姗姗来迟的RU6——Cayin首款“小尾巴”

RU6 溜的很，这是我所希望在用户听到RU6声音呈现后的一声感叹。

Cayin首款“小尾巴”（学名应该叫，便携式USB解码耳放）RU6姗姗来迟。虽然迟到，但并未缺席。

其实对于小尾巴这类的产品，我们关注的时间很早很早。但迟迟没有立项研发，更多是出于Cayin对自身定位的思考和设计本身。如何在这样一个对于供电、功耗、体积、重量等有着天然巨大限制的产品架构下，做出有创新同时符合Cayin对于声音输出要求的产品来。这一点其实要求非常高，而且从研发角度上，越小的产品越不易做，元件选型有着太多的限制，而高集成的方案在声音上可供选择的空间几乎没有，如果只是随波逐流推出一款产品，这也不符合Cayin的要求。

纵观这些年来Cayin在便携产品上的设计，其实大家多多少少也能有一些发现。就是我们在设计时，在电源和模拟音频电路上往往是不遗余力，为了声音有更好的表现往往会选择牺牲诸如体积，重量，尺寸等Cayin看来相对重要程度较低的因素。但在小尾巴上，这些优势的设计就成了全面的限制。

也就是这些自我限制下，对于小尾巴项目，Cayin一直在观望。

这个情况一直持续到了R01完成设计定型后（2021年的2月上旬），通过测试发现采用分立式的R2R电路其工作电流很低，完全可以满足小尾巴的功耗需求。于是在进行了若干轮测试和取得了全面的测试数据后，RU6这个小尾巴才终于得以立项，确定了以分立式R2R为核心解码的方案。

RU6的数字信号处理主要分为以下三个部份:

一、数字音频桥系统；

二、串行转并行移位寄存器；

三、分立式R-2R梯形结构DAC电路

有兴趣的用户可以对比一下R01的架构，这其中最大的区别就是取消了超取样插值式数字滤波器这个硬件部份。所以RU6并没有不同的滤波器模式可以选择。但与R01不一样的地方是，通过MCU对音频桥进行配置，完成OS与NOS的设定，用户可以自行选择对应的模式。

关于R2R这一部份的内容和OS与NOS就不再详细介绍了，有兴趣的烧友可以看看关于R01中对于R2R电路和设计要点的描述。重点说明的一下，限于小尾巴本身的成本，RU6不可能采用万分之一的超精密电阻来组成R2R电路。在RU6中组成R2R的电阻采用了千分之一（0.1%）精度，TCR25（温漂系数25ppm/℃）。

对于RU6来讲，设计的难点主要是两处：一是在极其有限的空间内纳入以分立元件为核心的R2R电路，耳放电路，USB数字音频桥电路等，同时解决电源干扰、数模信号串扰等问题；二是分立器件精密电阻网络的音量控制电路设计。

RU6的PCBA组合

RU6中R2R部份的PCBA

大家通过上图可以看到，RU6在极其有限的空间内通过2块6层的PCB将数字音频处理的部份与数模音频信号转换及放大的部份做了物理上的分割，R2R与整个模拟音频电路在一起充份保证了模拟信号在传输放大过程中不被数字音频信号，时钟信号等干扰，从而获得更为干净的音频信号。

RU6的音量控制电路才是整个设计的重头戏，也是让Cayin硬件设计工程师最为痛苦的阶段。

让我们先转到RU6的应用场景，作为一款音频小尾巴，其最大的用途是接入手机这样的移动型网络设备，满足对音质有着更高要求、可以使用有线耳机同时可以更方便享用流媒体的用户使用。但是当手机作为前端时，其经过数字音量（软件音量）控制的输出信号电平高低对于音质有着至关重要的影响。尤其对于RU6采用分立元件搭建的R2R电路来讲，由于其精度有限（跟现代高数位集成DAC芯片相对比），对于数字音频信号的输出质量要求更高。所以，RU6如果采用纯软件音量控制，从设计上最为简单易行，但是随着音量的衰减其音频数据有损，带来的就是各类失真问题，简而言之根本不能听。

