Отписываемся здесь.
Всё о системах охлождения ПК.
Сообщений 1 страница 5 из 5
Поделиться22007-07-12 18:33:36
Cабж интерестный. В основном для хорошего охлаждения нужно использовать медные радиаторы. Куллеры использовать 12см Так какони при малом шуме прогоняют много воздуха через себя!
Поделиться32007-07-14 00:03:57
Охлаждение – один из самых важных факторов достижения высокого быстродействия компьютера. К тому же плохое охлаждение иногда становится причиной выхода из строя различных компонентов системы, чаще всего это видеокарты, процессоры, материнские платы и блоки питания. Также охлаждения очень важно, если система или процессор разогнаны, ведь при оверклокинге температура компонентов системы (чипсет, процессор, графический ускоритель, RAM, различные микросхемы) значительно подскакивает и вместе с этим падает стабильность конкретного компонента и всей системы в целом. Чем меньше температура компонентов системы, тем выше ее стабильность и производительность. Снижения температуры добиваются посредством различных способов, это радиаторы, куллеры, водяные системы охлаждения и др. В этой статье я опишу наиболее распространенные системы охлаждения – радиаторы и куллеры – и способы их размещения и настройки.
Радиатор – компонент системы охлаждения, состоящий из металлического блока с множеством ребер, соединений и других частей, способных увеличить поверхность самого радиатора. Чем больше его поверхность, тем сильнее он отводит тепло от микросхем. Радиаторы изготавливаются из металлов с высокой теплопроводностью для лучшей их эффективности, чаще всего это алюминий и медь, причем медь предпочтительнее, так как имеет более высокую теплопроводность, но стоит она дороже. Очень часто комбинируют два металла – делают алюминиевый радиатор, а к нижней его части прикрепляют медный пятак или пластинку. Радиатор устанавливают на различные микросхемы, подвергающиеся сильному нагреву. Это процессор, микросхема чипсета и графический процессор (3-D ускоритель). Радиатор должен вплотную прилегать к микросхеме для лучшей передачи тепла. При установке радиатора нужно использовать термопасту, или термопроводящий гель. Ее наносят прямо на поверхность микросхемы, это сильно увеличивает теплообмен и способствует охлаждению. Со временем термопаста стареет и ее требуется менять.
Система охлаждения только с радиатором называется пассивной системой охлаждения, но из-за мощности современных компьютеров уже давно используются активные системы охлаждения – с куллером. Пассивные системы охлаждения встречаются на очень старых компьютерах и на компьютерах, в которых требуется компактность. В современных системах она охлаждает только иногда чипсет, 3D-ускорители, модули памяти и некоторые маломощные микросхемы. В активных системах охлаждения куллер крепится на радиатор, способствуя обдуву его воздухом, который забирает все тепло. Сейчас куллер стал самой важной частью системы охлаждения.
Характеристики куллера это диаметр крыльчатки (чем больше, тем лучше), площадь ее поверхности (аналогично), длинна воздушного потока, объем воздуха, который он пропускает через свои лопасти за промежуток времени, количество оборотов в минуту (rpm), уровень шумности в децибелах и тип подшипников.
Подшипники в куллерах бывают в основном 2-х видов – скользящие и шариковые. Скользящие подшипники действуют по принципу скольжения, а шариковые крутятся за счет внутренних металлических шариков. Скользящие подшипники не так долговечны, как шариковые, а уровень их шумности тоже более высокий, но цена их ниже. Определяющим фактором качества шариковых подшипников является количество этих самых шариков (бывает 1, 2, 3 и более шариков).
Уровень шумности куллера является тоже очень важным фактором, ведь не приятно сидеть рядом с компьютером, звук от которого громче, чем звучит двигатель запорожца. Нормальным уровнем шума можно считать 25-30 dBA, но лучше – меньше.
Обороты в минуту увеличивают охлаждение, но очень большое их количество приводит к высокой шумности изделия.
Куллеры крепятся на радиатор так, чтобы воздух обдувал их поверхность, при установке куллера стоит учитывать, что он должен черпать откуда-то воздух и не должен быть прикреплен в плотную к поверхности, которая бы препятствовала забору воздуха.
Крепления куллера также требует микросхема чипсета материнской платы, но можно (но не желательно) обойтись и радиатором.
Еще одной микросхемой, которая должна быть охлаждена куллером, является графический процессор на видеокарте. Часто на новых видеокартах он уже установлен, но многие из них остались без активного охлаждения. Обычно они очень сильно нагреваются. Это можно заметить, если играть в какую-либо мощную 3D-игру. Сначала все идет нормально, а по истечении небольшого времени игра начинает жутко тормозить и глючить. Это признак перегрева видеокарты. Избавиться от этого можно лишь установкой куллера. Его крепят прямо на радиатор при помощи шурупов.
Однако куллеры размещают не только на радиаторы, они обычно также служат для циркуляции свежего воздуха в корпусе компьютера. Существует много позиций для крепления куллера внутри компьютера. Обычно их устанавливают на задней стенке, (там, где есть отверстия для вентиляции), на передней стенке тоже (снизу, под дисководами), в передней панели, в отсеках для 5.25” дисководах, иногда на боковых крышках или сверху. При их установке следует рассчитать объем воздуха, который входит в корпус, и тот, который выходит из него. Если объем выходящего воздуха будет больше, то во входящее отверстие будет засасываться много пыли, если наоборот, то теплый воздух будет задерживаться внутри компьютера. Также неравномерное распределение потоков сильно отразится на уровне шума. Куллеры, которые работают на подачу воздуха, должны находиться в нижней части компьютера, т.к. холодный воздух всегда скапливается внизу, а горячий идет вверх. Естественно куллеры, которые выдувают воздух из корпуса, крепятся на его верхней части.
Куллеры в корпусе компьютера обычно питаются либо от специальных 3-х пиновых разъемов, которые находятся на самой плате, либо от стандартного 4-х пинового разъема питания внутренних устройств, который отходит от блока питания. Стандартное напряжение куллера это напряжение в 12v. Чем выше напряжение, тем сильнее охлаждает куллер. Существует возможность повысить мощность куллера, увеличив напряжение до 17v. Этого можно добиться, если к черному проводу питания куллера (земля) присоединить провод -5v, который можно взять из разъема питания материнской платы. Разводку разъемов питания вы можете найти в разделе статьи на этом же сайте. Однако этот способ в некоторых случаях может оставить вас без куллера вообще, так что вы можете использовать его на свой страх и риск.
Самым неудачным по охлаждению компонентом в системе является блок питания. Дело в том, что в большинстве блоков питания поток воздуха идет внутрь компьютера, нагревается, проходя через радиаторы, и уже теплый воздух попадает внутрь компьютера. Есть два способы, которыми можно устранить это неудобство. Первый способ самый легкий, заключается он в том, что надо просто вскрыть блок питания и перевернуть куллер так, чтобы он работал на выдув. Таким образом, нагретый блоком питания воздух сразу удаляется из корпуса, не попадая внутрь системы. Однако этот способ уменьшает охлаждение блока питания. Второй способ сложнее, но зато он почти не уменьшает охлаждение БП. Суть заключается в том, чтобы в противоположной расположению стенке корпуса блока сделать отверстие и прикрепить туда куллер так, чтобы он всасывал воздух из корпуса, направлял его на радиаторы, а затем выбрасывал наружу. Для лучшего охлаждения БП можно разогнуть ребра его радиаторов в разные стороны, но эффект это даст очень маленький, к тому же можно случайно испортить микросхемы.
Для лучшей циркуляции воздуха в корпусе следует минимизировать количество проводов. Особенно сильно препятствуют воздухообращению широкие шлейфы дисководов FDD и IDE. Их следует как можно сильнее закомпоновать в корпусе.
