Шум комп'ютерів (і не тільки)

Ця робота була надіслана на наш "Безстроковий" конкурс статей і автор отримав приз - материнську плату Socket 939 Asus A8V Deluxe на чіпсеті VIA K8T800Pro.

Але на практиці децибели прижилися лише в віброакустіке. Для вимірювання шуму використовують шумомір - в найпростішому випадку він складається з підсилювача, до входу якого підключається вимірювальний мікрофон, а до виходу - вольтметр, проградуйований в децибелах. Однак наше вухо - досить складна система, і спектр звуку на вході в вушну раковину дуже відрізняється від того, який доходить до барабанної перетинки: звуки деяких частот посилюються, а деяких, навпаки, послаблюються. Найсильніше послаблюються низькочастотні звуки (приблизно до 250-500 Гц). Щоб врахувати це, в шумомір вводять так звану А-корекцію рівня звукового тиску, яка наближає його характеристику чутливості до людського вуха під час тихих звуках:

Такий рівень шуму класу теж вимірюють в децибелах, але щоб відрізняти від "чистих", їх позначають дБА. Аналіз цієї таблиці показує, що звуки низьких і найбільш високих частот непогано "заглушуються" самими вухами (хоча в більшості випадків цього недостатньо). Наприклад, на частоті 125 Гц чутливість вух знижується на 16 дБ (тобто гучність зменшується в 6.3 рази).

Припустимо, після деяких заходів рівень шуму знизився на 6 дБ. Виходить, що стало тихіше в 4 рази? На жаль немає. В акустиці децибели "прив'язані" до інтенсивності (потужності) звуку - так зручніше при розрахунках, тому що можна завжди скористатися законом збереження енергії. А наше вухо сприймає не інтенсивність, а звуковий тиск на барабанну перетинку, і зв'язок між ними не лінійна, а квадратична. Таким чином, у наведеному прикладі в 4 рази знизилася інтенсивність, а звуковий тиск (а разом з ним і гучність) - тільки вдвічі. Тобто при зниженні шуму на 6 дБ стане вдвічі тихіше, на 12 дБ - вчетверо тихіше, а щоб стало тихіше в 10 разів, доведеться знижувати шум вже на 20 дБ.

Або ще приклад. Припустимо, у нас в блоці живлення варто якийсь вентилятор, а ми встановили точно такий же ще і в корпус. При цьому гучність збільшиться ... Хто сказав "в два рази"? Зовсім ні - вдвічі збільшиться потужність звуку, а гучність зросте на 3 дБ або в 1.41 рази.

До речі, про складання шуму з декількох джерел. Правило тут таке: спочатку береться рівень шуму найгучнішого з них, до нього додається шум другого по гучності, до суми додається третій по гучності і т.д. Зрозуміло, децибели складаються не арифметично, а відповідно до наведеної нижче таблиці.

Так, з децибелами начебто розібралися. Тепер пару слів про інших поняттях акустики. Наприклад, про спектр. Спектр показує, звуки яких частот переважають в шумі. Знати його корисно для вибору методів боротьби з шумом, оскільки і звукоізоляція, і звукопоглинання матеріалів сильно залежать від частоти. Визначають спектр спеціальними приладами, але нерідко скласти уявлення про нього можна і "на слух". Якщо звук свистячий або дзвінкий, то спектр високочастотний, якщо глухий або бубонить - спектр низькочастотний. Найпростіший спосіб визначити спектр - підключити до входу звукової карти мікрофон і запустити популярний програвач WinAmp або іншу програму, у якій є вбудований аналізатор спектру.

