頻主板PCBA的另一面
其工作原理和功能作用簡要描述一下：
數字音頻橋負責前端輸出的數字音頻信號處理，不管是PCM還是DSD的音頻格式，不論采樣率是多少，經過高精度數字處理後，輸出給超取樣插值式數字濾波器。
超取樣插值式數字濾波器就是對數字音頻橋輸出的音頻信號進行四倍超取樣濾波處理，並獲得左右聲道獨立的最高為768kHz/ 24bit串行音頻數據。
串行轉並行移位寄存器相對就很容易理解，就是將串行傳輸數據方式轉為並行傳輸數據方式進入R-2R電阻網絡中進行數模轉換。
上段的內容基本上涵蓋瞭R-2R的工作原理。這裡簡單講一下超取樣（OS－Over Sampling）和無超取樣（NOS－None Over Sampling）（也有一些名稱為過采樣、超采樣和非過采樣、無超采樣等，都是一個意思）。OS其核心就是升頻處理，通過插值運算得到原始基頻的多倍頻。這樣做法的好處是：通過多倍超取樣處理改變量化噪聲的頻譜分佈，使大部分噪聲被轉移到遠離音頻帶寬以外的更高頻區域，這樣使噪聲更容易被低通濾波器（LPF）濾除，同時有效降低音頻帶寬內的噪聲，提高系統信噪比。除此之處，還包括優化瞭高頻信號的衰減、降低瞭對模擬低通濾波器（LPF）的設計要求等等。
同時，OS基本是當下所有音頻DAC芯片的處理方式，比如很多用戶經常問到的Cayin產品中的數字濾波器是幹什麼的，其作用其實就是上述的內容，不同的數字濾波器隻是插值運算的方式有不同的區別而已。（其均來自於DAC芯片本身的設定）
NOS故名思義，就是不對原始信號做任何處理，保證前端音頻信號的原始采樣率，盡可能追求在聽感上的原汁原味。
這裡並不想描述OS與NOS那一種孰優孰劣的問題，無論采用那一種方式都是一種設計出發的考量和取舍。取舍的核心則在於用戶的需求和應用環境。
通過上面的描述，大傢應該可以看到N6ii鈦版是采用瞭OS的架構。其實在一開始的研發過程中，Cayin技術團隊是采用NOS的設計方式，在最早期的測試中連數字音頻橋也取消掉，由N6ii的FPGA輸出數字信號測試（研發過程中，前端統一輸出為24bit位深的PCM格式進行測試）。然後我們發現，當數字音樂播放器對應的多格式，多采樣率的音源時，特別負載為一些高靈敏度的耳機時，NOS的設計多多少少並不符合當下隨身類耳機應用市場的需求。超取樣的方式雖然對數字音頻信號經過瞭一道加工，但是在有效消除噪音方面卻改善良多。而這些年來，Cayin在便攜音頻市場上對於用戶的需求與痛點也頗為瞭解，特別是當年推出的N5一代。所以R01最終放棄瞭NOS方式而改為OS。
接下來重點講講R-2R的電路架構，這也是R-2R的核心部份。前面講的數字音頻橋、超取樣插值式數字濾波器、串行轉並行移位寄存器都是對數字音頻信號做預處理，而R-2R才是真正完成數模轉換的部份，也就是通常意義上說的DA轉換。