Поделиться42007-07-14 00:07:45
Скажите, вас утомляет шум компьютеров? Может быть, он мешает вам полноценно общаться, слушать музыку или работать тихими вечерами (а окружающим — спать)? Давайте поговорим об акустических свойствах персональных компьютеров и методах снижения издаваемых ими шумов. Ну, а «мертвые с косами» — это всего лишь вентиляторы (такие крутящиеся штуковины с лопастями, похожими на косы J), неизменно присутствующие в современных компьютерах и ответственные за немалую долю производимых ими звуков.
Замечу сразу, что есть достаточное количество людей, которым наплевать, даже если их компьютер шумит как мощный фен или пылесос. Или, например, экстремальных оверклокеров («разгонщиков»), которые навешивают на каждый из компьютерных компонентов по паре-тройке пропеллеров, так что с производимым ими гулом невольно приходится мириться (в том числе, и окружающим) в угоду лишнему мегагерцу процессора/памяти или добавочному кадру-в-секунду в каком-нибудь «Кваке». Это уже анамнез, и терапия данного обзора в таких случаях бесполезна. С другой стороны, есть специфические категории компьютерных пользователей (например, звукорежиссеры и т. п.) или просто фанатичные почитатели тишины, которым необходимы практически бесшумные компьютеры (как телевизор без звука). Здесь данный обзор тоже, боюсь, не поможет (ждите пенопластовых корпусов J), хотя я и попробую дать несколько рекомендаций.
Исследования показывают, что все большее число компьютеров используется дома, в жилых комнатах и даже в спальнях, где посторонние шумы особенно заметны, а порой и влияют на здоровье. Кроме того, в последнее время появился большой класс бытовых или околобытовых задач, где компьютер выступает как простой Интернет-терминал или мультимедийный центр развлечений (Hi-Fi аудиоцентр, цифровой видеомагнитофон, игровой центр). В таких случаях предельная минимизация собственных звуков компьютера также очень актуальна. В самом деле, кому понравится слушать высококачественную музыку в присутствии постоянного шумового фона, заметно ограничивающего динамический диапазон музыкального произведения даже при прослушивании на максимальной громкости и низводящего качество звука до уровня дешевого кассетника? А ведь именно отчетливость тихих нюансов отличает качественную музыку. Или, например, дать задание компьютеру записать ночью нужную теле- или радиопрограмму,оставить его обсчитывать какую-нибудь задачу или скачивать нужную информацию из интернет. Хорошо, если при этом ПК находится в другой комнате. А если в этой же и сон у вас и ваших близких не такой уж крепкий, а компьютер не такой уж и тихий? Поэтому в уходящем году ведущие производители компьютеров и комплектующих стали, наконец, обращать повышенное внимание на акустические характеристики производимой продукции.
Но прежде, чем перейти к практике и рассмотреть конкретные способы снижения шума в наших ПК, попробуем коротко разобраться в некоторых вопросах теории восприятия звука человеком. Область слышимых нами звуков ограничивается как по частоте диапазоном примерно от 20 до 20000 Гц (с возрастом ухудшается), так и по громкости — порогом слышимости снизу и болевым порогом сверху. Порог слышимости на частоте 1000 Гц соответствует звуковому давлению около 20 мкПа (интенсивность, или мощность звука при этом — 1 пВт на квадратный метр, что много меньше, чем излучает комар) и принимается за уровень 0 дБ — это те звуки, которые средний человек может едва расслышать в абсолютно тихой комнате. Болевой порог на частоте 1 кГц соответствует звукам в миллион раз превышающим порог слышимости по звуковому давлению, то есть примерно 20 Па (интенсивность или мощность звука при этом выше в миллион миллионов раз и равна 1 Вт на квадратный метр). Болевой порог сопоставим с шумом взлетающего рядом с вами реактивного истребителя или громкостью расположенной в паре метров от вас большой акустической системы на рок-концерте. Этот уровень звука принят за 120 дБ.
Для измерений силы звука применяют как абсолютные единицы — звуковое давление и мощность звука, — так и относительные (относительно порога слышимости) уровни громкости (в фонах), звукового давления или мощности (в децибелах). Звуковое давление – это давление звуковой волны, которое ощущается ухом. Мощность звука определяется как средняя величина акустической энергии, излучаемой объектом. Имеет место логарифмическая зависимость уровня громкости от звукового давления (на частоте 1000 Гц): D = 20 lg (P/Pmin), где D — текущий уровень громкости, (в децибелах или фонах), P — текущая величина звукового давления, и Pmin — величина звукового давления для порога слышимости. Для мощности (интенсивности) звука эта формула имеет вдвое меньший коэффициент пропорциональности: D = 10 lg (I/Imin), где I и Imin — соответствующие мощности звука в ваттах. В последнее время принято характеризовать громкость звука компьютерных компонентов именно в уровнях звуковой мощности, поскольку давление дает менее достоверные результаты. При этом результаты измерений мощности «взвешивают» в соответствии с чувствительностью человеческого уха на разных частотах (подробности ниже).
При измерении громкости звука не случайно выбрана логарифмическая (от абсолютных величин мощности и звукового давления) шкала. Дело в том, что большинство человеческих органов чувств, в том числе и слух, работают примерно по логарифмическому закону Вебера—Фехнера: прирост силы ощущения пропорционален логарифму отошения энергий двух сравниваемых раздражений. То есть мы воспринимаем не абсолютные величины сигналов, а их относительные изменения друг относительно друга. Например, равноотстоящие друг от друга (по нашим ощущениям) одинаковые ноты в соседних октавах отличаются по частоте сигнала вдвое независимо от высоты октав. Аналогично и с интенсивностью света и звука — в среднем мы можем различить два сигнала по громкости, если они отличаются друг от друга не менее чем на 3 децибела, то есть вдвое по мощности звука (или в 1,4 раза по звуковому давлению). На этом принципе, в частности, построены все цифровые регуляторы громкости в радиоаппаратуре. Конечно, в наиболее чувствительной для человека области частот отдельные одаренные индивидуумы способны различать уровни громкости и в 0,5 дБ (1,12 раза по мощности звука), однако исключения лишь подтверждают правило. В случае же примерно равномерно распределенного по всему спектру шума компьютера оценки чувствительности уха дают именно 2–3 дБ.
Динамическим диапазоном источника звука считают разность его максимальной и минимальной громкости в децибелах. Например, для концертного рояля минимальная громкость составляет примерно 35 дБ (исполнение с оттенком громкости «пиано-пианиссимо»), максимальная — 80 дБ, а динамический диапазон равен, соответственно, 45 дБ. Различные источники звука характеризуются разными динамическими диапазонами, но нас будут интересовать главным образом минимальные и типичные уровни громкости этих источников. Так, например, для речи минимальная громкость равна 25–30 дБ (шепот), негромкий разговор соответствует примерно 35–45 дБ, для симфонической музыки, обладающей, кстати, одним из самых больших динамических диапазонов в 70–75 дБ, минимум — это 35 дБ, и так далее (см. рисунок).
Не вдаваясь в подробности, отметим, что на частотах выше и ниже 1 кГц порог слышимости, болевой порог и уровни одинаковой громкости соответствуют другим (как правило, большим) величинам звукового давления и мощности. То есть, чтобы звуки, имеющие частоту, например, 100 или 10000 Гц воспринимались нами как имеющие такую же громкость, как и звук на 1000 Гц, они должны иметь большую мощность. Причем зависимости кривых равной громкости от частоты и громкости далеко не тривиальны и приводятся в виде немонотонных графиков в специальной литературе (см. рисунок 3 или, например, книгу Ю. И. Козюренко «Высококачественное звуковоспроизведение», М.: Радио и связь, 1993).
