Тихий , бесшумный или безвентиляторный ПК — это персональный компьютер , который издает очень мало шума или вообще не издает его. Обычно тихие ПК используются для видеомонтажа, микширования звука и домашних кинотеатров , но методы шумоподавления также могут использоваться для значительного снижения шума от серверов. В настоящее время не существует стандартного определения для «тихого ПК» [1] , и этот термин обычно используется не в деловом контексте, а отдельными лицами и предприятиями, обслуживающими их.
Предлагаемое общее определение заключается в том, что звук, издаваемый такими ПК, не должен превышать 30 дБ А , [2] но в дополнение к среднему уровню звукового давления , частотный спектр и динамика звука важны для определения того, будет ли замечен звук компьютера . Звуки с гладким частотным спектром (без слышимых тональных пиков) и небольшими временными изменениями с меньшей вероятностью будут замечены. Характер и количество другого шума в окружающей среде также влияют на то, насколько много звука будет замечено или замаскировано , поэтому компьютер может быть тихим по отношению к определенной среде или группе пользователей. [1]
До 1975 года все компьютеры обычно представляли собой крупные промышленные/коммерческие машины, часто расположенные в централизованном месте с выделенной системой охлаждения размером с комнату. Для этих систем шум не был важной проблемой.
Первые домашние компьютеры , такие как Commodore 64 , были очень маломощными и поэтому могли работать без вентилятора или, как IBM PC , с низкоскоростным вентилятором, который использовался только для охлаждения блока питания, поэтому шум редко был проблемой.
К середине 1990-х годов, когда тактовая частота ЦП превысила 60 МГц, было добавлено «точечное охлаждение» с помощью вентилятора над радиатором ЦП, чтобы нагнетать воздух на процессор. Со временем было включено больше вентиляторов, чтобы обеспечить точечное охлаждение в большем количестве мест, где требовалось рассеивание тепла, включая 3D-графические карты , поскольку они становились более мощными. Корпуса компьютеров все чаще нуждались в добавлении вентиляторов для отвода нагретого воздуха из корпуса, но если не проектировать очень тщательно, это добавляло бы больше шума.
Energy Star в 1992 году и аналогичные программы привели к широкому внедрению спящего режима среди потребительской электроники, а программа TCO Certified способствовала снижению потребления энергии. [3] Обе добавили функции, которые позволили системам потреблять только столько энергии, сколько необходимо в определенный момент, и помогли снизить потребление энергии. Аналогичным образом первые маломощные и энергосберегающие процессоры были разработаны для использования в ноутбуках, но могут использоваться в любой машине для снижения энергопотребления и, следовательно, шума.
Основными причинами шума ПК являются:
Многие из этих источников увеличиваются с мощностью компьютера. Больше или быстрее транзисторов потребляют больше энергии, что выделяет больше тепла. Увеличение скорости вращения вентиляторов для решения этой проблемы (при прочих равных условиях) увеличит их шум. Аналогично, увеличение скорости вращения жестких дисков и оптических приводов увеличивает производительность , но, как правило, также вибрацию и трение подшипников.
Хотя существуют стандарты для измерения и сообщения о выходной звуковой мощности таких вещей, как компьютерные компоненты, они часто игнорируются. [8] [9] Многие производители не предоставляют данные об измерениях звуковой мощности. Некоторые сообщают об измерениях звукового давления, но те, кто это делает, часто не указывают, как проводились измерения звукового давления. Даже такая базовая информация, как расстояние измерения, редко сообщается. Не зная, как оно было измерено, невозможно проверить эти заявления, и сравнения между такими измерениями (например, для выбора продукта) бессмысленны. Сравнительные обзоры, в которых тестируются несколько устройств в одинаковых условиях, более полезны, но даже в этом случае средний уровень звукового давления является лишь одним фактором в определении того, какие компоненты будут восприниматься как более тихие. [1]
Существует ряд методов снижения шума компьютера с небольшими или нулевыми дополнительными затратами.
