Оглавление

• 2. Основы подавления шума
• 2.1 Восприятие звука человеком
• 2.2. Допустимые уровни шума компьютеров в различных условиях эксплуатации
• 2.3. Составляющие шума
• 2.4. Методы борьбы с шумом
• 2.4.1. Уменьшение звуков и вибраций, создаваемых самим винчестером
• 2.4.2. Виброизоляция (амортизация)
• 2.4.3. Вибропоглощение (вибродемпфирование)
• 2.4.4. Звукоизоляция

С первой частью нашего исследования вы можете ознакомиться здесь.

2. Основы подавления шума

Многие из тех, кто работает за персональным компьютером, со временем перестают обращать внимание на постоянный шум, который, даже не будучи замеченным, способен утомить и сделать раздражительным.

Шум – звуки, мешающие восприятию речи, музыки, отдыху, работе и т.д.

Обычно в зависимости от режимов работы шум, создаваемый современными винчестерами, бывает порядка (24…37) дБА. И подавлять этот шум желательно до тех пор, пока ухо человека не перестанет его улавливать. В абсолютно тихом помещении это соответствует порогу слышимости.

А что это за порог такой?

2.1 Восприятие звука человеком

Очень кратко.

Порог слышимости – минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека.

За порог слышимости принят уровень звукового давления около 20 мкПа (интенсивность, или мощность звука — 1 пВт/м²), соответствующий порогу слышимости здорового молодого человека в диапазоне частот (1…4) кГц, где слух наиболее чувствителен к звукам. Этот уровень и принимается за уровень 0 дБ. Слуховое ощущение громкости звука зависит не только от звукового давления (или интенсивности звука), но и от частоты колебаний.

Громкость звуков чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты оценивают, сравнивая их громкость с громкостью чистого тона частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления чистого тона (в дБ) с частотой 1000 Гц, на слух столь же громкого, как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Например, кривая равной громкости, которой на частоте 1 кГц соответствует уровень звукового давления 120 дБ, называется "120 Фон". Хотя на частоте порядка 3,5 кГц этому уровню громкости в 120 Фон соответствует давление около 105 дБ, а на частотах 45 Гц и 9500 Гц соответственно около 130 дБ.

Как видно, ухо человека максимально чувствительно к звукам с частотой (1…5) кГц и менее чувствительно к звукам других частот. Учитывая это, производители измерителей уровня звука предложили использовать для измерения уровня звукового давления в дБ корректирующие фильтры с так называемыми "взвешенными" характеристиками.

Кривая А учитывает особенности восприятия негромких звуков, а кривые B и C – более громких. Наибольшее распространение получило “взвешивание” по кривой А, лучше всего соответствующее субъективной экспертной оценке негромких звуков. На такое измерение шума в единице измерения указывает дополнительная буква А, например, дБА или дБ(А). При измерении шумовых характеристик дисковых накопителей этот метод “взвешивания” принимается по умолчанию, а применение других кривых оговаривается особо.

Компания Samsung, например, приводит следующую примерную “взвешенную” частотную зависимость уровня звукового давления шума HDD при поиске данных.

Такая зависимость учитывает особенности слуха и наглядно показывает “заметность” различных частотных составляющих шума, демонстрируя, в каких частотных диапазонах наиболее важно снизить уровень шумов диска, а где они менее заметны для человеческого уха.

Для человеческого слухового восприятия характерна весьма низкая точность оценки абсолютной величины громкости звука. Гораздо лучше оцениваются не абсолютные величины сигналов, а их относительные изменения друг относительно друга. Да и то, человек в среднем может различить два сигнала по громкости, если они отличаются друг от друга не менее чем на 3 дБ, то есть вдвое по мощности звука или в 1,4 раза по звуковому давлению. Еще одной особенностью человеческого слухового восприятия является маскирование одного звука другим. Четкое восприятие звука возможно только в том случае, когда его интенсивность заметно превышает уровень помех в том же диапазоне спектра, причем это превышение должно быть порядка (10…15) дБ или в (3…5) раз.

Рассмотренные особенности слуха позволяют определять уровень шума системного блока, который будет незаметен в помещениях с различным уровнем фонового шума.

2.2. Допустимые уровни шума компьютеров в различных условиях эксплуатации

1. Типичный шум современного “стандартного” системного блока офисного компьютера без каких-либо особых мер по снижению шума составляет (35…45) дБА. Это вполне годится для офиса. Нет смысла делать тише офисный компьютер, если в офисе «фоновые» шумы с улицы, от работающих кондиционеров или постоянно болтающих сотрудников обычно превышают 45 дБА. Компьютер на их фоне практически не будет слышен, поскольку суммарный шум от двух источников одинаковой громкости всего на 3 дБ выше каждого из них, а такая разница почти неразличима нашим ухом. Соответственно, нет нужды подавлять шум современных винчестеров, обычно не превышающий (24…37) дБА.

2. Если системный блок расположен в относительно тихом городском помещении с уровнем шума примерно в (30…35) дБА, то приемлемым можно считать шум системного блока на уровне не более 30 дБА. Тут уже нужны определенные меры по подавлению шума. И, в первую очередь, подавление треска головок в режимах чтения, записи и поиска данных, поскольку многие современные винчестеры в этих режимах создают шум на (4…6) дБА больше, чем на холостом ходу. Такое изменение звука очень заметно и раздражительно.