Еще одной особенностью человеческого слухового восприятия является маскирование одного звука другим. Эффект маскирования чистого синусоидального сигнала посторонним шумом оценивается величиной, указывающей, на сколько децибел повышается порог слышимости маскируемого сигнала над порогом его восприятия в тишине. Четкое восприятие звука возможно только в том случае, когда его интенсивность заметно превышает уровень помех в том же диапазоне спектра, причем это превышение должно быть минимум на 10–15 дБ. Таким образом, посторонний шум будет снижать динамический диапазон полезных источников звука, причем порой весьма существенно и вплоть до невозможности различить полезный сигнал.
Что это дает в нашем случае? Типичный шум одного современного системного блока персонального компьютера составляет 35–45 дБ. Это значит, что, находясь вблизи него мы вряд ли сможем понимать шепот и будем говорить, повышая голос (примерно до 50–55 дБ), чтобы лучше различать речь друг друга на фон его шума (помните про маскирование?). А про высококачественное прослушивание фортепианной или симфонической музыки можно забыть вообще, поскольку это потребует неестественно большого увеличения ее громкости (для оркестра — даже выше болевого порога: 35+75+15 дБ), дабы не сужать ее динамический диапазон. Более того, если в небольшом помещении находятся, например, десять компьютеров, общий уровень шума от них будет до 10 дБ выше, чем от одного (до 50–55 дБ), то есть находиться и разговаривать в таком помещении ежедневно по 8 часов подряд будет весьма утомительно. Да что греха таить, сидение целыми днями вблизи даже одного системного блока нередко приводит к повышенной усталости.
Каковы же «гигиенические нормы» для шумности компьютера? Это определяется не в последнюю очередь окружающей шумовой обстановкой в помещении, где он расположен. В самом деле, нет смысла делать тихим офисный компьютер, если шум от проносящихся под окнами по оживленной улице автомобилей, работающих кондиционеров или постоянно болтающих сотрудников превышает 45 дБ. Компьютер на их фоне вообще не будет слышен, поскольку суммарный шум от двух источников одинаковой громкости всего на 3 дБ выше каждого из них, и такая разница, как мы помним, почти неразличима нашим ухом. Другое дело, когда один или несколько системных блоков расположено в относительно тихом помещении. Шум, скажем, от трех-четырех компьютеров будет на 5–6 дБ выше одиночного, фон обычного (тихого) городского помещения равен примерно 30–35 дБ, то есть приемлемым можно считать шум одного блока на уровне 30 дБ. Третья ситуация — для тихой домашней комнаты. Фон такой комнаты днем 25–30 дБ и 15–25 дБ ночью (если никто не храпит). И если для дневного сидения компьютеру достаточно шуметь на те же 25–30 дБ, то для неслышной ночной работы ему потребуются уже почти нереальные нынче 20 дБ. Примерно такие же жесткие требования будут и для ПК, расположенного в звуковой студии или предназначенного для высококачественного прослушивания музыки на внешних акустических системах (не на наушниках).
Как видим, нынешним системным блокам пока далеко до подобных «гигиенических требований», однако стремиться к этому следует. И не последнюю роль здесь играет продуманный подход к производству и подбору компьютерных компонентов. Итак, перейдем к практике, и рассмотрим, как же можно уменьшить шум компьютера в условиях нынешней действительности.
В типичном компьютере можно выделить несколько паразитных источников звука:
1. Вентилятор блока питания.
2. Вентилятор кулера центрального процессора.
3. Вентилятор на высокопроизводительной видеокарте.
4. Дополнительный вентилятор(ы) в корпусе системного блока.
5. «Шипение» высокочастотных трансформаторов блока питания при их некачественной сборке.
6. Звуки работы дисководов (FDD, CD-ROM, DVD-ROM и др.).
7. Звук винчестеров (жестких дисков) — вращение шпинделя постоянно и перемещение головок (поиск) время от времени.
8. Конструкция корпуса системного блока, усиливающая (резонирующая) или наоборот, ослабляющая (демпфирующая) вибрации от вращающихся компонентов (винчестеров, дисководов и больших вентиляторов).
9. Звуки нажатия клавиш пальцами пользователя, шуршания мыши по коврику и периодических почесываний затылка.
Пункты 5 и 9 исключим сразу: некачественно собранные блоки питания надо отправлять в ремонт или на замену, а с какой силой вколачивать клавиши в стол — каждый решает для себя сам. Хотя, справедливости ради, надо отметить, что есть тихие клавиатуры с «мягким ходом» клавиш, а есть и громкие с «кликом» или некачественные с посторонними щелчками.
Как видно из этого списка, наибольшее количество источников компьютерных шумов — это различные вентиляторы (те самые «мертвые с косами»). Далеко в прошлом остались те времена, когда персональные компьютеры могли обходиться без них. Самыми тихими из массовых ПК за всю историю были, наверное, компьютеры класса «ZX Spectrum» — они, как правило, не содержали ни одного вентилятора (блоки питания тогда были маломощные, и им хватало естественного обдува), не имели винчестера и, тем более, CDROM’а. Лишь редкий скрежет пятидюймового FDD или скрип кассеты нарушал полную тишину. IBM PC-совместимые машины вплоть до некоторых 486-х моделей шумели только винчестером и одним вентилятором блока питания (да и тот при желании можно было отключить, поскольку потребление было невелико). С приходом Pentium’ов вентиляторы прочно обосновались на процессорах (исключение — некоторые модели ноутбуков), а с появлением мощных 3D-ускорителей графики — и на некоторых видеокартах. Нередко в корпус системного блока ставят дополнительные вентиляторы для обдува чипсета, винчестеров, видеокарты, и просто для лучшей циркуляции воздуха внутри блока.
Однако именно вентиляторы, как правило, производят львиную долю шумов системного блока. Средний шум одного вентилятора оценивается в 34 децибела, но разброс от модели к модели может быть весьма велик (см., например, wwwplycon.com/fans.htm). Две основных компоненты шума вентилятора — вибрации в подшипниках и шум воздуха на лопастях. Последний можно в небольших пределах варьировать выбором различной аэродинамики лопастей, а на первый влияет центровка ротора пропеллера и тип (и качество изготовления) подшипника. Если вентилятор даже слегка «бьет», то есть плохо отцентрован его ротор, его лучше заменить сразу — помимо большего шума он обладает меньшей долговечностью, а не замеченный вовремя отказ дешевого вентилятора способен вызвать отказы в значительно более дорогих компонентах (процессор, винчестер, блок питания и др.).
Более долговечными считаются вентиляторы на подшипниках качения (ball bearing), то есть шарикоподшипниках. Они, как правило, способны работать 3-5 лет и даже больше. Однако их шум не такой уж и слабый — сказывается большое количество вращающихся деталей. Обычно более тихими (и дешевыми) являются вентиляторы на подшипниках скольжения (sleeve bearing), где втулка ротора скользит в статоре благодаря тонкой прослойке масла. Считается, что такие пропеллеры менее долговечны, однако практика показывает, что они тоже способны работать несколько лет, особенно если подшипник изредка смазывать. Зато у вентиляторов на хороших подшипниках скольжения отсутствуют дополнительные «дребезжащие» звуки, характерные для подавляющего большинства подшипников качения, и их звук практически полностью состоит из шума воздуха в лопастях, чего не скажешь о ball-bearing вентиляторах.
Так, например, модные нынче «турбинные» кулеры для процессоров (типа Golden Orb и Chrome Orb), несмотря на все свои теплоотводящие достоинства, обладают одним существенным недостатком — их вентиляторы (помимо «громкой» аэродинамики лопастей) выполнены на подшипниках качения, причем далеко не самой тихой конструкции. Поэтому издаваемый ими шум — едва ли не самый громкий из всех кулеров аналогичного предназначения, даже включая многие модели на ball bearing. Лично я в первый же день после покупки Golden Orb заменил его пропеллер на хорошо подобранный по звуку sleeve bearing — теплоотвод кулера при этом почти не пострадал (один градус нельзя считать ухудшением), зато теперь его практически не слышно. Вообще, после многолетней практики, я почти полностью отказался от ball bearing вентиляторов, повсеместно заменив их на специально отобранные тихие «сли-ивы», отчего мои компьютеры стали заметно тише. Желающим возразить замечу, что сейчас мы обсуждаем именно «тихую» сторону пропеллеров, где подшипникам скольжения в силу объективных физических законов нет конкуренции. Хорошие подшипники качения также имеют право внести свой вклад в «тихий компьютер», особенно если вместе с ними использовать приставку, описанную ниже.