В некоторых случаях приемлемым решением может стать перемещение слишком шумного компьютера за пределы непосредственной рабочей зоны и доступ к нему либо с помощью кабелей HDMI/USB/DVI на большом расстоянии, либо через программное обеспечение удаленного рабочего стола с тихого тонкого клиента , например, на базе Raspberry Pi — миниатюрного компьютера, в котором даже не используется радиатор.
Ниже приведены примечания относительно отдельных компонентов тихих ПК.
Материнская плата, ЦП и видеокарта являются основными потребителями энергии в компьютере. Компоненты, которым требуется меньше энергии, будет легче охлаждать бесшумно. Бесшумный блок питания выбирается для того, чтобы быть эффективным и при этом обеспечивать достаточное питание для компьютера.
Материнская плата на основе чипсета , потребляющего меньше энергии, будет легче охлаждаться тихо. Андервольтинг и андерклокинг обычно требуют поддержки материнской платы, но при возможности могут использоваться для снижения энергопотребления и тепловыделения, а следовательно, и требований к охлаждению.
Многие современные чипсеты материнских плат имеют горячие северные мосты , которые могут поставляться с активным охлаждением в виде небольшого шумного вентилятора. Некоторые производители материнских плат заменили эти вентиляторы, включив большие радиаторы или охладители с тепловыми трубками , [12] [13] однако им по-прежнему требуется хороший поток воздуха в корпусе для отвода тепла. Регуляторы напряжения материнских плат также часто имеют радиаторы и могут нуждаться в потоке воздуха для обеспечения адекватного охлаждения.
Некоторые материнские платы могут управлять скоростью вращения вентилятора с помощью встроенной микросхемы аппаратного мониторинга [14] (часто функции в решении Super I/O [14] ), которую можно настроить через BIOS или с помощью программного обеспечения для мониторинга системы , такого как SpeedFan и Argus Monitor , а большинство последних материнских плат имеют встроенное ШИМ-управление вентилятором для одного или двух вентиляторов.
Даже если данная микросхема аппаратного мониторинга может быть способна выполнять управление вентилятором, [14] производитель материнской платы не обязательно может правильно подключить контакты разъема вентилятора материнской платы к микросхеме аппаратного мониторинга, поэтому иногда управление вентилятором компьютера не может быть выполнено на данной материнской плате из-за неровностей проводки, даже если программное обеспечение может указывать, что управление вентилятором доступно из-за базовой поддержки самой микросхемы аппаратного мониторинга. [15] В других случаях может быть так, что одна настройка управления вентилятором может влиять на все разъемы вентилятора на материнской плате одновременно, даже если в самой микросхеме аппаратного мониторинга доступны отдельные настройки для каждого вентилятора; эти проблемы с проводкой, будучи очень распространенными, затрудняют разработку хороших пользовательских интерфейсов общего назначения для настройки управления вентилятором. [15]
Материнские платы также могут создавать слышимый электромагнитный шум .
Тепловыделение ЦП может варьироваться в зависимости от его марки и модели или, точнее, от его тепловой расчетной мощности (TDP). Pentium 4 третьей версии Intel , использующий ядро «Prescott», был печально известен как один из самых горячих ЦП на рынке. Для сравнения, серии AMD Athlon и Intel Core 2 работают лучше на более низких тактовых частотах и, таким образом, выделяют меньше тепла.
Современные процессоры часто включают энергосберегающие системы , такие как Cool'n'Quiet , LongHaul и SpeedStep . Они снижают тактовую частоту процессора и напряжение ядра , когда процессор простаивает, тем самым уменьшая тепловыделение. Тепло, выделяемое процессорами, можно дополнительно уменьшить с помощью понижения напряжения , понижения тактовой частоты или обоих этих способов.
