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LTspice Audio WAV Files: Using Stereo and Encrypting Voice Messages 作者：ADI公司 Simon Bramble，高級現場(chǎng)應用工程師 提問(wèn)：能否通過(guò)LTspice音頻WAV文件利用立體聲數據和加密語(yǔ)音消息？ 回答：假如音樂(lè )是愛(ài)情的食糧，那么就仿真吧。 本非常見(jiàn)問(wèn)題解釋如何使用LTspice音頻WAV文件生成立體聲語(yǔ)法（以及更高的通道計數）。 LTspice可用于生成WAV文件作為電路仿真的輸出，也可用于導入WAV文件來(lái)激勵電路仿真。大量文檔記載單聲道WAV文件可用作LTspice中的輸入，而LTspice可用于生成WAV輸出。本文詳細說(shuō)明如何使用LTspice音頻WAV文件生成不太為人所知的立體聲語(yǔ)法（以及更高的通道計數）。 LTspice擁有許多超級功能，但它處理音頻文件的能力是令人印象較深刻的功能之一。雖然在計算機屏幕上看到逼真的電路令人著(zhù)迷，但是創(chuàng )建一個(gè)可以在LTspice之外播放的聲音文件則能夠讓工程師以另一種感測方式來(lái)評估仿真。使用單聲道 LTspice音頻WAV文件的相關(guān)文檔非常完備。本文對立體聲（或更多通道）展開(kāi)討論，并說(shuō)明如何從LTspice音頻WAV文件導出立體聲數據，以及如何將立體聲數據導入LTspice音頻WAV文件。它還闡述了WAV文件的一些使用技巧和訣竅，使讀者能夠進(jìn)一步利用WAV文件。 生成立體聲WAV文件 首先，從單聲道信號生成立體聲波形文件。圖1顯示的電路生成1 V、1 kHz正弦波，并將其分成兩個(gè)通道，從而在兩個(gè)通道之間交替傳輸信號——在CH1和CH2之間以2秒間隔切換1 kHz信號音。 
圖1.在本仿真中，在CH1和CH2之間以2秒間隔切換1 kHz正弦波。生成的兩通道信號導出到一個(gè)音頻WAV文件中。 命令.wave “C:\export.wav” 16 44.1k V(CH1) V(CH2)以16位分辨率對每個(gè)通道進(jìn)行數字化處理，以44.1 kSPS速率進(jìn)行采樣，并將生成的音頻數據存儲在C:\export.wav中。在上述命令中，在采樣速率之后列出的每個(gè)信號在WAV文件中都生成自己的通道數據。LTspice可在單個(gè)LTspice音頻WAV文件中存儲多達65,535個(gè)通道——只需根據需要將信號附加到上述命令即可。 默認情況下，LTspice的.wave命令將列出的第一個(gè)通道數據另存為左音頻通道，將列出的第二個(gè)通道數據另存為右音頻通道。在這種情況下，當通過(guò)媒體播放器播放export.wav時(shí)，無(wú)論電路節點(diǎn)命令規則如何，CH1都將被讀取為左通道，CH2將被讀取為右通道。請注意，默認情況下，CH1和CH2在.wav文件中分別存儲為通道0和通道1，這對于讀取下面討論的文件至關(guān)重要。 導出的這個(gè)立體聲音頻文件可用于激勵圖2所示的另一個(gè)電路，該電路使用export.wav中的兩個(gè)通道，作為信號輸入。
圖2.export.wav中的兩個(gè)立體聲通道用于激勵兩個(gè)獨立電路。 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，顯示元件屬性編輯器（如圖3所示），來(lái)分配export.wav中的電壓信號。
