低噪聲系統(tǒng)

謹(jǐn)行

不知不覺(jué)，凜冬已至，不知道大家身邊是白雪皚皚還是狂風(fēng)怒吼，抑或落葉仍在飛舞？不管是怎樣的場(chǎng)景，相對(duì)于生機(jī)勃勃的春夏和滿懷期許的金秋，冬日總給人一種落寞寂寥的感覺(jué)。在這個(gè)時(shí)候，身邊電腦發(fā)出的聲音即使并不算大，是不是也讓人感到有些心煩呢？

其實(shí)隨著PC市場(chǎng)的發(fā)展，各種特色產(chǎn)品日漸豐富，其中以靜音為賣點(diǎn)的也不少。那么，希望享受寧?kù)o冬日時(shí)光的朋友們，就和筆者一起來(lái)了解一下這些產(chǎn)品和它們帶來(lái)的清靜世界吧。

處理器散熱系統(tǒng)

處理器風(fēng)扇，或者說(shuō)散熱器是電腦噪聲的主要來(lái)源之一，越新型、越高端的處理器結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、頻率越高，發(fā)熱量常常就越大，處理器散熱系統(tǒng)的能力也隨之不斷提升，其中最常見(jiàn)的方法當(dāng)然就是增加散熱風(fēng)量，以吹除越來(lái)越多的熱量，但因此帶來(lái)的常常就是越來(lái)越明顯的噪聲。要想處理這部分的噪聲，多從兩個(gè)方面下手，一是降低風(fēng)扇噪聲，二是改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

1.靜音風(fēng)扇

散熱器風(fēng)扇提升風(fēng)量的方式有兩種，一是增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，加快氣流速度;二是加大風(fēng)扇直徑，加寬氣流“通道”。其中增加轉(zhuǎn)速的方式中，風(fēng)扇自身高速運(yùn)轉(zhuǎn)和帶來(lái)的快速流動(dòng)、沖擊元件的氣流，都會(huì)產(chǎn)生更大的噪聲;而加大風(fēng)扇直徑則可在獲得同樣風(fēng)量的前提下，降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和氣流速度，因此聲更低一些，是靜音式風(fēng)扇的主要選擇。

但需要注意的是，加大風(fēng)扇直徑的時(shí)候，必須對(duì)應(yīng)地加大散熱片的受風(fēng)面積，因此在采用下壓式風(fēng)扇設(shè)計(jì)的散熱器中，為了使用大直徑風(fēng)扇，常常不得不使用V型散熱片，即底部面積較小、上部鰭片分散為較大的受風(fēng)面積（圖1）。這種設(shè)計(jì)雖然原理簡(jiǎn)單，但面積過(guò)大的處理器散熱片難免影響到周邊的元件設(shè)計(jì)和配件安裝，例如常常緊挨處理器接口的內(nèi)存插槽就很可能被遮蓋起來(lái)，甚至連散熱片自身的安裝卡筍或螺絲都會(huì)被遮蔽，難以使用（圖2）。

其實(shí)要讓風(fēng)扇增大風(fēng)量、提升效率，同時(shí)更加安靜，還有一些其他的方法，例如涵道式設(shè)計(jì)、優(yōu)化扇葉形狀、使用引流式設(shè)計(jì)等。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它們就是通過(guò)將風(fēng)扇“包裹”起來(lái)避免氣流向四周擴(kuò)散，使用更符合空氣動(dòng)力學(xué)的扇葉安靜地“切割”空氣，利用風(fēng)扇氣流引導(dǎo)周圍空氣流動(dòng)而非強(qiáng)行推動(dòng)空氣等。這些設(shè)計(jì)和理念大都已經(jīng)包含在了各種新的靜音風(fēng)扇設(shè)計(jì)中，這里就不一一贅述了。

需要注意的是，很多廠商喜歡著重宣傳自己的風(fēng)扇軸承技術(shù)。理論上講，滾珠軸承風(fēng)扇雖然耐久，但運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲略大，油膜軸承的壽命略顯不足。如果資金足夠的話，建議選擇磁懸浮軸承產(chǎn)品，可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)。但具體到某一款風(fēng)扇的實(shí)際噪聲，則會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)速、扇葉設(shè)計(jì)、風(fēng)道造型的不同而有著巨大差異，因此并不能僅憑風(fēng)扇軸承來(lái)確定風(fēng)扇的實(shí)際噪聲水平。