Особливості "психологічного" сприйняття шуму теж вельми цікаві. При рівній гучності більше дратує високочастотний шум у порівнянні з низькочастотним, однотонний в порівнянні з широкосмуговим, імпульсний (стуки, періодична зміна тональності) в порівнянні з безперервним. Завжди треба пам'ятати про так званий "ефект маскування": високочастотний і імпульсний шум менше дратує на тлі низькочастотного. Нерідко після "втихомирення" вентиляторів починає дратувати звук роботи вінчестера. Зрозуміло, він існував і раніше, але на тлі загального високого шуму дратував набагато менше. Тому прагнути до створення абсолютно безшумною системи охолодження не тільки складно і дорого, але і шкідливо - краще залишити слабкий шум вентиляторів для маскування постукування головок вінчестера, від якого позбутися майже неможливо і який в абсолютній тиші буде дратувати набагато більше.

Шум ділиться на повітряний і структурний. Перший передається по повітрю, другий - через вібрації панелей корпусу. Наприклад, що працює вентилятор випромінює в основному повітряний шум, проте при дисбалансі крильчатки виникає вібрація, вона передається на корпус і виникає структурний шум. Методи боротьби тут теж різні. З повітряним шумом борються екрануванням, шумопоглощением і звукоізоляцією, а зі структурним - установкою віброізолятори і нанесенням вибропоглощающих покриттів на стінки.

Наприклад, стукіт головок вінчестера істотно слабшає, якщо між вінчестером і корпусом встановлений віброізолятор (чим він м'якше, тим більше ефект). Якщо використовується гвинтове кріплення, еластичний матеріал потрібно прокласти не тільки між кошиком і пристроєм, але і між кріпильним гвинтом і кошиком (не забувши встановити велику шайбу з боку гвинта). Стук при цьому буде поширюватися тільки повітряним шляхом, не передаючись на корпус у вигляді структурного шуму. Якщо з яких-небудь причин еластичне кріплення небажано, можна наклеїти вібропоглинаючий матеріал на кошик і стінки корпусу. При цьому необов'язково обклеювати всю стінку, досить і половини або навіть однієї третини. Зовні вібропоглинаючий матеріал виглядає як м'який або напівтвердий тонкий лист з клейким шаром, що нагадує руберойд. Його зазвичай продають на авторинках.

Звукоізоляція і звукопоглинання

Основний спосіб боротьби з повітряним шумом - поліпшення звукоізоляції. Подивимося, від чого залежить звукоізоляція сталевий панелі без додаткових звукопоглинальних матеріалів. Відповідний графік наведено на малюнку (суцільна лінія - "гола" пластина, штрихова - обклеєна вібропоглинаючим матеріалом).

На ньому явно видно кілька областей. У першій області звукоізоляція визначається жорсткістю пластини: чим вона більше, тим лівіше буде її межа і, відповідно, краще звукоізоляція на низьких частотах. Друга область - так звана "область резонансів", в якій звукоізоляція помітно падає. У цю область потрапляють частоти приблизно до 500 Гц. Видно, що вібропоглинаючий матеріал значно покращує звукоізоляцію в цій зоні. У третій області звукоізоляція визначається інерційністю пластини, тут діє "закон маси". Він формулюється дуже просто: звукоізоляція збільшується вдвічі (на 6 дБ) при подвоєнні частоти або подвоєнні поверхневої маси (т. Е. Товщини пластини). Приблизно звукоізоляцію в цій області можна розрахувати за формулою:

У четвертій зоні звукоізоляція падає через так званого "ефекту збігів" (докладніше на ньому зупинятися не буду - досить знати, що такий ефект є). Для стінки системного блоку четверта зона починається приблизно з 12 кГц, тому особливого значення не має - в спектрі шуму таких частот практично немає.

Звукоізоляція навіть "голого" сталевого листа товщиною 1 мм немаленька - на частоті 500 Гц вона вже дорівнює 27 дБ (тобто стінка знижує звуковий тиск в 20 раз), а з ростом частоти вона ще збільшується по "закону маси". Іншими словами, менше 3 відсотків звукової енергії проходять крізь стінку, а решта 97 відсотків відображаються назад (звукопоглинання у стали практично нульове). В результаті звукова хвиля багаторазово відбивається від стінок корпусу, підвищуючи звуковий тиск на 10 дБ у порівнянні з гіпотетичною ситуацією, коли відбита хвиля відсутня зовсім.