圖3.export.wav中的立體聲信號用作圖2電路的輸入。這是V1的分配，值設置為從export.wav中拉出通道0。 如上所述，首次生成LTspice音頻WAV文件時(shí)，多達65,535個(gè)通道可數字化為一個(gè)WAV文件——只需在.wave命令的末尾附加任意多個(gè)通道即可。記住，默認情況下，LTspice將第一個(gè)通道命名為通道0，將下一個(gè)通道命名為通道1，以此類(lèi)推。在這種情況下，由圖1仿真生成的export.wav將電壓V(CH1)存儲為通道0，將V(CH2)存儲為通道1。要使用電壓源播放這些通道，請在該電壓源的值行中指定.wav文件和通道。這種情況下： u 要指示V1回放圖1的V(CH1)：wavefile=“C:\export.wav” chan=0 u 要指示V2回放圖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export.wav應在完全通過(guò)左揚聲器（或耳機）播放1 kHz信號音2秒鐘和通過(guò)右揚聲器播放2秒鐘之間切換。盡管如此，仍然無(wú)法保證立體聲完全分離，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export.wav顯示，在示波器上測量時(shí)約30%的左通道出現在右通道上，如圖4所示。
圖4.左（黃色）通道顯示，在筆記本電腦上播放時(shí)約30%饋入右（藍色）通道。 在（2000年時(shí)代）手機上播放相同的文件會(huì )得到一個(gè)更加分離的結果，顯示沒(méi)有可感知的串擾，但是在最大音量下會(huì )有輕微的失真，如圖5所示。
圖5.2000年的手機顯示沒(méi)有串擾，但在最大音量下會(huì )失真。 在后來(lái)2018年時(shí)代的手機上重復這個(gè)實(shí)驗，結果顯示沒(méi)有可感知的串擾，但有一個(gè)完整的1 V峰值信號和很小的失真，如圖6所示。請注意，所繪示波器曲線(xiàn)圖的靈敏度為500 mV/div。
圖6.后來(lái)一代手機在串擾、失真和振幅方面表現出更好的性能。 在所有三個(gè)平臺上使用相同的文件，結果顯示LTspice可以生成能夠完全分離的WAV文件，但最終的回放在很大程度上取決于播放器音頻級的質(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，就是使用隨機數序列加密音頻信號，然后解密。
圖7.使用隨機電壓源加密/解密音頻文件。 文件voice.wav包含原始音頻。Excel電子表格用于生成變化周期為100 μs的隨機數序列。結果復制到名為random.txt的文本文件中。random.txt的摘錄如圖8所示。
圖8.使用Excel生成并保存到文本文件中的隨機電壓。 該文件用于使用LTspice中的分段線(xiàn)性(PWL)電壓源 生成隨機變化的電壓V(RAND)。 使用行為電壓源B1將V(RAND)添加到語(yǔ)音信號中。然后將輸出乘以V(RAND)，并將結果發(fā)送到encrypt.wav文件。收聽(tīng)encrypt.wav發(fā)現，原始音頻幾乎無(wú)法感知。 圖9顯示了LTspice圖窗口的原始語(yǔ)音、加密語(yǔ)音和解密語(yǔ)音信號。
圖9.原始、加密和解密語(yǔ)音信號的輸出。 然后使用第二個(gè)行為電壓源解密原始音頻信號，并將結果發(fā)送到decrypt.wav文件。 從差分電壓源生成WAV文件 .wave命令的語(yǔ)法不允許數字化差分電壓。但是，使用行為電壓源（B1）可輕松解決此問(wèn)題，如圖10所示。
圖10.從差分電壓創(chuàng )建WAV文件。 行為電壓源（B1）輸出電壓等于V(OUT1) – V(OUT2)，這可以按常用方式在.wave命令中使用，如圖所示。 事實(shí)上，行為電壓源函數中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的任何數學(xué)函數控制這些變量。然后，可以通過(guò)正常方式將最終結果導出到LTspice音頻WAV文件。 LTspice是一個(gè)功能強大的仿真器，但其仿真結果不必包含在LTspice內。使用.wave命令，LTspice可以導入、操作和導出音頻文件，以便在媒體播放器上播放。 作者簡(jiǎn)介 Simon Bramble于1991年畢業(yè)于倫敦布魯內爾大學(xué)，擁有電氣工程和電子學(xué)學(xué)位，專(zhuān)門(mén)從事模擬電子器件和電源工作。他的職業(yè)生涯主要從事模擬電子器件工作，就職于凌力爾特（現為ADI公司的一部分）。聯(lián)系方式：simon.bramble@analog.com。 |
