Бесшумный персональный компьютер

Тихий персональный компьютер — бесшумный или производящий мало шума (малошумный, тихий) компьютер. Такие компьютеры обычно используют в качестве домашних мультимедийных центров.

Общие положения

Можно сказать, что будущее персональных компьютеров — за бесшумными компьютерами. Однако пользователь, выбирающий новый ПК, должен ответить на главный вопрос: что для него важнее — тихая бесшумная работа или производительность? Если приоритет — тихая работа, то не нужно покупать производительный ПК. Исключение будет в том случае, если нужен одновременно и производительный ПК, и тихий/бесшумный — это в любом случае будет достаточно дорогое решение.

Если пользователь не стремится к высокой производительности, он может за те же деньги купить просто более слабый компьютер — например, если ему нужен просто доступ в интернет, простое видео, музыка, офисные программы (в общем то, что не требует много системных ресурсов) — 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 — неттоп. На этом компьютере устанавливается простой процессор, но общая производительность обычно достаточна для работы в сети большинству пользователей. При этом уровень шума достаточно низкий.

Например, если пользователю нужен «медиацентр», то производитель будет предлагать именно такое решение, которое будет иметь низкий уровень шума (ведь одно из главных требований к медиацентру — бесшумность). Серверы же так и останутся другим сегментом рынка, где нужна высокая производительность. Простой совет пользователю, если ему не нужен сервер — купить тихий бесшумный ПК. Попытка объединить «два в одном» — возможности и ПК, и сервера — как раз и привела к тому, что большинство компьютеров не соответствуют пользовательским требованиям по соотношению производительность/бесшумность.

Также, если пользователь хочет сделать «своими руками» тихий компьютер, то может оказаться так, что такой ПК будет стоить дороже и при этом не будет иметь дополнительных преимуществ, которые можно 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.

Источники шума

Вентиляторы

Основная статья: Охлаждение компьютера

Шум от вентиляторов зависит от скорости их вращения. Некоторые компьютеры могут быть автоматически настроены на увеличение скорости вращения при возрастании температуры узлов. Другие могут быть сразу настроены на максимальную скорость – что чаще всего избыточно. Кроме того, когда вентиляторов несколько, при некоторых скоростях их звуки могут накладываться друг на друга и образовывать резонанс – амплитуда звука при этом будет заметно выше. Уровень звука измеряется в дБА (дециБеллах Акустических).

Шум вентилятора состоит из нескольких составляющих:

• Шум воздуха;
• Шум подшипников;

Вентиляторы могут быть установлены в разных частях компьютера — в корпусе, на процессоре, на видеокарте, на жестком диске и т. д. Чем меньше уровень шума, тем лучше для пользователя — компьютер работает тише и создаёт меньше дискомфорта; с другой стороны, чтобы он не перегревался, приходится использовать более дорогие или редкие, малораспространённые конфигурации. 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 частично тихих аналогов.

Самое коренное решение — не использовать вентиляторы вообще. ^{[источник не указан 72 дня]}.

Процессора

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

Большое тепловыделение современных процессоров приводит к необходимости использования мощных и эффективных систем охлаждения.

Видеокарты

Некоторые (особенно мощные) видеокарты зачастую имеют весьма шумные системы охлаждения, превосходящие по шумности шумы всех прочих вентиляторов. Однако существуют модели с пассивной – безвентиляторной системой охлаждения.

Материнской платы

«Северный мост», охлаждаемый с помощью пассивного радиатора

Основным источником тепла на материнской плате является микросхема «северного моста». Для его охлаждения устанавливается небольшой, но зачастую весьма шумный вентилятор (например, как в чипсете nForce4), на современных платах, как правило, — с электронным контроллером частоты вращения. Некоторые производители вместо этого используют большие пассивные рассеиватели тепла, что избавляет от шума, но требует хорошего температурного режима внутри всего корпуса.

Жёсткие диски

Шум жёстких дисков – хотя и не очень сильная фоновая составляющая (относительно вентиляторов), является наиболее трудно устраняемой составляющей шума. Для уменьшения шума диски 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. Однако такие накопители, как правило, значительно меньше по объёму данных, или значительно дороже.

Оптические приводы

Оптические приводы издают ясно различимый шум, но, как правило, редко включаются при работе компьютера. Фонового эффекта, как раз влияющего на состояние человека, они чаще всего не создают. Из-за этого особых мер по снижению их шума обычно не принимается. Но на студиях звукозаписи применяют физические выключатели питания устройств и используют программы, подобные Nero Drivespeed для замедления скорости вращения шпинделя CD/DVD-привода.

