使用立體聲和加密語音消息

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。本文詳細介紹了如何使用LTspice音頻WAV文件來實現(xiàn)不太知名的立體聲語法（以及更高的通道數(shù)）。

LTspice有許多超能力，但它對音頻文件的處理是其更令人印象深刻的天賦之一。雖然看到電路在計算機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來評估仿真。使用單聲道LTspice音頻WAV文件是有據(jù)可查的。本文將討論擴展到立體聲（或更多通道），并展示如何通過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一步利用 WAV 文件。

生成立體聲 WAV 文件

讓我們從單聲道信號生成立體聲波文件開始。圖1顯示了一個電路，該電路產(chǎn)生1 V、1 kHz正弦波并將其分成兩個通道，在它們之間交替?zhèn)鬏斝盘枴? 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 位分辨率對每個通道進行數(shù)字化，以 44.1 kSPS 采樣，并將生成的音頻存儲在 C：export.wav 中。在上面的命令中，采樣率后列出的每個信號在WAV文件中成為其自己的通道。LTspice可以在單個LTspice音頻WAV文件中存儲多達65，535個通道，只需根據(jù)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保存為左側(cè)音頻通道，將第二個通道保存為右側(cè)音頻通道。在這種情況下，當導(dǎo)出時.wav通過媒體播放器播放時，CH1 將讀取為左通道，CH2 將讀取為右通道，而不管電路節(jié)點命名約定如何。請注意，默認情況下，CH1 和 CH2 分別存儲為 chan 0 和 chan 1，存儲在.wav文件中，這對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另一個電路，如圖2所示，該電路使用導(dǎo)出的兩個通道.wav作為信號輸入。

圖2.導(dǎo)出的兩個立體聲通道.wav用于激勵兩個獨立的電路。

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

圖3.來自輸出.wav的立體聲信號用作圖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，當首次生成LTspice音頻WAV文件時，多達65，535個通道可以數(shù)字化為一個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。請記住，默認情況下，LTspice將第一個通道命名為通道0，下一個通道命名為通道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）存儲為通道0，V（CH2）存儲為通道1。要使用電壓源播放這些通道，請在電壓源的值行中指定.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，通過媒體播放器播放導(dǎo)出.wav應(yīng)該在完全通過左揚聲器（或耳機）播放 1 kHz 音調(diào)兩秒鐘和通過右揚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，這取決于播放過程中使用的媒體播放器的質(zhì)量。

通過筆記本電腦播放導(dǎo)出時.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，左側(cè)（黃色）通道顯示右側(cè)（藍色）通道的大約 30% 饋通。

在移動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，沒有可察覺的串擾，但在最大音量下有輕微的失真，如圖5所示。

圖5.2000年的手機沒有串擾，但在最大音量下失真。

在2018年以后的手機上重復(fù)實驗，沒有可察覺的串擾，峰值信號為1 V，失真非常小，如圖6所示。請注意，示波器圖是以500 mV/div的靈敏度拍攝的。

圖6.后代手機在串擾、失真和振幅方面表現(xiàn)出明顯更好的性能。

所有三個平臺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的質(zhì)量。

語音加密

圖7中的電路顯示了語音加密的基本方法，該方法使用隨機數(shù)序列對音頻信號進行加密，然后進行解密。

圖7.使用隨機電壓源加密/解密音頻文件。

文件語音.wav包含原始音頻。Excel電子表格用于生成具有100 μs變化周期的隨機數(shù)序列。結(jié)果將復(fù)制到名為 random.txt 的文本文件中。隨機.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電壓。

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）。

V（RAND）使用行為電壓源B1添加到語音信號中。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法感知。

圖9顯示了LTspice繪圖窗口中的原始語音、加密語音和解密語音信號。

圖9.輸出原始、加密和解密的語音信號。

然后使用第二個行為電壓源解密原始音頻信號，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，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是一個功能強大的模擬器，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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