Бесшумный персональный компьютер

Тихий персональный компьютер в бесшумный или производящий мало шума (малошумный, тихий) компьютер. Такие компьютеры используют для аудио и видео редактирования (цитата? обычно редактирование требует более мощного ПК, что приводит к большему шуму, если нужна быстрая обработка видео/аудио), в качестве музыкальных центров.

Источники шума

Вентиляторы

Шум от вентиляторов может усиливаться или менять уровень (зависимо от частоты вращения) в процессе резонанса между частотами издаваемого звука нескольких вентиляторов. То есть шум от двух и более вентиляторов накладывается. Уровень звука измеряется в дБА (деци-Беллах Акустических).

Шум вентилятора состоит из нескольких составляющих:

• Шум подшипников
• Аэродинамический шум

Поскольку, вентиляторы могут быть установлены в разных частях компьютера в в корпусе, на процессоре, на видеокарте, на жестком диске и т. д., то все они могут производить тот или иной шум. Чем меньше уровень дБА, тем лучше для пользователя в компьютер работает тише и создает меньше дискомфорта, с другой стороны, более тихая работа компьютера означает, что используются более дорогие решения. Более тихий вентилятор может стоить дороже в несколько раз, а если решение абсолютно бесшумное, то стоимость может вырасти на порядок, например, некоторые системные блоки и корпуса (мощные) стоят в 5-10 дороже своих тихих аналогов. С другой стороны, если пользователь не гонится за высокой производительностью, он может за те же деньги купить просто более слабый компьютер в например, если ему нужен просто доступ в интернет, простое видео, музыка, офисные программы (в общем то, что не требует много системных ресурсов) в то не следует выбирать очень «крутой» и мощный компьютер, ведь в этом случае пользователь рискует переплатить за те возможности, которые он не будет использовать полностью, а в придачу получит еще и лишний уровень шума. Для решения этой проблемы был создан отдельный класс устройств в nettop (неттоп) в на этом компьютере устанавливается простой процессор, но общая производительность обычно достаточная для работы в сети большинству пользователей. При этом уровень шума достаточно низкий. Еще более радикальное решение в не использовать вентиляторы вообще. Для этого можно просто использовать устройства, например, основанные на OS Android. Также можно использовать компьютеры Apple в они обычно имеют очень низкий уровень шума, или же вообще не имеют его. Если пользователь хочет сделать «своими руками» тихий компьютер, то может оказаться, что такой ПК будет стоить дороже, но он не будет иметь дополнительных преимуществ, которые он может получить от покупки сразу же тихого ПК: разработчик продумывает потребности пользователя, предлагая оптимальную связку «оборудование-ПО», с учетом требований к уровню шума и потребностей пользователя. Например, если пользователю нужен «ПК-медиацентр», то производитель будет предлагать именно такое решение, которое будет иметь низкий уровень шума (ведь один из главных требований к медиацентру в бесшумность). Можно сказать, что будущее персональных ПК в за бесшумными компьютерами. Серверы так и останутся другим сегментом рынка где нужна производительность. Простой совет пользователю, если ему не нужен сервер в купить тихий бесшумный ПК. Попытка объединить «два в одном», и возможности и ПК, и сервера как раз и привела к тому, что большинство компьютеров не соответствуют пользовательским требованиям по соотношению производительность/бесшумность. Любой пользователь, выбирающий новый ПК должен ответить на главный вопрос: что для него важнее в тихая бесшумная работа, или производительность? Если приоритете в тихая работа, то не нужно покупать производительный ПК. Исключение будет в том случае, если нужен одновременно и производительный ПК и тихий/бесшумный. Это будет тогда достаточно дорогое решение. Однако из существующих брендов по этому показателю самым лучшим можно считать компьютеры от Apple.

Жесткие диски

Шум жестких дисков является наиболее трудно устраняемой составляющей шума. Для уменьшения шума жестких дисков они могут монтироваться в специальные звукопоглощающие кожухи, которые эффективно подавляют высокочастотные шумы от вращения шпинделя жесткого диска. Однако низкочастотные шумы, например, от перемещения головок, могут подавляться ими значительно хуже. Альтернативой использованию жёстких дисков (HDD) могут быть твердотельные накопители (SSD), в которых попросту нет механических частей и поэтому они вообще (кроме случаев неисправности) не издают никаких звуков.