2.轉(zhuǎn)速控制

在實(shí)際挑選產(chǎn)品的時(shí)候，大家還必須注意一個(gè)非常重要的因素，那就是轉(zhuǎn)速控制。由于處理器散熱器的風(fēng)扇能力是以滿足高端高負(fù)載處理器的散熱需求為目標(biāo)，但實(shí)際使用中，大部分時(shí)間則應(yīng)對(duì)的是中低負(fù)載和中端主流處理器，其實(shí)并不需要以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，提供最大的風(fēng)量，所以很多廠商會(huì)為其增加轉(zhuǎn)速控制功能。

一款最高噪聲達(dá)到30dB以上的風(fēng)扇，如果支持轉(zhuǎn)速控制的話，很可能大部分時(shí)間實(shí)際噪聲都不到20dB（圖3）。而一些轉(zhuǎn)速控制并不好的風(fēng)扇即使最大噪聲僅有25dB，但一直以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行，使用體驗(yàn)可能還不如前者。

目前的主板大都可以支持自動(dòng)轉(zhuǎn)速控制，但最好使用4pin接口的風(fēng)扇。3pin風(fēng)扇接口使用pin1～pin3接口，未連接專門的轉(zhuǎn)速操控功能（PWM）針腳（圖4），不具備直接調(diào)速功能，雖然可以使用電壓來(lái)控制轉(zhuǎn)速，但在控制精度、效果方面要差得多。

3.優(yōu)化散熱片設(shè)計(jì)

隨著對(duì)散熱風(fēng)量的進(jìn)一步追求，12cm甚至14cm直徑的風(fēng)扇也出現(xiàn)在處理器散熱器上。這些風(fēng)扇及相應(yīng)的散熱片已經(jīng)難以使用下壓式風(fēng)路設(shè)計(jì)，否則會(huì)遮蓋太大的主板面積。所以一種新設(shè)計(jì)快速興起，那就是讓散熱片“立”起來(lái)，充分利用主板的上部空間。這種設(shè)計(jì)還帶來(lái)了一個(gè)額外的好處，它們可以更方便地使用雙風(fēng)扇設(shè)計(jì)（圖5），進(jìn)一步提升散熱風(fēng)量。

立置式散熱片配合熱管是目前的一種主流設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以在支持較大散熱片的同時(shí)，為底部的內(nèi)存、供電電路散熱片等留下一定空間。熱管的傳熱效率也比直接使用金屬塊、片更高，且重量輕得多。

此外，散熱片還可以通過(guò)選擇導(dǎo)熱快的鰭片材質(zhì)來(lái)加快散熱速度，使用更薄而多的鰭片來(lái)提升散熱面積，設(shè)計(jì)更符合散熱風(fēng)路的結(jié)構(gòu)等方式來(lái)提升散熱效率，并適當(dāng)降低氣流噪聲。

4.與機(jī)箱一體化的散熱設(shè)計(jì)

很多立置式散熱器都可以很方便地裝卸風(fēng)扇，根據(jù)需要安裝單、雙風(fēng)扇，甚至能調(diào)節(jié)散熱風(fēng)路狀態(tài)，選擇雙風(fēng)扇對(duì)吹或一吹一抽。后者可在對(duì)處理器散熱的同時(shí)向主板上需要加強(qiáng)散熱的方向吹風(fēng)，能加強(qiáng)主板的散熱能力，或?qū)⑸釟饬鞲玫厝谌霗C(jī)箱整體風(fēng)路中。

需要注意的是，如果散熱能力已接近極限，例如使用了發(fā)熱量很高的處理器或進(jìn)行極限超頻時(shí)，排出的氣流溫度很高，則要改變思路，將散熱氣流排向主板低溫區(qū)域而非本身發(fā)熱量就較大的區(qū)域。此時(shí)如能與機(jī)箱形成一體式散熱風(fēng)路，充分利用機(jī)箱內(nèi)的氣體循環(huán)甚至直接將這部分熱風(fēng)排出機(jī)箱，都是不錯(cuò)的選擇（圖6、圖7）。

其實(shí)利用與機(jī)箱的散熱一體式設(shè)計(jì)，完全可以構(gòu)建無(wú)風(fēng)扇的處理器散熱系統(tǒng)，或?qū)⒄麢C(jī)熱量集中處理，僅使用一兩個(gè)大型風(fēng)扇進(jìn)行熱量吹除，例如現(xiàn)在典型的筆記本散熱系統(tǒng)。當(dāng)然這樣的設(shè)計(jì)很難在使用量產(chǎn)商品的DIY系統(tǒng)里實(shí)現(xiàn)，一般都出現(xiàn)在品牌機(jī)或者高度定制化的MOD作品中。