Мониторы

В большинстве мониторов, в том числе входящих в состав ноутбуков, используются элементы, питание которых осуществляется переменным током (или импульсами) с частотой слышимого звука или близкой к звуковому диапазону. (Это же справедливо и для других устройств – источников бесперебойного питания, если они устанавливаются рядом с компьютером.) Такие элементы могут издавать акустический шум за счёт механических вибраций (пример: обмотки и сердечники трансформаторов и катушек индуктивности, светодиоды и пикселы на основе светодиодов, яркость которых регулируется изменением скважности питающего переменного тока), а также за счёт электроакустических эффектов, сопровождающих электрический разряд в газовой среде (пикселы плазменных панелей, электролюминесцентные лампы подсветки ЖК-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 тёмной 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 тихий писк или подобный электронный звук. Он удаляется только заменой на другой блок питания, или же если это невозможно — покупкой другого устройства. Таким образом, есть два источника звуков/шумов в ПК:

• от движущихся механических движений устройств, таких как дисководы и вентиляторы,
• от других устройств (блок питания, источник бесперебойного питания).

Обычно чем больше мощность ПК, тем больше 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, вибропоглощающих прокладках, или в прорезиненном / полностью из резины вентиляторном корпусе, позволяет снизить передачу вибрации на корпус компьютера.

Уменьшение скорости вращения вентиляторов. Это позволяет снизить шум от вентилятора, когда от него не требуется максимальная производительность. Самый простой и дешёвый, но при этом действующий, метод снижения скорости вентиляторов — уменьшение подводимого напряжения установкой сопротивлений (резисторов) в разрез питающей линии. Существуют разъёмы, для которых это специально предусмотрено, и делается простой установкой в свободные контакты соответствующих насадок. Подключить в линию можно и регулятор – полностью ручной или автоматический. (ШИМ). Существуют готовые решения от разных производителей систем охлаждения, а также можно использовать программируемые электрические контроллеры общего назначения, вроде Arduino. Последние требуют большей настройки, но позволяют точнее настроить логику системы охлаждения.
Современные материнские платы также допускают регулировать вращение программно: возможностями BIOS или утилитами, такими как SpeedFan. Все подобные программы опираются на термодатчики, встроенные в компьютер.
При этом не все, хотя и большинство, вентиляторов допускают программную смену скорости.

Следует заметить, что для качественного управления скоростью вращения вентиляторов требуется или опыт, или, по меньшей мере, обратная связь – наличие показаний системной температуры на экране. Если не иметь обратного сигнала с тахометров и датчиков температуры, то вентиляторы могут выйти за рамки желаемых скоростей, полностью остановиться, или, наоборот, работать избыточно. К тому же без конкретных показаний невозможно точно определить, требуется ли конкретному компьютеру вообще регуляция охлаждения, или его температурный режим значимо не изменится. Программы управления вентиляторами обычно имеют подобные средства отображения, но они должны поддерживаться одновременно и системной картой, и самим вентилятором.

Основным недостатком большинства программных систем управления является отсутствие возможности полного отключения вентиляторов. Поэтому в компьютерах, которые используют в студиях звукозаписи, устанавливают отдельные контроллеры. Например контроллер «Scythe Kaze server» управляет вентиляторами на основании значений температуры на отдельных датчиках для каждого вентилятора и позволяет полностью отключать вентиляторы.^[1][2]

Существуют несколько типов подшипников, используемых в компьютерных вентиляторах:

• подшипник скольжения — характеризуется низким уровнем шума, но имеет низкий срок службы до 30000 часов. Самый дешёвый тип подшипника.
• подшипник качения — характеризуется средним уровнем шума, имеет большой срок службы 50000—100000 часов.
• гидродинамический подшипник — характеризуется низким уровнем шума и долгим сроком службы до 150000 часов. Один из 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 — характеризуется ещё более низким шумом, из-за отсутствия подшипникового узла как такового. По заявлению производителя Sunon трение есть только о воздух.^[3]

Процессора

Уровень шума значительно снижается при использовании охлаждающих устройств с тихими вентиляторами или вообще без них. Алюминиевые и особенно медные, а кроме того, содержащие специальные теплопроводящие трубки, лучше справляются с рассеиванием тепла. Не меньшее значение имеет площадь радиатора. Как правило, более крупные радиаторы имеют более высокую эффективность. В крайнем случае можно использовать радиаторы без вентиляторов с охлаждающими элементами Пелтье (см. ниже).^[4]

Для уменьшения же тепловыделения самого процессора методы применяются следующие:

• 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.

Блок питания

На шум блока питания компьютера влияют несколько факторов: вентилятор (с контроллером, управляющим его скоростью), КПД всего устройства, площадь теплообменников, сопротивление проходящему потоку воздуха.

Методы снижения шума:

• Использование тихих низкооборотных вентиляторов
• Установка безвентиляторного блока питания. Такие блоки обладают меньшей мощностью и большим КПД.^[5]
• Обеспечение свободного доступа холодного воздуха к блоку питания. 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.

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 — 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. Эти диски размером создают меньше вибрации и шума и потребляют меньше электроэнергии, но имеют меньшую скорость доступа, а также бо́льшую 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 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^[6], крепление дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.

