Введение
Несколько лет назад компании Intel и Microsoft сформулировали ряд требований к техническим характеристикам компьютеров: одним из критериев стал термин «бесшумный». Ответ от инженеров-акустиков был быстрым и жестким: «бесшумность» невозможна по определению, по крайней мере, в ближайшей перспективе развития инженерии. Постепенно термин практически исчез из официального лексикона Intel и Microsoft, и на сегодняшний день четко сформулированных требований к уровню шума компьютеров не существует.
Тем не менее, потребность определить, что такое «бесшумные» компоненты и компьютеры, в терминах, приемлемых для сегодняшних инженеров и вызывающих доверие пользователей, постоянно растет. С каждым днем становятся все более популярными медийные ПК (HTPC), но вместе с этим растет и осознание покупателей, что стандартный компьютер отнюдь не является бесшумным. Наоборот, многие владельцы HTPC готовы переместить их в другую комнату, кладовку – куда угодно, лишь бы спрятать подальше из-за навязчивого шума. Конечно, на рынке есть и достаточно тихие компьютеры, но маркетологи столь хорошо научились использовать термины «бесшумный» и «тихий» в своих целях, что на практике невозможно сказать, насколько тихо в действительности работает тот или иной компьютер, пока вы не принесете его домой и не включите в розетку. Это не хорошо ни для покупателей, ни для компьютерной индустрии в целом, поскольку именно медиа-ПК сейчас рассматриваются в качестве главного источника продаж.
Но почему же термин «бесшумный» оказался столь сложным для инженеров? Ведь определить его достаточно просто: бесшумность – это отсутствие звука. Но, оказывается, существует две стороны звука: то, каким по параметрам он генерируется, и то, каким его воспринимают люди. Это утверждение можно пояснить на таком простом примере: «Если дерево упадет в лесу и никто этого не услышит, означает ли это, что падение было бесшумным?»
Недостижимое качество
Итак, бесшумные компьютеры невозможны с точки зрения науки, но «неслышимые» или «малослышимые» компьютеры вполне достижимы. Просто для этого необходима более тщательная проработка дизайна системы, с исключением следующих нежелательных эффектов:
- резкие тональные аспекты
- скачкообразные изменения звука (отключаем засыпание и просыпание винчестера)
- быстрые изменения шума (отключаем PWM и терморегулировку)
- низкочастотные вибрации, вызывающие звуковые гармоники (устанавливаем глушители для винчестеров, переходим на SSD)
- вибрационные шумы (выбираем качественный корпус, протягиваем все соединения)
Идентификация всех этих шумов возможна только с применением специальной аудиоаппаратуры. Кроме того, специальное оборудование требуется и для оценки мощности звука.
И что самое обидное, единожды собрав очень тихую, неслышимую систему, через какое-то время она перестанет вас устраивать. Примерно через 2-3 месяца подшипники вентиляторов разносятся, появится микро-люфт, и уровень шума подшипников начнет медленно, но расти. Пыль будет набиваться на лопасти вентиляторов и вызывать лишний шум и перегрев. Да и электроника, к примеру, LCD монитор, через 1-2 года станет слышимо “пищать” на ярких или темных тонах. Но что важнее – ваше ухо привыкнет к шуму, изменится ваш слух и вы начнете слышать свой компьютер.
Восприятие компьютерного шума человеком
Главный вопрос, который интересует рядового покупателя: «Буду ли я слышать шум компьютера и будет ли он раздражающим?» На этот казалось бы простой вопрос у ученых до сих пор нет ответа.