5.水冷散熱器

在本刊2018年24期的《淡季尋好價(jià)體驗(yàn)水冷散熱》一文中，還著重介紹了目前主流的水冷技術(shù)特色及產(chǎn)品。水冷同樣適合追求低噪聲散熱系統(tǒng)的用戶，不過(guò)這里必須要指出的是，水冷散熱系統(tǒng)的噪聲除了風(fēng)扇噪聲（一般會(huì)注明），還有水泵噪聲（大部分產(chǎn)品的噪聲標(biāo)注中已包括），在非常安靜的環(huán)境中，其實(shí)還能聽(tīng)到水流聲。相對(duì)于機(jī)械噪聲和風(fēng)聲，水流的聲音對(duì)有些人來(lái)說(shuō)更難以忍受，因此在購(gòu)買水冷散熱器的時(shí)候必須考慮到這一點(diǎn)。

顯卡散熱系統(tǒng)

作為復(fù)雜程度已經(jīng)高于處理器的芯片，GPU及其棲身的顯卡在發(fā)熱量上也常常會(huì)超過(guò)處理器，因此散熱能力同樣非常重要，也常常成為機(jī)箱內(nèi)非常重要的噪聲來(lái)源。噪聲控制方面，顯卡散熱系統(tǒng)在一定程度上可以借鑒處理器散熱系統(tǒng)，如大直徑風(fēng)扇和轉(zhuǎn)速控制、優(yōu)化散熱片等，但也有不同于處理器散熱系統(tǒng)的特殊功能，例如三風(fēng)扇設(shè)計(jì)、啟停設(shè)計(jì)、外殼風(fēng)路設(shè)計(jì)等。

由于顯卡自身的限制，其上很難使用120mm和更大直徑的風(fēng)扇，根據(jù)顯卡的實(shí)際形態(tài)，提升散熱風(fēng)量的最佳方式就是利用其體型，配置多風(fēng)扇。目前中端顯卡的主流配置已經(jīng)是雙風(fēng)扇，三風(fēng)扇設(shè)計(jì)也屢見(jiàn)不鮮。相對(duì)于提升單風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，多風(fēng)扇可以在較低的轉(zhuǎn)速下提供同等的散熱風(fēng)量，且散熱氣流分布更均勻，能同時(shí)為GPU、高頻顯存、供電系統(tǒng)等顯卡高熱區(qū)域散熱。

對(duì)顯卡來(lái)說(shuō)，盡量安排更多風(fēng)扇，同時(shí)又要消除同一平面內(nèi)的多風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流紊亂、風(fēng)扇共振是獨(dú)特的需求。針對(duì)這些需求，很多顯卡采用散熱器長(zhǎng)度超過(guò)PCB板的設(shè)計(jì)以容納更多的大直徑風(fēng)扇，并且采用對(duì)轉(zhuǎn)或不對(duì)稱風(fēng)扇來(lái)避免共振、優(yōu)化氣流，或者對(duì)某些區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)冷卻（圖8）。

新一代顯卡風(fēng)扇大都擁有轉(zhuǎn)速控制模式，在不啟動(dòng)游戲等3D應(yīng)用的時(shí)候，因?yàn)镚PU和顯存以低負(fù)載方式運(yùn)行，產(chǎn)生的熱量極低，風(fēng)扇可以用極低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至可以直接停轉(zhuǎn)，僅靠被動(dòng)散熱就可以保證2D狀態(tài)甚至簡(jiǎn)單3D圖形處理時(shí)的顯卡散熱。

此外，顯卡擁有比較寬闊的表面，也可以設(shè)計(jì)更有效的散熱風(fēng)路，例如用半封閉外殼，讓散熱氣流吹向最需要的部分，并且從選定的方向排出。在與機(jī)箱內(nèi)整體氣流方向配合良好時(shí)，這種設(shè)計(jì)可以讓熱空氣快速離開(kāi)顯卡表面，明顯提升散熱效率，為顯卡制造更好的運(yùn)行環(huán)境。

還有一些“極端”的顯卡甚至?xí)褂梅忾]式風(fēng)路外殼，讓熱空氣從顯卡的接口面板方向排出機(jī)箱（圖9），避免熱空氣加熱機(jī)箱內(nèi)的其他配件，在前幾代顯卡中曾廣泛使用這種設(shè)計(jì)。然而這種設(shè)計(jì)通常采用渦輪風(fēng)扇，雖然效率較高，但轉(zhuǎn)速較快，因此會(huì)產(chǎn)生明顯噪聲，且成本較高，所以現(xiàn)在已經(jīng)不再是主流的顯卡設(shè)計(jì)。但在一些特殊應(yīng)用環(huán)境，如內(nèi)部散熱環(huán)境不佳的小型機(jī)箱中，封閉外殼+向外排氣的顯卡散熱設(shè)計(jì)還是一種不錯(cuò)的選擇。

