米8万&中国芯，HiFiMan喜马拉雅自研R2R DAC来了

4月22日，HiFiMan在江苏昆山召开新品发布会，推出了多款产品：包括售价80000元人民币的EF1000旗舰级DAC、售价3199起步的HM901R、售价4000元的HM800便携解码耳放一体机以及售价10860元的RE2000Pro旗舰拓扑振膜耳塞……然而这些新品受到的关注远远不如发布会扔出的一枚“重磅炸弹”——自研R2R DAC“喜马拉雅”。

这款代号“HYMALAYA”的DAC芯片为啥引起业内轰动呢？因为这是中国人所发布的第一款成品DAC芯片。从去年下半年至今，全球的半导体市场都遭遇到了严重的“缺芯危机”：从手机到电脑、从苹果到特斯拉，从小尾巴到播放器，所有厂商饱受芯片缺货之苦。典型事件是日本旭化成（AKM）在去年10月遭受的火灾，让包括AK4497EQ在内的多款芯片直接停产绝版，价格窜上了天，逼着“大客户”飞傲把后续新品换成了ESS的解码芯片。而收购了欧胜微电子的凌云逻辑（Cirrus Logic）也曝出了芯片产能问题，供货周期据说长达1年，这让内置两颗CS43198 DAC的乐彼W2刚上市即“难产”，只能以高出5倍的成本小批量订。

1个月前，瑞萨电子位于茨城县NAKA工厂的一间芯片车间又发生火灾，损坏11台设备，停产1个月，直接经济损失超过10亿元人民币，对于全球半导体产业供应链而言，这无异于雪上加霜，下半年芯片供应紧张的大趋势难以扭转。

对于hifi行业而言，DAC芯片无疑是最重要的元器件，任何播放器都离不开它，因为DAC（D/A转换器）起到了把数字信号转换成模拟信号的作用。在数字音频时代，很少有人还在玩黑胶和磁带，绝大多数人选择的是硬盘里存着的无损音乐或QQ音乐/网易云上面的流媒体音频，这些音频数据流本质上都是数字信号，需要经过DAC的处理才能得到模拟信号，再经过放大器才能被人耳所感知。

上面提到的AKM、ESS、Cirrus Logic等公司，都是日本、美国知名的半导体方案供应商。几乎所有的Hifi播放器、解码耳放都绕不过这几家公司，比如艾利和高端系列、飞傲、山灵、乐图、凯音就常用AKM，索尼、艾巴索、Oriolus的播放器用ESS，艾利和和乐彼的中低端系列用Cirrus Logic较多。这些厂商的DAC方案，都是基于Delta-Sigma架构，这种架构的DAC分辨率高、噪声很低（把大量噪声推到了人耳听不到的域外），像AKM的旗舰DAC AK4499EQ THD+N为-124dB、单声道信噪比高达140dB、最高支持32bit/768KHz PCM采样，而之前市面指标最高的R-2R架构的DAC——Burr-Brown公司的PCM1704U-K，信噪比仅有-120dB、动态范围112dB实际精度只有19bit，可以说，顶级Delta-Sigma架构的芯片在失真指标上表现非常出色，“古老技术”的R-2R显得完全跟不上时代。

但为何很多顶级解码都采用R-2R架构呢？其价值在于，主流的Delta-Sigma是用积分去模仿模拟波形，而R-2R不存在积分转换，直接把PCM数字音频流的原始编码的数据状态（0或1）通过高速电子开关，驱动R-2R网络中的分压电阻，改变分压值得到对应模拟信号，这样得到的波形其实是“更保真”、“更模拟”的。Hifiman的CEO也用人工精加工肉和整支烹饪来形象地对比两种架构的区别——相比Delta-Sigma，R2R更能保留肉味的原始香味，不会破坏它，而造成太多人为加工的痕迹。

