Практическое пособие по шумоизоляции ПК.

Часть 1

Можно ли добиться, чтобы компьютер работал быстро и одновременно бесшумно? Водяные системы охлаждения и «бесшумные корпуса» позволяют это сделать. Но цены на такие «игрушки» пока высоки, да и сами устройства громоздки — например, корпус Zalman весит более 20 кг. Именно поэтому до сих пор широко используется воздушное охлаждение — благодаря своей простоте и дешевизне.

Всего пять — восемь лет назад для охлаждения процессоров применялись малогабаритные вентиляторы, а отвода тепла от жестких дисков, системных и видеоплат вообще не требовалось. Сегодня наступило время гигагерцевых процессоров, мощных 3D-ускорителей и быстрых «винчестеров», и для отвода тепла необходимы вентиляторы с большим числом оборотов и, к сожалению, высоким уровнем шума. В современной системе может присутствовать до восьми таких вентиляторов. Снижение числа оборотов — одна из самых эффективных мер для уменьшения уровня шума, но достаточно ли этого и как такое снижение отразится на температурном режиме?

Многие пользователи не отрицают, что их компьютер шумит, и предпочитают с этим мириться, полагая, что самый простой способ снижения уровня шума путем уменьшения числа оборотов вентилятора может привести к перегреву ПК с последующим его выходом из строя. Доля правды в этом есть, но, как и в любом деле, не следует впадать в крайности.

Возьмем для примера платформу, имеющую следующую конфигурацию: корпус InWin IW-S500; процессор AMD Athlon XP 2500+ (Barton) с вентилятором GlacialTech Igloo 2500; системная плата ASUS A7V8X-X (VIA KT400); 256-Мбайт ОЗУ DDR 400 Samsung SEC-1; жесткий диск Seagate 80 Гбайт ST380011A; звуковая плата Creative Audigy-2; TV-тюнер AverMedia TVStudio 205; видеоплата SAPPHIRE 128 Мбайт ATI Radeon 9600Pro; акустическая система Creative Inspire 6700; DVD-дисковод ASUS DVD E616 и записывающий ASUS CRW-5224A.

Попытаемся минимизировать шум, издаваемый системой, выжав максимум из воздушного охлаждения и сохранив при этом температурный режим внутри корпуса в допустимых пределах.

При выборе вентиляторов и вообще воздушных систем охлаждения следует обращать внимание на размер вентилятора, тип его подшипников и число оборотов (см. врезку «Про вентиляторы...»).

Шум может возникать по многим причинам, и методы его подавления тоже разные, но самым универсальным, эффективным и простым является снижение числа оборотов у вентиляторов — основного его источника. Это не значит, что остальные способы снижения шума следует игнорировать — с ростом скорости вращения усиливаются турбулентность, вибрация, шум от подшипников и др. (см. врезку «Причины возникновения шумов и вибраций»). Не стоит забывать, что главное назначение любого вентилятора — это как можно более быстрый перегон воздуха для эффективного охлаждения. Чрезмерное уменьшение числа оборотов может привести к перегреву системы. Значит, следует искать ту золотую середину, которая сохранила бы приемлемый тепловой режим при минимальном уровне шума.

Как известно, если в одном месте убудет (уменьшение числа оборотов — снижение шума), то в другом прибудет (повышение температуры — ухудшение теплового режима ПК). Чтобы нивелировать эту разницу, нужно увеличивать число вентиляторов. Пусть такое решение и будет нашей «золотой серединой». Рецепт тривиален: снижаем обороты и ставим дополнительные «вертушки». Казалось бы, все просто. Но так ли это на самом деле?

Борьбу за снижение уровня шума условно разделим на два этапа. На первом будем проводить работу с вентиляторами и другими источниками шума и вибрации, на втором — отделаем корпус звукопоглощающим материалом, причем к выбору последнего подойдем со всей ответственностью.

В современных ПК обычно располагается от трех до пяти вентиляторов (в блоке питания, на радиаторе процессора, на видеоадаптере, на корпусе — вытяжной и на вдув, на жестком диске). Последние три не обязательны, но крайне желательны. От корпуса компьютера зависит количество и типоразмер вентиляторов, которые можно будет установить в него дополнительно. Некоторые модели корпусов вмещают до шести таких устройств. В принципе чем больше для них предусмотрено мест, тем лучше, хотя «лишние» отверстия в корпусе могут в дальнейшем породить проблемы с его оклеиванием шумопоглощающими материалами.

