我在网上查找音效电路原理图时想到，如果能在出图前先用通用模仿电路仿真器(SPICE)进行模仿查验，可能会进步开发功率和质量。但因为任何电子模仿器都无法读取并输出音频文件，所以我用Pythons波形模块编写程序，完成读取波形文件而且输出一段时刻–电压点的序列。Ngspice的文件源设备能够读取这一大串点序列，并输出和音频信号相匹配的电压波形，之后作为效果电路的输入。
为了能听到输出音频，还需别的一个程序将输出盯梢转化成波形文件，这儿我仍是借助于这个Pythons波形模块来完成。
畸变效应
过载效果器250
过载效果器250是最简略的畸变效应之一，以吉他效果而广为人知。原理图如图所示。作业原理很简略，首要需求一个沟通耦合电容和偏置电路，因为供电选用单向电压。
运算扩大器被用作非反相扩大器扩大弱小的输入信号。R5电位计操控增益。输出方位有别的一个沟通耦合电容器和两个削波信号二极管。信号幅值越大，二极管的削波和畸变就越显着。
测验音频信号是一段纯洁的吉他动静，来源于用户Khoon命名的freesound.org安排，没有专利答应费用，从根本上说这个归于共用的。
首要是通过500千欧R5电阻输出较为平缓的畸变。考虑到运算扩大器的扩大效应，输入幅值的挑选尤为重要。这段录音中输入幅值为10 毫伏。从波形上咱们发现，削波效果适当显着，因此在播映前需求查看输出音量。
如下图所示，逐步减小R5的阻值会进步增益和畸变：
音频编辑器显现的失真的频谱效应：
原始纯洁吉他声信号频谱
尖锐畸变信号频谱
以上分别是原始纯洁吉他声信号和尖锐畸变信号的频谱，差异不是很显着。一些低频信号被沟通耦合电容器过滤，因为畸变新增了高频信号。能量添加超出了整个带宽，但这仅仅SPICE到wav格局声音文件转化过程中的过渡表象。为了防止削波，这儿挑选最大信号增益来获取最大样本值，然后改动信号音量。
实践电路与之比较略有不同，不过这种模仿自身依然很能阐明问题。
在所需时刻上，仿真与实践存在不同。在44100赫兹的采样频率下，大约需求5秒来仿真1秒的音频文件。如需求长时刻的仿真并记载数据，能够运用SPICE声明记载下输出波形。
含糊效应
含糊电路
第二部分为含糊电路，除了运算扩大器部分被分立晶体管所替代外，其他与之前的失真电路十分类似。
输入电压幅值对这部分电路的输出影响也很显着。
下面是1毫伏输入幅值下的仿真成果：
10毫伏输入幅值仿真成果为：
因为类似的二极管削波结构，其仿真成果与畸变电路相差不大。
二极管削波器
二极管削波器的波形比料想的要滑润得多。当然这也取决于信号电压和二极管参数。
用一对1N4148进行削波之后的1V 400Hz信号仿真
二极管削波之后的正弦波频谱
但即便如此，这个相对滑润的削波信号也包括许多高频谐波。
源码
源码拜见这儿：
README
SPICE audio tools
This repository has two programs for importing wav file to SPICE and
exporting the output as a wav file.
1. wavtospice.py
- This tool converts a wav file with a list of values, which can be read
using ngspices file source. If wav file has multiple channels only the values
of the first channel are returned.
- Usage: python wavtospice.py
- Ngspice must have been compiled with xspice support. File source can be used
like follows:
a1 %v([in]) filesrc
.model filesrc filesource (file="values" amploffset=[0] amplscale=[1]
+ timeoffset=0 timescale=1
+ timerelative=false amplstep=false)
See ngspice manual for possible options.
2. spicetowav.py
- This tool converts ngspice output to wav file. Compatibility with other
simulators is untested.
- Simulation must be setup to print the output values.
Run the ngspice in batch mode using the command line flag -b and direct
output to a file.
- Usage: python spicetowav.py
Clipping voltage is optional and if it's unspecified wav is written
with maximum amplitude such that clipping doesn't occur.
# Example
Following commands can be used to get output from lowpass filter example file
when run on Linux:
$ python wavtospice.py file.wav inputvalues
$ ngspice -b examples/lowpass.cir > spice_output
$ python spicetowav.py spice_output output.wav
