Система на Ryzen Threadripper 3970X – уменьшаем шум, подбираем положение вентиляторов на Thermalright Silver Arrow TR4. Несостоятельность компании Noctua

Если ваша система работает 24х7 и расположена она в вашей квартире, то не обращать внимания на её шумность вы просто не сможете. Разве что, если вы немного глуховаты. :)

Для себя я определяю шумность системы в три условных уровня:

1. Система бесшумная (не слышу) — услышать, как работает, можно только глубокой ночью, находясь не далее одного-двух метров от корпуса;

2. Система комфортно шумная (не напрягает) — шум есть, но его уровень и частоты не раздражают и никак не мешают;

3. Система шумная (напрягает) — шум раздражает и мешает. При этом уровень шума не обязательно должен быть высоким.

Обычно баланс находится на уровне 2. Можно сделать бесшумную систему, но затраты на это сильно возрастают, можно оставить шумную, но она мешает жить. Как и всегда в инженерных решениях все строится на компромиссах. Бесшумные системы имеют свои, не всегда приятные, особенности построения.

Те читатели, которые хоть раз заморачивались с тихими или бесшумными системами, хорошо меня поймут. Например, система в целом может быть достаточно тихая, но вы начинаете слышать работу дисков, и это раздражает. То же самое может происходить, когда вентилятор на процессоре резко набирает обороты, или просто его шум отчетливо слышен, и слух постоянно за него цепляется. В общем, наш слух довольно чувствителен к градиенту изменения шума, а также более чувствителен в области частот 300-4000Гц. Эффект легко объясним — это частотный диапазон нашего голоса. Поэтому компоненты в системе желательно подбирать так, чтобы их шум не выделялся на фоне шума других компонентов, а спектр шума по возможности был смещен в область низких частот.

В моем случае вентилятор TY-143 на кулере, заведомо являлся слабым звеном, так как его характеристики просто кричали о том, что он будет шуметь в не комфортном диапазоне. 

Характеристики говорят, что перед нами шумный, но производительный вентилятор: 

скорость вращения: 600~2500 об/мин

Уровень шума: 21~45dBA

Воздушный поток: 31.4~130CFM

Статическое давление (из открытых источников): 0.25 – 4.21 ммH2O

Каким образом я знал, что вентилятор будет шуметь «не комфортно»? На деле, все просто и сложно одновременно. Из курса акустики я знал, что чувствительность нашего слуха очень неравномерна. Звуки с частотами от 2000Гц до 4000Гц мы слышим «сильнее». Вентилятор со скоростью вращения 2500 об/мин будет шуметь более чувствительно, нежели низко оборотистый. График чувствительности слуха к различным частотам можно посмотреть по ссылке.

Въедливый читатель спросит: «Если знал, что вентилятор будет шуметь, то почему сразу не озадачился этим вопросом?».

Я озадачивался, но у меня была надежда, что вентилятор не будет работать на оборотах близких к максимальным, и будет довольно тихим. Я ошибся, и поэтому родилась эта статья.

Ничего нового я не изобрел. На просторах «этих ваших интернетов» довольно часто встречается совет по замене одного скоростного вентилятора на кулере на два тихоходных. Обычно советуют менять на Noctua. Каких-то теоретических обоснований обычно не приводят, руководствуются сугубо практическими соображениями. В целом это верно. Зачем разбираться, если можно повторить? Я поступил почти схожим образом. Но я не привык что-то делать без детального понимания, что и зачем я делаю, будет ли при этом лучше, если будет, то почему.

Для понимания нам необходимо вооружиться следующими знаниями:

1. При последовательном включении одинаковых вентиляторов статическое давление увеличивается пропорционально количеству вентиляторов, а воздушный поток остается неизменным. Безусловно, что это утверждение верно только для оценочных расчетов.

Для вентиляторов с разными характеристиками расчет очень сложен, и без острой необходимости разные вентиляторы лучше не применять. Утверждение справедливо при четном количестве вентиляторов.

2. При параллельном включении одинаковых вентиляторов воздушный поток увеличивается пропорционально количеству вентиляторов, а статическое давление остается неизменным. Здесь также обращу внимание, что это справедливо только для оценочных расчетов.

Для вентиляторов с разными характеристиками расчет очень сложен, и без острой необходимости разные вентиляторы лучше не применять. Справедливо для четного и нечетного количества вентиляторов.

3. Суммирование шумов от нескольких источников нелинейно и происходит в общем виде по логарифмическому закону. Если взять два вентилятора с шумом в 28Дб, то их общий шум будет не 56дБ, а всего лишь около 31дБ. Если два источника имеют существенную разницу в уровнях, то вклад источника с более низким уровнем шума тем меньше, чем больше разница в уровнях.

Для оценочных расчетов вполне разумно пользоваться таблицей:

Как пользоваться?

Допустим, у нас есть два вентилятора. Первый имеет уровень шума 45дБ, второй 30дБ.

Находим разность уровней ΔL: 45 — 30 = 15дБ.