Большинство современных массовых и недорогих процессоров производятся с более низким TDP для снижения нагрева, шума и энергопотребления. Двухъядерные процессоры Intel Celeron , Pentium и i3 обычно имеют TDP 35–54 Вт, в то время как i5 и i7 обычно имеют 64–84 Вт (более новые версии, такие как Haswell ) или 95 Вт (старые версии, такие как Sandy Bridge ). Более старые процессоры, такие как Core 2 Duo, обычно имели TDP 65 Вт, в то время как процессоры Core 2 Quad в основном имели 65–95 Вт. Процессоры AMD Athlon II x2 имели 65 Вт, в то время как Athlon x4 — 95 Вт. AMD Phenom варьировался от 80 Вт в варианте x2 до 95 и 125 Вт в четырехъядерных вариантах. Мощность процессоров AMD Bulldozer составляет 95–125 Вт. Мощность гибридных процессоров AMD составляет от 65 Вт для младших двухъядерных вариантов, таких как A4, до 100 Вт для старших четырехъядерных вариантов, таких как A8. Некоторые процессоры выпускаются в специальных версиях с низким энергопотреблением. Например, процессоры Intel с низким TDP заканчиваются на T (35 Вт) или S (65 Вт).
Видеокарта может выделять значительное количество тепла. Быстрый графический процессор может быть самым большим потребителем энергии в компьютере [16] , и из-за ограничений по пространству кулеры видеокарт часто используют небольшие вентиляторы, работающие на высоких скоростях, что делает их шумными.
Варианты снижения шума от этого источника включают:
Блок питания (PSU) стал тише за счет использования более высокой эффективности (что снижает тепловые потери и потребность в воздушном потоке), более тихих вентиляторов, более интеллектуальных контроллеров вентиляторов (для которых корреляция между температурой и скоростью вращения вентилятора более сложная, чем линейная), более эффективных радиаторов и конструкций, которые позволяют воздуху проходить с меньшим сопротивлением. Для заданного размера блока питания более эффективные блоки питания, такие как сертифицированные 80 plus, выделяют меньше тепла.
Блок питания соответствующей мощности для компьютера важен для высокой эффективности и минимизации нагрева. Блоки питания обычно менее эффективны при легкой или тяжелой нагрузке. Блоки питания высокой мощности обычно менее эффективны при легкой нагрузке, например, когда компьютер простаивает или спит. Большинство настольных компьютеров проводят большую часть времени с легкой нагрузкой. [19] Например, большинство настольных ПК потребляют менее 250 Вт при полной нагрузке, а более типичным является 200 Вт или меньше. [20]
Блоки питания с терморегулируемыми вентиляторами можно сделать тише, обеспечив более прохладный и/или менее затрудненный источник воздуха, и доступны блоки питания без вентиляторов, либо с большими пассивными радиаторами, либо полагаясь на конвекцию или поток воздуха корпуса для рассеивания тепла. Также можно использовать блоки питания DC to DC без вентиляторов, которые работают как в ноутбуках, используя внешний блок питания для подачи постоянного тока, который затем преобразуется в соответствующие напряжения и регулируется для использования компьютером. [21] Эти блоки питания обычно имеют более низкие номинальные мощности.
Электрические катушки в блоках питания могут создавать слышимый электромагнитный шум , который может быть заметен даже в тихом ПК.
Оснащение блока питания шнуром питания с ферритовым кольцом иногда может помочь уменьшить гудение от блока питания.
Корпуса, разработанные для низкого уровня шума, обычно включают тихие вентиляторы и часто поставляются с тихим блоком питания. Некоторые включают радиаторы для пассивного охлаждения компонентов. [22]
Более крупные корпуса обеспечивают больше пространства для циркуляции воздуха, более крупные кулеры и радиаторы, а также звукопоглощающий материал.
Корпуса с оптимизированным шумоподавлением [23] [24] часто имеют воздуховоды и перегородки внутри корпуса для оптимизации воздушного потока и тепловой изоляции компонентов. [25] Вентиляционные отверстия и воздуховоды можно легко добавить в обычные корпуса. [26]
Корпуса, разработанные для обеспечения бесшумности, обычно имеют проволочные решетки или сотовые решетки вентиляторов. Оба варианта намного превосходят старый стиль штампованной решетки.
Функции, облегчающие аккуратную прокладку кабелей, такие как кронштейны и пространство для прокладки кабелей за поддоном материнской платы, помогают повысить эффективность охлаждения.