Чтобы дополнительно понизить звук, издаваемый вентиляторами, особенно в части шума воздуха в лопастях, можно пойти по пути разумного снижения скорости их вращения. В самом деле, всегда ли нам нужен пропеллер, гоняющий воздух (и пыль) на полную мощность своих 5000 оборотов в минуту? И где та грань, когда принудительный обдув радиаторов необходим? Очевидным мерилом является температура (радиатора, процессора, окружающего воздуха внутри корпуса). До тех пор, пока эта температура не превышает некоторой определенной величины, вентиляторы могут работать вполсилы или не работать вообще. А с повышением температуры — постепенно ускоряться до своей максимальной скорости. Так, например, радиаторы современных блоков питания для ПК остаются практически холодными при типовой нагрузке (обычно она заведомо меньше половины максимальных возможностей блока), то есть, нет никакой необходимости «гонять» вентилятор блока питания на полных оборотах, тем более что часто именно он дает основной вклад в шум системного блока. В некоторых дорогих блоках питания уже встроена функция регулировки скорости вращения, и эти блоки работают заметно тише обычных.
То же можно сказать и о тепловом режиме работы процессора или видеокарты. Действительно, в процессе работы компьютера эти компоненты далеко не всегда загружены работой на полную мощность своих сотен мегагерц. Более того, для огромного числа интерактивных (то есть, ожидающих действий человека) приложений (текстовые и графические редакторы, интернет-браузеры и др.) требуются лишь кратковременные всплески активности процессора, тогда как остальное время он практически бездействует или имеет очень низкую загрузку.
Чтобы снизить тепловыделение процессора во время даже кратковременных (доли секунды) простоев применяются различные программные охладители, например, CPUidle, Waterfall и др., которые при помощи специальных команд «усыпляют» процессор во время пауз в работе, благодаря чему его температура резко снижается. Более того, подобные средства программного охлаждения уже встроены в ядро многих современных операционных систем (Windows 98SE, ME, NT 4.0 и 2000, Linux и др.), и достаточно лишь их активизировать (например, надо установить Windows при включенной в BIOS материнской платы опции ACPI, и эти команды начнут работать автоматически). При этом температура процессора во время вашей активной работы с Word'ом, Photoshop'ом, почтой или браузером вряд ли будет подниматься выше 35 градусов! В этих ситуациях вполне логично замедлить вращение вентилятора процессорного кулера, уменьшив его шум и существенно увеличив срок службы.
Для каждого применения критическая температура регулировки вентиляторов может быть своя, однако в большинстве случаев внутри системного блока вполне подойдет единая универсальная настройка. До температуры термодатчика (расположенного в нужном месте) в 35-40 градусов Цельсия (такая температура далека от критической для любых компьютерных компонентов) вентилятор может вообще не работать, либо работать с минимальным количеством оборотов. При этом издаваемый им звук будет намного тише обычного (на 10-12 дБ при вращении на половинной скорости), а долговечность работы вырастет в несколько раз! По мере повышения температуры примерно до 55 градусов вентилятор должен разгоняться на полную скорость, чтобы обеспечить штатный режим охлаждения компонентов и не допустить выхода их из строя или рабочего режима по причине перегрева. И выше 55 градусов — работать на максимальной скорости. К сожалению, мне пока не удалось найти ни одной системной платы и/или программы мониторинга, которая могла бы реализовать функцию регулировки скорости вентилятора от температуры (будем надеяться на их появление в ближайшем будущем).
Поэтому функция управления скоростью вентилятора от термодатчика была реализована мной в простой электронной схеме, доступной для самостоятельной сборки любым начинающим радиолюбителем (приобрести изготовленные на заводе печатные платы или готовые настроенные схемы различных модификаций можно, например, на сайте http://fanspeed.chat.ru/). Схема (см. рисунок) содержит простейший операционный усилитель типа КР140УД7 (можно применить и КР140УД6), один транзистор (КТ814 или КТ816 любой буквы), стабилитрон VD1 (любой из КС162 или КС168), несколько резисторов и конденсаторов (допуск номиналов для резисторов — 10 %, для конденсаторов — любой), и обычные кремниевые диоды общего применения (например, КД521, КД522 и др.) в качестве термодатчиков VD3 и VD4. Элементы R9, HL2 и VD6 необязательны и служат только для индикации величины выходного напряжения по яркости свечения светодиода HL2.
Для работы схемы можно использовать один или два термодатчика, включенных параллельно. В последнем случае два диода (VD3 и VD4) надо подобрать с примерно одинаковым прямым падением напряжения (при одинаковой температуре), а номинал резистора R6 увеличить до 20 кОм. Схема будет срабатывать по более горячему датчику, поэтому, расположив их в разных местах, можно одной приставкой контролировать сразу две температуры. Например, на фотографии один термодатчик расположен прямо на печатной плате приставки и контролирует температуру окружающего воздуха, а другой — выносной на один из радиаторов. При монтаже термодатчиков на радиаторах следует тщательно избегать электрического контакта (и утечек) между выводами диода и другими металлическими частями компьютера, иначе схема будет работать неправильно. Изменив некоторые номиналы схемы, можно заменить диоды VD3, VD4 на стандартный выносной термодатчик для материнских плат (например, 10-кОмный термистор, см. фото) — конструкция его термочувствительной части больше подходит для монтажа на процессорных кулерах, однако и стоит он намного дороже обычного диода.
Работа схемы регулировки скорости вращения вентиляторов от температуры основана на уменьшении с нагревом напряжения на p-n переходе диода (около 2 мВ на градус Цельсия). Настройка рабочего режима схемы сводится к установке подстроечным резистором R2 выходного напряжения, подаваемого на вентилятор, равным примерно 6,5 Вольт при температуре датчика в 37 градусов Цельсия и разомкнутом джампере JP1. Для этого датчик на минуту засовывают в сухую (!) подмышку (сухую — чтобы не было утечек, желательно даже через тряпочку, чтобы исключить электроконтакт с проводящей кожей, просто зажимать датчик между пальцами не стоит). Термочувствительность схемы (скорость увеличения выходного напряжения с температурой) определяется, в частности, номиналом резистора R6 и для варианта с одним диодом составляет примерно 0,3 Вольта на градус, то есть при данной калибровке на выходе будет 12 Вольт при температуре примерно 55 градусов.
Большинство из 12-вольтовых вентиляторов (как больших для блоков питания, так и поменьше для процессоров и видеокарт) способны стабильно вращаться при напряжении питания 5-6 Вольт (при этом их скорость примерно вдвое меньше номинальной). Однако для уверенного запуска часто необходимо более высокое напряжение 6,5-7 Вольт. Именно с этим расчетом в схему введены диод VD5 и двухпиновых джампер JP1 — при замкнутом джампере напряжение на вентиляторе не опустится ниже примерно 6,5 Вольт даже при температуре 20-25 градусов, что обеспечит бесперебойное вращение вентилятора на низкой скорости. Если вы хотите, чтобы при температуре ниже 30 градусов вентилятор останавливался совсем, джампер надо оставить разомкнутым.