之前hifiman的R2R2000、HM801包括HM1000都用了PCM1704作解码，听感也是公认的具备“厚润”的“类模拟味”，但由于芯片先天素质所限，其失真普遍较大，接反映到听感上就是底噪比较明显，声音不干净。虽然烧鸡比鸡肉肠更香，但不同烧鸡的口味也可能差很多，得看“厨师”的水平。如果R2R设计不好，那么音质就会相当糟糕——整机失真极大，对于听感会有明显劣化，因此R2R DAC的音质下限也更夸张。如何确保较高下限并提高上限呢？做好精度匹配是关键。之前市面第一台采用全分立R2R设计的便携播放器是乐彼P6，它的解码就直接用202颗电阻构成，整机的动态提升到24bit（相当于8片PCM1704K并联）、信噪比提高到123dB以上。

相比成品R2R DAC，做分立R2R架构的品牌大多是hi-end级（如Rockna）或资深DIY品牌（如何庆华），且以往只出现在台式解码器中，因为这不仅需要精通模拟电路，还要精通FPGA与软件编写，同时，如果要将其便携化、小型化，并做到和台机相当的性能，除了突破R2R本身技术门槛之外，还要考虑如何最大程度的利用有限空间，把滤波、放大以及其他数字部分都塞进小机身，难度进一步增大。

乐彼花了6年时间，基于对工业级R2R DAC（AD5790）机型LP6系列的钻研调试、以及对FPGA芯片的持续开发优化，终于推出了全分立式R2R播放器，这里需要提一嘴的是FPGA这个对大多数烧友来说比较陌生的东西，它就是一块现场可编辑逻辑门阵列芯片，应用能力能体现一个厂商设计水平的高低，像乐彼P6系列，就通过开发一块国产的FPGA，实现了分立R2R DAC的线性补偿、逻辑底层处理、挂接高精度低相噪外置时钟作主时钟提供给分立R2R（即“FPGA Master”）等功能。

而HiFiMan也是“五年磨一剑”，同样是基于FPGA编写优化，改善R2R电阻网络的失真，让喜马拉雅的整机指标能达到与民用级顶级芯片PCM1704K相当的水准（信噪比都是-120dB）。有烧友质疑，是不是hifiman的pcm1704k库存卖完了所以就用这个替代了啊？但相比其他厂商直接用别家DS芯片“被动应付”，潜心开发多年“自力更生”始终还是更值得赞许，往小了讲，哪怕是卖芯片，hifiman也能收获更大利润，往大了讲，我们自己能独立做出高品质的DAC，对于整个hifi行业都是一件幸事——起码再也不会受制于人了。

这块喜马拉雅芯片，其实本质上就是FPGA+0202电阻构成的“分立R2R模块”。而乐彼P系列用的是FPGA+0603电阻，乐彼的思路是担心电阻太小、热容不够，会产生很大的热噪声，但考虑到机身体积，最终选择了0603。而hifiman为了做出中国首个“量产R2R DAC芯片”，在电阻选择方面做了更大程度的“妥协”，因此第一版喜马拉雅在总谐波失真（THD）上还有提升空间（0.0025%与PCM1704持平，和THD 0.0008%的PCM1704K仍有差距）、用了第一版喜马拉雅的机型HM901R的售价，也比2万左右的P6/P6PRO亲民的多。

封装成芯片后，喜马拉雅模块上的“大片电阻”也被隐藏了，但原理、特点和乐彼都是相同的，比如Hifiman在发布会时强调的功耗。喜马拉雅的功耗极低，仅有20mW，比起PCM1704K的450mW要低了数十倍，这样的低功耗低失真芯片非常适合便携播放器使用。

尽管喜马拉雅并不完美，但能够踏出第一步永远是最重要的。除了传统hifi播放器之外，hifiman也提到喜马拉雅的设计目标还将包括智能手机、TWS真无线蓝牙耳机、助听器等消费类电子产品，他们希望能彻底解决这些并不hifi的产品音质差的问题。同时，在高端产品层面，hifiman也在研发更高性能的HYMALAYA PRO DAC模组，试图从入门到顶级实现芯片全覆盖。喜马拉雅的未来到底如何，让我们拭目以待。