LTspice音頻W AV文件：使用立體聲和加密語(yǔ)音消息

Simon?Bramble? （ADI公司?高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師）

摘? 要：詳細(xì)介紹如何使用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(jì)數(shù)）。 關(guān)鍵詞：LTspice；音頻；WAN；立體聲；加密

0  引言 

能否通過LTspice音頻WAV文件利用立體聲數(shù)據(jù)和 加密語(yǔ)音消息？答案是假如音樂是愛情的糧食，那么 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(yǔ)法（以及更高的通道計(jì)數(shù)）。 

LTspice可用于生成WAV文件作為電路仿真的輸 出，也可用于導(dǎo)入WAV文件來激勵(lì)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(xì)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(yǔ)法 （以及更高的通道計(jì)數(shù)）。 

LTspice擁有許多超級(jí)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(jì)算機(jī)屏 幕上看到逼真的電路令人著迷，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(cè)方式來評(píng)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(duì)立體聲（或更多通 道）展開討論，并說明如何從LTspice音頻WAV文件導(dǎo) 出立體聲數(shù)據(jù)，以及如何將立體聲數(shù)據(jù)導(dǎo)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。 

1  生成立體聲WAV文件 

首先，從單聲道信號(hào)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2個(gè) 通道，從而在2個(gè)通道之間交替?zhèn)鬏斝盘?hào)——在CH1和 CH2之間以2 s間隔切換1 kHz信號(hào)音（如圖1）。

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)字化處理， 以44.1 kSPS速率進(jìn)行采樣，并將生成的音頻數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)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(hào)在WAV文件中都生成自己的通道數(shù) 據(jù)。LTspice可在單個(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1個(gè) 通道數(shù)據(jù)另存為左音頻通道，將列出的第2個(gè)通道數(shù) 據(jù)另存為右音頻通道。在這種情況下，當(dāng)通過媒體 播放器播放export.wav時(shí)，無論電路節(jié)點(diǎn)命令規(guī)則如 何，CH1都將被讀取為左通道，CH2將被讀取為右通道。請(qǐng)注意，默認(rèn)情況下，CH1和CH2在.wav文件中 分別存儲(chǔ)為通道0和通道1，這對(duì)于讀取下面討論的文件至關(guān)重要。 

導(dǎo)出的這個(gè)立體聲音頻文件可用于激勵(lì)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(hào)輸入。

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），來分配export.wav中的電壓信號(hào)。

圖3 export.wav中的立體聲信號(hào)用作圖2電路的輸入。這是V1的分配，值設(shè)置為從export.wav中拉出通道0 

如前所述，首次生成LTspice音頻WAV文件時(shí)， 多達(dá)65 535個(gè)通道可數(shù)字化為1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(rèn)情況下，LTspice將第1個(gè)通道命名為通道0，將下 一個(gè)通道命名為通道1，以此類推。在這種情況下， 由圖1仿真生成的export.wav將電壓V(CH1)存儲(chǔ)為通道 0，將V(CH2)存儲(chǔ)為通道1。要使用電壓源播放這些通 道，請(qǐng)?jiān)谠撾妷涸吹闹敌兄兄付?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

2  音頻分離 

理論上，通過媒體播放器播放export.wav應(yīng)在完 全通過左揚(yáng)聲器（或耳機(jī)）播放1 kHz信號(hào)音2 s和通 過右揚(yáng)聲器播放2 s之間切換。盡管如此，仍然無法保 證立體聲完全分離，這取決于播放過程中使用的媒體 播放器的質(zhì)量。 

通過筆記本電腦播放export.wav顯示，在示波 器上測(cè)量時(shí)約30%的左通道出現(xiàn)在右通道上，如圖4 所示。

在（2000年時(shí)代）手機(jī)上播放相同的文件會(huì)得到 一個(gè)更加分離的結(jié)果，顯示沒有可感知的串?dāng)_，但是 在最大音量下會(huì)有輕微的失真，如圖5所示。

在后來2018年時(shí)代的手機(jī)上重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果 顯示沒有可感知的串?dāng)_，但有1個(gè)完整的1 V峰值信號(hào) 和很小的失真，如圖6所示。請(qǐng)注意，所繪示波器曲 線圖的靈敏度為500 mV/div。

在所有3個(gè)平臺(tái)上使用相同的文件，結(jié)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(jí)的質(zhì)量。

3  語(yǔ)音加密 

圖7中的電路顯示了語(yǔ)音加密的基本方法，即使用隨機(jī)數(shù)序列加密音頻信號(hào)，然后解密。

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(jī)數(shù)序列。結(jié)果復(fù)制到 名為random.txt的文本文件中。random.txt的摘錄如圖8 所示。

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)。 

使用行為電壓源B1將V(RAND)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 encrypt.wav文件。收聽encrypt.wav會(huì)發(fā)現(xiàn)：原始音頻 幾乎無法感知。 

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(hào)。

然后使用第2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decrypt.wav文件。

4  從差分電壓源生成WAV文件 

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

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(shù)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(shù) 學(xué)函數(shù)控制這些變量。然后，可以通過正常方式將最 終結(jié)果導(dǎo)出到LTspice音頻WAV文件。 

LTspice是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真器，但其仿真結(jié) 果不必包含在LTspice內(nèi)。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。

本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第03期第18頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。