Если вентилятор оснащен датчиком скорости вращения (три провода вместо двух), то этот третий провод (контакт №3 разъема на вентиляторе) надо пустить в обход схемы. При этом датчик вращения будет исправно работать до напряжения на вентиляторе 4,5-5 Вольт, выдавая меандр с логическими уровнями 0 и 5 вольт и удвоенной частотой вращения ротора: два противоположно расположенных на роторе (для равновесия) магнитика поочереди «включают» датчик Холла в статоре, имеющий выход типа открытый сток (коллектор), «подтянутый» на системной плате резистором к питанию +5 В. Однако при низких скоростях вращения (обычно ниже 2600 об./мин. для питания вентилятора меньше 6,5 В) многие материнские платы не способны адекватно считать обороты, выдавая при этом 0. Уверенный счет чаще начинается с 2800-3000 об./мин., так что это нужно учитывать в работе, чтобы попусту не пугаться.
Таким образом, эта простенькая приставка обеспечивает удобное регулирование скорости вращения любых вентиляторов в системном блоке и способна реально снизить шум вентиляторов на 10-12 дБ, что производит весьма благоприятное впечатление даже на «невооруженный» слух. В случае управления пропеллером процессорного кулера, приставку удобно поместить прямо на его радиатор, а датчик прижать к радиатору в необдуваемой области. Хорошим решением является приобретение вентилятора с увеличенным диаметром и большими лопастями (см. рисунок слева), поскольку даже на малых оборотах он имеет повышенный воздуходув. Для видеокарт монтаж приставки несколько затруднен, однако есть достаточно большое количество даже самых современных видеокарт, не нуждающихся в вентиляторах — это Matrox’ы, различные Voodoo, и большинство более старых карт. С радиаторами идут в основном только чипы от Nvidia и ATI. Поэтому если вам так важна тишина, можно выбрать и соответствующее видео.
Перейдем теперь к звукам, издаваемым дисководами. Если тишина дисководов для гибких дисков (дискет, FDD) нас не очень беспокоит, поскольку общение с ними происходит все реже и реже (здесь одними из наиболее тихих традиционно являются приводы от Sony), то шумность CDROM’ов у всех на слуху (простите за каламбур). Медленные (и тихие) модели давно перестали выпускаться, а современные 40-50-скоростные в погоне за рекордами раскручивают компакт-диски до 8000 и выше оборотов в минуту, что не есть тихо даже при идеальной центровке дисков и хорошей звукоизоляции. Аналогичным недостатком с недавних пор обзавелись и высокоскоростные DVD-ROM приводы. Не рискну рекомендовать вам весьма дорогую и тихую 72-скоростную CD-модель от Kenwood, имеющую пять головок для одновременного чтения диска, но из обычных одноголовочных весьма тихими показали себя некоторые модели приводов от Ricoh, Samsung и Teac (см., например, «КТ» #350).
С другой стороны, запредельные скорости выше 32х для CD и 6х для DVD в реальной работе требуются очень редко и только на короткое время (эпизодически для инсталляции, копирования программ или проверки дисков). А для большинства длительных применений приводов (просмотр фильмов, прослушивание музыки, игры, общение с базами данных) вполне достаточно 8х-16х для CD и 2х-4х для DVD. Для искусственного снижения скорости приводов разработано немало программ: например, почти универсальная Drivespeed 2000 или CDbremse, а также много специализированных — на сайтах соответствующих производителей (например, ASUS). Я их с удовольствием и давно применяю и могу рекомендовать (кстати, не забывайте ставить режим DMA для работы дисководов под Windows). При начальной скорости 6х-8х (на внутренних витках; на внешних она вырастет вдвое) вращение привода CD практически не слышно. Для музыки и фильмов это очень помогает на время забыть о приводе вообще и полностью окунуться в атмосферу произведения.
И, наконец, последний (и один из самых важных) аспектов тишины — работу винчестеров — мы рассмотрим в следующей части нашего обзора.
Поделиться52007-07-14 00:08:41
В первой части нашего обзора мы рассмотрели акустические характеристики персональных компьютеров и некоторые методы снижения их шумности. Однако в наше поле зрения не попали жесткие диски, звук которых вносит, как правило, весомый вклад в общий шум системных блоков. Поэтому в данной части обзора мы посмотрим, как обстоят дела со звуком у 3,5-дюймовых винчестеров.
Если 1999 год у винчестеростроителей прошел под флагом повального увлечения ударостойкостью (см., например, наш обзор), то год уходящий можно смело назвать началом всеобщей борьбы за тишину жестких дисков.
И этому есть немало причин. Одной из них является повышение требований к тишине компьютерных компонентов со стороны крупных ОЕМ-производителей персональных компьютеров. В частности, сейчас для стандартного компьютера приемлемым считается уровень шума около 30-33 дБ (вторая цифра — при активном перемещении головок винчестера). Для высокопроизводительных рабочих станций, оснащенных диском со скоростью вращения 7200 об./мин., допускается шум в 35 дБ на холостом ходу диска. К тому же, ПК становится все ближе к повседневной жизни и уже почти необходим дома, где требования к тишине заметно жестче.
Более того, винчестеры стали все активнее проникать в сферу бытовой электроники. Набирает силу выпуск дешевых интернет-приставок, не содержащих вентиляторов. Фактически, единственным источником шума в них является жесткий диск. Различные цифровые персональные аудио- и видеомагнитофоны (PVR) также все чаще появляются в анонсах и на прилавках. Требования же к тишине работы бытовых устройств значительно более жесткие, чем к настольным компьютерам. В самом деле, кому понравится, если новенький цифровой магнитофон или интернет-приставка застрекочет винчестером посреди ночи, записывая нужную вам теле- или радиопрограмму или скачивая очередной пиратский дистрибутив? Кроме того, низкий шум часто ассоциируется с высоким качеством продукта, то есть означает, что все механические части плотно прилегают и работают хорошо. Так, например, лучшие автомобили не только тихи сами, но и изолируют пассажиров от внешних шумов. Этот же принцип применим и к компьютерной технике.
В первой части обзора мы уже отчасти проанализировали уровни шума, приемлемые для той или иной категории устройств, содержащих жесткий диск. Например, для бытовых устройств допустимым можно считать общую шумность устройства не более 25 дБ, а хорошим — уровень в 20 дБ (и на 2 дБ больше в режиме перемещения головок диска). Безусловно, техника, шумящая на уровне 15-20 дБ (как фон тихой спальни ночью), удовлетворила бы самого взыскательного пользователя, однако на данный момент ее практическая реализация сопряжена со значительными трудностями, поэтому нам остается лишь ждать лучших времен. Необходимо также учитывать и влияние внешних акустических помех. Дневной шум в тихой комнате обычно находится в районе 30 дБ, а во многих случаях работать приходится и в более «зашумленных» помещениях. В такой ситуации дисковый накопитель, работающий на холостом ходу с уровнем шума 28-30 дБ, просто не будет слышен, тем более что он заключен в корпус системы, который еще более заглушает звуки. Многие современные винчестеры в режиме поиска данных создают шум на 4-6 дБ больше, чем на холостом ходу. Такое изменение звука не останется незамеченным для пользователя и может вызвать у него раздражение. А для бытовой электроники, (например, для цифровых видеомагнитофонов) подобный уровень шума вообще неприемлем. Учитывая это, нужно добиваться как можно более тихого перемещения головок накопителя и, что особенно важно, пытаться свести к минимуму акустические различия между работой устройства в режимах позиционирования головок и холостого хода, чтобы сделать разницу между этими показателями менее 2 дБ.
Таким образом, акустика (то есть, шумы, которые накопитель производит во время работы) становится одним из важнейших параметров современных винчестеров. В бытовых устройствах скоростные характеристики накопителя даже, наверное, менее важны, чем его шум — в самом деле, при нынешней производительности жестких дисков узким местом становятся уже другие узлы (каналы связи, видеокодеки и др.), и на первый план для пользователя выходит акустический фон накопителя в системе. Понимая это, многие компании, производящие жесткие диски вкладывают немало средств в научные исследования и разработку более тихих дисков и совершенствование конструкции систем с целью минимизации их специфического шума.