Оптические приводы

Так как в большинстве случаев использования компьютера, оптический привод не является постоянно работающим устройством, то особых мер для снижения шумности привода не принимается. Но на студиях звукозаписи применяют физические выключатели питания приводов и используют программы, подобные Nero Drivespeed для замедления скорости вращения шпинделя CD/DVD-привода.

Мониторы

В большинстве электронных мониторов, в том числе в входящих в состав ноутбуков, используются элементы, питание которых осуществляется переменным током (или импульсами) с частотой слышимого звука или близкой к звуковому диапазону. Такие элементы могут издавать акустический шум как за счет механических вибраций (пример: обмотки и сердечники трансформаторов и катушек индуктивности, светодиоды и пикселы на основе светодиодов, яркость которых регулируется изменением скважности питающего переменного тока), так и за счет электроакустических эффектов, сопровождающих электрический разряд в газовой среде (пикселы плазменных панелей, электролюминесцентные лампы фоновой подсветки LCD-мониторов). Шумы такого рода часто нарастают в процессе длительной эксплуатации мониторов и обычно проявляются в виде ровного гула или свиста, уровень и тон которого изменяется при изменении яркости подсветки или при резкой смене статической картинки с темной на светлую.

Другие источники звуков

Кроме этих главных источников шумов, можно указать на возможные звуки, происходящие от блоков питания (не от вентилятора). Например, старый блок питания для ПК может начать издавать тихое «пищание» или подобный электронный звук. Оно удаляется только заменой на другой блок питания, новый, или же если это не возможно в покупкой другого устройства. Таким образом, есть два источника звуков/шумов в ПК: 1) от движущихся механических движений устройств как дисководы и вентиляторы, 2) от других устройств (блок питания). Обычно, чем более мощный ПК, тем большая вероятность того, что у него будет дополнительный «шумовой фон».

Способы снижения шума

Для уменьшения шума могут быть приняты следующие меры:

Вентиляторы

Вентилятор диаметром 120 мм с переменной частотой вращения

Крепление вентиляторов на вибропоглощающих шайбах или вибропоглощающих прокладках, позволяет снизить передачу вибрации на корпус.

Уменьшение напряжения на вентиляторах эффективный и дешевый метод снижения их шума. На разъёмах определённых конструкций это делается простой установкой в свободные контакты резисторов. Современные материнские платы также допускают регулирование скорости вращения через BIOS или программные утилиты. Следует заметить, что увлекаться замедлением вентиляторов стоит при наличии опыта, и при этом нужно тщательно контролировать температуру многих внутренних узлов: жёсткого диска, микросхем чипсета и полевых транзисторов, расположенных около процессора, особенно когда они не имеют радиаторов. Регулировать скорость вращения можно путем использования специального импульсного контроллера. Если для управления не использовать сигнал с тахометра или датчик температуры, то из-за трения, вследствие накопившейся в нём пыли или из-за износа подшипников, частота вращения будет падать, возможно до полной его остановки.

Уменьшение скорости вращения вентиляторов позволяет снизить шум от вентилятора, когда от него не требуется максимальная производительность. Управление может осуществляться вручную, например, с помощью регулятора частоты вращения или автоматически, с использованием дополнительных устройств или возможностей материнской платы компьютера. В последнем случае могут использоваться как встроенные функции BIOSв™а, так и дополнительные программы при наличии соответствующего API.

Основным недостатком большинства систем управления вентиляторами, встроенных в BIOS, является отсутствие возможности полного отключения вентиляторов когда температура не превышает заданный уровень. Поэтому в компьютерах, которые используют в студиях звукозаписи, устанавливают отдельные контролеры. Например контролер «SCYTHE kaze server» управляет вентиляторами на основании значений температуры на отдельных датчиках для каждого вентилятора и позволяет полностью отключать вентиляторы.

Существуют несколько типов подшипников, используемых в компьютерных вентиляторах:

• подшипник скольжения в характеризуется средним уровнем шума, но имеет низкий срок службы до 30 000 часов. Самый дешёвый тип подшипника.
• подшипник качения в характеризуется средним уровнем шума, имеет большой паллетный срок службы 50 000в100 000 часов.
• гидродинамический подшипник в характеризуется низким уровнем шума и долгим сроком службы до 150 000 часов. Один из самых экзотических типов, встречается в вентиляторах фирм Noctua, Sony и в некоторых моделях фирм Scythe и Glacial Tech. При его преимуществах отличается самой высокой ценой.
• магнитный подшипник в характеризуется отсутствием подшипникового узла как такового, по заявлению производителя Sunon трение есть только о воздух.

