WinISD Pro

Ik kom met grote regelmaat vragen tegen hoe te werken met WinISD, of mensen die denken dat ze op de standaard-berekening van WinISD af moeten gaan. Niet alleen op dit forum, maar eigenlijk overal.
Deze informatie is natuurlijk ook bruikbaar voor andere simulatieprogramma’s, maar WinISD is één van de bekendere. Daarom bij deze een aantal tabbladen uitgelegd die je eigenlijk standaard in acht zou moeten nemen als je een kast gaat simuleren/maken.

LET OP: Veel mensen werken nog met WinISD 0.44. De hier onderstaande uitleg gaat over WinISD Pro. WinISD 0.44 is veel te beknopt omdat het de tabbladen waarover deze uitleg gaat simpelweg niet bevat.

Om het duidelijker te maken heb ik een paar voorbeeldjes opgenomen. Deze voorbeelden zijn gebaseerd op de 18sound 18LW1400. Door het resultaat van de voorbeelden te bekijken bespaar ik me veel linkjes/ foto’s/ tijd.

Met de volgende parameters, om fouten d.m.v. andere parameters te voorkomen:

De overige parameters worden door WinISD aan de hand hiervan berekend. (let op: bij het invoeren van de andere parameters kan er door het uitrekenen van WinIsd een foutmelding komen, zie daarvoor de uitleg onderaan dit artikel)

Ik ga er van uit dat je in ieder geval de Help/uitleg van WinISD door hebt gelezen, zodat je de basiskennis al hebt.

De standaard berekening die door WinISD wordt uitgevoerd, leidt tot veel verwarring. Het enige wat het programma doet is een zo vlak mogelijke frequentie-karakteristiek uitrekenen, met zoveel mogelijk diepgang. Het programma houdt hier geen rekening met de powerdip, groupdelay en dergelijke.

In eerste instantie richt ik me met de tabbladen-uitleg op het maken van een basreflex-sub. Aangezien de meeste mensen hiermee beginnen.

Op of aanmerkingen zijn altijd welkom. Het toevoegen van de uitleg van andere tabbladen uiteraard ook.

Een “bug” die ik trouwens af en toe, maar niet altijd tegenkom, is dat WinISD Pro bij een hoge Le-waarde (ca. 2,0 en hoger) een beetje vreemd kan gaan doen: In het Maximum Power tabblad wordt de Pe dan hoger weergegeven als die in werkelijkheid is

WinISD Pro is ook zeker niet het beste programma dat er is. Maar aangezien het freeware is (zo is Leap ook begonnen ), is het wel een goede start in het begrijpen van de invloed van parameters op het functioneren van een luidspreker.
En het vermijden van de “rotte appels”.

Ik doe deze uitleg in meerdere posts om het overzichtelijker te houden.

WinISD Pro is te downloaden op: www.linearteam.dk.

Transfer function magnitude

Dit is de zogenaamde frequentie karakteristiek. Hier wordt het aantal dB versterking en/of verzwakking uitgezet tegenover de frequentie. Hier probeer je een zo vlak mogelijke lijn te krijgen, zonder dat het problemen oplevert bij de overige tabbladen. Kleine bulten of dalen in de frequentie-karakteristiek maken niet zoveel uit. De karakteristiek hoeft dus niet persé vlak te zijn. Het blijft meestal wel een streven.

Bij basreflex zijn er 3 onderdelen in de grafiek te onderscheiden.

WinISD rekent standaard een zo vlak mogelijke frequentie-karakteristiek uit, met zoveel mogelijk diepgang. Het programma houdt hier echter geen rekening met bijv. de Groupdelay en de Maximum Power. De kastgrootte en afstemming hebben dan ook regelmatig een absurde waarde.

Het gaat er bij het ontwerpen van een speaker om, een compromis te sluiten zodat alle tabbladen een resultaat geven wat binnen de gestelde marges blijft.

Staar je niet blind op het verkrijgen van zoveel mogelijk diepgang. Voor de meeste (kleinere) drive-in’s zijn de frequenties beneden de 40 Hz helemaal niet zo interessant.
Een f3 of f6 van rond de 40 Hz is dan ook meestal voldoende. Dit neemt overigens niet weg dat de frequenties beneden de 40 Hz zeker iets (kunnen) toevoegen, het moet dan uiteraard wel in de muziek of op de muziekdrager aanwezig zijn.
Bij de meeste elektronische dansmuziek zit het merendeel van de energie geconcentreerd tussen de 60 en 120 Hz.

Met een 18” luidspreker kun je meestal wat meer diepgang verwachten als met een 15”. Er zijn echter genoeg uitzonderingen hierop.

Powerdip

In het tabblad “Maximum Power” wordt aangegeven wat de maximaal belasting is, bij een bepaalde frequentie, zonder dat de speaker over zijn Xmax heen gaat. Oftewel een grafiek met op de y-as de belastbaarheid en op de x-as de frequentie.