Находим в таблице поправку, соответствующую нашей разности: 0,2

Теперь к большему уровню шума прибавляем нашу поправку: 45 + 0,2 = 45,2дБ

Если источников шума больше двух, то суммирование делаем попарно.

Подробнее про работу вентиляторов

Подробнее про суммирование шума

Минимально необходимыми знаниями мы вооружились, теперь попробуем подобрать пару вентиляторов на замену одному производительному.

Напомню, характеристики оригинального вентилятора такие:

скорость вращения: 600~2500 об/мин

Уровень шума: 21~45dBA

Воздушный поток: 31.4~130CFM

Статическое давление: 0.25 – 4.21 ммH2O

Радиатор Thermalright Silver Arrow TR4 выглядит вот так: 

Как видно из картинки, это «двухголовая» башня, и такая конфигурация существенно все осложняет. Дело в том, что в данном случае мы не можем однозначно сказать, какое будет включение вентиляторов. 

Моя интуиция подсказывает, что истина где-то посредине. Но в случае сложной «аэродинамики» внутри корпуса - это не всегда так.

Попробуем сформировать требования к характеристикам пары вентиляторов: 

1. Нам надо получить общий паспортный воздушный поток от двух вентиляторов не ниже 130CFM — как у оригинального вентилятора. Но максимальные обороты должны быть не выше 1600-1800 об/мин — чтобы не попасть в ту область, где наш слух имеет повышенную чувствительность;

2. Воздушное давление чем больше, тем лучше — конфигурация рёбер у радиатора дурацкая, сопротивление потоку высокое, продуть сложно;

3. Уровень шума около 28-30dBA, так как в корпусе установлены вентиляторы с таким уровнем шума, и желательно не выбиваться из общего уровня;

4. Вентиляторы должны быть одинаковыми;

5. Желательно найти обзор, из которого будет примерно понятно, как вентилятор поведет себя при нагрузке на радиатор, а не на корпус. Читать обзоры перед покупкой всегда полезно.

Пошел я в свой любимый магазин. Смотрел, смотрел. И внезапно взор упал на Arctic BioniX F140. 

Характеристики были вполне подходящими: 

Поток 104 CFM;

Шум 25,3 dBA;

Воздушное давление производитель не указывает. 

Все это счастье предлагалось по очень вкусной цене — вдвое дешевле чем Noctua или Bequiet. И главное в наличии! С таким счастьем и на свободе?! Не верю, подумал я, и пошел искать обзоры на эти вентиляторы. И нашел много полезной и интересной инфы. 

Обложил нехорошими словами Arctic и опять обратил свой взор на Noctua и Bequit. Но Noctua, по старой доброй привычке компании, в наличии не оказалось. 

Так почему же обложил нехорошими словами Arctic? Для объяснения мне придется дать ссылки на сторонние ресурсы, а также слямзить у них пару картинок. Да простит меня администрация. 

В статье проведено тестирование разных вентиляторов при работе с различными нагрузками: 

Решетка;

Решетка плюс фильтр;

Воздушный кулер (по-моему какой-то Macho);

Теплообменник от СЖО — вот он-то мне и был нужен. 

Теплообменник из статьи как раз по проницаемости похож на Thermalright Silver Arrow TR4. Остальное - дело техники. Нужно просто проанализировать информацию из статьи и купить нужные вентиляторы. 

Для анализа нам понадобятся следующие графики: 

Воздушный поток на максимальных оборотах при работе на теплообменнике: 

Ссылка на страницу с графиком.

Уровень шума на максимальных оборотах при работе на теплообменнике: 

Ссылка на страницу с графиком.

Воздушный поток на 1000 об/мин при работе на теплообменнике: 

Ссылка на страницу с графиком.

Как видно из графика, при работе на низких оборотах половина вентиляторов просто не может продуть теплообменник. Лидеры очень сильно поменялись. Все «мощные» вентиляторы сдулись. 

Из этого графика следует: если будем брать «мощные» вентиляторы, то либо будут повышенные температуры, либо повышенный шум, так как нам для достижения того же потока придется увеличивать обороты. Как мы видим, хваленый Noctua NF-A14 довольно плох в работе на радиатор СЖО. А с учетом кривой логистики компании, когда в моем городе нельзя купить эти вентиляторы, я считаю компанию не состоятельной и больше в её сторону не смотрю. 

Смотрим уровень шума на 1000 оборотов: 

Ссылка на страницу с графиком.

И здесь мы видим похожий расклад. Кто прокачивает много воздуха, тот и шумит. Но Черт побери, Bequiet SILENT WINGS 3 140mm PWM high-speed, прокачивая больший объем воздуха, умудряется шуметь меньше. Однозначно беру. :) В моем городе всегда есть в наличии. Пусть Bequiet и обладает меньшей силой бренда в вентиляторах, но они точно не косячат в логистике. 