Способ измерения шумов диска
В прошлом шум объекта измерялся методом звукового давления (над ним располагался один микрофон). Но этот метод не мог показать точный уровень шума с других сторон диска, так как давление носит узконаправленный характер, сильно зависит от окружающей среды и характеристик помещения. Более того, определить, какая часть результатов измерения приходится на фоновый или отраженный шум, невозможно. Сейчас компании отказались от измерения давления, и перешли на измерение мощности звука несколькими (8-12) микрофонами одновременно, поскольку мощность не зависит от расстояния до источника шума, тогда как звуковое давление падает по мере удаления от объекта. То есть мощность не зависит от параметров тестовой системы и при этом измеряется суммарный уровень всех шумов, излучаемых накопителем. Таким образом, мощность звука лучше соответствует слуховому восприятию конечного пользователя, поэтому она и используется уже несколько лет в качестве отраслевого стандарта (см., например, таблицу 1).
Стандартизованный метод измерения акустических параметров диска в лабораторных условиях таков. Накопитель подвешивается в специальной звукопоглощающей (так называемой заглушенной или полузаглушенной) камере, где влияние отраженных шумов и акустических помех из внешних источников сведено к минимуму. При этом принимаются меры, чтобы исключить паразитные звуки от его вибраций. Массив из 10 микрофонов располагается полусферически вокруг диска на расстоянии метра от него (см. рисунки слева и чуть ниже). Каждый микрофон подключается к измерительному комплексу, который определяет количество звука, принятого под различными углами к осям диска. Затем компьютер вычисляет общее количество акустической энергии, излученной диском за заданный период времени. Этот параметр и называется мощностью звука и является уникальной характеристикой диска, не зависящей от локального акустического окружения, отражений и поглощений.
Для вычисления мощности звука результат измерений «взвешивается» по специальной частотной характеристике, чтобы учесть особенности человеческого восприятия звуков. В качестве международного стандарта приняты шкалы типа А, В и С (так называемые кривые «взвешивания»).
Наибольшее распространение получило взвешивание по шкале А (см. рисунок), которое лучше всего соответствует субъективной экспертной оценке звука. В этих случаях в качестве единицы измерения часто используется дБА или дБ(А), хотя в характеристиках накопителей этот метод принимается по умолчанию, а применение других оговаривается особо. Наиболее важно снизить шумы диска в частотном диапазоне 1-3 кГц как наиболее чувствительном для уха, шумы же вне этого диапазона менее заметны. Поэтому и используют частотное «взвешивание» результатов измерений. Кроме того, контролируются основные тона издаваемого диском звука.
В таблице 1 приведены данные по акустическим шумам всех распространенных IDE-моделей винчестеров, указанные в спецификациях. Часть производителей не нормирует шумы поиска, а компания IBM стала указывать акустику своих дисков лишь в этом году (начиная с DTLA). Из таблицы видно, что шумы дисков за последнее время значительно снизились, и некоторые новейшие модели шумят уже меньше 30 дБ. С другой стороны, неуклонно сокращается разрыв по шуму между «пятитысячниками» и «семитысячниками», и последние к зиме зазвучат почти так же тихо (что не может не радовать). Глядя на таблицу 1, хочу отметить, что эти цифры не всегда совпадают с субъективными ощущениями относительной громкости работы реальных экземпляров дисков (а за последние два года мне довелось лично испытать в редакционной лаборатории и сравнить между собой большинство из этих моделей). Так, диски Fujitsu и Western Digital обычно кажутся менее шумными по сравнению, например, с аналогичными Quantum’ами. Чуть больше года назад мы измеряли шумовые характеристики 22 моделей IDE-винчестеров. О способе измерения и результатах можно почитать в нашем обзоре. Кратко они отражены на данной диаграмме (шум «невзвешенный», измерен одним микрофоном, имитирующим ухо пользователя, сидящего перед компьютером). Видно, что диски Fujitsu и Maxtor традиционно отличались тишиной.
Как бороться с шумами винчестера
Акустические параметры жесткого диска определяются преимущественно конструкцией его механической части, поскольку слышимый шум возникает из-за вибрации, резонансных явлений и перемещений отдельных элементов. На акустику влияет форма корпуса, тип используемых материалов, толщина металла внутри накопителя, материал подшипников шпинделя, конструкция кронштейнов для перемещения головок и многое другое. Чтобы уменьшить интегрированное воздействие всех этих элементов на общий шум жесткого диска, производители прибегает к обширному моделированию и тестированию различных вариантов конструкций. Моделировать резонансные явления в дисковых накопителях и добиваться их подавления помогает специально разработанная методика, получившая название «анализ конечных элементов» (Finite Element Analysis). Применяются и другие технологии шумоподавления, включая использование амортизационных материалов внутри и снаружи накопителя (например, разработанные специалистами Seagate защитные крышки SeaShield, см. обзор ударостойкости), применение стяжек между корпусом и двигателем, подбор других материалов и конструкций с целью ослабления шума.
Один из эффективных методов борьбы с шумами основан на экспериментальном определении их источников внутри диска. Прежде всего, изучаются места, откуда исходит шум и как он там возникает. В качестве первого шага снижения шума диска анализируются несколько наиболее заметных частотных компонентов в спектре шума. Например, на рисунках выше приведены измеренные мной «невзвешенные» спектры шумов при вращении и поиске для дисков IBM DJNA-371800 и Quantum FireballPlus KA9.1 (способ измерений описан ранее). На спектрах отчетливо видны основной тон 120 Гц от вращения шпинделя и его гармоники вплоть до 1 кГц, интенсивность которых сравнима с основным тоном, то есть, слышны они лучше него, так как расположены в более высокочастотной области (см., например, кривую «взвешивания»). Кроме того, в области выше 2 кГц присутствуют несколько резонансных пиков большой интенсивности (даже когда головки находятся в покое), которые и ответственны за неприятный на слух «свист» (или «звон») диска при вращении. При поиске же добавляется основной резонанс на частоте около 320 Гц и несколько компонент до 1 кГц и немного выше, слышные как характерный «стук».
Каждая из деталей винчестера имеет определенную резонансную частоту. Несколько проблемных частот, как правило, расположено и в диапазоне 1-3 кГц. Анализируя источники этих частот путем измерений локального распределения интенсивности звука (см. рисунки), можно определить, как доработать конструкцию накопителя, чтобы подавить эти характерные частоты в первую осередь. Это лежит в основе технологий шумопонижения Acoustic Noise Suppression (Noise Guard) от Samsung, Quiet Drive Technology от Quantum, Sound Barrier Technology от Seagate и некоторых других. Акустический шум в диске производится главным образом механическими вибрациями вращающегося шпиндельного мотора и блоком перемещения головок.
Шарикоподшипники внутри мотора производят основную порцию шума при вращении шпинделя. Прежде всего, необходимо подавить взаимные резонансы мотора и гибкой подвески блока головок, изолировать колебания друг от друга. Проблема решается выбором подходящих комбинаций материалов, из которых изготавливаются детали накопителя, поглощающих вибрации. Форма покрытия в наиболее вибрирующих зонах тоже перепроектируется так, чтобы подавить вибрации, прежде всего в диапазоне частот 1-3 кГц. Результат такой оптимизации конструкции можно наблюдать, например, на этих спектрах шума одного из дисков Samsung.