Блок питания

На шум блока питания влияют несколько факторов: вентилятор и его контроллер, управляющий скоростью, КПД всего устройства, площадь теплообменников, сопротивление проходящему потоку воздуха.

Методы снижения шума:

• Использование тихих вентиляторов
• Установка безвентиляторного блока питания. Такие блоки обладают меньшей мощностью и большим КПД.
• Обеспечение свободного доступа холодного воздуха к блоку питания. Такое обеспечивается в корпусах с нижним расположением блока питания и сегментированных корпусах, в отличие от типичных конструкций, где воздух проходит сначала через внутренние компоненты и встречает несколько препятствий на своем пути.

Процессор

Большой медный радиатор и высокоскоростной вентилятор образуют мощную охлаждающую систему для Pentium 4 Northwood

Уровень шума значительно снижается при использовании охлаждающих модулей с тихими вентиляторами или вообще без них. Алюминиевые и особенно медные лучше справляются с рассеиванием тепла, а кроме того, могут содержать специальные теплопроводящие трубки. Кроме типа материала не меньшее значение имеет площадь радиатора. Это означает, как правило, что более крупные охлаждающие модули имеют более высокую эффективность. В студиях звукозаписи используют безвентиляторные радиаторы с элементами Пельтье.

Для уменьшения тепловыделения процессоров применяют следующие методы:

• Снижение напряжения питания на процессоре. Многие современные ЦПУ способны стабильно работать в таких условиях на своей обычной и даже на повышенной частоте, при этом выделяя меньше тепла.
• Снижение тактовой частоты процессора. Этот метод не столь эффективен и снижает быстродействие.

Варьирование частоты и напряжения питания также может быть использовано и для графических карт и чипсетов.

Жёсткие диски

Силиконовые шайбы для крепления жестких дисков. Уменьшают вибрацию и шум.

Уровень шума, который производит механика накопителя при его работе указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Радикальное решение для полного устранения шума от жестких дисков в использование SSD накопителей. Такие накопители обладают большей скоростью доступа, меньшим энергопотреблением, не содержат движущихся частей и теоретически обладают большей надёжностью. При этом они совершенно бесшумны. Но пока они очень дороги и не всегда доступны. К тому же, они обладают определённым ограничением на количество обращений к каждому сектору данных, после чего данные перестают читаться и записываться. Тем не менее, существуют карты с повышенным числом обращений к данным, и отказы легко заметить на ранних стадиях (в отличие от жёсткого диска, который нередко отказывает целиком).

Как правило, хорошие результаты даёт замена жёстких дисков на диски форм-фактора 2,5", которые применяются в ноутбуках. Диски размером в 2,5 дюйма создают меньше вибрации и шума и потребляют меньше электроэнергии, но имеют меньшую ёмкость и скорость, и большую удельную стоимость данных. Существуют также тихие и малопотребляющие диски стандартного форм-фактора 3,5".

Для снижения шума от жестких дисков применяют следующие методы:

• Программный, c помощью настройки, встроенной в большинство современных дисков, системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25 %, но делает шум при работе практически неслышным.
• Использование шумопоглощающих устройств, закрепления дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.

Официально возможность программного управления акустическим шумом жесткого диска в AAM появилась в стандарте ATA/ATAPI-6, хотя некоторые производители делали экспериментальные реализации и в более младших версиях этого стандарта. Согласно стандарту, управление осуществляется путем изменения значения в диапазоне от 128 до 254, что позволяет регулировать шум, производительность, температуру, потребление электроэнергии и срок эксплуатации жесткого диска. Практически в любом современном жестком диске можно включить\выключить тихий режим с помощью утилит MHDD или Victoria. В операционной системе Linux это можно сделать с помощью утилиты hdparm.

Также применяется настройка жёстких дисков на снижение скорости вращения в случае бездействия. Хотя это может уменьшить их срок действия и мешать работе операционной системы, всё же такой приём может быть полезным для дисков, содержащих лишь данные пользователя (не содержащие ОС).