Воздушные фильтры могут помочь предотвратить засорение радиаторов и поверхностей пылью, которая препятствует теплопередаче, заставляя вентиляторы вращаться быстрее. Однако сам фильтр может увеличить шум, если он слишком ограничивает поток воздуха или не содержится в чистоте, требуя более крупного или более быстрого вентилятора для обработки падения давления за фильтром.
Внутренняя часть корпуса может быть облицована звукопоглощающими материалами для снижения шума за счет:
Большие радиаторы, предназначенные для эффективной работы при небольшом потоке воздуха, часто используются в тихих компьютерах. [27] [28] [29] Часто тепловые трубки используются для более эффективного распределения тепла к радиатору.
Если они вообще используют вентиляторы, то тихие ПК обычно используют более крупные, чем обычно, низкоскоростные вентиляторы с тихо работающими двигателями и подшипниками. Размер 120 мм является обычным, а 140-мм вентиляторы используются там, где корпуса или радиаторы это позволяют. Производители тихих вентиляторов включают Nexus, EBM-Papst, [30] Yate Loon, Scythe, [31] и Noctua . [32] Обширные сравнительные обзоры были опубликованы SPCR [33] [34] и MadShrimps. [35] [36]
Шум вентилятора часто пропорционален скорости вращения вентилятора, поэтому контроллеры вентиляторов могут использоваться для замедления вентиляторов и точного выбора скорости вращения вентилятора. Контроллеры вентиляторов могут обеспечивать фиксированную скорость вращения вентилятора с помощью встроенного резистора или диода; или переменную скорость с помощью потенциометра для подачи более низкого напряжения. Скорость вращения вентилятора также можно снизить более грубо, подключив их к линии 5 В источника питания вместо линии 12 В (или между ними для разности потенциалов 7 вольт, хотя это нарушит определение скорости вентилятора). [11] Большинство вентиляторов будут работать при 5 вольтах после вращения, но могут не запускаться надежно при напряжении ниже 7 В. Некоторые простые контроллеры вентиляторов будут изменять напряжение питания вентиляторов только между 8 В и 12 В, чтобы полностью избежать этой проблемы. Некоторые контроллеры вентиляторов запускают вентилятор при 12 В, а затем сбрасывают напряжение через несколько секунд.
Однако управление вентилятором с помощью ШИМ является самым простым и эффективным вариантом для современных материнских плат, которые имеют разъемы для вентиляторов с ШИМ. Управление вентилятором с помощью ШИМ быстро переключается между подачей полного напряжения на вентилятор и его отсутствием для управления скоростью вращения. Обычно чипсет материнской платы предоставляет данные о температуре с датчиков на самом ЦП для управления скоростью.
Шум подшипников и двигателя является важным фактором. Мягкие монтажные вентиляторы (например, с резиновыми или силиконовыми изоляторами вентилятора) могут помочь снизить передачу вибрации вентилятора на другие компоненты. [37]
Пьезоэлектрические вентиляторы часто тише вращающихся вентиляторов и могут потреблять меньше энергии. [38] [39] Intel, Murata и другие недавно провели разработку по использованию пьезоэлектрических вентиляторов в настольных ПК. [ необходима ссылка ]
Водяное охлаждение [40] — это метод рассеивания тепла путем передачи тепла через проводящий материал, который находится в контакте с жидкостью, например, деминерализованной водой с добавкой для предотвращения роста бактерий. Эта вода движется по контуру, который обычно содержит резервуар, радиатор и насос. Современные технологии насосов 12 В постоянного тока позволяют создавать чрезвычайно мощные и тихие конструкции.
Эффективно передавая тепло устройства в отдельный теплообменник, который может использовать более крупные радиаторы или вентиляторы, водяное охлаждение может обеспечить более тихую работу в целом. Такие устройства, как графические процессоры , северные мосты , южные мосты , жесткие диски , память , модули регуляторов напряжения (VRM) и даже блоки питания могут охлаждаться водой по отдельности; [41] фактически , в некоторых случаях, весь ПК может быть погружен.