Чтобы мы не воспринимали звук, он должен обладать следующими качествами:
иметь низкую громкость – ниже, чем шумы окружающей среды;
быть постоянным или почти постоянным, чтобы внимание пользователя не переключалось вследствие изменения его (звука) характеристик. К постоянному звуку человек привыкает, даже если это звук относительно громкий
Люди, как и животные, имеют высокую чувствительность к внезапным изменениям в окружающей обстановке. Движущиеся перед глазами сцены постоянно привлекают наше внимание. То же касается и изменений в звуковом фоне, даже если эти звуковые изменения будут тише фонового шума окружающей среды
К постоянному звуку человек привыкает, даже если это звук относительно громкий. Люди, как и животные, имеют высокую чувствительность к внезапным изменениям в окружающей обстановке
Движущиеся перед глазами сцены постоянно привлекают наше внимание. То же касается и изменений в звуковом фоне, даже если эти звуковые изменения будут тише фонового шума окружающей среды
С этой точки зрения, разработчикам следует уделить внимание созданию скорее «неслышных», чем «бесшумных», компьютеров. В отличие от «бесшумных», создание неслышных компьютеров – задача сложная, но возможная, особенно если принять во внимание два ключевых подхода:
Использование безвентиляторных систем – дорогих пассивных систем охлаждения компонентов
Особенно это важно в продвинутых моделях компьютеров, компоненты которых выделяют много тепла и работают на пределе своих эксплуатационных характеристик. Вентиляторное охлаждение с тщательной оптимизацией выделения тепла компонентами
При этом радиаторы и вентиляторы должны быть высокого качества. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность использования нескольких вентиляторов одновременно.
Мини-ПК с пассивным охлаждением
И наконец, перейдем к гораздо более полноценным системам. Уже имеются в продаже мини-ПК с полноценными материнскими платами и низковольтным процессором. Для примера можно отметить двухъядерный процессор Intel Celeron 1037U с тактовой частотой 1.8ГГц, тепловыделение которого составляет (судя по спецификации) около 17 Вт, что позволяет использовать его с пассивным радиатором без каких-либо вентиляторов. Существуют как материнские платы на подобных процессорах, так и готовые компьютеры, имеющие бесшумный блок питания «ноутбучного» типа. Мини-ПК такого типа могут даже крепиться на заднюю стенку монитора, не занимая дополнительного места.
Разумеется, такая система заметно дороже чем в предыдущем варианте. Стоимость компьютера без жесткого диска и памяти составляет около 7 тыс.р. Учитывая, что мы хотим полностью бесшумную систему, в такой ПК нужно поставить еще твердотельный SSD-диск (от 3 тыс.р. в зависимости от объема) и планку памяти (от 1.5 тыс.р.). Также понадобится упомянутое выше устройство keyboard-mouse switch для переключения мыши и клавиатуры между двумя ПК. Но в целом результат стоит того — полностью функциональный компьютер без каких-либо движущихся частей, который можно использовать, не мешая окружающим шумом кулеров или щелчками диска.
Результаты теста Windows 7 показаны на скриншоте (в правой колонке изображения — сравнение с «основным» домашним ПК). Как можно видеть, самым слабым местом является графика (что неудивительно, компьютер не игровой), в остальном каких-либо проблем нет.
В завершение отметим, что наконец-то мечта «сов» и любителей посидеть за компьютером в тишине свершилась. Бесшумный П К стал реальностью для любого желающего, без экстрима вроде килограммовых медных радиаторов, вакуумных трубок или подтекающего водяного охлаждения. Через 4 года после написания первой части статьи, вопрос поднятый в заголовке, можно вполне заслуженно закрывать.
Физический звук и психоакустика
Инженеры-акустики, подвергшие критике термин «бесшумный», рассматривали чисто физическое явление – генерацию звука. За исключением глубокого вакуума, где нет частиц (атомов или молекул) для передачи звуковых колебаний, окружающая нас среда не является абсолютно безмолвной. В любом месте земного шара нас окружают звуки. Даже неподвижные части компьютера, такие как трансформаторы и другая электроника, являются источниками звука.
С другой стороны, звук отражает восприятие человеком акустической энергии. С точки зрения психоакустики, бесшумность достижима, когда человек не слышит звука. Согласно официальному документу по компьютерной акустике, изданному одним из ведущих брендов, «человеческое ухо не является надежным инструментом для измерения уровня громкости звука, поскольку его чувствительность зависит от частоты звуковых колебаний». Таким образом, для авторов этого документа критерием является громкость звука, точнее – звуковое давление. Но с точки зрения создания продукции для человека все обстоит с точностью до наоборот: именно способность человека воспринимать звук следует рассматривать в качестве основного критерия при разработке «бесшумной» техники для потребителей.