如果對(duì)性能要求不高的話，在選擇入門級(jí)顯卡的時(shí)候還可以考慮被動(dòng)散熱的產(chǎn)品，例如技嘉和EVGA的GT1030顯卡（圖10、圖11）。它們的性能略高于AMD RyzenAPU的內(nèi)置顯卡，更遠(yuǎn)高于英特爾核芯顯卡，可滿足主流網(wǎng)游和休閑單機(jī)游戲的需求，但無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)使其運(yùn)行時(shí)完全無(wú)噪聲。此外兩款產(chǎn)品都采用半高設(shè)計(jì)，也讓它們能更好地用在小型機(jī)箱中。

顯卡同樣可以采用水冷方案，但水冷部分必須根據(jù)顯卡設(shè)計(jì)進(jìn)行適配（圖12），因此只有比較流行的顯卡才有相應(yīng)的水冷套裝出售，且因?yàn)楫a(chǎn)銷量有限，價(jià)格通常比較昂貴。

電源與機(jī)箱

電源、機(jī)箱中的噪聲同樣主要來(lái)自散熱系統(tǒng)，特別是風(fēng)扇，而且其散熱需求同樣是隨著電腦性能不斷提升的，因此噪聲抑制越來(lái)越困難?？傮w來(lái)說(shuō)，前兩部分提到的提升散熱能力，同時(shí)降低風(fēng)扇噪聲的措施在電源、機(jī)箱中大都可以實(shí)施，例如頂部/底部大直徑風(fēng)扇、多風(fēng)扇配置、優(yōu)化風(fēng)路等已經(jīng)是比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)了，一些電源中甚至也使用了無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。

與前兩部分的風(fēng)扇相比，電源和機(jī)箱通?？梢圆捎?4cm風(fēng)扇，是最大口徑的選擇，同時(shí)因?yàn)椴⒉恍枰獙?duì)特定的高熱區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)力冷卻，更多的作用是將熱空氣“推向”希望的方向即可，所以一般噪聲并不大。但在目前的主流系統(tǒng)中，電源與機(jī)箱風(fēng)扇也支持動(dòng)態(tài)調(diào)控甚至自動(dòng)啟停，在相應(yīng)部分溫度過(guò)高的時(shí)候同樣會(huì)出現(xiàn)高轉(zhuǎn)速、高噪聲的情況。

要降低這兩部分的噪聲，首先可以考慮配置更出色的風(fēng)扇，避免出現(xiàn)過(guò)熱提升轉(zhuǎn)速的情況。其次是在BIOS中調(diào)節(jié)機(jī)箱風(fēng)扇（英文一般為SystemFan或Chassis Fan）的控制機(jī)制，一些主板也提供了電源風(fēng)扇的控制選項(xiàng)（圖13），在確認(rèn)系統(tǒng)無(wú)需加強(qiáng)散熱的情況下關(guān)閉自動(dòng)調(diào)節(jié)功能或者降低轉(zhuǎn)速。

與低端處理器、顯卡才能考慮使用無(wú)風(fēng)扇的被動(dòng)散熱不同，主流電源和機(jī)箱，甚至是高端產(chǎn)品也可以使用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)。例如海韻的旗艦級(jí)產(chǎn)品中就有無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)的型號(hào)600PRIME TITANIUM FANLESS（圖14），在擁有600W功率和80Plus鈦金級(jí)轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，并沒(méi)有配置風(fēng)扇，僅使用近乎全部鏤空的外殼，配合高品質(zhì)元件與散熱片等設(shè)計(jì)來(lái)提供足夠的散熱能力。當(dāng)然比較復(fù)雜的做工與高品質(zhì)元件也使其價(jià)格相對(duì)較高。

存儲(chǔ)系統(tǒng)

作為存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要選擇，機(jī)械硬盤是目前電腦中除了散熱系統(tǒng)外唯一使用活動(dòng)部件的配件，它通常無(wú)需使用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱，但自身的機(jī)械屬性就帶來(lái)了噪聲問(wèn)題。硬盤的最高噪聲通常在5dB以下，遠(yuǎn)低于風(fēng)扇噪聲，但以類似撞擊的機(jī)械聲和偶爾的電機(jī)啟停聲為主，且穿透力較強(qiáng)，對(duì)一些用戶來(lái)說(shuō)，這是比恒定的風(fēng)噪更影響使用體驗(yàn)的聲音。