В нашем примере корпус InWin IW-S500 имеет два дополнительных места для установки вентиляторов типоразмером 80x80 (по одному сзади и спереди). Есть еще вентиляционное отверстие сбоку, правда без установочных креплений, но, как будет показано далее, с помощью нехитрых приемов его также можно приспособить для наших целей. Всего в системе охлаждения будет использовано семь вентиляторов: в блоке питания, на радиаторе процессора, на видеоплате, на жестком диске, вытяжной сзади, на вдув сбоку и спереди. Задний, передний и боковой вентиляторы — все типоразмером 80x80 мм. Два из них на подшипниках скольжения. Если у вас есть возможность установить «вертушки» 90x90 и тем более 125x125 мм — так и сделайте. Вентилятор 125x125 мм — лучший с точки зрения охлаждения системы, но он займет немалую часть корпуса и оклейка в этом месте шумоизоляционным материалом станет невозможной, что может сказаться на общем уровне шума. Но сзади ПК такого «монстра» располагаем спокойно, поскольку при дублировании шумопоглощающими материалами следует обращать внимание в основном на передние, боковые (особенно со стороны системной платы), нижние и верхние панели. При выборе между корпусными вентиляторами на подшипниках скольжения и качения в качестве дополнительных лучше отдать предпочтение первым, поскольку они тише, дешевле и выход их из строя не критичен для системы. В продаже есть так называемые «тихие» вентиляторы, отличающиеся от обычных пониженным числом оборотов: как правило, 1700—2500 об/мин. Однако не спешите их приобретать, а почему — станет понятно далее.

Рис. 1. Два провода в качестве переходника для вентилятора. На фотографии вентилятор подключен к +5 В

При покупке вентиляторов обратите внимание на следующее. Обычно корпусные вентиляторы продаются с разъемом для подключения к системной плате. Поскольку число соответствующих входов на последней ограничивается одним-двумя (не считая разъема для охладителя процессора), а иногда их вообще нет, то запитать вентиляторы будет просто неоткуда. В этом случае приобретите переходники или возьмите два провода и соедините их напрямую с одним из свободных разъемов в блоке питания. Второй вариант показан на рис. 1. Главное здесь — не перепутать местами провода. Обычно черным цветом обозначают «минус», а красным «плюс». За проводом желтого цвета (только для провода вентилятора!) закреплена функция датчика оборотов. При покупке вентиляторов обратите также внимание на число контактов в разъеме. Некоторые модели вообще продаются без датчика оборотов с двумя или тремя контактами в штекере. Число контактов в разъемах на системной плате и вентиляторе должно совпадать. Если вы не собираетесь подсоединять вентилятор к системной плате или реостату (см. далее), то лучше взять устройство без датчика оборотов на подшипниках скольжения. Подключение к системной плате имеет еще один несомненный плюс: практически все современные платы позволяют программно (например, с помощью бесплатной утилиты Speed Fan) управлять скоростью вращения вентиляторов.

Рис. 2. Разъем блока питания и схема напряжений

Вентиляторы имеют различную частоту вращения, в среднем 2700—3500 об/мин. Для нас это, пожалуй, оптимальный вариант, поскольку далее все вентиляторы будут переведены на питание +5 В, что снизит обороты примерно до значения 1200—1500. Если же вы купили одну из моделей «тихого» вентилятора, то понижать питание до +5 В уже не имеет смысла — получится 600—900 об/мин (не факт, что он вообще запустится), а это уже неэффективно. Если вы все-таки приобрели «тихий» вариант, то можно попробовать использовать для него напряжение +7 В. Такое «нестандартное» питание (рис. 2) производители блоков использовать не рекомендуют, вплоть до отказа в гарантийном ремонте при выходе блока питания из строя. С другой стороны, не следует перегружать и напряжение +5 В. Поэтому «универсальный» способ — применять преимущественно напряжение +12 В, используя при необходимости реостаты. В этом случае можно плавно регулировать подаваемое напряжение и соответственно число оборотов. Однако реостат стоит 100—140 руб. и остается проблема его подключения — он обычно имеет такой же разъем, как у вентиляторов (двух-трехконтактный штекер для подключения к системной плате). При желании можно купить блок регулирования (пять-шесть реостатов), вывести его на переднюю (в отсек 5,25) панель и подключить к нему вентиляторы. В нашем случае необходимости в этом нет, хотя один реостат все-таки использовать будем. (Если очень хочется иметь возможность регулировать обороты, а тратить деньги на достаточно громоздкие реостаты жалко и вы к тому же разбираетесь в электронике, то соберите простенькую схему регулирования частоты вращения вентиляторов. Себестоимость одной такой платы составляет 20—30 руб. Благодаря компактности подобную схему можно разместить в блоке питания, о чем будет рассказано в следующих частях статьи.)

