Počítač běžící, větrající, spící (3)

Větrání je kompromisem

Soudě podle bohaté diskuse, nejsem sám, komu hluk větráků vadí. Častá otázka byla: Mohu větráky vypnout? Odpověď není jednoznačná. První problém je evidentní – výrazně přehřátý systém se stává nespolehlivým, případně způsobí hardwarovou poruchu. Uvažte, že zatímco ztrátový výkon procesoru i486 byl v řádu několika wattů a celkem bez problémů přestál demontáž větráku, ztrátové výkony dnešních procesorů AMD se blíží stovce wattů (a Intel je na tom jen o něco lépe). Máme-li wattmetr, snadno spočteme, kolik musíme uchladit. Prakticky veškerý příkon počítače se totiž přemění na ztrátové teplo – samotná změna energetického stavu médií a signály ze sběrnic jsou jen pranepatrným zlomkem příkonu.

Druhý problém spočívá ve skutečnosti, že v počítači, který nevětrá, ani neproudí vzduch. Může se tedy snadno stát, že horký vzduch z okolí procesoru nedojde k pět centimetrů vzdálenému měřidlu a inteligentní regulace nezpozoruje blížící se katastrofu.

Třetí, nejzávažnější problém spočívá ve skutečnosti, že střední poruchovost součástek je silně závislá na teplotě, mnohdy s vysokou mocninou. Součástka, která má při teplotě 30 °C střední dobu života 100 let, může při 70 °C mít tuto hodnotu již jen několik let. Můžeme mít štěstí na bezvadné součástky, ale stejně tak nemusíme.

Navíc mnozí výrobci například vypalovaček zaručují funkci svých zařízení pouze do 40 °C, což je teplota dokonce nižší, než běžně bývá v létě uvnitř dobře větraného kejsu s Athlonem.

Přenos tepla

Pro trvanlivost součástky je rozhodující teplota křemíkového čipu za provozu. Aby byla co nejnižší, je nutný co nejlepší přenos do okolí. Teplota chladiče pak sice bude vyšší, ale pracovní teplota součástky nižší. Pro dobrý přenos tepla na chladič je potřeba, aby styčná plocha byla rovná a pevně přitisknutá k součástce. Styčnou plochu je dobré ošetřit vhodnou teplovodivou pastou. Tu lze zakoupit v počítačových prodejnách nebo levněji v prodejnách polovodičů. K dispozici je mnoho různých past – běžné, s grafitovým plnivem, se stříbrem. Zvláštní kategorii tvoří pevné pasty, které se roztečou a vyplní chlazený prostor až při prvním použití.

Naproti tomu povrch chladiče nejlépe vyzařuje, pokud je matný a tmavý – toho lze u hliníku dosáhnout například eloxováním (styčnou plochu je přitom nutno chránit). V případě pasivního větrání dbáme, aby žebrování bylo ve svislé poloze.

Zdroje hluku

Odhlučnění komplikuje fakt, že hluk může mít různý původ i cesty šíření. Probereme si tedy jednotlivé cesty.

Rozdělení podle typu zdroje

Mechanický hluk vzniká všude tam, kde se stýkají dva navzájem se pohybující objekty. Primárně se šíří kostrou, z ní dále vzduchem. Čím hladší jsou styčné plochy a čím menší je rychlost vzájemného pohybu, tím méně je hluku. Hluk při valivém pohybu bývá nižsí než hluk při kluzném pohybu. Snížení hluku napomáhá vhodné mazivo.

Aerodynamický hluk vzniká tam, kde se nějaký díl pohybuje vzduchem. Existují dva odlišné druhy aerodynamického hluku, odvozené od typu proudění vzduchu, které jej způsobuje. Turbulentní proudění je největším původcem aerodynamického hluku. Ten vzniká všude tam, kde vzduch víří a sráží se. Nejjednodušší metoda, jak se tomuto hluku vyhnout, je předejít turbulencím. To je výhodné i z hlediska větrání. Laminární proudění hladce proudícího vzduchu je podstatně tišší. Zkušenosti s návrhem bass-reflexových reprobeden říkají, že laminární proudění vzduchu je tiché při rychlostech zhruba do jedné desetiny rychlosti zvuku, tedy zhruba 30 m/s. Při vyšších rychlostech se začíná objevovat typický svist. Pro zajímavost uvádím informační tabulku rychlostí uvnitř počítače:

Chování hluku různých kmitočtů

Přenos hluku vzduchem je omezen velikostí a tvarem zdroje hluku. U malých objektů, kdy je hlučící objekt z obou stran otevřen, dochází k jevu, zvanému akustický zkrat, a ten eliminuje zvuky nízkých kmitočtů. Naproti tomu vysoké kmitočty akustický zkrat příliš neovlivňuje. Ovšem ty se nedokáží vyhnout překážkám, a tak je lze snadno potlačit protihlukovou izolací.

Akustický zkrat může výrazně omezit hluk na nízkých kmitočtech, avšak také zhoršit účinnost větrání.