Инженеры-акустики, работающие в компьютерной индустрии, в основном оперируют терминами звуковое давление и мощность звука. У них есть единый набор показателей, по которому достаточно трудно оценить восприятие звука человеком. Как вы считаете, звук мощностью в 2.8 бел – это тихо или громко? А 25 дециБел? Сразу ответить на эти вопросы смогут разве что специалисты. А все потому, что для обычного человека более привычны качественные характеристики звука – громкий, тихий и т.п
В то время, как опытный инженер-акустик прежде всего обращает внимание на форму звуковых волн, их пространственную и временную структуру и т.п., рядового потребителя больше интересует громкость и качество звука
Источники шума
Рассмотрим источники шума внутри нашего ПК и способы борьбы с ними. Сразу скажем, что речь пойдет о кардинальных методах, принципиально исключающих внутренние движущиеся части. Все остальное, включая оклейку корпуса поролоном или иными материалами, установку более дорогих вентиляторов, выносных регуляторов и прочее — это лишь полумеры. Они, во-первых, зачастую дают лишь временный эффект (по личному опыту, практически любой вентилятор все равно начинает шуметь где-то через полгода использования), а во-вторых, все равно не делают компьютер действительно бесшумным.
Блок питания
Это самая сложная часть в плане тепловыделения. Внутри блока питания имеются мощные транзисторы преобразователя, которые рассеивают достаточно много тепла. Теоретически охлаждение может быть и пассивным — при наличии радиатора достаточного размера тепло вполне может в достаточной степени рассеиваться естественным образом. Но лишь «теоретически», потому что в реальности безвентиляторных блоков питания найти в продаже не удалось. Они, вроде бы, и существуют, на сайтах, посвященных «железу», можно даже найти обзоры этих блоков питания. В наименованиях такие блоки отличаются пометкой fanless, но похоже, что в российские магазины их просто не завозят. Многие продавцы даже крупных компьютерных магазинов вообще не слышали о таких (один из продавцов упорно убеждал меня, что такое вообще невозможно), да и спрос на fanless-блоки, невелик, так как покупатели о них просто не знают.
Жесткий диск
С дисками ситуация в последние годы заметно улучшилась. С одной стороны, появились карты памяти и флеш-диски достаточно большого размера (16−32 Гб), которые вполне позволяют установить на них систему и базовый набор программ. С другой стороны, появились гораздо более «полноценные» твердотельные SSD-диски объемом 128, 256 и даже 512 Гбайт, что вполне позволяет собрать более-менее полноценный в плане дискового пространства компьютер. Вопрос лишь в цене, которая пока в несколько раз выше при том же объеме… Кстати, неплохим бонусом SSD-дисков является заметно более высокая скорость работы, по сравнению с обычными.
Видеокарта
Если говорить о полностью бесшумной системе, то о производительных 3D-играх последнего поколения придется забыть — все топовые видеокарты оснащены достаточно мощными кулерами, а то и двумя сразу… Если же в игры не играть или ограничиться старым «добрым» Counter-Strike и прочими играми 3−4 летней давности, то ситуация заметно проще, найти видеокарту с пассивным охлаждением проблем не составляет.
Процессор
Тут сложно давать какие-либо рекомендации, ибо разные модели процессоров могут иметь различное тепловыделение. Из современных хорошие результаты показывают Intel Atom, использующиеся обычно в ноутбуках, хотя никто не мешает установить их и в настольный компьютер, в продаже есть материнские платы с такими процессорами. Среди процессорных кулеров можно найти пассивные, например Thermaltake SonicTower, их отличает большой радиатор и, естественно, отсутствие вентилятора.
Тихие вентиляторные системы
Другой подход к созданию компьютеров с низким уровнем шума – использование тщательно отобранных, высококачественных, мало шумящих вентиляторов. Обычно этот вариант является и менее дорогим. Кроме того, хотя вентиляторные системы охлаждения могут производить чуть больше шума, чем безвентиляторные, «слышимость» шума такого компьютера обычным пользователем может быть небольшой. Дело в том, что ровный шум воздушных потоков может производить маскирующий эффект на тональные шумы других частей компьютера. Мы уже говорили, что эти шумы могут быть очень раздражающими для чувствительных к ним пользователей.
