У нас — десктоп. Мы сидим работаем — код пишем или котиков смотрим, а этот ящик ревет рядом. У нас есть кусачки, паяльник, синяя изолента, немного проводов, чуть термоусадочного кембрика и начальные знания в электротехнике и устройстве компьютера. Можно ли как-то поковырять этот ящик, чтобы он хоть чуть тише ревел?
Сначала две простые задачи из теории. Мы говорим о шуме, об охлаждении.
Почему шумит компьютер? Потому что вентиляторы крутятся.
А как сильно шумит компьютер, и как это зависит от вентиляторов?
Давайте решим простую задачу: вот так вот трык — и скорость вентиляторов упадет в два раза. На сколько децибел уменьшится шум?
Вентиляторы — это важно, это отвод тепла, электроника не должна перегреваться.
Тогда еще одна задача: кулер обдувает процессор. Температура процессора 35 градусов Цельсия. И вот вдруг процессор увеличил тепловыделение в два раза. Какая станет температура процессора?
Шум системного блока складывается из шума, создаваемого кулерами, и шума винчестеров.
Пропустим винчестеры, это изменить нельзя и это не главный источник шума.
Откуда возникает шум кулеров? Воздух, обтекающий радиатор — раз, и шум механики самого кулера: биения в подшипниках, звуки, издаваемые обмотками кулера (неровности крепления сердечников, магнитострикция etc.)
Турбулентность
Рассчитаем число Рейнольдса для системы кулер-радиатор.
Re = (скорость потока)*(характерный размер)/(кинематическая вязкость)
Согласно исследованию, производительность кулера колеблется в пределах 20-60 кубических метров в час, или 0,005 — 0,015 куб.м./сек. Примем 0,01 куб.м./сек как среднее по больнице кулерам.
Диаметр среднего кулера пример 7 см = 0,07 м.
Тогда скорость потока = (производительность)/(площадь) = 0,01/(пи * 0,07*0,07/4) = 2,6 метра в секунду
Характерный размер у нас уже есть — это диаметр.
Тогда Re = (2,6)*(0,07)/(16/1000000) = 11000
Согласно той же Вики, и другим источникам, при таком числе Re течение воздуха является турбулентным.
При турбулентном течении в воздухе возникают вихри. Вихрь — самостоятельное образование, срываясь с лопастей вентилятора, вихри образуют скачки давления воздуха. То же самое происходит при ударе вихревого образования о твердую поверхность. Скачки давления от многочисленных вихрей и создают тот самый шумовой звук, который исходит от работающего кулера.
Можно ли сделать течение ламинарным, то есть безвихревым, чтобы не было шума? Даже при снижении скорости потока воздуха в четыре раза течение останется турбулентным, вихревым (число Re станет равно 2500).
Однако есть интуитивное предположение, что снижение скорости потока воздуха снизит издаваемый шум. Об этом чуть ниже.
Шум механики кулера.
Все звуковые эффекты от механики кулера напрямую зависят от силы, которую создает ток, протекающий через обмотки. Природа этих звуковых эффектов разнообразна и сложна, и тут рассуждать на пальцах смысле не имеет. Однако очевидно, что при снижении тока, протекающего через обмотки, и при снижении частоты вращения кулера звуковые эффекты будут уменьшаться.
Действительно, зачем рассуждать на пальцах, если есть вот такое исследование. Оно посвящено вентиляторам, но кулер — это и есть вентилятор, все выводы будут справедливы. В нем фигуирует только скорость потока, но из теории вентиляторов следует, что расход воздуха, а следовательно, и скорость потока, прямо пропорциональны частоте вращения (rpm). Снижаем в два раза частоту вращения — в два раза меньше скорость потока.
Итак, все шумы вентилятора пропорциональны частоте вращения. Процитируем исследование
Известно, что турбулентный шум является источником квадрупольного типа, и его звуковая мощность пропорциональна ~u8, а вихревой шум является источником дипольного типа, и его звуковая мощность ~u6, где u – окружная скорость. При уменьшении частоты вращения также снижается и шум вращения, который имеет дипольную (шум нагрузки) и монопольную (шум вытеснения) природу, и их звуковая мощность пропорциональна ~u6 и ~u4 соответственно.
Итак, мощность турбулентного шума пропорциональная восьмой (!) степени частоты вращения. То есть уровень звукового давления шума пропорционален четвертой степени частоты (уровень = корень из мощности = корень из 8 степени = 4 степень).
Ухты!
Вот шкала громкости (цифры в дБ)
Порог слышимости 0
Тиканье наручных часов 10
Шепот 20
Звук настенных часов 30
Приглушенный разговор 40
Тихая улица 50
Обычный разговор 60
Шумная улица 70
Примем по этой шкале уровень громкости системного блока 65 дБ — среднее между обычным разговором и шумной улицей.