Оскільки неможливо обклеїти всю поверхню корпусу (включаючи материнську плату і т.п.), до того ж шумопоглинання пористих матеріалів аж ніяк не 100%, в реальності ефект від обклеювання корпусу зсередини пористими звукопоглинальними матеріалами (поролон, повсть) буде не вище 3-4 дБ. Такі матеріали добре гасять високочастотні звуки, гірше середньочастотні і практично марні на низькій частоті (див. Таблицю).

Важливо, щоб пори були відкритими, тобто повідомлялися між собою, як в губці - тоді звукова хвиля "ганяє" повітря по порах, втрачаючи при цьому свою енергію. Якщо пори закриті, як в пенополіетіленов або пінопласт, звукопоглинальні властивості будуть набагато гірше - в кожному бульбашці повітря, пружно стискаючись, "відфутболює" звукову хвилю назад.

Треба мати на увазі, що вентиляційні отвори в стінці (передній або бічній) помітно знижують звукоізоляцію, особливо на середніх і високих частотах. Іноді є сенс їх заклеїти (зрозуміло, не скотчем, а чимось серйозніше), а забір повітря організувати з боку задньої стінки через зняті заглушки слотів розширення. До воздуховоду, що підводить повітря до процесорного кулера, це не відноситься (чому шкідливо заклеювати цю "дірку", буде сказано нижче).

екранування

Крім звукоізоляції і звукопоглинання є і ще один метод боротьби з шумом - екранування. Суть його в тому, що між джерелом шуму і "вдячним слухачем" ставиться екран, в результаті чого значна частина шуму відбивається назад. Екран не обов'язково повинен бути окремою деталлю, в його якості можна успішно використовувати різні предмети меблів і навіть корпус системного блоку. Важливо пам'ятати, що відбитий від екрану звук не "розчиняється в нескінченності", а рано чи пізно відбивається назад від стіни або інших елементів інтер'єру. Тому ефективність екрана буде тим краще, чим більше розмір кімнати і чим більше в ній м'яких меблів і інших предметів з хорошим звукопоглинанням.

Також потрібно приділити особливу увагу стінці позаду джерела шуму, оскільки до слухача буде доходити не тільки прямий звук, але і відбитий, а проти останнього екран неефективний. Цю стінку (яка може бути як стінкою кімнати, так і панеллю меблів) бажано зробити звукопоглощающей або встановити під кутом, щоб звук відбивався в сторону. Усередині корпусу екрани практично марні, оскільки там частка відбитого звуку куди вище, ніж прямого. Ефективність плоских екранів відносно невелика і порівнянна з ефективністю обклеювання корпусу звукопоглинальними матеріалами. У загальному випадку, чим більший розмір екрану і чим вище частота, тим вище його ефективність. Пов'язано це з особливостями поширення звуку.

Припустимо, у нас є якась стінка з отвором (скажімо, задня стінка системного блоку), а за стінкою розташоване джерело шуму (скажімо, вентилятор блоку живлення). На низьких частотах шум буде поширюватися рівномірно на всі боки незалежно від орієнтації отвору щодо слухача - важливо лише відстань до нього. Теоретично шум зменшується на 6 дБ при подвоєнні відстані від джерела. Чому "теоретично"? Просто це справедливо, якщо джерело знаходиться "в чистому полі" і відбитий звук відсутній. У квартирі ж частка відбитого звуку досить велика, а звукопоглинання на низьких частотах мало, тому боротьба з низькочастотних шумом шляхом збільшення відстані до джерела малоефективна.

На високих частотах звук поширюється у вигляді конуса, вісь якого перпендикулярна отвору. Чим вище частота, тим вже буде цей конус. На середніх частотах виходить щось середнє - тобто шум зменшується з відхиленням від осі отвору, але не так сильно, як на високих. Проти шуму вентиляторів екранування марно через низькочастотного спектра їх шуму, проте воно реально допомагає проти стуку головок вінчестера. Оскільки це шум імпульсний, відбиті звуки не збільшують його гучність, а просто "розмивають" його за часом.