Благодаря такому подходу последние модели дисков Quantum (Fireball lct15 и lct20), Samsung (V10200 — V20400), Seagate (U Series 5), как, впрочем, и IBM DTLA (включая модели со скоростью вращения 7200 об./мин.!) стали весьма тихими — шум от их вращения не превышает 30 дБ (см. таблицу 1). Наши испытания этих моделей подтверждают сказанное (см. ссылки по соответствующим моделям). И хотя указанные в спецификации дисков Samsung V10200 нормы шума составляют 30 дБ при вращении и до 33 дБ во время поиска, что примерно столько же, сколько у дисков Quantum серии Fireball lct10, побывавшая у нас модель SV2044D от Samsung субъективно работает тише, чем модели Quantum lct10 и сравнима с Quantum Fireball lct15. При поиске же сравниться с «корейцами» могут только такие традиционные тихони, как «пятитысячники» Fujitsu. Непревзойденно (пока) тихой работой отличаются диски Seagate новой серии U Series 5, причем наряду с обычными «компьютерными» в этой серии присутствуют модели для бытовых применений — с индексом AV. Они комплектуются пакетом Seagate SeaStream, обеспечивающим превосходное качество аудио/видео потоков, пониженное энергопотребление и беспрецедентно низкий уровень шума 27 дБ благодаря выбору специального тихого режима работы для домашних приложений (см. ниже). Когда у нас в редакции появится эта модель, мы обязательно ее испытаем, однако даже «компьютерный» U Series 5 по шуму был выше всяких похвал!
Шум от вращения шпинделя
Шум жесткого диска напрямую зависит от скорости вращения двигателя: чем быстрее вращается ротор, тем громче он шумит. Поэтому некоторые компании для своих моделей дисков низшей ценовой категории пошли на неожиданный шаг: в погоне за тишиной снизили скорость вращения с традиционных нынче 5400 до 4400-4500 оборотов минуту, которые были характерны для дисков пятилетней давности.
Это прежде всего новые серии Quantum Fireball lct15, lct 20 и Western Digital Spartan (WDхххDA). Но от скорости вращения зависит и производительность диска: чем быстрее крутится диск, тем выше линейная скорость считывания данных с поверхности пластины и меньше время задержки доступа (подхода головки к нужному сектору диска). Шум вращения у этих моделей действительно снизился, однако и производительность дисков существенно упала (см. также результаты наших испытаний).
С другой стороны, исследования компаний Maxtor, Seagate и других показывают, что снижение шума непосредственно от замедления вращения шпинделя весьма незначительно по сравнению с шумопонижением благодаря специальной оптимизации конструкции диска. Так, в лабораториях Maxtor специально провели сравнение шума одного и того же диска при скорости вращения его шпинделя 5400 и 4500 об./мин. Измерения звуковой мощности проводились по стандартной современной методике при помощи 10 микрофонов в эхопоглощающей комнате. Оказалось, что на скорости 4500 диск шумит всего на 1 дБА меньше, чем при 5400 об./мин., что заметно меньше, чем порог чувствительности человеческого уха 2-3 дБА (см. первую часть этого обзора)! То есть, снижения шума от замедления ротора практически нет.
Более того, существует много способов заставить даже высокоскоростной (7200 об./мин.) двигатель работать тише, внеся определенные конструктивные изменения, и сегодня устройства с различными скоростями вращения мало различаются по уровню слышимого шума. Пример этому — уже заслужившие всеобщее признание «семитысячники» IBM DTLA, а также новейшие высокопроизводительные винчестеры Fujitsu MPG3xxxAH-E, Quantum FireballPlus AS и Seagate Barracuda ATA III (см. таблицу 1).
Ротор вращается на подшипниках, которые могут содержать шарики из металлических сплавов или керамики, жидкость, другие материалы. В течение многих лет в подшипниках использовались, главным образом, шарики из металлических сплавов. Такая конструкция была недорогой, надежной, долговечной и сравнительно бесшумной. Однако со временем удары, толчки и постепенный износ вызывали небольшие дефекты в шарикоподшипниках, и шум усиливался. Хотя подобные повреждения не сказывались на работе накопителя, они делали ее более шумной. К тому же, производителям никогда не удавалось получить шарики идеально круглой формы (на микроскопическом уровне), поэтому подшипники с металлическими шариками всегда ассоциировались с некоторым шумом и вибрациями (достаточно вспомнить хотя бы прошлогодние «семитысячники», см. их шумовые свойства в нашем обзоре «Трехдюймовочки»).
Керамические шарикоподшипники стоят дороже, однако здесь круглая форма выдерживается точнее, и они меньше подвержены повреждениям, вызывающим повышенный шум (на их поверхности не образуются вмятины). Да и диски на таких подшипниках шумят существенно меньше — всего 30 дБ при вращении для младших «семитысячных» моделей IBM серии 75GXP (DTLA) и новейших 60GXP. Последние модели к тому же снабжены уникальным трехслойным шумопонижающим покрытием.
Однако наилучшие акустические характеристики обеспечивают жидкостные, или гидродинамические подшипники (Fluid Dynamic Bearing (FDB), Hydrodynamic Bearing (HDB), см., например, таблицу 1). Шариков в них нет — вместо этого подшипники заполнены жидкостью (как правило, вязким маслом). Этим достигается почти идеально круговое вращение при минимальных вибрациях и практически полная бесшумность. Однако двигатели с гидродинамическими подшипниками стоят дороже, чем с шарикоподшипниками. Кроме того, их применение связано и с другими проблемами. Гидродинамические подшипники должны быть особенно тщательно сконструированы и изготовлены на высоком технологическом уровне — только так можно избежать повышенного энергопотребления, перегрева и утечки жидкости из них. В то же время двигатели на их основе обладают целым рядом достоинств: они обеспечивают более высокую плотность записи (благодаря меньшим вибрациям ротора в процессе вращения они позволяют наносить большее число дорожек на поверхность диска) и отличаются повышенной эксплуатационной надежностью, так как меньше поддаются повреждениям.
Гидродинамические подшипники уже несколько лет применяются в одной из линий продуктов Seagate (SCSI-модель Medalist Pro), а сейчас Seagate встраивает двигатели подобного типа и в ряд других устройств для настольных вычислительных систем, например, опционально они присутствуют в дисках новейшей IDE-серии Barracuda ATA III. Аналогично поступают и компании Fujitsu с Quantum, опционально оснащая ими свои новейшие IDE-«семитысячники» MPG3xxxAH-E и FireballPlus AS (см. таблицу 1). Очевидно, в следующем году вся отрасль должна перейти на гидродинамические подшипники, по крайней мере, для высокопроизводительных моделей, а Samsung планирует использовать их и в «пятитысячниках», чтобы добиться уникально низкого уровня шума. Диски Fujitsu MPG3xxxAH-E и MPG3xxxAT, к тому же, будут изготовлены с применением улучшенных звукопоглощающих материалов, и по неофициальным оценкам тоже должны иметь уникально низкие шумовые характеристики в 25 дБ (в официальных спецификациях шумовые параметры для дисков этих моделей Fujitsu пока не объявлены).
В дополнение, двигатели на жидкостно-динамических подшипниках обеспечивают лучшую надежность при высоких рабочих температурах, более высокую ударо- и вибростойкость, меньший износ (nonrepeatable runout, NRRO) и меньшее количество «внедорожечных» ошибок чтения из-за радиальных вибраций ротора (шпинделя).
Наконец, акустические свойства винчестера также зависят от количества в нем пластин с магнитным покрытием. Как правило, чем больше пластин, тем громче шумит устройство. Однако с неуклонным (и удивительно быстрым в последние годы, см., например, наш обзор) повышением плотности записи (емкости одной пластины) наблюдается тенденция процентного сокращения дисков с несколькими пластинами. Все чаще винчестер на одной-двух современных пластинах (объемом пластины 15-20 Гбайт) способен удовлетворить все потребности среднего пользователя. Вероятно, эта тенденция сохранится и в будущем, что дополнительно снизит шумы винчестеров.