3. Для тихой домашней комнаты шумовой фон составляет днем (25…30) дБА и (15…25) дБА ночью (если никто не храпит, не гудит холодильник, не воет ветер за окном и т.д.). Тогда днем компьютер должен шуметь не более тех же (25…30) дБА. А вот для неслышной ночной работы ему потребуются уже почти нереальные нынче (15…20) дБА. Такой уровень удовлетворил бы самого взыскательного пользователя, однако на данный момент его практическая реализация сопряжена со значительными трудностями. Поэтому ночью даже тихий дисковый накопитель с уровнем шума (24…30) дБА будет отчетливо слышен, несмотря на то, что корпус системного блока несколько заглушает воздушный шум. Для достижения таких же параметров нужны серьезные меры по подавлению шума.

И еще. Ощущение громкости, в общем, не соответствует утомляющему, травмирующему действию звуков и шумов. Если ощущение громкости достигает максимума где-то в районе от 1 до (3…5) кГц, то раздражающее действие звука на нервную систему тем больше, чем выше его частота (вплоть до границы ультразвука).

2.3. Составляющие шума

В тихом компьютере жесткий диск - один из самых шумных компонентов. Шум от жесткого диска — колебания (вибрации), порождаемые в нем движением его электромеханических элементов конструкции. Различают три основных причины возникновения вибраций и шумов винчестеров:

• перемещение головок при поиске;
• вращение пластин;
• работа двигателя, вращающего пластины.

Если в состоянии покоя шум и вибрации исходят от двигателя и вращающихся дисков, то в режиме чтения и записи добавляется шум позиционирования блока магнитных головок (треск).

От жесткого диска шум может распространяться как по воздуху, так и по конструктивным элементам системного блока. Соответственно различают две составляющих шума – воздушную и структурную.

Воздушный шум (airborne acoustics) — это звук, создаваемый компонентом и передаваемый по воздуху. Он распространяется примерно так: вибрации винчестера приводят в колебательные движения частицы воздуха внутри корпуса. Эти колебания воздуха через отверстия в стенках проникают наружу компьютерного корпуса и воспринимаются органами слуха как шум. Кроме того, колебания частиц воздуха, достигнув стенок корпуса, в свою очередь вызывают их колебательные движения. Колеблющиеся стенки корпуса превращаются во вторичный источник воздушного шума и уже сами вызывают колебательные движения частиц воздуха снаружи корпуса, которые также воспринимаются органами слуха как шум.

Структурный шум (structure-borne sound) - шум, возникающий при непосредственном контакте вибрирующего винчестера с конструктивными элементами корпуса. Он порождается всей конструкцией изделия, его структурой, распространяется непосредственно по элементам конструкции корпуса и излучается на всем пути своего распространения. Т.е. вибрации передаются от работающего винчестера через непосредственный контакт и крепеж на корзину, а далее - на стенки корпуса и другие конструктивные компоненты корпуса, на блок питания, материнскую плату и т.д., и т.п. Соответственно, все эти элементы начинают вибрировать и превращаются во вторичные источники воздушного шума внутри корпуса. Вибрации же стенок корпуса вызывают колебательные движения частиц воздуха снаружи корпуса.

Выводы:

• При возникновении структурного шума практически все конструктивные элементы системного блока превращаются во вторичные источники шума. А весь системный блок - в своеобразный "громкоговоритель".
• Уровень шума определяется не только амплитудой вибраций самого жесткого диска. Огромное влияние оказывают конструкция корпуса, место и способ крепления жесткого диска, наличие резонансов и т.д.

Установка же нескольких дисков в одну корзину может привести к резкому увеличению уровня шума, и не только за счет резонанса системы. Может возникнуть очень раздражающая модуляция (изменение громкости) звука с частотой равной разности частот вращения блинов для установленных винчестеров. Эта разность частот может быть от десятых долей до десятков герц.

Исследования, проведенные в компании Seagate, показали, что если диск жестко закреплен на шасси, доминирующими являются именно структурные шумы, а собственные (воздушные) шумы накопителя значительно меньше влияют на общий уровень шумов системы. Поскольку площадь стенок корпуса значительна, то они "более удачно" излучают низкочастотные шумы. Поэтому уровень таких шумов у винчестера, смонтированного в корпусе, как правило, будет выше, чем приводится в спецификациях на компонент. Особенно достает гул с частотой, равной частоте вращения блинов винчестера. Например, при частоте вращения блинов 7200 об/мин образуются крайне неприятный звук с частотой (7200 об/мин) / 60 сек = 120 Гц. Да и более высокочастотные шумы, передаваемые на корпус, могут многократно усиливаться всевозможными резонирующими элементами конструкции.

Здесь надо твердо усвоить:

• Первичным источником любых звуков в системе охлаждения винчестера является сам вибрирующий винчестер.
• Так как винчестер, в конечном итоге, крепится к корпусу, то он создает как структурные, так и воздушные шумы.
• Вторичными источниками любых шумов являются всевозможные конструктивные элементы системы охлаждения, корпуса, блока питания, материнской платы и т.д.

Производители измеряют только воздушные шумы жестких дисков. Для исключения влияния на результаты вторичных источников звука жесткий диск при измерениях подвешивается на эластичных нитях. Полученные значения приводится в спецификациях на диск.