Системный блок

Корпус Antec P180, поделенный на отсеки для лучшего охлаждения компонентов

Внутренняя часть корпуса может быть выстлана звукопоглощающим материалом, например пенопластом или волокнистыми материалами. Это даёт следующие преимущества:

• смягчение вибрации;
• уменьшение амплитуды вибрации за счёт увеличения массы корпуса;
• поглощения шума, создаваемого воздушными потоками.

Некоторые корпусы высокого класса имеют такую шумоизоляцию изначально. Выпускаются также специальные звукопоглощающие маты, которыми можно обклеить любой корпус. Такая доработка может уменьшать дрожание корпуса и поглощать верхние звуковые частоты. Также отмечаются случаи уменьшения шума в некоторых корпусах с большим количеством отверстий.

Системный блок нельзя ставить в шкаф или располагать вплотную к мебели.

Улучшение аэродинамических характеристик

Определённое значение имеют также решётки, через которые воздух попадает внутрь корпуса. Они не должны препятствовать потоку воздуха или создавать завихрения. В «тихих» корпусах применяют ячеистые решётки или ещё более эффективные «проволочные», которые гораздо лучше устаревших штампованных. Такие корпусы, к тому же, поставляются с уже тихими вентиляторами и источниками питания.

• Продуманная установка направляющих перегородок или воздуховодов и закрывание неподходящих отверстий корпуса могут существенно улучшить охлаждение компьютера, а следовательно, уменьшить обороты или количество вентиляторов. Существуют корпусы с изначально хорошо продуманной схемой воздушных потоков.
• Закрепление и упорядочение кабелей внутри корпуса, если они блокируют поток воздуха. Например, можно переместить их из центра корпуса ближе к стенкам.
• Замена штатных защитных решёток вентиляторов на проволочные позволяет снизить турбулентные завихрения воздуха и производимый шум.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение бывает оптимизированным либо для максимально тихой работы, либо для максимального охлаждения, но не одновременно. Из-за наличия вентилятора и насоса такие системы могут быть более шумными, чем традиционное охлаждение, но недавние технологические успехи позволили им быть одновременно и эффективными и тихими. Тем не менее, такой вид охлаждения требует бо́льших знаний и бо́льших затрат. Из тихих популярны системы Zalman Reserator, однако самостоятельно собранная пользователем конструкция может быть ничем не хуже, и лишь ненамного громче. Из-за своей сложности и высокой цены такие системы охлаждения не распространены среди обычных пользователей.

Материнские платы

«Северный мост», охлаждаемый с помощью пассивного радиатора

На современные материнские платы устанавливают, как правило, электронные контроллеры вентиляторов. Избыточное тепло выделяется на них микросхемами «северного моста». Для его охлаждения устанавливается небольшой, но шумный вентилятор, например, как в чипсете nForce4. Некоторые производители вместо этого используют большие пассивные рассеиватели тепла, что избавляет от шума, но требует хорошего охлаждения пространства внутри корпуса.

Пыль

Пыль плохо проводит тепло и тормозит воздушный поток, препятствуя охлаждению. При очистке следует помнить о возможности пробоя электростатическим зарядом, поэтому не следует использовать для этого пылесос. Очистку производят резиновой грушей или щеткой. Стоит проводить эту операцию приблизительно раз в полгода.

Готовые тихие системы

Тихими считаются многие из компьютеров Apple Inc. В частности, не выпускаемая более модель G4 Cube содержала минимум движущихся частей и становилась очень тихой после замены стандартного жёсткого диска на более новый тихий.

Можно считать тихими ПК, выпущенные компанией Dell, если сравнивать со стандартными моделями, но самодельные тихие компьютеры легко их опережают.

Zalman TNN

Компания Zalman предлагает своё решение для тихого компьютера в корпусы серии TNN (totally no noise). С помощью тепловых трубок тепло отводится к боковым стенкам корпуса, которые за счёт своего размера и конструкции могут эффективно рассеивать тепло в окружающую среду. Это позволяет сделать систему охлаждения эффективной и полностью бесшумной.

См. также

• Automatic Acoustic Management
• EPU Engine

Ссылки

• Уменьшаем скорость вращения кулера
• Несколько способов как уменьшить шум компьютера или сделать его практически бесшумным