В общем, моя логика, когда я свел все графики воедино была примерно такая: 

Если вентилятор хорошо показывает себя на полных оборотах, то отсюда никак не следует, что он будет также хорош на пониженных оборотах. Производительные вентиляторы не всегда подходят для задач «понижения шума». В моем случае с большой вероятностью, чтобы достичь той же производительности, что и Bequiet, вентиляторы Arctic, Corsair и Noctua будут работать на более высоких оборотах и, следовательно будут больше шуметь. Поэтому стратегия покупать производительные вентиляторы и гонять их на пониженных оборотах в моем случае контр продуктивна. Я в очередной раз пошел и купил Bequiet SILENT WINGS 3 140mm PWM high-speed. Тут вообще никакой альтернативы не вижу. Всем требованиям отвечает:

Паспортный воздушный поток от двух вентиляторов: 155,14 CFM;

Шум от одного вентилятора 28,1 dBA, от пары 31,1 dBA;

Давление 2.16 mmH2O.

И так, вентиляторы в руках, двухбашенный кулер перед глазами. Интуитивно понимаю, что от расположения вентиляторов на радиаторе будут зависеть температуры. Но вот какой из вариантов будет лучшим? Пойди угадай. Я решил немного поэкспериментировать и выяснить, какой вариант установки даст лучший результат. Сразу скажу, что проверял не все возможные варианты. 

Измерения начну с длинного дисклеймера:

1. Этот тест нельзя никаким образом соотносить с предыдущим, где система тестировалась с родным вентилятором Thermalright. В данном случае кривые вентиляторов в биосе были подобраны, так чтобы обеспечить самый минимальный уровень шума в рабочих нагрузках. Установлена другая версия биос. Использовалась другая нагрузка. Следовательно, в ряде случаев температуры будут чуток повыше;

Например, если в предыдущем тесте в Prime95 фиксировались температуры 82гр в лучшем варианте, то в этом случае температура в Prime95 была 86,6гр. 

2. Температура Тmaxload - фиксировалась в варианте: «моя типовая нагрузка в 32 потока» плюс Prime95 в 64 потока. В этом случае удается получить температуру выше, чем просто в Prime95;

3. Каждый тест прогонялся в течение 10 минут;

4. Ттиповая - температура с моей "типовой" нагрузкой - 32 потока. Подобные задачи выполняются примерно 70-80% времени;

5. Разброс температур для Тmaxload - просто фиксация наблюдений в течение 10 минут - это значит, что температура просто была в этом диапазоне; 

6. Разброс температур для Ттиповая - фиксировался другим образом. Запускается типичная нагрузка, ждем 10 минут, фиксируем нижний предел температуры. Далее не выключая типичную нагрузку запускаем Prime95 на 64 потока, ждем 10 минут, ближе к концу интервала фиксируем температуры Тmaxload. Выключаем Prime95, ждем 10 минут и к концу интервала фиксируем вторую температуру Ттипичн. Второе значение выделил красным, чтобы не путаться. Как видно из измерений, второе значение почти во всех случаях больше. Т.е. процессор не успевает основательно остыть за 10 минут;

7. Перерыв между тестами делал примерно 40-60 минут. Система выключалась и успевала остыть. Перерыв был вынужденный, так как менял положение вентиляторов не снимая радиатор — с перекурами и матюками.

Итак, погнали. 

Вариант 1: 

Видно, что температура Тmaxload не самая минимальная. Температуры для типовой нагрузки вполне приемлемые. 

Вариант 2:

Признаюсь честно, интуитивно мне казалось, что такой вариант будет самым эффективным. Но как видно, интуиция не всегда правильно подсказывает. В этом варианте температуры выше примерно на градус.

Вариант 3:

После прогона этого теста мне так и хотелось воскликнуть: «Ого! Ничего себе!». Всего лишь поменял положение вентиляторов и сразу скинул 6 градусов. Пока этот вариант признается самым лучшим. Но довольно часто на фото в интернете вижу другой вариант — один из вентиляторов стоит посредине башни. Будет ли лучше в моем случае? Проверим. 

Вариант 4:

Как видно из измерений — нет. Этот распространенный вариант не лучший в моем случае. Так что пришлось вернуться к варианту 3. Здесь стоит отметить, что каждый случай уникальный, и то что получилось лучше в моем случае, абсолютно не означает, что будет также и у вас. Поэкспериментируйте. Возможно сможете скинуть пару градусов. У меня была задача получить минимальные температуры при минимальном уровне шума. В целом я считаю, что получилось. От навязчивого «жужжания» я точно избавился. 

Интересно проверить, как поведет себя система с двумя вентиляторами Bequiet на 120мм. Они, обладая практически теми же характеристиками по воздушному потоку и шуму, имеют большее воздушное давление. Но обороты 2200. По идее система с двумя стодвадцатками должна чуток лучше охлаждать, но больше шуметь. Так как вряд ли такие вентиляторы смогут «прокачать» радиатор на низких оборотах. Но таких вентиляторов у меня нет, а покупать их специально для теста мне не хочется. Впрочем, никогда не говори никогда. Вдруг руки начнут чесаться и захочу протестировать. :)

Окончательный вариант установки выглядит так: