Simon Bramble

LTspice可用于生成WAV文件作為電路仿真的輸出，以及導(dǎo)入WAV文件以激勵(lì)電路仿真。有據(jù)可查的是，單聲道WAV文件可以用作LTspice的輸入，而LTspice可用于產(chǎn)生WAV輸出。本文詳細(xì)介紹了如何使用LTspice音頻WAV文件來(lái)實(shí)現(xiàn)不太知名的立體聲語(yǔ)法（以及更高的通道數(shù)）。

LTspice有許多超能力，但它對(duì)音頻文件的處理是其更令人印象深刻的天賦之一。雖然看到電路在計(jì)算機(jī)屏幕上栩栩如生令人著迷，但創(chuàng)建可在LTspice之外播放的聲音文件使工程師能夠使用另一種感覺(jué)來(lái)評(píng)估仿真。使用單聲道LTspice音頻WAV文件是有據(jù)可查的。本文將討論擴(kuò)展到立體聲（或更多通道），并展示如何通過(guò)WAV文件從LTspice導(dǎo)出立體聲數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入LTspice。它還說(shuō)明了 WAV 文件的一些提示和技巧，這些提示和技巧將使讀者能夠進(jìn)一步利用 WAV 文件。

生成立體聲 WAV 文件

讓我們從單聲道信號(hào)生成立體聲波文件開始。圖1顯示了一個(gè)電路，該電路產(chǎn)生1 V、1 kHz正弦波并將其分成兩個(gè)通道，在它們之間交替?zhèn)鬏斝盘?hào)——1 kHz音調(diào)在CH2和CH1之間以2秒的間隔切換。

圖1.在此仿真中，1 kHz正弦波在CH1和CH2之間以兩秒的間隔切換。生成的雙聲道信號(hào)將導(dǎo)出到音頻 WAV 文件。

命令 .wave “C：export.wav” 16 44.1k V（CH1） V（CH2） 以 16 位分辨率對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行數(shù)字化，以 44.1 kSPS 采樣，并將生成的音頻存儲(chǔ)在 C：export.wav 中。在上面的命令中，采樣率后列出的每個(gè)信號(hào)在WAV文件中成為其自己的通道。LTspice可以在單個(gè)LTspice音頻WAV文件中存儲(chǔ)多達(dá)65，535個(gè)通道，只需根據(jù)需要將信號(hào)附加到上述命令即可。

默認(rèn)情況下，LTspice的.wave命令將列出的第一個(gè)通道保存為左側(cè)音頻通道，將第二個(gè)通道保存為右側(cè)音頻通道。在這種情況下，當(dāng)導(dǎo)出時(shí).wav通過(guò)媒體播放器播放時(shí)，CH1 將讀取為左通道，CH2 將讀取為右通道，而不管電路節(jié)點(diǎn)命名約定如何。請(qǐng)注意，默認(rèn)情況下，CH1 和 CH2 分別存儲(chǔ)為 chan 0 和 chan 1，存儲(chǔ)在.wav文件中，這對(duì)于讀取下面討論的文件非常重要。

此導(dǎo)出的立體聲音頻文件可用于激勵(lì)另一個(gè)電路，如圖2所示，該電路使用導(dǎo)出的兩個(gè)通道.wav作為信號(hào)輸入。

圖2.導(dǎo)出的兩個(gè)立體聲通道.wav用于激勵(lì)兩個(gè)獨(dú)立的電路。

電壓源V1和V2照常放置，然后按住CTRL鍵并右鍵單擊每個(gè)電壓源來(lái)分配來(lái)自輸出.wav電壓信號(hào)，顯示組件屬性編輯器，如圖3所示。

圖3.來(lái)自輸出.wav的立體聲信號(hào)用作圖2電路的輸入。下面是 V1 的分配，其值設(shè)置為從導(dǎo)出.wav中提取通道 0。

如上所述，當(dāng)首次生成LTspice音頻WAV文件時(shí)，多達(dá)65，535個(gè)通道可以數(shù)字化為一個(gè)WAV文件，只需將任意數(shù)量的通道附加到.wave命令的末尾即可。請(qǐng)記住，默認(rèn)情況下，LTspice將第一個(gè)通道命名為通道0，下一個(gè)通道命名為通道1，依此類推。在這種情況下，導(dǎo)出.wav（由圖1中的仿真生成）將電壓V（CH1）存儲(chǔ)為通道0，V（CH2）存儲(chǔ)為通道1。要使用電壓源播放這些通道，請(qǐng)?jiān)陔妷涸吹闹敌兄兄付?wav文件和通道。在這種情況下：

要指示 V1 重播圖 1 的 V（CH1）：wavefile=“C：export.wav” chan=0

要指示 V2 重播圖 1 的 V（CH2）：wavefile=“C：export.wav” chan=1

音頻分離

從理論上講，通過(guò)媒體播放器播放導(dǎo)出.wav應(yīng)該在完全通過(guò)左揚(yáng)聲器（或耳機(jī)）播放 1 kHz 音調(diào)兩秒鐘和通過(guò)右揚(yáng)聲器播放兩秒鐘之間切換。然而，不能保證完全的立體聲分離，這取決于播放過(guò)程中使用的媒體播放器的質(zhì)量。

通過(guò)筆記本電腦播放導(dǎo)出時(shí).wav，顯示大約 30% 的左通道出現(xiàn)在右通道上，如圖 4 所示。

圖4.在筆記本電腦上播放時(shí)，左側(cè)（黃色）通道顯示右側(cè)（藍(lán)色）通道的大約 30% 饋通。

在移動(dòng)電話聽筒上播放相同的文件（大約在2000年）上，得到的結(jié)果更加分離，沒(méi)有可察覺(jué)的串?dāng)_，但在最大音量下有輕微的失真，如圖5所示。

圖5.2000年的手機(jī)沒(méi)有串?dāng)_，但在最大音量下失真。

在2018年以后的手機(jī)上重復(fù)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有可察覺(jué)的串?dāng)_，峰值信號(hào)為1 V，失真非常小，如圖6所示。請(qǐng)注意，示波器圖是以500 mV/div的靈敏度拍攝的。

圖6.后代手機(jī)在串?dāng)_、失真和振幅方面表現(xiàn)出明顯更好的性能。

所有三個(gè)平臺(tái)上都使用了相同的文件，表明LTspice正在生成完全分離的WAV文件，但最終的播放在很大程度上取決于播放器音頻舞臺(tái)的質(zhì)量。

語(yǔ)音加密

圖7中的電路顯示了語(yǔ)音加密的基本方法，該方法使用隨機(jī)數(shù)序列對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行加密，然后進(jìn)行解密。

圖7.使用隨機(jī)電壓源加密/解密音頻文件。

文件語(yǔ)音.wav包含原始音頻。Excel電子表格用于生成具有100 μs變化周期的隨機(jī)數(shù)序列。結(jié)果將復(fù)制到名為 random.txt 的文本文件中。隨機(jī).txt的摘錄如圖 8 所示。

圖8.使用 Excel 生成并保存在文本文件中的隨機(jī)電壓。

該文件用于使用LTspice中的分段線性（PWL）電壓源生成隨機(jī)變化的電壓V（RAND）。

V（RAND）使用行為電壓源B1添加到語(yǔ)音信號(hào)中。然后將輸出乘以 V（RAND），并將結(jié)果發(fā)送到加密.wav文件。收聽加密.wav顯示原始音頻幾乎無(wú)法感知。

圖9顯示了LTspice繪圖窗口中的原始語(yǔ)音、加密語(yǔ)音和解密語(yǔ)音信號(hào)。

圖9.輸出原始、加密和解密的語(yǔ)音信號(hào)。

然后使用第二個(gè)行為電壓源解密原始音頻信號(hào)，并將結(jié)果發(fā)送到文件解密.wav。

從差分電壓源生成 WAV 文件

.wave命令的語(yǔ)法不允許差分電壓的數(shù)字化。但是，使用行為電壓源可以輕松克服這一點(diǎn)，如圖10所示。

圖 10.從差分電壓創(chuàng)建 WAV 文件。

行為電壓源輸出的電壓等于 V（OUT1） – V（OUT2），可以在 .wave 命令中以如下所示的常規(guī)方式使用。

實(shí)際上，行為電壓源功能內(nèi)的變量可以包括電路中的任何電壓或電流，并且可以使用LTspice的任何數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)操縱這些變量。然后，最終結(jié)果可以以正常方式導(dǎo)出到LTspice音頻WAV文件。

LTspice是一個(gè)功能強(qiáng)大的模擬器，但其結(jié)果不必包含在LTspice中。使用.wave命令，LTspice可以導(dǎo)入，操作和導(dǎo)出音頻文件，以便在媒體播放器上播放。

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