Снижение частоты вращения вентиляторов в два раза снизит шум от турбулентных потоков воздуха в 2^4 = 16 раз, или на 24 дБ, то есть уровень громкости станет равен равным приглушенному разговору. Хороший эффект!
Термодинамический расчет
Мы выше писали — снизим скорость в два раза. Почему в два? Почему не в двадцать? Или вообще выключить вентиляторы, никакого шума не будет? Ведь требуется какой-то поток воздуха для охлаждения, тут мы его снижаем — а что произойдет, например, с процессором?
Давайте решим задачу, которая в начале поста.
Итак, температура процессора = 35 градусов, радиатор процессора штатно обдувается кулером, скорость потока не меняется.
Процессор увеличил тепловыделение в два раз. Какая будет температура процессора при неизменном потоке воздуха?
Рассмотрим процесс обдува. Представим, что система «кулер-радиатор-процессор» — это черный ящик, которы отдает тепло потоку воздуха. Количество тепла пропорционально разности температур процессора и набегающего воздуха на входе, то есть (температура процессора — температура входящего в кулер воздуха).
Температура входящего воздуха = тмпературе внутри системного блока. Примем ее равной 30 градусам.
Итого разность температур процессора и набегающего воздуха = 35 — 30 = 5 градусов. Если процессор в два раза увеличит тепловыделение, разность температур тоже вырастет в два раза, то есть станет равной 5*2 = 10 градусов.
А температура процессора будет равна температура воздуха + разность = 30 + 10 = 40 градусов (вместо 70, которые сразу приходят в голову)
А что произойдет с температурой процессора, если уменьшить скорость потока охлаждения в два раза?
Согласно Справочник по физике Кухлинг К количество тепла, уносимого с поверхности «воздух-твердая стенка» пропорционально разности температур и корню из скорости потока воздуха. Если уменьшить скорость потока воздуха в два раза, то для отведения того же количества тепла разность температур вырастет в корень из 2 раз, то есть примерно в 1,4 раза.
Итоговая формула:
Тпроцессора = Твоздуха + (Тпроцессора начальная — Твоздуха)*корень((скорость вращения начальная / скорость вращения итоговая))
Выполним пару реальных расчетов, из практики.
Тпроцессора начальная = 42 градуса
Твоздуха = 20 градусов (системный блок открыт)
Скорость вращения снижена в 2 раза (с 2000 до 1000 rpm)
Тпроцессора =20 + (42-20)*1,4 = 51 градус
Жеще условия
Тпроцессора начальная = 60 градусов (старый горячий Athlon)
Твоздуха = 20 градусов (системный блок открыт)
Скорость вращения снижена в 2.5 раза (с 2000 до 800 rpm)
Тпроцессора =20 + (42-20)*1,4 = 76 градусов
Мы видим, что даже на горячем процессоре (разность температур = 40 градусов) и снижении скорости вращения в 2,5 раза (=уменьшение шума на 31 дБ) температура процессора остается в допустимых пределах с хорошим запасом.
Вот на коленке результаты теста на процессоре Core i5 серии 3, видно, что даже на стресс-тесте температура при снижении частоты вращения в 2,5 раза растет на несколько градусов.
Итого: теоретически снизить скорост вращения вентилятров в 2-2,5 раза безопасно для электроники, которая ими охлаждается
Как снизить частоту вращения вентиляторов? Снизить напряжение питания.
А как зависит скорость вращения от напряжения питания? Примерно линейно, см. табличку выше.
Начинаем модернизировать системный блок
Прежде всего, вентиляторов у нас минимум два — один в блоке питания и один на процессоре. Может быть еще один на видеокарте, на старых моделях — еще и на материнской плате.
Что будем делать:
1) отключаем все вентиляторы от питания +12В
2) соединяем их вместе и подключаем к питанию +5В
3) тестируем
1) Итак, достаем и разбираем БП.
Вентилятор просто аккуратно откусываем от платы (там может быть разъем, а может и не быть, неважно). Припаиваем длинные проводочки к проводам, идущим от кулера, выводим их наружу
Откусываем откулера процессора все провода, делаем ту же операцию. У кулера процессора может быть три или четыре провода, соотв. земля, +12В, датчик вращения и (оционально) управление скоростью. Нас интересует только +12В, землю и все остальное можно оставить прямо в разъеме
Но можно и откусить землю и +12В, это лучше (это Pentium4)
Если на видеокарте есть кулер — то же самое: откусываем и удлиняем провода
Еще видеокарта, это GeForce 8600 gts
Внимание!
1) убедитесь в надежности паяных соединений, подергайте их на прочность
2) ни в коем случае не используйте для изоляции изоленту. Только термоусадочный кембрик, изоленту — только для временной механической фиксации проводов
3) исходите из принципа, что все что может замкнуть — обязательно замкнет, все что может отвалиться — отвалится
Мы можем снизить скорость обдува радиаторов, но если у вас вдруг какой-то узел на ходу останется без обдува (отвалится пайка например), вы узнаете об этом, когда этот узел выйдет из строя. Делайте надежно.