V pevných tělesech se šíří zvuk postupnými vlnami. Šíření těchto vln na vyšších kmitočtech lze poměrně dobře zabránit plastickými či elastickými přechodkami. Pro určité kmitočty však dochází k vzájemnému sčítání vln s jejich odrazy. Dochází k rezonanci a na tělese vzniká stojaté vlnění. To způsobuje, že určitá místa kmitají více než jiná. Takovému kmitání lze zabránit změnou mechanických vlastností (tím se posune rezonanční kmitočet jinam) – opět přechodkami nebo naopak vyztužením. Zvláštním typem této rezonance je drnčení, které vzniká rezonancí při těsném, ale nedostatečné pevném spojení dílů. Pro velmi nízké kmitočty pak kmitá těleso jako celek. V počítači se vyskytuje pouze u nekvalitního hardware (nevyvážených rotujících dílů) nebo asymetrických CD.

Regulace větráků

Regulace větráků může být buď statická (pouhé zpomalení), nebo dynamická (s reakcí na měřenou teplotu), hardwarová, nebo softwarová.

O softwarové i hardwarové regulaci jsem se zmínil v prvním dílu, nyní si přiblížíme regulaci hardwarovou.

Nejjednodušší a nejlevnější (za korunu) je statická regulace – připojení odporu vhodné velikosti do série s větrákem. Lze ji však doporučit pouze tam, kde jsou otáčky značně předimenzované – zejména u starších počítačů s méně topícími procesory.

Poněkud složitější je elektronická regulace. Některé větráky jsou již vybaveny jednoduchou regulací s termistorem, u všech větráků ji pak lze doplnit externě.

Hardwarovou regulací větráků i větráky obecně se zabývá např. Vsechno o pocitacovych ventilatorech. Recenzi profesionálního regulátoru najdete např. zde.

Hardwarovou regulaci otáček podporují např. některé základní desky firmy Asus (viz tato informace na CDR serveru).

Naproti tomu pokud se chystáte na softwarovou regulaci, můžete mít u desek Asus problémy jak v lm_sensors v Linuxu, tak u SpeedFanu ve Windows, protože firma neposkytla specifikaci svých regulačních čipů.

Postup odhlučnění

S odhlučněním je vhodné začít již při výběru dílů, ze kterých počítač sestavíme. Všude, kde je to možné, dáme přednost pasivnímu chlazení – jsou to především grafické karty, základní desky, CD mechaniky a vypalovačky. Větráky kupujeme zásadně s kuličkovým ložiskem, pokud možno i se speciálním tvarem lopatek. Je poněkud problém sehnat zdroj s kvalitním regulovatelným větrákem. Pokud oželíme záruku, můžeme jej však bez problémů vyměnit, neboť větráky ve zdrojích bývají typizované 8cm modely.

Hledáme cestu šíření hluku

Pro zjištění, jakými cestami se šíří hluk od větráku, doporučuji následující postup (obdobný lze použít i pro disk – tam však odpadá test na turbulence):

Na chvilku odpojíme všechny ostatní zdroje hluku, nejlépe ve stavu odložení, kdy stojí i disk, a navíc je spotřeba počítače, a tedy i riziko, minimální. Máme-li regulovatelný zdroj napětí, můžeme testovat i na vypnutém počítači a napájet pouze větrák. Otáčky testovaného větráku nastavíme na maximum.

Dotkneme se rámu větráku a opatrně do něj tlačíme z různých stran. Pokud přitom větrák mění hlasitost, znamená to, že z nějakého důvodu docházelo k drnčení nebo rezonanci, a to buď ve větráku samotném, nebo v jeho upevnění. Detektivním úsilím – přidržováním různých dílů počítače (pozor, nespalte se ani nepřidržujte síťové přívody) – zjistíme, který díl rezonuje a proč. Řešením může být pevnější přišroubování, přidání příčky nebo pryžové podložky, případně namazání či výměna vadného větráku. Větráky lze mazat strojním olejem a v případě, že se lze dostat k ložisku, lze použít též vazelínou.

Pokud nedochází k rezonancím, můžeme postoupit dále.

Větrák odšroubujeme od podložky (chladiče či desky; nikoliv chladič od procesoru – to by mělo katastrofální následky). Pokud počítač běží, musíme pracovat mimořádně opatrně – na jedné straně hrozí zranění od lopatek větráku, na druhé straně nešťastné upuštění šroubu může znamenat nákup nového počítače (základní desky, procesoru…). Netroufáme-li si na to, počítač vypneme a opět zapneme.

Nyní držíme běžící větrák. Opatrně přitiskneme větrák do původního místa (tlačíme hlavně nehty) a posloucháme. Větrák nepatrně nadzvedneme (a držíme mezi bříšky prstů), aby se nikde nedotýkal podložky. Pokud došlo ke ztišení, prokázali jsme přenos hluku kostrou.

Zvedáme větrák výš nad chlazený povrch a sledujeme hluk. Pokud dochází k dalšímu ztišování, hluk způsobují turbulence vzduchu mezi větrákem a chlazeným povrchem.

Pokud máte typický počítačový chladič, na hluku se zřejmě podílejí oba faktory. Protože měkká tkáň lidského těla představuje prakticky dokonalé tlumení, je hluk, který slyšíme nyní, nejlepším dosažitelným stavem.

V příštím dílu si ukážeme konkrétní možnosti, jak zabránit vzniku a šíření hluku.