Шум современных компьютерных систем охлаждения


Прежде, чем перейти к результатам измерения шумовых характеристик кулеров фирмы Titan, остановимся поподробнее на задачах и методике этих исследований.

Актуальность

По мере увеличения производительности процессоров компьютеров, в том числе за счет увеличения количества активных элементов в чипе и увеличения рабочей частоты, растет и количество выделяемого процессором тепла. Это, в свою очередь, приводит к необходимости интенсификации охлаждения, что до недавнего времени, применительно к бытовым персональным компьютерам, достигалось за счет увеличения эффективной площади радиаторов и увеличения скорости вентилятора, обдувающего радиатор. Последнее приводит к существенному росту излучаемого шума. И вот уже во многих офисах с большим сосредоточением компьютеров шумность в помещении определяется не остатками шума, проникающего с улицы через герметичные пластиковые окна, а собственно самими компьютерами. А ведь шум один из важных факторов определяющих работоспособность человека! Возникает подсознательное желание убрать системный блок куда подальше.

Желая изменить ситуацию и находясь в условиях жесткой конкуренции, производители систем охлаждения начали внедрение в бытовые персональные компьютеры технологий, хорошо зарекомендовавших себя в профессиональной электронной аппаратуре различного применения. На рынке появились системы охлаждения, основанные на применении технологии теплоотводящих трубок и системы водяного охлаждения. Сравнительный анализ трех систем производства фирмы Titan Computer GmbH с точки зрения эффективности теплоотвода приведен в статье "Обзор кулеров фирмы Titan". Были протестированы: Siberia – представитель традиционной системы охлаждения, Vanessa S и L-type система охлаждения на основе теплоотводящих трубок и водяной системы TWC-A04. Вопросы измерения шумовых характеристик вышеперечисленных систем будут рассмотрены в статье "Измерение шумовых характеристик систем охлаждения фирмы Titan".

Характеристики шума. Физическое и психологическое восприятие шума человеком.

В паспортных данных систем охлаждения или вентиляторов чаще всего приводится интегральная оценка уровня шума, измеренная в дБА, реже в дБ (читается, децибел). Это логарифмическая величина, определяющая уровень шума относительно порога слышимости звука человеком. Различие между дБ и дБА состоит в том, что в последнем случае равномерная характеристика чувствительности по частоте (например, как у идеального микрофона) корректируется с учетом слухового восприятия человека. При уровнях шума, излучаемых компьютерами, слуховое восприятие имеет повышенный порог чувствительности на нижних и верхних частотах с максимумом в пределах от 400 Гц до 4 кГц.

Шумность системы охлаждения существенно зависит от скорости вращения вентилятора и конструкции радиатора. Поэтому, если она комплектуется регулятором скорости вращения, то в спецификации указываются минимальный и максимальный уровень шума. Например, для системы охлаждения Siberia фирмы Titan Computer GmbH этот уровень при минимальной скорости вращения составляет менее 27 дБА, а при максимальной может достигать 45 дБА.

Уровень шума исправного современного компьютера находится в пределах от 35 до 50 дБА. Если в компьютере установлен плохо сбалансированный вентилятор, то он, особенно на первых минутах после включения, может достигать 55 дБА и более.

Человек, по понятным причинам, наиболее раздражительно относится к шуму в ночное время. С точки зрения санитарных норм для комфортного жилья, рекомендуемый уровень от оборудования систем вентиляции в это время, не должен превышать 25-35 дБА. Так, шум системы охлаждения Siberia при максимальной производительности на 10 дБА превышает санитарную норму. А превышение уровня звука на 10 дБА субъективно оценивается человеком, как увеличение громкости более чем в 2 раза! Таким образом, использование обычного компьютера ночью вряд ли можно назвать комфортным.

Если в помещении находится несколько компьютеров, то общий уровень шума нельзя получить путем алгебраического сложения от каждого. Например, если в помещении находится два компьютера, излучающие по 45 дБА каждый, то уровень шума составит 48 дБА, четыре компьютера обеспечат уровень шума 51 дБА и так далее.

Интегральная оценка уровня шума (в дБА или дБ) ничего не говорит о его спектральном распределении. Спектр шума обычно измеряют в спектральных полосах с центральными частотами 63 Гц; 125 Гц; 250 Гц; 500 Гц;1 кГц; 2 кГц; 4 кГц; 8 кГц. Также очень полезны измерения текущего спектра без усреднения по полосам, позволяющие выделить частотные составляющие, определяемые отдельно вращением вентилятора и составляющие, излучаемые при обтекании радиатора воздушным потоком. Анализ спектра шума позволяет оценить фактор его психологического влияния на человека. Зная его для системы охлаждения, можно прогнозировать и общий шум системного блока компьютера. Кроме того, анализ спектра необходим при выборе методов и материалов для пассивного и/или активного снижения шума.