2) Соединяем все провода от кулеров, соблюдая полярность. В итоге получится два провода — плюс и минус всей системы охлаждения компьютера (всех кулеров, соединенных вместе).
Далее возникнет задача — как подключить к разъему питания. Можно выпаять и использовать штырьки от старых CD/DVD приводов или неисправных винчестеров (это лучше, надежнее — не выдернешь)
или штырьки от материнских плат. Но такое подключение потом нужно обязательно зафиксировать механически, хотя бы на первое время изолентой, такие штырьки держатся гораздо слабее
3) проверяем все тщательно, дергаем за провода — чтоб вдруг не вылетело ничего. Готовимся ко включению
Первое включение
Будьте готовы быстро осмотреть все вентиляторы сразу после включения.
Включаем!
Быстро осматриваем и проверяем вентиляторы, — они все должны крутиться. Если вдруг какой-то стоИт — сразу выключаем (эту ситуацию рассмотрим ниже)
Если все вентиляторы крутятся — ок. Вентилятор БП можно проверить, приложив бумажку к БП — должно слабенько дуть.
Ок
У вас может начать ругаться BIOS — мол, не крутится вентилятор БП или низкие обороты или не регулируется. Зайдите в БИОС, поставьте CPU FAN в игнор
Ок
Все! Наслаждаемся тишиной!
Запустите что угодно, что показывает температуру процессора — CoreTemp, RealTemp etc. Контролируйте температуру первые несколько дней. Посматривайте на вентиляторы.
И наслаждайтесь тишиной!
Насколько тихо работает компьютер после такой переделки?
Совсем тихо. Слышно только винчестер.
Есть ли риски такой переделки?
Нет. Вы всегда можете переключить питание всех вентиляторов обратно на +12В, получите обратно ровно то же самое, что и было
Что делать в ситуации, когда один из вентиляторов не крутится при включении?
Возможно, ему не хватает вращающего момента для старта (хотя такая ситуация ни разу не наблюдалась). В этом случае сделайте питание всех вентиляторов не 5в, а 7В. Каким образом?
Мы для подачи питания +5В подключали + вентиляторов к +5В, а землю вентиляторов к земле. Подключите + вентиляторов к +12В, а землю — к +5В. В этом случае на вентиляторах будет 12-5 = 7В. Появится небольшой шум, тем не менее это гораздо тише, чем было.
Сколько компьютеров были переделаны подобным образом?
Автор этих строк с 2008 года лично модернизировал несколько десятков самых разных типов: от Пентиум4 до Core i5. Вся линейка семейств Intel между указанными выше процессорами: Core2Duo, Celeron G***, Pentium G*** и пр. Машин на процессорах АМД меньше, но все же — от старых с сокетом 939 до новых.
Были ли геймерские или разгнанные оверклоковские компьютеры?
Нет, и тут стоит подумать, нужны ли такие модернизации для указанных компьютеров.
Наблюдались ли проблемы?
Связанные с модернизцией (перегрев, выход из строя охлаждаемых узлов) — нет
Сколько по времени занимает такая модернизация?
Примерно два-три часа
Как ведут себя модернизированные таким образом компьютеры летом?
Как обычно. Сбоев не зафиксировано
Какие-либо доп. меры обслуживания?
Пожалуй, есть смысл чаще выдувать пыль и чистить компьютер. Кстати, пыли в таком компьютере скапливается меньше (видимо, за счет меньшего объема проходимого воздуха)
А в чем ноу-хау?
Ни в чем. Описанный выше способ давно известен электронщикам и активно применяется. Авто публикации просто попытался подвести под такую модернизацию теоретическую базу и показал примеры практической реализации.
Можно ли сделать что-то подобное на ноутбуках?
Ни в коем случае! Электроника ноутбука работает в очень тяжелых тепловых условиях, и система охлаждения отличается от десктопа.
UPD2 И в заключение. Все же прежде чем что-либо делать с системой охлаждения, сделайте анализ.
1) засеките любой прогаммой температуру материнской платы (можно считать ее равной температуре внутри системного блока) и температуру процессора
2) запустите стресс-тест для процессора (есть во многих программах)
3) засеките температуру процессора через 10-15 минут после запуска стресс-теста
4) выполните расчет температуры процессора при уменьшении частоты вращения (по формуле в статье)
Если конечный результат приемлем, можете переделывать. Если же вы получаете темературу, близкую к предельной для CPU, воздержитесь от указанных переделок.
(Но эта ситуация относится, скорее, к пункту об игровых/оверклокерских машинах)
Автор: konst20
