LTspice音頻W AV文件：使用立體聲和加密語音消息

Simon?Bramble? （ADI公司?高級現場應用工程師）

摘? 要：詳細介紹如何使用LTspice音頻WAV文件生成不太為人所知的立體聲語法（以及更高的通道計數）。 關鍵詞：LTspice；音頻；WAN；立體聲；加密

0  引言 

能否通過LTspice音頻WAV文件利用立體聲數據和 加密語音消息？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迷，但是創建一個可以在 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，并說明如何從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。 

1  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2個 通道，從而在2個通道之間交替傳輸信號——在CH1和 CH2之間以2 s間隔切換1 kHz信號音（如圖1）。

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，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——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1個 通道數據另存為左音頻通道，將列出的第2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，這對于讀取下面討論的文件至關重要。 

導出的這個立體聲音頻文件可用于激勵圖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。

電壓源V1和V2照常放置，然后按住CTRL鍵并右 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 

如前所述，首次生成LTspice音頻WAV文件時， 多達65 535個通道可數字化為1個WAV文件——只需 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1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

2  音頻分離 

理論上，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 s和通 過右揚聲器播放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。

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。

在后來2018年時代的手機上重復這個實驗，結果 顯示沒有可感知的串擾，但有1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。

在所有3個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量。

3  語音加密 

圖7中的電路顯示了語音加密的基本方法，即使用隨機數序列加密音頻信號，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。

該文件用于使用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。然后將輸出乘以V(RAND)，并將結果發送到 encrypt.wav文件。收聽encrypt.wav會發現：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。

然后使用第2個行為電壓源解密原始音頻信號， 并將結果發送到decrypt.wav文件。

4  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 學函數控制這些變量。然后，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。

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