В старых жестких дисках использовались двигатели с шарикоподшипниками , но в более современных жестких дисках для настольных ПК используются более тихие двигатели с жидкостными подшипниками . [42]
Жесткие диски меньшего размера 2,5", как правило, меньше вибрируют, работают тише и потребляют меньше энергии, чем традиционные 3,5-дюймовые диски, [42] [43], но часто имеют более низкую производительность и меньшую емкость, а также стоят дороже за гигабайт .
Чтобы минимизировать вибрации от жесткого диска, передаваемые корпусу и усиливаемые им, жесткие диски можно закрепить на мягких резиновых шпильках, подвесить на резинках или поместить на мягкую пену или сорботан . Корпуса жестких дисков также могут помочь снизить шум привода, но необходимо позаботиться о том, чтобы привод получал достаточное охлаждение — температура диска часто контролируется программным обеспечением SMART .
Твердотельный накопитель не имеет движущихся механических компонентов и работает бесшумно, [44] [45] [46] [47], но (по состоянию на 2016 год [обновлять]) он все еще примерно в четыре раза дороже за единицу хранения, чем жесткие диски потребительского класса. [48]
В некоторых случаях могут подойти другие методы хранения данных на твердотельных носителях:
Все виды твердотельных накопителей обходятся дороже традиционных вращающихся дисков, поэтому в некоторых конструкциях бесшумных ПК они используются в сочетании со вторым жестким диском, доступ к которому осуществляется только при необходимости, или с сетевым хранилищем , где менее тихие традиционные жесткие диски размещаются удаленно.
Оптические приводы можно замедлить с помощью программного обеспечения, чтобы сделать их тише, например, Nero DriveSpeed, или эмулировать с помощью программ виртуальных приводов, например, Daemon Tools, чтобы полностью устранить их шум. Можно использовать оптические приводы ноутбуков, которые, как правило, тише, однако это может быть связано с тем, что они, как правило, работают медленнее (обычно 24-кратная скорость CD, 8-кратная скорость DVD). Некоторые DVD-приводы имеют функцию, обычно называемую Riplock , которая снижает шум привода за счет замедления привода во время воспроизведения видео. Для операций воспроизведения требуется только скорость 1x (или реального времени).
ЭЛТ - монитор может производить шум катушки , как и внешний источник питания для ЖК- монитора или преобразователь напряжения для подсветки монитора. ЖК-мониторы, как правило, производят наименьший шум (скуление) при полной яркости. [7] Уменьшение яркости с помощью видеокарты не приводит к появлению скуления, но может снизить точность цветопередачи. [7] ЖК-монитор с внешним источником питания, спрятанным в стороне, будет производить менее заметный шум, чем тот, у которого источник питания встроен в корпус экрана.
В прошлом особенно шумные принтеры, такие как матричные и ромашкообразные, часто размещались в звукоизолированных коробках или шкафах, и тот же метод можно использовать с современными принтерами, чтобы снизить воспринимаемый ими шум. Другое решение — объединить принтер в сеть и физически разместить его вдали от непосредственной рабочей зоны.
В отличие от настольных ПК, ноутбуки и нетбуки обычно не имеют вентиляторов блока питания или вентиляторов видеокарты, обычно используют физически меньшие жесткие диски и компоненты с низким энергопотреблением. Однако вентиляторы ЦП ноутбуков обычно меньше, поэтому не обязательно тише своих аналогов настольных компьютеров — меньшая площадь вентилятора требует более высокой скорости вращения вентилятора для перемещения того же объема воздуха. [50] Кроме того, ограниченное пространство, ограниченный доступ и фирменные компоненты затрудняют их заглушение.
Однако в ряде ноутбуков и нетбуков вентиляторы охлаждения вообще не используются. [51] [52] [53] [54] [ требуется обновление ]
Безвентиляторные портативные компьютеры ( планшетные ПК , субноутбуки , хромбуки , ультрабуки и ПК 2-в-1 ), работающие менее чем 10-15 Вт [55] на мобильных процессорах (чаще всего процессорах ARM ), стали популярными после нетбуков, но затем, в основном, после появления первого iPad в 2010 году. Первый процессор iPad, ARM Cortex-A8, был первым дизайном Cortex, который был принят в больших масштабах в потребительских устройствах. [56]