Om een goede voorstelling te maken van de powerdip kun je het beste een br-kast maken met de 18LW1400. Geef de kast vervolgens een volume van 200 ltr en een afstemming van 40 Hz.

Als je nu bij het tabblad Maximum Power kijkt, zie je een rechte lijn (met als waarde 700 Watt). Beneden de 34,5 Hz valt de belastbaarheid opeens heel snel naar beneden. Dit geeft aan dat je dus het beste een low-cut van 34,5 Hz of hoger kunt gebruiken.

Geef de kast nu een volume van 400 ltr, de afstemming blijft 40 Hz.

Er is nu een klein “dalletje” ontstaan in de rechte lijn. Dit is de zogenaamde powerdip. Rond de 49 Hz is de maximale belasting nog maar 615 Watt.

Hoe groter je de kast maakt, of hoe lager de afstemming van de poort, hoe groter deze powerdip zal worden.

En omgekeerd geldt; hoe kleiner de kast, of hoe hoger de afstemming hoe kleiner de powerdip.

Deze simulatie gaat er vanuit dat er een sinus-vormig signaal aan de speaker wordt gegeven. Muziek is echter geen sinus. De maximale belastbaarheid ligt in de praktijk dan ook hoger als WinISD en andere programma’s aangeven. Toch is het beter als de speaker geen of een erg kleine powerdip heeft. Tenzij de powerdip buiten het bereik van de luidspreker valt (bijv. bij een topkast). Meestal ligt de powerdip in het gebied rond de 60 Hz, wat voor bijv. elektronische dansmuziek erg belangrijk is.

Hou er rekening mee dat een speaker vaak wordt gebruikt op een hogere belasting als de rms-belastbaarheid van de speaker.

Het invoeren van een hogere waarde in het signal-invoerblad heeft geen invloed op het Maximum Power tabblad. De invloed hiervan kun je wel zien in het tabblad “Cone Excursion”. Door de Pe tijdelijk te verhogen (dubbelklik op de waarde) kun je zien waar de powerdip zit ook al is deze op het eerste gezicht niet zichtbaar. WinISD veranderd de waarde slechts tijdelijk.

Bij een “verkeerd” berekende kast kan de powerdip ver beneden de rms-belastbaarheid liggen. Er zijn echter ook speakers die door een bepaalde verhouding tussen de parameters zelf de oorzaak zijn. Dergelijke speakers zullen in een kast waar ze “geschikt” voor zouden moeten zijn, toch een powerdip vertonen, die niet weg te werken is zonder aanpassingen te maken die niets van de gewenste frequentie-karakteristiek over laten.

Cone excursion

Direct gerelateerd aan het tabblad Maximum Power, is het tabblad “Cone excursion”.

Hier wordt de uitslag van de speaker tegenover de frequentie weergegeven. Het gaat hier om de uitslag van piek tot piek (van voor tot achter). Dit is enigszins verwarrend, omdat de maximum toelaatbare uitslag nu 2 maal de Xmax is.

Door in het invoerblad “Signal” bij “Power” het toegevoerde vermogen in te vullen (die je de speaker gaat geven), kun je zien hoever de speaker uitslaat bij een bepaalde frequentie.

Geef de kast een volume van 400 ltr, een afstemming van 40 Hz en een toegevoerd vermogen van 700 Watt.

Rond de 49 Hz is de uitslag nu ruim 19 mm. De Xmax keer 2 is 18 mm. Oftewel de speaker overschrijdt zijn Xmax, maar alleen bij/ rond deze frequentie. Zou je met behulp van een equalizer dit frequentie gebied voldoende verzwakken, dan verdwijnt de overschrijding van de Xmax. In de praktijk is dit niet aan te raden aangezien de powerdip vrijwel altijd in het frequentie-gebied zit waar de meeste energie in zit.

Buiten de Xmax verliest de speaker zijn controle over de uitslag. De speaker gaat bijvoorbeeld behalve naar voor en achter, ook zijwaartse bewegingen maken. De Xmax is namelijk de maximale lineare excursie. Dit is duidelijk hoorbaar doordat het geluid in kwaliteit afneemt. Als de Xmax te ver wordt overschreden komt de spoel tegen de poolplaat aan, hij slaat zichzelf dan kapot. De speaker overschrijdt in dat geval zijn Xmech.

De Xmech is meestal ongeveer twee keer de Xmax. De ene speaker zal na het overschrijden van de Xmax echter sneller de controle kwijtraken als de andere. Hierdoor kan de Xmech veel sneller bereikt worden als dat je door een simulatieprogramma zou vermoeden. Het gehoor is hierbij één van de belangrijkere meet-instrumenten. Een speaker die zijn Xmax overschrijdt laat dit meestal duidelijk horen. Het valt vaak ook te zien.

Groupdelay

In dit tabblad wordt de groupdelay in milliseconde (ms) uitgezet tegenover de frequentie. Een hoge groupdelay kenmerkt zich door een `boomerig` geluid.