Шум жорсткого диска

Вже коли ми згадали жорсткий диск, поговоримо трохи і про зниження його шуму. Цю боротьбу краще починати ще до його покупки. Простіше відразу вибрати малошумну модель (благо зараз це не проблема), ніж потім боротися з надмірно гучним диском. Деякі диски можуть "втихомирювати" програмно - швидкість доступу до даних при цьому трохи знижується, зате головки вже не стукають. Але припустимо, що жорсткий диск у нас вже є і тихим вдачею він не відрізняється. Що робити? Як вже було сказано, в першу чергу треба акустично "розв'язати" його з корпусом, закріпивши через виброизолирующие прокладки або навіть "підвісивши" на розтяжках. У штатному місці це зробити не завжди можливо, оскільки внутрішні габарити відповідного відсіку по ширині зазвичай чітко відповідають ширині вінчестера. Але це не біда - можна скористатися вільним 5-дюймовим відсіком або встановити його в іншому позаштатному місці (про це трохи нижче).

Якщо цього недостатньо, другим кроком слід поліпшити звукоізоляцію передньої панелі, яка дуже низька через численні щілин і вентиляційних отворів. Якщо їх закрити, стукіт головок стане значно тихіше. Однак врахуйте, що при цьому вентиляція корпусу суттєво погіршиться, тому розумної цей захід можна визнати тільки для корпусів з воздуховодом до процесора або комп'ютерів з "холодними" комплектуючими.

Зніміть передню панель, заклейте зсередини вентиляційний отвір шматком щільного картону, наклейте на стінку шар поролону по всій висоті, залишивши тільки отвори для зовнішніх носіїв (FDD, DVD-ROM) і встановіть панель назад. Таким чином у нас вийде "бутерброд": металева стінка, поролон, пластикова декоративна панель. Але в цьому варіанті значно погіршиться вентиляція передньої частини. Це не страшно, оскільки вона зазвичай порожня (крім власне жорсткого диска, там більше нічого немає, а приводи для зовнішніх носіїв непогано охолоджуються через власні щілини).

Щоб диск не отримав "тепловий удар", його треба прибрати зі штатного місця і розмістити ближче до середини корпусу. Наприклад, можна використовувати наступний варіант. Жорсткий диск кріпиться через свої передні отвори за задні отвори кошика корпусу і розміщується так, щоб його задня частина опинилася під відкритий (додаткове кріплення задньої частини споруджується з підручних деталей). В цьому випадку свіже повітря, увійшовши через отвори для PCI-слотів в задній стінці корпусу, продовжить свій шлях повз відеокарти, попутно охолодить вінчестер і тільки потім піде вгору. Таким чином, замість Z-образного шляху в звичайному корпусі шлях повітря стане П-образним (з точки зору аеродинамічного опору різниці практично не буде - і в тому, і в іншому випадку повітрю доведеться пару раз повернути під прямим кутом).

Щоб запобігти перетікання повітря по найкоротшому шляху, на стінку корпусу навпроти відеокарти можна наклеїти смужку поролону, в яку вона буде упиратися. Вельми до речі виявляться вентиляційні отвори в нижній частині лівої стінки корпусу - вони забезпечать додатковий приплив свіжого повітря до диска (і не тільки). Але пам'ятайте, що ці отвори самі по собі погіршують звукоізоляцію стінки, тому такий системний блок при розміщенні на столі треба ставити зліва від монітора, щоб сам корпус служив екраном. Втім, у більшості "оверов" він зазвичай так і стоїть, оскільки в цьому випадку істотно полегшується доступ до "потрухів" при знятої лівої кришці.

