【LTspice】”WAVファイル”を出力する『.waveコマンド』の使い方

過渡解析(tran解析)のシミュレーション結果を『WAVファイル』に出力する.waveコマンドについて説明します。

『.waveコマンド』とは

『.waveコマンド』とは、tran解析(Transient解析、トランジェント解析、過渡解析とも呼ばれています)』のシミュレーション結果をWAVファイル(拡張子がwavであるWAVE形式の音声ファイル)として出力するコマンドです。

作成した『WAVファイル』は別のシミュレーションで電圧源や電流源の入力信号として使用したり、メディアプレーヤーで音声として再生することができます。

『.waveコマンド』の構文

『.waveコマンド』の構文は以下のようになっています。

• <filename.wav>

作成する『WAVファイル』のファイル名と保存先のパスを入力します。
パスは絶対パス、または『.waveコマンド』を記述した『回路図ファイルorネットリスト』が保存されているフォルダ(ディレクトリ)からの相対パスを入力します。パスを入力せずファイル名のみの場合、『WAVファイル』は『.waveコマンド』を記述した『回路図ファイル(拡張子がascであるファイル)orネットリスト』と同じフォルダに保存されます。

• <Nbits>

サンプルリング・ビット数を入力します。有効な範囲は1〜32ビットとなります。

• <SampleRate>

1秒間当たりのサンプリング数を入力します。有効な範囲は1〜4,294,967,295サンプル/秒となります。

• V(out1) [V(out2)…]

出力するチャネル数です。各ノードの電圧をチャネル・ナンバ(chan)に出力します。上の構文では、ノードout1の電圧V(out1)をチャネル・ナンバ0(chan=0)に、ノードout2の電圧V(out2)をチャネル・ナンバ1(chan=1)に出力します。なお、部品や端子に流れる電流(例えばI(R1)など)も指定することができます。電流を指定した場合には、値はそのままで単位がAからVに変換されて出力されます。

構文において「<」と「>」で囲まれたパラメータは省略できません。また、「[」と「]」で囲まれたパラメータは省略できます。

『.waveコマンド』のコマンド例

• 作成する『WAVファイル』のファイル名は『output.wav』となります。
• パスを記述していないため、『WAVファイル』は『.waveコマンド』を記述した『回路図ファイルorネットリスト』と同じフォルダに保存されます。
• サンプルリング・ビット数は“16”、1秒間当たりのサンプリング数は“44.1k”となります。
• ノードout1の電圧V(out1)をチャネル・ナンバ0(chan=0)に、ノードout2の電圧V(out2)をチャネル・ナンバ1(chan=1)に出力します。

• 作成する『WAVファイル』のファイル名は『voice.wav』となり、Cドライブ上に保存されます。
• サンプルリング・ビット数は“16”、1秒間当たりのサンプリング数は“44.1k”となります。
• ノードleftの電圧V(left)をチャネル・ナンバ0(chan=0)に、ノードrightの電圧V(right)をチャネル・ナンバ1(chan=1)に出力します。 

『.waveコマンド』の使い方(『WAVファイル』の出力方法)

まず、『WAVファイル』の出力方法についてシンプルな回路を用いて説明します。以下の順序で説明します。

１．『回路図ファイル』を作成する

まず、『WAVファイル』に出力する信号を作成するための『回路図ファイル』を作成します。

上図は電圧源V1、電圧源V2の電圧値をノードout1、out2に接続している回路となっています。各電圧源は正弦波を出力しており、各々の振幅と周波数は以下のようになっています。

２．『回路図ファイル』を保存する

『回路図ファイル』を保存します。今回は一例として、Cドライブに『testフォルダ』を作成し、その中に『回路図ファイル』を保存しています。ファイル名は『wave.asc』としています。

３．シミュレーションを実行する(『.waveコマンド』を実行する)

『回路図ファイル(wave.asc)』を開いて、シミュレーションを実行します。シミュレーション回路図上では先ほど説明した以下の『.waveコマンド』を入力しています。

