Тихий компьютер - почему это недостижимо?

Введение

Пару лет назад компании Microsoft и Intel сформулировали весь ряд требований к техническим параметрам компьютеров: одним из них стал термин «бесшумный». Инженеры-акустики ответили быстро и жестко: «бесшумность» невозможна по определению, хотя бы, в ближайшей перспективе развития мировой инженерии. Постепенно термин почти исчез из официального лексикона Microsoft и Intel, и сейчас четких требований к уровню шума в компьютерах не существует.

Правда, потребность определить, какими же являются «бесшумные» компоненты и компьютеры, в терминах, используемых современными инженерами и вызывающими доверие среди пользователей, постоянно растет. Каждый новый день прибавляет популярности медийным ПК (HTPC), но одновременно с этим растет и понимание покупателями того, что стандартный компьютер совсем не является бесшумным. Наоборот, большинство владельцев HTPC готовы поставить их в другую комнату, даже кладовку, только бы убежать от навязчивого шума. Само собой, на рынке существуют и довольно тихие компьютеры, но маркетологи так хорошо научились пользоваться терминами «бесшумный» и «тихий» в личных целях, что в реальности невозможно сказать, как тихо работает какой-нибудь компьютер, пока он не окажется у вас дома и не будет включен в розетку. Это плохо и для покупателей, и для компьютерной индустрии в общем, потому что именно медиа-ПК в наше время рассматриваются в качестве основного источника продаж. 

По какой же причине термин «бесшумный» оказался таким сложным для инженеров? Определить ведь его достаточно легко: бесшумность – это полное отсутствие звука. Но, получается, существует два стандарта: то, каким по параметрам он получается, и то, каким его слышат люди. Это заявление можно пояснить на таком легком примере: «Если дерево просто упадет в лесу и никто не услышит этого, означает ли это, что его падение было совсем бесшумным?»

Психоакустика и физический звук

Инженеры-акустики, обрушившиеся с критикой на термин «бесшумный», рассматривали только физическое явление – непосредственно генерацию звука. Кроме глубокого вакуума, где отсутствуют частицы (атомы или молекулы) для передачи любых звуковых колебаний, окружающая людей среда не является совершенно безмолвной. В любой части земного шара нас со всех сторон окружают звуки. Даже недвижимые части компьютера, такие, например, как трансформаторы и остальная электроника, производят звук.

С другой стороны, именно звук отражает восприятие человеком всей акустической энергии. Согласно психоакустике, бесшумность достижима в случае, когда человеку не слышен звук. Официальный документ по компьютерной акустике, изданный одним из ведущих брендов, гласит, что человеческое ухо не может являться надежным инструментом для точного измерения уровня громкости, поскольку его чувствительность зависит напрямую от частоты звуковых колебаний. Получается, что для авторов данного документа критерием является именно громкость звука, точнее – само звуковое давление. А с точки зрения создания продукции для людей все обстоит как раз с точностью да наоборот: непосредственно способность человека к восприятию звука следует рассматривать в качестве главного критерия при изготовлении «бесшумной» техники для покупателей.

Инженеры-акустики, которые работают в компьютерной индустрии, чаще всего оперируют терминами мощность звука и звуковое давление. У них имеется единый набор величин, по которому довольно трудно оценить восприятие звука людьми. Как вы думаете, звук мощностью в 2.8бел – это громко или тихо? А 25 дециБел? Мгновенно ответить на эти вопросы могут разве что специалисты. Все потому, что для обычных людей более привычны качественные параметры звука – тихий, громкий т.п. Одновременно с тем, что опытный инженер-акустик сначала обращает внимание на временную ипространственную структуру звуковых волн, их форму и т.д., рядовому потребителю более интересныкачество звука и громкость.

Восприятие человеком компьютерного шума

Основной вопрос, интересующий обычного покупателя: «Будет ли слышен мне шум компьютера, а также будет ли он раздражать меня?» На этот, как кажется, простой вопрос у ученых и сейчас нет ответа.

Чтобы нами не воспринимался звук, он должен иметь следующие качества:

• быть постоянным или практически постоянным, чтобы все внимание пользователя не могло переключаться вследствие изменения его характеристик;
• иметь низкий уровень громкости –ниже, чем шумы всей окружающей среды.

Человек привыкает к постоянному звуку, даже если данный звук относительно громкий. Как и животные, люди имеют высокую чувствительность к резким изменениям в окружающей обстановке. Сцены, движущиеся перед глазами, постоянно привлекают человеческое внимание. То же касается и различных изменений в звуковом фоне, причем, даже если такие звуковые изменения будут значительно тише фонового шума окружающей нас среды.

С данной точки зрения, разработчики должны уделять внимание созданию «неслышных», а не «бесшумных», компьютеров. Создание неслышных компьютеров, в отличие от «бесшумных»  – задача сложная, но реальная, особенно если принять во внимание 2 ключевых подхода:

1. Вентиляторное охлаждение с хорошей оптимизацией выделения тепла своими компонентами. При этом вентиляторы и радиаторы должны быть отличного качества. Помимо этого, должен быть предусмотрен способ использования одновременно нескольких вентиляторов.
2. Применение безвентиляторных систем – дорогостоящих пассивных систем охлаждения всех компонентов. Это очень важно в продвинутых компьютерных моделях, компоненты которых отличаются большим выделением тепла и работают на пределе собственных эксплуатационных параметров.