好在存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)有了與其他配件一樣的半導(dǎo)體解決方案，即SSD。它完全沒(méi)有活動(dòng)部件，運(yùn)行起來(lái)沒(méi)有任何噪聲，是絕對(duì)安靜的存儲(chǔ)方案。當(dāng)然，各個(gè)廠商推出的新一代硬盤在噪聲控制方面也表現(xiàn)不錯(cuò)，如果是為老硬盤的噪聲所困擾，又無(wú)力采用全SSD存儲(chǔ)方案，那么新一代存儲(chǔ)硬盤，特別是追求“冷靜”運(yùn)行的NAS硬盤應(yīng)該可以滿足要求。

外設(shè)

也許很多人會(huì)感到奇怪，并沒(méi)有散熱風(fēng)扇的外設(shè)，為什么也被列為噪聲源。其實(shí)目前很多人選擇的鍵鼠設(shè)備，在噪聲方面同樣是明顯超過(guò)“前輩”的，例如已經(jīng)成為主流配置的機(jī)械鍵盤、為游戲優(yōu)化了手感與反饋感的電競(jìng)鼠標(biāo)等，按鍵噪聲都有所提升。這些噪聲也許在鏖戰(zhàn)游戲中并不會(huì)讓人感到煩躁，但退出“戰(zhàn)場(chǎng)”，摘下耳機(jī)，開(kāi)始上網(wǎng)、工作、學(xué)習(xí)的時(shí)候，噪聲就可能會(huì)打擾到自己和周圍的人了。

很多廠商也注意到了這個(gè)問(wèn)題，所以在不放棄手感的情況下，提供了一些較為靜音的鍵鼠產(chǎn)品供大家選擇，例如櫻桃（Cherry）等廠商的靜音軸產(chǎn)品。此外羅技G71O+為代表的產(chǎn)品則是通過(guò)改裝（圖15），獲得了手感基本不變但聲音更小的效果。另外如羅技G系列中普遍使用歐姆龍軸（G軸）等機(jī)械軸，本身的聲音就并不大。

在鼠標(biāo)方面，不希望打擾別人的人可以選擇按鍵聲較小的產(chǎn)品。羅技G系列等產(chǎn)品還提供了滾輪鍵方式切換能力，可將帶有段落感但聲音較大的滾軸方式改變?yōu)轫樆瑹o(wú)聲音的滾動(dòng)，使用中的噪聲會(huì)有明顯降低。

典型配置

其實(shí)對(duì)低噪聲的極致追求，也是對(duì)電腦中機(jī)械活動(dòng)部件的盡量摒棄。減少甚至去除了這些部件后，電腦的耐久度、抗震能力等其實(shí)都有所提升，完全可以看作是進(jìn)化到了另一個(gè)層次。那么我們就來(lái)看一看如何構(gòu)建一臺(tái)這樣的電腦吧。

在這套主流靜音系統(tǒng)中，僅使用了處理器散熱器上的一個(gè)風(fēng)扇，利用機(jī)箱側(cè)板的大面積散熱孔（圖16），可將外部冷空氣吸入。如果有一定的動(dòng)手能力，其實(shí)也可以將處理器散熱器更換為大型散熱片，改在機(jī)箱側(cè)板上安裝大口徑風(fēng)扇甚至直接取消風(fēng)扇，噪聲還可以進(jìn)一步降低。當(dāng)然要體驗(yàn)更好的靜音效果，在鍵鼠外設(shè)的選擇上也要精心一些。

考慮到處理器和顯卡的散熱需求，我們推薦的配置都僅選擇了主流級(jí)產(chǎn)品，主要用于應(yīng)對(duì)日常工作、學(xué)習(xí)和家庭娛樂(lè)，性能比較一般。而在綜合考慮前面提到的各種因素之后，僅使用兩三個(gè)大口徑低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇，配合轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)啟停能力，甚至是水冷套件等，也可以搭建一套靜音效果很好的中端甚至中高端游戲平臺(tái)。雖然這些配置很難構(gòu)建無(wú)風(fēng)扇的完全靜音系統(tǒng)，但基本可以做到日常使用幾乎完全靜音，讓大家在辦公學(xué)習(xí)的時(shí)候不會(huì)受到干擾;打開(kāi)游戲之后，噪聲雖明顯增加，但也不至于非常喧鬧，不僅讓帶著耳機(jī)的玩家可以接受，也不會(huì)對(duì)周邊的人產(chǎn)生太大影響。