Звуки при перемещении головок
При позиционировании головок (поиске информации на разных дорожках диска) шум создается вследствие рассеивания энергии, которая прикладывается к приводу головок и обеспечивает их перемещение, а также за счет вибрации и резонансных явлений в дисковом накопителе при перемещении привода головок. Есть ряд механических способов снижения шума позиционирования. Можно внести изменения в конструкцию определенных компонентов накопителя таким образом, чтобы они поглощали большую часть шумов (демпфирующие покрытия, изменение типа материала конструкций и др.). Тем самым улучшаются акустические характеристики накопителя как в режиме позиционирования головок, так и на холостом ходу. Так, например, новейшие модели дисков Maxtor благодаря применению технологии шумопонижения Maxtor Silent Store имеют шум поиска всего на 1 дБА больше шума вращения.
Другой способ снижения шума позиционирования — электрический. Он предусматривает «профилированное» позиционирование, то есть подачу на привод головок тока такого профиля, который позволяет плавно изменять энергоснабжение, исключает механические рывки и делает работу устройства более тихой. Можно также замедлить перемещение головок при их позиционировании, особенно высокоскоростном (на длинные дистанции). Профилированный и замедленный поиск несколько тормозят работу накопителя. В какой степени — это зависит от инженерных решений, характера применения устройства и показателя производительности. Скажем, замедление «длинного» (высокоскоростного) позиционирования может привести к повышению среднего времени подвода головок, но это вовсе не обязательно скажется на скорости выполнения той или иной операции при лабораторном тестировании и в реальной жизни. Как такой способ снижения шума скажется на времени загрузки системы, запуска приложений, считывания и записи файлов и т.д., будет во многом определяться внесенными в конструкцию изменениями. Например, система может запускаться дольше, хотя никаких изменений в показателях теста WinBench не произойдет.
Инженеры компании Seagate, путем моделирования и оптимизации различных методов «тихого» позиционирования, определили наилучшие на их взгляд параметры поиска для различных систем, включая традиционные ПК, карманные устройства на базе Windows CE, а также бытовые устройства типа интернет-приставок и видеомагнитофонов. В зависимости от решаемых задач один и тот же накопитель может работать в «тихом» (для домашних приложений) или «нормальном» (для быстрой работы) режиме. Режим при этом задается параметрами BIOS, выбирается операционной системой или интегратором системы — все определяется практической реализацией технологии (используется новая спецификация — automatic acoustic management, AAM). Seagate уже наладила тесное сотрудничество с рядом OEM производителей с целью претворить эту идею в жизнь, и такая функция уже доступна в продуктах нынешнего поколения, например, жестких дисках U Series 5, имеющих модификации для ПК и аудио-видео применений (см. чуть выше). Аналогичные наработки есть и у компании Western Digital (система Sound Logic), накопители которой вполне заслуженно были выбраны компанией Microsoft для своей новой приставки X-Box. Кстати, их новые экономические диски серий WD Protege и WD Spartan отличаются удивительно тихим поиском, практически неслышным на фоне вращения, хотя само вращение у них относительно звонкое.
Влияние шасси (корпуса системного блока и др.)
Акустический шум жесткого диска, смонтированного на шасси, состоит из двух частей. Первый — так называемый воздушный шум (airborne acoustics) — это звук, создаваемый накопителем и передаваемый по воздуху. Уровень его звуковой мощности измеряется для накопителя, подвешенного на нитях в свободном пространстве, и приводится в спецификациях диска. Второй источник шума — вибрация накопителя (на холостом ходу и при перемещениях головок). При этом вибрация передается непосредственно на шасси персонального компьютера, которое превращается как бы в громкоговоритель. Подобный шум, распространяющийся по конструкции, называют структурным (structure-borne acoustics). Когда накопитель установлен на шасси (на каркасе ПК или другого изделия) и заключен в замкнутый объем (в пластмассовый корпус ПК или другого изделия), вибрации диска могут ослабнуть или, наоборот, усилиться. Пластмассовый корпус, скажем, делает исходящий из внутреннего объема звук тише, так как глушит воздушные шумы. Шасси, напротив, может сфокусировать, перенаправить и даже усилить вибрацию накопителя, увеличив структурные шумы, исходящие из корпуса или какой-либо его части. По собственному немалому опыту испытания жестких дисков в нашей лаборатории скажу, что нередко диски со скоростью вращения 7200 об./мин., жестко закрепленные в достаточно массивном металлическом корпусе, передают свою низкочастотную (120 Гц) вибрацию на его каркас, в результате чего появляется заметный и неприятный гул, хотя для свободно лежащего на столе диска этого гула не слышно.
Исследования, проведенные в компании Seagate, показали, что доминирующим источником акустических помех в такой конструкции являются именно структурные шумы, а собственные (воздушные) шумы накопителя меньше влияют на акустику системы, когда диск жестко закреплен на шасси. Поэтому нужно уделять особое внимание комплексному проектированию всей системы (блока ПК) с учетом конкретных ее компонентов. Так, для наиболее полной реализации акустических преимуществ новых тихих моделей дисков, их следует устанавливать в компьютер с применением амортизирующих виброизолирующих прокладок. Виброизоляторы — это механические элементы крепления, изготовленные из более мягких, чем металл, материалов, использующиеся для отделения накопителя от шасси с целью снижения уровня излучаемых структурных вибраций и шумов. Раньше применение виброизоляторов для крепления жестких дисков считалось нецелесообразным. Частые перемещения головок в процессе перехода с одной дорожки на другую и большой путь, который им приходилось при этом преодолевать, приводили к чрезмерной вибрации всего накопителя. А виброизолирующие стойки при этом периодически деформировались, что затрудняло точное наведение головки, снижало производительность всего устройства и/или нарушало целостность записанных данных. Однако в современных накопителях эта проблема в основном решена, чему в немалой степени способствовали разработки новых виброизоляционных материалов.
При работе персонального компьютера в обычном режиме свыше 90 процентов поиска данных происходит в пределах 30 дорожек, что составляет менее четверти процента их общего количества. В результате вибрация устройства, равно как и напряжение виброизоляционных стоек, значительно ослабевают. Для изготовления виброизоляторов можно применять высокоэластичные резиновые компаунды, которые сводят к минимуму вероятность деформаций, усиления колебаний и возникновения других факторов нестабильности. Как показали результаты проведенных Seagate тестирований, крепление дисков с помощью виброизоляторов практически не сказывается на показателях тестов WinBench (стандартного отраслевого эталонного теста дисковых накопителей). Дальнейшая проверка функций, выходящих за границы стандартного применения накопителя, позволила сделать вывод, что при «длинном» позиционировании головок (по мере повышения плотности дорожек этот вид позиционирования используется все реже) производительность записи информации несколько снижается, однако скорость чтения остается неизменной. А поскольку операцию чтения большинство дисков выполняют гораздо чаще, чем операцию записи, общая производительность системы (даже в столь экстремальных условиях, какие были созданы в ходе тестирования) если и страдает, то незаметно для пользователя. Все наработки Seagate в области конструкции виброизоляторов, результаты проведенных исследований, выработанные рекомендации и услуги по тестированию полностью доступны для клиентов, самостоятельно разрабатывающих и производящих шасси.
Тем не менее, я крайне не рекомендую вам бросаться обкладывать диски со всех сторон поролоном или резиной для уменьшения их шума. Один «деятель» таким образом отправил на свалку новенькую Barracud’у ATA, так как в подобном «инкубаторе» его зверь-рыбка попросту «сварилась» при температуре выше положенных ей по паспорту 55 градусов Цельсия. Обычно боковые стороны диска, закрепленные в металлическом шасси, помогают эффективному отводу выделяемого им тепла, поэтому и виброизоляторы следует применять с осторожностью. Ведь еще недавно высокоскоростные модели дисков грелись весьма сильно. И хотя в самых современных моделях энергопотребление снижено (так, например, мой IBM DTLA-307020 выше 40 градусов никогда не нагревался), опасность их перегрева при затрудненном теплоотводе до сих пор остается. Итак, новейшие поколения винчестеров сами по себе уже весьма тихие, и нас ждет еще немало сюрпризов в будущем. Заглядывайте к нам, и мы постараемся держать вас в курсе событий.