Іншим варіантом кріплення дисків (в тому числі кількох) може бути установка їх в саморобну стійку на місце карт розширення (зрозуміло, заглушки навпаки них треба буде зняти). Такий варіант навіть краще, оскільки гарантується приплив свіжого повітря, а шум буде спрямований назад, де він нікому не заважає. При установці "двомісній" відеокарти і пари дисків для використання залишиться два PCI-слота - зазвичай цього буває достатньо, благо більшість периферії тепер інтегровано в материнську плату.

шум вентиляторів

Основні джерела шуму в комп'ютері - це вентилятори. У типовому комп'ютері їх 4 - по одному на процесорному кулері, в блоці живлення, на відеокарті і на задній стінці корпусу.

Шум кулера складається з декількох компонентів. По-перше, це шум власне вентилятора. Основний тон цього шуму розташований на частоті, що дорівнює добутку числа обертів на кількість лопатей. Наприклад, для 9 лопатей і 2000 об / хв ця частота буде дорівнює 9 * 2000/60 = 300 Гц. Якщо вентилятор розташований досить близько до чогось нерухомого (решітці, ребрах кулера або навіть поперечині, на якій кріпиться двигун), виникає додатковий шум при проході кожної лопаті повз цього нерухомого елемента. Нарешті, третім компонентом є аеродинамічний шум повітря, що проходить через ребра кулера або через захисну решітку. Цей шум різко зростає, коли із зростанням швидкості ламінарний (спокійний) потік повітря через радіатор перетворюється в турбулентний (вихровий).

В осьових кулери (вентилятор розташований над радіатором) потік повітря різко повертає під прямим кутом, тому в нижній частині радіатора вихори будуть завжди (це й на краще - турбулентний потік краще відводить тепло, ніж ламінарний). У міру зростання оборотів ця турбулентна зона піднімається вгору, займаючи все більший обсяг по висоті. Аеродинамічний шум не залежить від характеристик вентилятора, він залежить лише від обсягу проходить через радіатор повітря. Залежність шуму і ефективності кулерів від частоти обертання ілюструє наступна таблиця. У ній в кожній групі наведені характеристики кулерів, однакових по конструкції і відрізняються тільки частотою обертання вентилятора. Видно, що шум збільшується куди швидше, ніж ефективність.

Заміна одного вентилятора на інший (іншого типорозміру і з іншою частотою обертання) при збереженні того ж витрати ніяк на аеродинамічний шум не вплине. А зменшення витрат, необхідне для зниження цього шуму, неминуче призведе до підвищення температури радіатора. Для зниження витрати при збереженні тієї ж температури процесора необхідно знизити температуру повітря на вході в кулер. У звичайних корпусах для цього доведеться додавати корпусні вентилятори або підвищувати частоту їх обертання, що само по собі призведе до підвищення рівня шуму. Але зараз багато нові корпуси мають отвір навпроти процесорного кулера і повітропровід, що дозволяє підвести свіже повітря безпосередньо на його вхід. Це дуже ефективне рішення. По-перше, тепер можна особливо не турбуватися про температуру всередині корпусу і не городити город з купи корпусних вентиляторів, оскільки два особливо критичних до цього компонента (процесор і відеокарта) вже і так обдуваются свіжим повітрям. По-друге, вентилятор кулера тепер за сумісництвом грає і роль корпусного вентилятора, що працює на вдув. І, найголовніше, температура процесора знизиться на 10 градусів - приблизно така різниця температур між повітрям зовні і всередині корпусу. Оскільки ми відразу домовилися, що будемо підтримувати температуру процесора постійної, ці 10 градусів можна використовувати для зниження частоти обертання вентилятора і, відповідно, шуму кулера. Іншими словами, ми можемо сміливо замінити популярний серед оверклокерів, але вельми гучний Igloo 2500 pro на безшумний Igloo Silent Breeze 462 і навіть виграємо при цьому кілька градусів (ту ж процедуру з тим же результатом можна виконати і з їх сучасними спадкоємцями - Igloo 2520 pro і Silent Breeze 462-III).

