提問：能否通過LTspice音頻WAV文件利用立體聲數據和加密語音消息
？

 

回答：假如音樂是愛情的食糧，那麼就仿真吧。

 

本非常見問題解釋如何使用LTspice®音頻WAV文件生成立體聲語法（以及更高的通道計數）。

 

LTspice可用於生成WAV文件作為電路仿真的輸出，也可用於導入WAV文件來激勵電路仿真。大量文檔記載單聲道WAV文件可用作LTspice中的輸入，而LTspice可用於生成WAV輸出。本文詳細說明如何使用LTspice音頻WAV文件生成不太為人所知的立體聲語法（以及更高的通道計數）。

 

LTspice擁(yong)有(you)許(xu)多(duo)超(chao)級(ji)功(gong)能(neng)
，但(dan)它(ta)處(chu)理(li)音(yin)頻(pin)文(wen)件(jian)的(de)能(neng)力(li)是(shi)令(ling)人(ren)印(yin)象(xiang)較(jiao)深(shen)刻(ke)的(de)功(gong)能(neng)之(zhi)一(yi)。雖(sui)然(ran)在(zai)計(ji)算(suan)機(ji)屏(ping)幕(mu)上(shang)看(kan)到(dao)逼(bi)真(zhen)的(de)電(dian)路(lu)令(ling)人(ren)著(zhe)迷(mi)
，但(dan)是(shi)創(chuang)建(jian)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)在(zai)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評估仿真。使用單聲道 LTspice音頻WAV文件的相關文檔非常完備。本文對立體聲（或更多通道）展開討論
，並說明如何從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，並將其分成兩個通道
，從而在兩個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位分辨率對每個通道進行數字化處理，以44.1 kSPS速率進行采樣
，並將生成的音頻數據存儲在C:export.wav中。在上述命令中，在采樣速率之後列出的每個信號在WAV文件中都生成自己的通道數據。LTspice可在單個LTspice音頻WAV文件中存儲多達65,535個通道——隻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通道數據另存為左音頻通道，將列出的第二個通道數據另存為右音頻通道。在這種情況下，當通過媒體播放器播放export.wav時，無論電路節點命令規則如何，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
，這對於讀取下麵討論的文件至關重要。

 

導出的這個立體聲音頻文件可用於激勵圖2所示的另一個電路，該電路使用export.wav中的兩個通道，作為信號輸入。

 

圖2.export.wav中的兩個立體聲通道用於激勵兩個獨立電路。

 

電壓源V1和V2照常放置，然後按住CTRL鍵並右鍵單擊每個電壓源

，顯示元件屬性編輯器（如圖3所示），來分配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，多達65,535個通道可數字化為一個WAV文件——隻需在.wave命令的末尾附加任意多個通道即可。記住，默認情況下，LTspice將第一個通道命名為通道0
，將下一個通道命名為通道1，以此類推。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：

 

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

● 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，通過媒體播放器播放export.wav應在完全通過左揚聲器（或耳機）播放1 kHz信號音2秒鍾和通過右揚聲器播放2秒鍾之間切換。盡管如此，仍然無法保證立體聲完全分離，這取決於播放過程中使用的媒體播放器的質量。

 

通過筆記本電腦播放export.wav顯示
，在示波器上測量時約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約30%饋入右（藍色）通道。

 

在（2000年時代）手機上播放相同的文件會得到一個更加分離的結果，顯示沒有可感知的串擾，但是在最大音量下會有輕微的失真
，如圖5所示。

 

圖5.2000年的手機顯示沒有串擾，但在最大音量下會失真。

 

在後來2018年時代的手機上重複這個實驗，結果顯示沒有可感知的串擾
，但有一個完整的1 V峰值信號和很小的失真，如圖6所示。請注意，所繪示波器曲線圖的靈敏度為500 mV/div。

 

圖6.後來一代手機在串擾、失真和振幅方麵表現出更好的性能。

 

在所有三個平台上使用相同的文件
，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於播放器音頻級的質量。

 

語音加密

 

圖7中的電路顯示了語音加密的基本方法，就是使用隨機數序列加密音頻信號，然後解密。

 

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電子表格用於生成變化周期為100 µs的隨機數序列。結果複製到名為random.txt的文本文件中。random.txt的摘錄如圖8所示。

 

圖8.使用Excel生成並保存到文本文件中的隨機電壓。

 

該文件用於使用LTspice中的分段線性(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)添加到語音信號中。然後將輸出乘以V(RAND)，並將結果發送到encrypt.wav文件。收聽encrypt.wav發現，原始音頻幾乎無法感知。

 

圖9顯示了LTspice圖窗口的原始語音、加密語音和解密語音信號。

 

圖9.原始、加密和解密語音信號的輸出。

 

然後使用第二個行為電壓源解密原始音頻信號，並將結果發送到decrypt.wav文件。

 

從差分電壓源生成WAV文件

 

.wave命令的語法不允許數字化差分電壓。但是，使用行為電壓源（B1）可輕鬆解決此問題
，如圖10所示。

 

圖10.從差分電壓創建WAV文件。

 

行為電壓源（B1）輸出電壓等於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，並且可以使用LTspice的任何數學函數控製這些變量。然後，可以通過正常方式將最終結果導出到LTspice音頻WAV文件。

 

LTspice是一個功能強大的仿真器，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。

 

作者簡介

 

Simon Bramble於1991年(nian)畢(bi)業(ye)於(yu)倫(lun)敦(dun)布(bu)魯(lu)內(nei)爾(er)大(da)學(xue)，擁(yong)有(you)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)和(he)電(dian)子(zi)學(xue)學(xue)位(wei)
，專(zhuan)門(men)從(cong)事(shi)模(mo)擬(ni)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)和(he)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)。他(ta)的(de)職(zhi)業(ye)生(sheng)涯(ya)主(zhu)要(yao)從(cong)事(shi)模(mo)擬(ni)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)
，就(jiu)職(zhi)於(yu)淩(ling)力(li)爾(er)特(te)（現為ADI公司的一部分）。聯係方式：simon.bramble@analog.com。

 

 

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