R-2R的T形結構圖，圖片來自於網絡，僅作為舉例說明
這是一個4bit的R-2R結構圖，以此為例說明T型電阻網絡的基本構成。
R-2R電阻網絡由阻值比例為1:2的兩種電阻（簡稱為R電阻和2R電阻）組成。
對於n比特電路，需要R電阻n-1顆，2R電阻n+1顆，共需要2n顆電阻來組成R-2R電阻網絡。
所以上圖中4bit R-2R電阻網絡的R電阻為4-1=3顆，2R電阻為3+2=5顆（4bit共計8顆電阻，5 bit為10顆電阻，24 bit則為48顆，以此類推即可）。
大傢可能會留意到一些R2R產品中的電阻數量遠遠超出按上面描述的數量，其實是通過串聯的不同阻值的電阻來獲得所需要阻值的R電阻和2R電阻，並保證它們之間的阻值比例呈嚴格的1:2關系。所以，電阻數量的多少不是根本，根本是組成R和2R的配對關系。
R-2R其實是有相當歷史的數字音頻技術。在高集成音頻DAC芯片的大量應用之前，分立式R-2R電路架構就在臺式系統中廣泛運用。直到現在，仍有很多傳統器材使用這樣的電路架構(比如Hi-End級的英國dCS)。究其根本是在於設計者從數字音頻的處理上就方便調校音色的方向，一直到最後的聲音完成。這跟采用集成電路DAC芯片有著本質的不同(包括集成芯片的架構)。簡化點說，就是DAC芯片因為高集成度，可調整空間相對有限（一般是外圍的一些電路，包括元器件的選擇性和工作電壓的變化等），同時產品一致性高，性能穩定性好，研發過程特別是聲音調校上的工作量相對較少。
而分立式R-2R對材料選型、設計調校上就有著更多的要求。比如不同R值的電阻配對：1.5K與3K，3K與6K（數值僅為舉例），產生的聲音及指標也會有所變化。這對設計者來說，在聲音定型的主觀調校上，工作量大幅增加。但同時對聲音更精細的把握上亦有瞭更多探索和調整的空間。
這些年來下來，在不斷的跟燒友交流中我也發現，有些燒友是學院派，會研究一些產品的技術構成和設計原理等；也有一部份燒友是應用派，單純從產品本身的使用和自我主觀感受出發。不管是那一種，對於Cayin來講，盡可能的把設計出發點講清楚講明白，這本身是一種產品宣傳的方式，同時也是讓用戶可以更加清楚地瞭解產品和做出判斷與選擇的方式。而上面的內容可能過於硬核和晦澀難明，我隻能說我已盡我所能的去組織通俗易懂的語言去描述瞭這些基礎設計的構成與設計思路上的取與舍。
接下來的內容會重點描述一下Cayin是如何在N6ii上實現上述設計的。
N6ii鈦版的R2R和相關設計
N6ii因為其可更換音頻主板的設計，在考慮到結構、便攜性、尺寸等諸多要求下，給予音頻主板的PCB面積空間其實是很有限的。在之前的幾張音頻主板中，都有相關的描述。為瞭更加集中做好一個極致的功能往往舍棄瞭一些其他的功能。Hi-Fi從來都不是多而全，個性化才是主題。N6ii鈦版同樣是這個思路下的產物，並且因為采用R-2R的設計架構，這個研發難度更是成倍提升，對於PCB Layout，對於材料選型等等，在狹小的空間裡用純分立式的元件來實現R-2R。
N6ii鈦版中的R-2R是24比特雙聲道電路結構，共用23顆R電阻，25顆2R電阻，兩個聲道一共是96顆超高精度低溫漂薄膜型電阻。其電阻阻值隻有兩種，R是5.1K，這是標準電阻阻值；2R是10.2K，這是非標準電阻阻值（限於篇幅，這裡略過確定阻值的驗證過程，沒有什麼別方法，就是不斷的替換配對阻值，反復的測試和主觀聽感上的不斷試聽。）。要實現10.2K電阻，其實有幾種方式，比如用兩顆5.1K的電阻串起來，或者10K+200歐的串聯等等。但是這會帶來兩個問題，第一個問題是音頻主板上PCB空間相對有限；第二個問題就在於R-2R本身對匹配精度的要求。

R電阻

2R電阻
上面的圖片就是N6ii鈦版中所使用用於R-2R電阻網絡中的電阻和其參數。電阻由Cayin在臺灣ViKing公司訂制，原訂8周大貨交期因不可抗力因素足足延遲瞭一倍，這也讓原本計劃在2021年Q1上市的計劃一直到瞭5月份才能發佈。但是，在這裡我還是想對Viking公司說聲謝謝。在疫情影響下，全球上遊各類電子原廠都出現產能不足，訂單爆滿和交期延長的問題。在這種背景下，我們這類並沒有多少量的非標準性訂單仍能給予執行和交貨，我深表感謝。