На этом закончим вводную часть. В следующих номерах журнала мы перейдем непосредственно к практике и посмотрим, как устанавливать и подключать вентиляторы, модернизируем блок питания и охладитель процессора, установим систему охлаждения жесткого диска и видеоплаты, а также рассмотрим методы снижения уровня шума, производимого CD/DVD-накопителями.

Продолжение в следующем номере.

Про вентиляторы...

Современные вентиляторы различаются типоразмером, видом подшипников — скольжения (sleeve) и качения (ball), причем последние бывают на одном (one ball) или на двух (two balls) подшипниках, количеством и формой лопастей, а также числом оборотов в минуту (rpm — rotate per minute). Чем больше вентилятор, тем быстрее он сможет перегонять воздух и, следовательно, охлаждать систему. В магазинах есть корпусные вентиляторы типоразмерами 80x80, 90x90, 125x125 мм, меньшие размеры применяются, как правило, для охлаждения системных и видеоплат, жестких дисков и процессоров. При выборе между вентиляторами на подшипниках скольжения и качения следует учитывать тот факт, что у последних срок наработки на отказ (надежность) примерно в 2 раза больше, поэтому для критичных элементов, таких как процессор, лучше использовать их. В пользу первых говорят более низкие цена и уровень шума. Вентиляторы на двух подшипниках качения еще надежнее, чем на одном, но и цена их соответственно выше.

В вентиляторах на подшипниках скольжения используется смазка, которая утрачивается со временем, что приводит к остановке вращения крыльчатки. Некоторые новые вентиляторы скольжения имеют специальные втулки, которые содержат больше смазочного вещества и сравнимы по долговечности с шарикоподшипниковыми. Количество и форма лопастей влияют на эффективность работы вентилятора, а также на издаваемый им гул. Но эти параметры не так важны по сравнению с основной характеристикой, определяющей уровень шума, — числом оборотов в минуту. Чем оно ниже, тем соответственно меньше шум.

Причины возникновения шумов и вибраций

В акустике принято измерять уровень громкости в децибелах (дБ) SPL (Sound Power Level). Ноль этой шкалы находится примерно на минимальном звуке, который слышит человек. Отсчет ведется в положительную сторону. В цифровой обработке децибелы считают от нуля в область отрицательных значений. Ноль — максимальный уровень, представимый цифровой схемой. Человек может безболезненно слышать звуки громкостью порядка 120 дБ (разговор — примерно 60—70 дБ). При 140 дБ ощущается сильная боль в ушах, а 150 дБ уже вызывают повреждение барабанных перепонок. также очень сильна чувствительность уха к разным частотам. Лучше всего человек воспринимает звук частотой 1—4 кГц. В этом диапазоне находятся основные тона человеческого голоса. Звук частотой 3 кГц слышен при 0 дБ. Чувствительность уха сильно падает в обе стороны от этого диапазона — например, для звука в 100 Гц требуется уже 40 дБ (в 100 раз б?ольшая амплитуда колебаний), для 10 кГц — 20 дБ.

Шум от вентиляторов обусловлен турбулентностью воздушного потока, кавитацией, типом подшипников и вибрацией.

Турбулентность возникает из-за быстрого вращения лопастей вентилятора в воздухе. Намного больше шума получается при кавитации и расположении лопастей вентилятора в непосредственной близости от какой-либо поверхности (например, радиатор процессора или перфорированная панель корпуса компьютера). Часто из-за этого появляется высокочастотный свист.

Кавитация объясняется быстрым движением «объекта» мимо препятствия, что служит причиной возникновения низкого вакуума. Как только «объект» переместится и перестает мешать воздушному потоку, внезапный натиск воздушной струи попадает в вакуум и инициирует ударную волну.

Что касается шума от подшипников, то он увеличивается с ростом числа оборотов. Подшипники скольжения считаются более тихими, нежели подшипники качения, хотя и менее надежны.

Вентиляторы обычно жестко крепятся к корпусу с помощью металлических винтов и во время работы становятся источником вибрации, передающейся на корпус. Эта вибрация может войти в резонанс с элементами корпуса компьютера, что приведет к появлению дополнительных шумов.