写到这里就顺带讲一下小尾巴的一个默认使用条件，这一点其实对于所有的小尾巴都是通用的。

1、手机前端中对于使用专业音频APP的如海贝音乐APP，有独占模式和锁定音量的功能，请务必开启；（手机上有海贝音乐APP的用户，可以点击音量锁定开启下对于此项功能的说明，这个说明其实就是核心要义）

海贝音乐的提示页面

2、对于没有独占模式和锁定音量功能的APP.请将手机音量条推至最大值。其目的如上，很多手机可能会提示所谓音量会损坏什么什么的，其实只要你后接USB的硬件设备本身带有音量调节功能，不会有任何损坏。

所以，如果单纯的采用数字音量来做RU6的音量控制是不可行的。（关于数字音量这个问题其实挺复杂，对于高位数的DAC芯片来讲，数字音量的线性压缩影响相对较小，这也是当下采用32BitDAC时很多常见的架构与设计，在听感上对因为压缩带来的数据损失基本上可以忽略不计。但是数字音量的调节本质是有损，随着数字音量的压缩会降低比特数，小音量严重损失信号转换精度，这点对于采用分立R2R这类“原始”架构的音频电路来讲，是致命的）

而RU6因为电压限制，空间限制，功耗性能等要求，电位器是肯定不能用的，而模拟音量芯片的选型也基本上没有了可能，低功耗小封装的，对声音影响非常大。我们试用过几款后对音质都极度不满意。

RU6上的音量控制电路应该是有史以来Cayin便携式产品中最为复杂的一款，超过了我们所有的播放器。（甚至基于小尾巴的天然特性，这样的音量控制电路称为另类也不为过）这其中当然有不得已而为之的原因，同时也是坚持Cayin对产品设计理念的呈现。我们用高性能电子开关和精密电阻网络搭建了电阻衰减式硬件音量控制电路，抽取其中9组硬件音量衰减模式用于音量综合控制。顺道讲一下，很多用户经常会问到所谓的硬件音量和软件音量，其区别在于一个是直接改变模拟信号电平幅度，一个是改变数字信号数值，这就是本质区别。采用电位器，模拟音量芯片，分段衰减电阻阵列等都属于硬件音量的范畴。

Cayin在台机上应用多阶硬件电阻音量阵列

上图是Cayin曾在台机上应用的一个音量控制电路，通过继电器切换由精密电阻组成的电阻阵列达到255级的无损音量控制，RU6的音量控制电路正是脱胎于此。我们将之称为：高精度电阻阵列音控电路。当然限于体积空间等实际制约的客观条件，RU6远做不到如图中255级的音量控制，在RU6共100级的音量范围下，共分成了9段，在每一段中调用1组硬件音量模式，而数字音量只在－6dB~0dB的范围内调节。这样即最大可能避开了大衰减值数字音量带来的信息量缺失，同时完成对整机的音量控制，令R2R这套方案在RU6上得以真正的实现。

本来不想讲这么复杂和繁琐，可能也有些用户也不愿看这些，但是接下来的内容，跟上面的内容是有关联，而且这对于用户是否选择RU6是很重要的。

RU6的9段电阻阵列是通过电子开关切换的，在切换中有一个POP声（也就是用户常说的冲击）在段与段之间调节音量需要MUTE一下，这会导致用户在切换某一个音量值时声音会出现约30mS停顿。必需得承认这种体验有所缺失，这是需要明明白白的告知用户的。

还有一些小尾巴用户会关心的问题，比如系统方面的支持，iOS、安卓、鸿蒙、Windows等常规系统RU6均可以支持，正常音乐播放时，其工作电流约在100mA左右，大家结合手机等本身的电池容量可以基本得出续航时间。其净重约为28g，可以满足日常出行的使用场景。RU6支持单端与平衡输出，单端输出功率130mW，平衡输出功率210mW，对于常规耳塞的驱动是没有问题的。

还有个重要的点，对于一些特别着重音频参数指标的用户，RU6或许不是你们的选择。这是分立式R2R一个天然的劣势，但我们坚持在RU6上用这样的设计方案与初衷，是因为这类电路结构亦有着本身声音呈现的自然与松驰，是Cayin一直以来对声音要求的体现。下图为RU6的测试指标，供大家细阅。