Стандарты. Оборудование.

Вентиляторы систем охлаждения производства КНР сертифицируются по стандарту CNS 8T 53, который очень близок к стандарту DIN 45635. Сертификационные измерения проводятся в заглушенной, безэховой камере (в условиях свободного поля). Уровень собственного шума в камере и собственные шумы измерительного оборудования не должны превышать 15 дБА.

Этим требованиям соответствует большая звукомерная заглушенная камера ФГУП «Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева» www.akin.ru. Звукомерная заглушенная камера (ЗЗК) предназначена для проведения акустических измерений в условиях свободного звукового поля. Здание камеры установлено на отдельном «плавающем» фундаменте для снижения уровней вибраций и низкочастотных шумовых помех; камера имеет двойные стены с воздушным зазором между ними.

Внутренние стены помещения ЗЗК облицованы поглощающим покрытием, изготовленным из клиновидных плит, состоящих из проклеенного негорючими смолами штапельного стекловолокна с удельным весом 150 кг/м3 и длиной клиньев 1,5 м. Помещение ЗЗК имеет форму параллелепипеда, размеры которого составляют 11,7 х 8,7 х 11,0(h) м. При этом полезный объем составляет 1120 м3. Рабочий пол ЗЗК – это сетка из стального троса, расположенная на высоте 4 м от звукозаглушающего покрытия пола. Камера вместе с комплексом измерительной аппаратуры представляет собой измерительный стенд и проходит обязательную периодическую аттестацию органов по стандартизации.

В частности, проводится аттестация по определению отклонения поля звукового давления звукомерной заглушенной камеры от свободного поля. Оно должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.1.024-81 «Шум. Определение шумовых характеристик источников шума в заглушенной камере. Точный метод». При этом измерения уровней звука проводятся в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами от 63 до 20000 Гц. Отклонения поля от свободного при этом не превышают ±1,5 дБ на краях частотного диапазона на расстояниях 4 м.

Методика измерения.

Система охлаждения размещается на рабочем столе в центре камеры и работает в стандартном положении без дополнительного препятствия для потока воздуха.

Уровень звукового давления измеряется с помощью прецизионного шумомера 2203 фирмы Брюль и Къер, установленного на расстоянии 1м от испытуемого объекта. Он укомплектован однодюймовым конденсаторным микрофоном 4145 и октавными фильтрами 1613. На фотографии 1 иллюстрируется измерение шумов системы охлаждения Vanessa S-type.

Большая звукомерная заглушенная камера
Большая звукомерная заглушенная камера ФГУП «Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева». Измерение шумов Vanessa S-type.

Измерения шума производятся в октавных полосах с центральными частотами от 63 Гц до 8000 Гц и в дБА.

Если вентилятор снабжен регулятором скорости вращения, то измерения проводятся для трех режимов скорости вращения: High, Middle, Low.

В качестве примера, приведем результаты измерения шумовых характеристик кулера IH-3200С производства ICEHUMMER Corp. (www.icehammer.com.tw). Его производительность достигает 90 м3/час при скорости вращения вентилятора 3000 оборотов/мин. С результатами тепловых измерений можно ознакомиться в статье Кулеры ICE HAMMER IH-3400WFCA и IH-3200C.

К сожалению, в конструкции кулера не предусмотрен регулятор скорости вращения вентилятора. Поэтому нами был использован регулятор скорости от Vanessa S-type. Распределение уровня звукового давления в октавных полосах в зависимости от положения регулятора скорости вращения представлено на рис.1.

Распределение уровня звукового давления
Рис.1. Распределение уровня звукового давления системы охлаждения  IH-3200С в октавных полосах частотах.

Максимум спектра шума вентилятора сосредоточен в полосе частот от 500 Гц до 4000Гц. Это не очень хорошо с точки зрения восприятия шума человеком, поскольку максимум в спектре попадает в область наибольшей чувствительности слуха 1000-2500 Гц. Если сравнивать IH-3200C и систему охлаждения фирмы Titan Computer GmbH Vanessa S-type, обладающую большей производительностью, то шум от продукта Titan будет восприниматься человеком менее раздражающее, благодаря тому, что его максимум спектра сдвинут в область более низких частот. Более подробно о шумовых характеристиках систем охлаждения фирмы Titan можно будет в ближайшее время узнать в статье "Измерение шумовых характеристик систем охлаждения фирмы Titan".

В таблице приведены результаты измерений уровня шума IH-3200С в дБА, при трех положениях регулятора скорости.

Таблица. Относительный уровень шума L, излучаемый IH-3200С.
Данные измерений
Заявлено производителем
High
Middle
Low
High
Middle
Low
L, дБА
32,0
24
24
32
-
-

Результаты измерений показали, что значение уровня шума измеренного образа совпадает со значением, заявленным производителем.




Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.