電阻全部數量,各50K,
這種超高精度低溫漂薄膜型電阻價格非常昂貴，我們總計就訂瞭兩個規格各50KPCS電阻，共計100KPCS。從理論值角度，最大成品生產數就是1000PCS。但由於SMT生產的特性，不飛件是不可能的，預估最終的產成品數量能在950PCS以上就非常不錯瞭。
R-2R對電阻網絡有著極高的匹配精度要求，匹配精度決定瞭DAC部份的非線性誤差，而這些最終亦會影響到聲音走向。這其中有兩個關鍵參數：
一、電阻精度：我們所選用用於R-2R電阻網絡的電阻精度均為0.01%即萬分之一，這是對匹配最基本的保障，令配對電阻的本身誤差降到相對極低的水平；這同時也是我們不用標準電阻用串聯方式實現電阻的配對而采用訂制電阻的另一個原因，因為串聯後，誤差精度會被放大；
二、電阻溫度系數（TCR）：也就是我們經常會講到的溫漂。電阻在工作溫度產生變化時，其阻值會產生一定幅度的變化，TCR就是指阻值的變化與溫度的關系。TCR的單位是ppm/℃，在上圖中的TCR10就是這個參數的描述，即溫度每變化一度，阻值的變動范圍在百萬分之十以內。
音頻放大類產品，在正常工作時由於功耗的存在，都會有程度不一的發熱現象。同時由於用戶使用環境的不同，工作時機內溫度會產生非常大的個體差異。所以，TCR這個值越低才越能保證匹配精度的實現和不同場景下工作相對的穩定性。
R-2R電路對電源要求極高，電源性能是影響R-2RDAC非線性誤差和噪聲的另一關鍵因素。我們給鈦版N6ii在左右聲道各配置瞭低噪聲、高驅動能力LDO線性穩壓器作為R-2R電路的基準電壓源，該LDO線性穩壓器具有出色的電流驅動能力、優異的瞬態響應性能及高電源紋波仰制比（PSRR）和低噪聲特性，對R-2R DAC在高精度處理瞬息萬變的音頻信號起到瞭關鍵的保障作用。

本機的音頻信號設計架構
模擬音頻部份的設計限於篇幅本文就不多講瞭，大致說一下在功率放大部份的電路通過特殊的接法使每聲道的兩片耳放芯片並聯，大幅瞭提升電流驅動能力和帶載性能。這也一直是Cayin產品的設計要點之一。