また、『.tran 1』としているため、1秒間の『WAVファイル』が作成されます。シミュレーション結果を上図の右に示しています。V(out1)、V(out2)が正弦波であることが確認できます。

４．『WAVファイル』が自動的に作成される

シミュレーション実行後、自動的に『WAVファイル』が作成されます。今回は、『.waveコマンド』でパスの指定をしていないため、『回路図ファイル(wave.asc)』と同じフォルダに『WAVファイル(output.wav)』が作成されています。次にこの『WAVファイル(output.wav)』を電圧源や電流源の入力として使用する方法について説明します。

なお、今回は、1秒間の『WAVファイル』を作成しましたが、ファイルサイズが173kBとなっています。長い『WAVファイル』の場合には、バイト数が膨大になり、シミュレーションにはかなりの時間がかかることに注意してください。

『WAVファイル』を電圧源や電圧源の入力信号に使用する方法

先ほど作成した『WAVファイル(output.wav)』を電圧源や電圧源の入力信号に使用する方法について説明します。以下の順序で説明します。

１．『回路図ファイル』を作成する

『WAVファイル(output.wav)』を電圧源や電圧源の入力信号として使用するための『回路図ファイル』を作成します。

電圧源の電圧値を右クリックまたは、シンボルを『Ctrl+右クリック』すると出てくるValue欄に『WAVファイル』を読み込むための構文を入力します。構文は以下のようになっています。

ここで、『回路図ファイル』と『WAVファイル』が同じフォルダにあるか別のフォルダにあるかで<filename.wav>が変わります。

シミュレーション回路では、『WAVファイル(output.wav)』を入力として使用するために電圧源を2つ用意して、各電圧源に対して、

と入力しています。

２．『WAVファイル』と同じフォルダに『回路図ファイル』を保存する

今回は、一例として、『回路図ファイル(saisei.asc)』を『WAVファイル(output.wav)』と同じフォルダ(Cドライブのtestフォルダ)に保存しています。

３．『回路図ファイル』を開いてシミュレーションを実行する

『tran解析』の設定において、『Stop Time』に『WAVファイル』の再生時間を指定してシミュレーションを実行します。今回は、『WAVファイル(output.wav)』の再生時間である1sとしています。

シミュレーション結果を見ると、電圧源VAとVBが『WAVファイル(output.wav)』を読み込み、電圧を出力していることが確認できます。電圧源VAはチャネル・ナンバ0(chan=0)の波形(『回路図ファイル(wave.asc)』のノードout1の電圧V(out1))となります。また、電圧源VBはチャネル・ナンバ1(chan=1)の波形(『回路図ファイル(wave.asc)』のノードout2の電圧V(out2))に対して、波形が±1Vでクリッピングされていることも確認できます。

『WAVファイル』の音声を再生する

次に実際に『WAVファイル』を再生する方法について説明します。アンプ等の設計でシミュレーションで音を確認するときに便利です。

『WAVファイル』をPCで再生する場合、『.waveコマンド』は、一般的にサポートされている『WAVファイル』の形式を考慮すると以下のようになります。

• <Nbits>：ビット/チャネル

8または16

• <SampleRate>：サンプルレート

11025Hz、22050Hz、44100Hz(44.1kHz)

• V(left) [V(right)…]：出力チャネル数

1つのみだとモノラル、2つ指定するとステレロとなります。また、チャネル・ナンバ0(chan=0)がステレオの左チャネル、チャネルナンバ1(chan=1)がステレオの右チャネルとなります。なお、3つ指定すると、3つ目は無効となり、チャネル・ナンバ0と1のみ音声が再生されます。

先ほどのシミュレーションでは以下の『.waveコマンド』を記述しました。

実際に『WAVファイル(output.wav)』をPCで再生してみると、V(out1)がチャネル・ナンバ0(chan=0)なのでステレオの左チャネル、V(out2)がチャネルナンバ1(chan=1)なのでステレオの右チャネルで再生されることが確認できます。