Бесшумный компьютер — почему это невозможно?

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?»

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.

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.

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:

1. 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.
2. 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.

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.

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.

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)
• 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.

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.