Таким образом, тщательно продуманные охлаждающие вентиляторы вполне могут найти применение даже в самых мощных компьютерах. Конечно, они будут слышны, но зато не будут вызывать раздражение у большинства пользователей. Типичный пример – Apple iMac, один из самых тихих компьютеров в индустрии, но имеющий в конструкции несколько вентиляторов.
Варианты с жидкостным охлаждением аналогичны воздушному, за тем лишь исключением, что в отличие от вентиляторов, звук помпы нельзя назвать равномерным, и он запросто может быть тише, но раздражать сильнее, чем у системы с воздушным охлаждением.
Альтернативные методы
В вышеприведенных методах описывались способы замены компонентов на их более «тихие» аналоги. Более кардинальным является замена всех узлов на более специализированные, на рынке есть решения и такого типа.
Водяное охлаждение
Можно сказать, что этот метод пользуется популярностью среди любителей различной экзотики. Вероятно, если хочется совместить более-менее высокую производительность для игрового ПК и при этом иметь невысокий уровень шума, то, возможно, водяное охлаждение будет приемлемым вариантов. В остальных же случаях можно обойтись более привычными вариантами. Да и, как показывает опыт, в доме и так достаточно трубок, кранов и прокладок, которые периодически текут и требуют внимания. Добавлять ещё несколько совершенно не хочется, кроме того, полностью бесшумной такая система все равно не будет.
Сверхмассивный корпус
Другой подход к пассивному охлаждению компьютера — массивный корпус (весом около 25 кг), заодно являющийся и радиатором для отвода тепла. Тепловые трубки, идущие в комплекте, отводят тепло от греющихся элементов к корпусу. Недостаток такого решения — высокая цена. Например, один только корпус такого типа, выпускаемый компанией Zalman, стоит более 1000 $. Некоторые любители делают такие корпуса самостоятельно, что требует наличия мастерской и навыков работы с металлом, так что такой способ подойдет не каждому.
Встраиваемые компьютеры
Следующим решением является использование промышленных встраиваемых компьютеров. Такие устройства имеют небольшие размеры и полное отсутствие движущихся частей, но, к сожалению, довольно слабый процессор, в большинстве случаев имеющий тактовую частоту от 200 МГц. Жесткого диска в таких компьютерах нет, но имеются USB-разъемы, позволяющие подключить флеш-карту или SSD-диск, также обычно имеются аудиовыход, сетевые разъемы и опционально беспроводные модули. Конечно, в качестве домашнего «центра развлечений» такой компьютер не подойдет, но в качестве мини-сервера для фоновой закачки файлов или работы с почтой вполне может пригодиться. Главный недостаток — относительно высокая цена, например компьютеры Ebox продаются по ценам от 200 $ (за младшую модель с процессором 200 МГц) до 1000 $ за более мощные модели.
«Интеллектуальные» устройства
Некоторые устройства, не являясь полноценными компьютерами, тем не менее вполне могут взять на себя часть его функций. Например, современные медиа-плееры или маршрутизаторы вполне могут в фоновом режиме «закачивать» музыку или фильмы с торрентов, работая при этом совершенно бесшумно.
Безвентиляторные системы
Ключевые компоненты компьютера выделяют большое количество тепла, поэтому чтобы из-за высокой температуры компьютер не вышел из строя, жизненно важно использовать охлаждающие элементы. К разряду компьютеров с серьезной претензией на «бесшумность» относятся большинство безвентиляторных систем с пассивным охлаждением горячих компонентов, прежде всего CPU, видеокарты, памяти, жестких дисков и блока питания
Это означает, что в них отсутствуют традиционные вентиляторы, которые обычно и являются главным источником компьютерных шумов. Однако, это не означает, что подобные компьютеры работают абсолютно неслышно.
Не стоит забывать и жесткие диски – электромеханическое устройства, вращающееся с большой скоростью. Во многих компьютерах их более одного. Диапазон «звучания» жестких дисков очень широк, кроме того, они вызывают вибрацию корпуса, а вибрация в свою очередь, является источником дополнительных звуковых эффектов – гармоник и интермодуляций.