技術指標
這裡有一點感慨，在便攜播放器市場存在著一個普遍現象就是用指標數據來說明這款產品的優秀性，包括很多用戶的選擇亦是先考量這些方面。這無可厚非，但是對於R-2R這種設計的產品其實並不合適，采用定頻信號方式所帶來的指標測試方式和結論在R-2R中其實很難用簡單的數字來定性，特別對於采用NOS方式的產品更難代表產品的實際聽感。聽感從來都不是數字或指標的堆疊。
關於設計和硬件的構成部份就寫到這裡吧，這應該是我所有產品頭條中篇幅最長的一篇瞭。能從上至下，完完整整看到這裡的，我個人估計是百不存一。不過沒關系，有些基礎原理的闡述是為瞭讓大傢能更看清產品的本質。
在N6ii鈦版推出的同時，我們亦為N6ii的老用戶準備好瞭新的音頻主板R01。同樣的材料，同樣的設計，區別隻是在於機殼材料。同時也因為機殼材料金屬特性的變化（鈦合金具有更好的導電性和非磁性的特性，電磁屏蔽效果更好），我們略微對兩個不同外殼的音頻主板在EMC電磁兼容解決方案上相應做瞭細化的調整。除此之外，其他均完全相同。至於聲音上，鈦合金版與標準版究竟有何不同？那一種更適合你的聽感，就需要各位燒友耳聽為實瞭。還是那句老話，Hi-Fi產品，耳朵是唯一收貨標準。
如今R-2R技術在便攜產品上的運用已經逐漸展開，老技術並不代表沒有難度，而且在便攜產品上使用R-2R架構的技術難度與驗證過程比臺式系統更為復雜和繁瑣。但Hi-Fi廠商仍然樂衷於此，是因為使用R-2R架構的音頻產品有一種天然不可復制的聽感優勢，寬松自然的韻味。這些雖然隨著現代高集成芯片DAC的大量應用而日益減少，但是正如曾經八九十年代的港臺老歌和如今當下流行的曲目風格變化的一般，有一種味道始終盤旋不散，歷久彌新。各種翻唱層出不窮並加上現代的時代文化烙印和音樂特點，更是別有風味。
N6ii鈦版和R01因為空間的限制，放棄瞭LO的功能，隻有PO功能，支持單端與平衡輸出。其對應的應用范圍就是耳塞這一類的負載。與之前已推出的N6ii其他音頻主板在聽感上相比較而言（A02不列入其內），N6ii鈦版和R01在層次感，聲場，延展等諸多方面，非常自然的呈現方式構成瞭其獨一無二的魅力。正如鄉村的柴火飯與傢中電飯煲出來的精煮米飯。同樣的米，不同的味，前者煙塵滾滾，賣相不佳卻頗具飯香，久經耐嚼；後者顆粒飽滿，晶瑩剔透，口感出色。
各有各的好，一切看個人口味。
這就是為什麼Cayin在N6ii上最後一個音頻主板中采用瞭R-2R架構設計的出發點，我們希望用一個不一樣的R01給N6ii一個圓滿的句號。

N6ii的六張音頻主板全傢福
前文已經描述瞭因為材料采購上的限制和客觀情況，這一批材料能夠產出的最大理論生產量為1000PCS（我們仍會努力，爭取加大R01的數量，這關鍵在於電阻的定制與交期）。所以這回我們不再為渠道和媒體提供試聽樣機，請多多諒解。
按照現在的生產排期和計劃， N6ii鈦合金R2R限量版和R01標準型音頻主板將會同時上市，上市時間為6月21日，如有調整具體請以Cayin官方公告為準。
R01標準型音頻主板，全國統一零售價：3998元。R01的材料成本相較另幾款音頻主板要高出很多（主要就是定制精密電阻本身的成本），但我們仍是希望N6ii的老用戶可以以一個相對實惠的價格拿到。所以，綜合考量下：
國內老用戶實購價為八折，即：3198元。 N6ii鈦合金R2R限量版全球限量600臺，全國統一零售價：11998元。
感謝Cayin海內外所有的合作夥伴，從5月13日直播到現在，N6ii鈦合金R2R限量版600臺訂單已全部預銷售完畢，R01的訂單已超出第一批最大生產數近300PCS。Cayin感謝這份信任與支持，同時壓力也是倍增。好消息是，在團隊的不斷努力和供應鏈的大力支持下，R01的第二批生產物料終於有瞭實質性進展，按現在的物料到貨信息，預計在7月份中下旬R01的第二批生產可以開始。這中間R01或許有一定時長的斷貨，不過終於不再是無休止的等待。同時感謝所有支持Cayin的用戶，有很多看完直播即找合作夥伴下訂的朋友，請註意產品的上市時間6月21日，第一時間找相關合作夥伴咨詢到貨時間。盡管有諸多外界因素和客觀原因，但對於出現供貨不足的現象，Cayin仍是充滿歉意。
由“六”而來，由“六”而終。第六張音頻主板R01，將是N6ii最後一張音頻主板。N6ii這個作為Cayin目前最成功的DAP也圓滿劃上瞭句號。行文至此，突然就有瞭一種傷感。