Чому тут згадана відеокарта, адже до неї повітропровід не йде? Так, не йде, проте досить відкрити заглушки сусідніх з нею слотів, щоб вона отримала постійний приплив свіжого повітря (див. Мою статтю " Вентиляція корпусів - міфи і реальність "). Це знизить її температуру на 10 градусів, тобто ми отримаємо" віртуальний повітропровід "тієї ж ефективності.

Шум сучасних відеокарт часто навіть перевищує шум процесорних кулерів. Пояснюється це тим, що їх кулер не можна зробити таким же великим, як процесорний, тому площа ребер виходить невеликий, до того ж замість тихохідних вентиляторів великого діаметра доводиться застосовувати швидкохідні "малюки" або навіть відцентрові вентилятори. Рецепт боротьби тут такий же - зниження оборотів вентилятора. На жаль, практично зробити це непросто: до стандартного роз'єму живлення, якими комплектуються регулятори обертів (реобаса), вентилятор багатьох відеокарт не підключений, а різати і паяти дроти - вірний спосіб залишитися без гарантії. Оскільки сусідні слоти ми і так зарезервували для кращої вентиляції, можна взагалі відключити штатний вентилятор відеокарти, а для обдування радіатора поставити 80-мм корпусних вентилятор, що працює на невеликих оборотах.

Отже, при покупці нового комп'ютера алгоритм такий:

Корпус повинен бути з отвором в бічній стінці і воздуховодом до процесорного кулера. При виборі корпусу зверніть увагу на малошумність блоку живлення (крім шуму вентилятора деякі БП ще до того ж гудуть або свистять). На задню стінку потрібно встановити додатковий тихохідний вентилятор діаметром 80 або 92 мм потужністю близько 1 Вт (але не 120 мм - навіть найслабший з них занадто гучний, а при підключенні через регулятор оборотів його тиск і ефективність різко падають). Детальніше про вибір вентиляторів см. Мою статтю " Вибір корпусних вентіляторів ". Середня температура всередині корпусу повинна бути на 10-15 градусів вище, ніж зовні. Рекомендується встановлювати вентилятор не впритул до стінки корпусу, а на невеликій відстані від неї (хоча б 5-10 мм), проклавши між ними по периметру еластичну прокладку - це знизить структурний шум від дисбалансу вентилятора, та й повітря буде рівномірніше розподілятися по всій площі решітки.

Процесорний кулер повинен бути з вентилятором діаметром 80 мм і частотою обертання не вище 2000 об / хв (якщо вище, його треба підключити через регулятор оборотів). Доброю ефективністю при низькому шумі і помірною ціною відрізняються кулери Igloo. Краще взяти модель із середнім по швидкості вентилятором (Igloo 2520 для Socket A, Igloo 7200 для Socket 754/939 і Igloo 4360 для Socket 478) і підключити його через регулятор оборотів, щоб "загальмувати" до рівня знаменитого Silent Breeze. Вельми важливо запобігти підсмоктування повітря повз воздуховода (особливо з боку кулера).

При виборі відеокарти перевагу віддавати "холодним" моделям (наприклад, Radeon 9600Pro замість близького по продуктивності, але більш "гарячого" Radeon 9800SE). Добре, якщо радіатор має відкриті ребра (тобто не закрите зверху пластиною) - якщо "рідний" вентилятор виявиться занадто гучним або малоефективним, це дозволить легко організувати охолодження зовнішнім вентилятором. Ще краще, якщо є можливість зміни частоти обертання вентилятора (на деяких нових моделях це зустрічається). При установці слід залишити 1-2 сусідніх з відеокартою слота вільними і зняти з них заглушки.

Володимир Куваєв aka kv1

Потрібно відзначити, що "м'яке" кріплення HDD і вже тим більше його гнучка підвіска може негативно позначитися на швидкості і надійності роботи вінчестера. (Прим. Ред.)

Чекаємо на Ваші Коментарі в спеціально створеній гілці конференции .