Официально возможность программного управления акустическим шумом жесткого диска — 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 время наработки на отказ и мешать работе операционной системы, всё же такой приём может быть полезным для дисков, содержащих лишь данные пользователя (не содержащих 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;
• поглощение шума, создаваемого воздушными потоками.

Некоторые корпусы высокого класса имеют такую шумоизоляцию изначально. Выпускаются также специальные звукопоглощающие маты, которыми можно оклеить любой корпус. Такая доработка может уменьшать вибрацию 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

Возможность свободного тока воздуха через корпус может влиять на нагрев системы, и соответственно на требуемую для охлаждения скорость, и шум вентиляторов. Решётки и отверстия, через которые воздух проникает внутрь корпуса и выходит наружу, не должны препятствовать или создавать завихрения. В «тихих» корпусах применяют ячеистые решётки или ещё более эффективные «проволочные», которые гораздо лучше устаревших штампованных.

• Продуманная установка воздуховодов или направляющих перегородок, закрывание неподходящих отверстий корпуса, могут существенно улучшить охлаждение компьютера. 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.

Однако этот параметр уже не влияет на шум, если система полностью лишена активных охладителей. В таких случаях воздухообмен влияет только на возможный перегрев.

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.

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. Систему может требоваться вручную встраивать в корпус, проводить трубки, заботиться о наполнении её теплопроводящей жидкостью. 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.

Охлаждение термоэлектрическими элементами Пелтье

Модули Пелтье, будучи размещены между процессором и радиатором, перекачивают тепло с одной стороны на другую под действием подводимого электричества. Такая система теоретически совершенно бесшумна, и при этом может быть компактнее и легче системы только на радиаторах. Однако термоэлектрические элементы создают свои собственные сложности.

• Во-первых, для перекачки тепла они потребляют большую мощность (порядка 50-150 Вт для одного процессора в современных персональных компьютерах).
• Во-вторых, чрезмерное охлаждение таким элементом может привести к образованию льда и воды на узлах вычислительной системы (из влаги, взвешенной в окружающем воздухе).

Чтобы избежать этого, нужно подгонять размер модуля под охдаждаемую поверхность и радиатор, или закрывать приток воздуха к модулю герметиком. Или необходимо с помощью автоматического контроллера или ручного регулятора, тщательно управлять напряжением, подводимым на элемент в зависимости от температуры – с целью не дать ей спускаться ниже температуры конденсации влаги. (Это справедливо и в целях экономии энергии.) Причём если для вентиляторов управляющую схему можно найти в готовой сборке, то для Пелтье, более вероятно, потребуется программирование электрического интерфейса (Arduino или схожие модели Velleman).

• В-третьих, модули Пелтье производительная система, и если по-настоящему использовать её потенциал, то создаётся опасность, при её отказе, быстрого перегрева процессора.

Причём если отказ вентилятора можно констатировать по исчезновению его характерного шума, и экстренно отключить компьютер, то отказ термоэлектрической пластины так просто не определяется. Это можно сделать только дополнительным набором аппаратной или программной логики. Однако стоит заметить, что современные системные карты обычно снабжаются встроенной функцией отключения при перегреве.

Можно подстраховаться резервной системой охлаждения, как делалось на некоторых^[7] мощных кулерах (конфигурация и с модулем Пелтье, и с несколькими вентиляторами, радиаторами и трубками) – но это ещё усложняет и удорожает систему. А при невозможности полностью затормозить вентиляторы, сводит на нет всё преимущество бесшумности термической пластины.

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 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 — 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.^[8]

См. также

• Система охлаждения компьютера
• Automatic Acoustic Management
• EPU Engine
• Шумовое загрязнение

Ссылки

• Уменьшаем скорость вращения кулера // fanner.ru
• Несколько способов как уменьшить шум компьютера или сделать его практически бесшумным // quietcomp.info

Примечания

1. ↑ Kaze Server 5,25 : CPU Kühler, Lüfter, Lüftersteuerung, PC Netzteile von Scythe
2. ↑ Xtreme Hardware  (итал.). Архивировано из первоисточника 27 февраля 2012. Проверено 26 ноября 2011.
3. ↑ Вентилятор с уникальным подшипником VAPO фирмы SUNON с системой магнитной левитации / Чип и Дип — электронные компоненты и приборы
4. ↑ Cooler Mater V10 CPU Cooler  (англ.). Архивировано из первоисточника 27 февраля 2012. Проверено 26 ноября 2011.
5. ↑ Безвентиляторные блоки питания с интеллектуальным управлением
6. ↑ Обзор Scythe Quiet Drive на thg.ru
7. ↑ Обзор кулера “V10” фирмы Cooler master на сайте hwp.ru
8. ↑ Обзор корпуса TNN 500A на сайте THG

В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из-за отсутствия сносок. Вы можете улучшить статью, внеся более точные указания на источники.

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование. Добавьте ссылки на источники, в противном случае она может быть выставлена на удаление. Дополнительные сведения могут быть на странице обсуждения. (25 мая 2011)

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Викифицировать статью.