Безвентиляторные системы

Главные компоненты компьютера выделяют довольно большое количество тепла, следовательно, чтобы высокая температура не вывела компьютер из строя, жизненно необходимо использовать элементы охлаждения. К компьютерам с серьезной претензией на «бесшумность» причисляется большинство безвентиляторных систем, имеющих пассивное охлаждение горячих компонентов, в первую очередь памяти, видеокарты, CPU, блока питания, жестких дисков. Это значит, что в них нет традиционных вентиляторов, которые чаще всего и являются основным источником компьютерных шумов. Но это не означает, что такие компьютеры работают совсем неслышно.

Не нужно забывать и про жесткие диски, являющиеся электромеханическими устройствами, вращающимися с большой скоростью. Множество компьютеров имеет более одного жесткого диска. Диапазон «звучания» таких жестких дисков довольно широк, помимо этого, они вызывают определенную вибрацию корпуса, а она в свою очередь, вызывает дополнительные звуковые эффекты– интермодуляций и гармоник.

Еще один источник шума – это электроника компьютера: в нее входят и индукторы с конденсаторами. Они вырабатывают нестационарные шумы высокой и средней частоты – тональные шумы, бывающие очень раздражающие даже при низкой громкости. В самых обычных компьютерах часто неслышны такие тональные шумы, потому что их перебивают шумы жестких дисков и вентиляторов. Но в безвентиляторных системах такие тональные шумы слышны намного отчетливее. Они схожи с высокочастотными шумами электронно-лучевых мониторов, слышимых большинством людей. От проблем с этими шумами помогут избавиться  только тщательный подбор всех комплектующих и хорошо сконструированный дизайн электронных схем.

Получается, что даже при использовании безвентиляторных систем для снижения шума, все усилия вполне может свести на нет один из плохо продуманных факторов. Человеческое восприятие – вина всему этому.

Тихие вентиляторные системы

Иной подход к созданию компьютеров с достаточно низким уровнем шума – применение высококачественных, тщательно отобранных, мало шумящих вентиляторов. Чаще всего этот вариант является и более дешевым. Обычно вентиляторные системы охлаждения производят немного больше шума, чем безвентиляторные, действительная «слышимость» шума от такого компьютера для обычного пользователя может быть небольшой. Все потому, что ровный шум потоков воздуха может производить эффект маски на тональные шумы остальных частей компьютера. Как уже говорилось, эти шумы могут являться очень раздражающими для чувствительных пользователей.

Следовательно, тщательно спроектированные охлаждающие вентиляторы легко могут найти применение и в самых мощных компьютерах. Понятно, что они будут слышны, но хотя бы не будут вызывать раздражение у большей части пользователей. Простой пример - AppleiMac, один из самых беззвучных компьютеров в индустрии, но обладающий сразу несколькими вентиляторами в конструкции.

Варианты с жидкостным охлаждением такие же, как и с воздушным, за тем лишь исключением, что звук помпы нельзя считать равномерным, и он легко может оказаться тише, но раздражать значительно сильнее, чем звук системы с воздушным охлаждением.

Нереальное качество

Итак, бесшумные компьютеры не существуют с точки зрения науки, но «малослышимые» или «неслышимые» компьютеры вполне достижимы. Для этого всего лишь необходима более тщательный подбор дизайна системы, с исключением таких нежелательных эффектов, как:

• скачкообразные изменения звука (выключаем засыпание и просыпание винчестера)
• резкие тональные аспекты
• низкочастотные вибрации, которые вызывают звуковые гармоники (устанавливаем специальные глушители для винчестеров и переходим на SSD)
• вибрационные шумы (подбираем качественный корпус, прокладываем все соединения)
• быстрые изменения шума (выключаем PWM и терморегулировку)

Идентификация всех таких шумов возможна только при использовании специальной аудиоаппаратуры. Помимо этого, специальное оборудование необходимо и для оценки мощности самого звука.

Самое же обидное то, что единожды собрав достаточно тихую, неслышимую систему, спустя какое-то время она не будет вас устраивать. Примерно месяца через 2-3 подшипники вентиляторов сносятся, появится микро-люфт, и средний уровень шума подшипников потихоньку начнет расти. Пыль будет забиваться в лопасти вентиляторов и вызывать дополнительный шум и перегрев. Да и сама электроника, например, LCD монитор, через 1,5-2 года станет заметно "пищать" на темных или ярких тонах. Но что самое важное - ваше ухо привыкнет к этому шуму, ваш слух измениться и вы начнете слышать собственный компьютер.

Необходимо создать систему показателей, ориентированную на людей

В свете вышеперечисленных факторов, применяемый сегодня для измерения акустических параметров компьютеров стандарт ISO7779 не является совершенным. Он сфокусирован лишь на измерении уровня звукового давления и мощности звука, при этом столь необходимое для восприятия человека «качество звука» просто игнорируется. Хорошо хотя бы, что в действительности лишь несколько компаний применяют этот стандарт для продвижения произведенной продукции.

Что же самое интересное - уже больше, чем 10 лет ПК-пользователи задумываются об определенном уровне шума компьютеров. Существует много пользователей, умеющих изменять уровень шума: с помощью программной регулировки скорости работы вентилятора на ноутбуке, с помощью сложных моддинг-проектов и т.д. Любой ценящий свои знания энтузиаст компьютерной техники не перестанет доказывать вам, что у него абсолютно бесшумный компьютер, и уж точно он работает тише вашего. Сейчас вы можете поделиться с ним ссылкой на эту статью, и он убедиться, что если звука практически не слышно, это совсем не значит, что звука нет.