Еще одним источником шума является электроника компьютера: в том числе, конденсаторы и индукторы. Они производят нестационарные шумы средней и высокой частоты – тональные шумы, которые могут быть очень раздражающими даже при небольшой громкости. В обычных компьютерах такие тональные шумы часто неслышны, поскольку их перекрывают шумы вентиляторов и жестких дисков. Но в безвентиляторных системах тональные шумы слышны гораздо отчетливее. Они похожи на высокочастотные шумы электронно-лучевых мониторов, слышимые большинством людей. Проблемы с этими шумами могут разрешить только тщательный подбор комплектующих и хорошо продуманный дизайн электронных схем.
Таким образом, даже в при использовании для снижения шума безвентиляторных систем, все усилия может свести к нулю один из недостаточно продуманных факторов. И виной всему – человеческое восприятие.
Планшетные компьютеры
Самый очевидный на сегодняшний день способ — это использование планшетного ПК (Apple iPad, Samsung Galaxy Tab и др.). Действительно, такие устройства полностью бесшумны и вполне пригодны для веб-серфинга, чтения статей либо книг. Однако функциональность «планшетов» все же довольно ограничена, и для какой-либо сложной работы они просто не подходят. Если, к примеру, нужно найти определенное фото, отредактировать его, написать текст в форум и прикрепить к нему обработанное фото — с iPad сделать все это крайне проблематично. Аналогично с закачкой торрентов или DC: клиенты для планшетных компьютеров есть, но пользоваться ими весьма неудобно.
И наконец, разрешение планшетных ПК все же весьма уступает полноценному большому монитору не только по количеству пикселов, но и по ширине диагонали. Что бы ни говорили, а работать с чем-либо на мониторе в 24 дюйма гораздо приятнее, чем на 10-дюймовом экране.
Необходимо создание системы показателей, ориентированной на людей
В свете перечисленных факторов, используемый сегодня для измерения акустических характеристик компьютеров стандарт ISO 7779 не является достаточным
Он сфокусирован только на измерении мощности звука и уровня звукового давления, при этом столь важное для человеческого восприятия «качество звука» попросту игнорируется. Хорошо хоть, что в действительности только несколько компаний используют этот стандарт для продвижения своей продукции
Однако, что самое интересное – уже более 10 лет пользователи ПК задумываются об уровне шума компьютеров. И многие умеют изменять уровень шума. Начиная от программной регулировки скорости вентилятора на ноутбуке, и заканчивая сложными моддинг-проектами. Любой уважающий себя энтузиаст компьютерной техники не устанет доказывать вам, что его компьютер – абсолютно бесшумный и уж точно тише вашего. Теперь вы можете дать ему ссылку на эту статью, чтобы он убедился, что если звука не слышно, это ещё не значит, что его нет.
Татьяна Валентинова
27/11.2009
Заключение
Как оказалось, несмотря на кажущуюся простоту, решение проблемы шума ПК не так уж тривиально. В принципе, все современные компоненты компьютера теоретически могут быть заменены на бесшумные. Но практически это непросто, и сопряжено либо со сложностями заказа и покупки, либо с чересчур высокой ценой. Как писал Станислав Лем, в идеале техника не должна иметь движущихся частей, но пока нужно признать, что массовые компьютеры до такой стадии развития ещё не дошли (но если не важен вопрос финансовый, то получить дома полностью бесшумный компьютер можно уже и сейчас). Хотя, конечно, последние тенденции снижения тепловыделения процессоров и развития твердотельных дисков весьма радуют, и есть надежда, что подобные технологии станут дешевле.
Что касается моего личного выбора, то на ближайшие несколько лет мое компромиссное решение — сверхкомпактный мини-компьютер, использующий двухъядерный процессор Intel Atom с невысоким энергопотреблением и пассивным блоком питания мощностью всего 65 Вт. Шум, издаваемый такой системой, по ощущениям примерно вдвое ниже, чем от обычного ПК. Такой компьютер лишь чуть дороже обычной «персоналки», но при этом минимум вдвое-втрое дешевле своих полностью бесшумных аналогов. Это, увы, не идеал, его шум ночью все-таки слышен, но заметно тише, чем раньше, так что определенный прогресс действительно налицо.
Посмотрим, что предложат производители компьютеров следующего поколения…