Niet alleen de hoogte van de groupdelay, maar ook de "vorm" is van belang. Een langzaam oplopende bult is wat dat betreft beter als een plotselinge piek.

Voor hifi verantwoord gebruik is frequentie x groupdelay = 400 ongeveer het maximum. Bij 40 Hz zou je dan dus uit komen op 10 ms. Het hoeft gelukkig niet zo heel erg nauw, dus een piekje van 600 bij de tunefrequentie van je poort vindt Stefan nog aanvaardbaar (tunen op 40hz levert dan een piek van maximaal 15ms op bij 40hz).

Door de kast te vergroten wordt de groupdelay groter. Dit gebeurt ook door de afstemfrequentie te verlagen. Hierbij gaat de groupdelay echter mee naar een lagere frequentie. Dat komt omdat de groupdelay een direct gevolg is van de br-poort. Gesloten kasten bijv. hebben hier geen last van.

Je kan de groupdelay op deze manier grotendeels verplaatsen zodat deze onder je low-cut uitkomt. Echter zit het merendeel van de geluidsdruk die van de poort komt hier dus ook onder en heeft de poort zijn werking deels verloren.

Rear port- Air velocity

In dit tabblad wordt de luchtsnelheid in de poort weergegeven (port-velocity). De luchtsnelheid wordt weergegeven in meter per seconde (m/sec.). Voor Hifi doeleinden kun je 17 m/sec. als grens aanhouden, voor PA doeleinden is dat nog ruim acceptabel, 34 m/sec. is hier een betere grens. De poortsnelheid neemt over het algemeen toe naarmate de frequentie lager wordt en naarmate het vermogen toeneemt. Bij een te minimalistisch uitgevoerde poort, kan een hogere lowcut uitkomst bieden.

Persoonlijk heb ik gemerkt dat de voorspelling vrij acuraat is. Daarom neem ik veiligheidshalve liever een grens van 30 m/sec. in acht.

Een te hoge snelheid zorgt dat je de poorten gaat “horen”. Er komt dan bijv. een puffend/blazend geluid uit. Men spreekt dan ook wel van poortruis. Dit kan zelfs duidelijk aanwezig zijn op vol vermogen.

Ronde br-poorten hebben hier minder last van als (recht)hoekige poorten. Door de poort af te ronden met een bovenfrees of een flare (trompetvormig uiteinde) wordt de poortruis verder gereduceerd. Het gedeelte van de afronding wordt bij de lengte van de poort gerekend.

Door de oppervlakte van de poort te vergroten of meer poorten toe te voegen neemt de luchtsnelheid af. De lengte van de poort neemt hier echter door toe. Een te lange poort is ook niet goed, maar dat is mede afhankelijk van de poortdiameter. Een vuistregel is dat de oppervlakte van de poort minimaal 1/9 van de oppervlakte van de luidspreker moet zijn.

Houd er rekening mee dat de poortsnelheid wordt berekend aan de hand van het toegevoerde vermogen (ingevuld in het invulblad "Signal". Hier is standaard 1 Watt ingevuld.

Bij 6de orde bandpass is er ook sprake van een frontport. Hier dient het tabblad Front port- Air velocity voor, wat volgens dezelfde lijnen werkt als de rear port.

Invoeren van T/S parameters

Een probleem bij het gebruik van WinISD Pro a7 is dat het programma alles wat je invoert narekent. Dat zou op zich geen probleem hoeven zijn maar helaas kloppen de T/S-parameters die door de fabrikanten worden opgegeven niet altijd exact. Een kleine afwijking is eigenlijk helemaal niet zo erg omdat zelfs twee speakers die direct na elkaar zijn geproduceerd, op dezelfde plaats, niet dezelfde T/S-parameters hebben.
Toch zal het programma niet bij elkaar passende T/S-parameters niet accepteren.

Gelukkig kun je het probleem vrij makkelijk omzeilen, door de T/S-parameters in een specifieke volgorde in te voeren. Je begint daarbij met de "kern"-parameters en de T/S-parameters die niet uit andere T/S-parameters zijn te herleiden.
Er zijn meerdere manieren die juist zijn, de volgorde die ik zelf gebruik is:

Qts, Fs, Vas, Re, BL, Le , Sd, Xmax, Pe

Mocht je 1 van bovenstaande T/S-parameters niet hebben, laat die dan op nul staan.

Het programma berekend de relevante T/S-parameters uit bovenstaande. Enkele invulvelden staan nog op nul. Deze zijn echter nu nog niet van belang, al kan het erg leerzaam zijn om achter de betekenis van Hg en Hc (ook wel Hag en Hac) te komen.

De reden dat het programma T/S-parameters die niet exact zijn, niet accepteert is mij onbekend, het heeft zijn nadelen maar er zijn ook een aantal goede redenen voor te bedenken.