Как избавится от вибрации жесткого диска

Основы воздушного охлаждения и подавления шума жесткого диска (страница 2)

Чтобы не слышать шум винчестера, надо заглушить его внутри системного блока. Т.е. не дать шуму выйти наружу. Как же может распространяться шум от жесткого диска из системного блока в окружающую среду?

Обычно пути распространения шума, создаваемого винчестером, следующие:

1. Структурный шум:

• Винчестер → элементы его крепления → корзина и элементы крепления ее к корпусу → корпус → окружающая среда.

реклама

2. Воздушный шум:

• Винчестер (вторичные источники шума) → воздух внутри корпуса → корпус → окружающая среда;
• Винчестер (вторичные источники шума) → воздух внутри корпуса → отверстие в корпусе → окружающая среда.

Отсюда вытекают следующие важнейшие задачи:

1. Уменьшение звуков и вибраций, создаваемых самим винчестером;
2. Уменьшение амплитуды вибраций и шумов, передаваемых от винчестера конструктивным элементам системного блока с помощью виброизоляции (амортизации);
3. Уменьшение или полное устранение, если это возможно, резонирующих явлений, а также уменьшение амплитуды и поглощение вибраций вторичных источников шума с помощью вибродемпфирования (вибропоглощения);
4. Уменьшение передачи шумов по воздуху или звукоизоляция винчестера с использованием процессов отражения и поглощения звука по отдельности или совместно.

Соответственно для решения поставленных задач используются следующие методы:

• Выбор винчестера с наименьшим шумом и вибрациями и уменьшение звуков и вибраций, создаваемых им (решение первой задачи).
• Правильный выбор элементов крепления и(или) эластичной подвески винчестера или(и) всей корзины (решение второй задачи).
• Выбор толкового корпуса и оклейка его вибропоглощающими материалами (решение третьей задачи);
• Применение шумовибропоглощающих материалов, шумозащитных коробов и воздуховодов (решение четвертой задачи).
• Звукоизоляция — последняя ступень в «усмирении» винчестера, т.е. если иные методы не дают приемлемых результатов, то применяются вибропоглощающие, шумоизолирующие материалы, шумозащитные короба и воздуховоды.

Итак, задачи поставлены. Посмотрим какже они решаются.

2.4.1. Уменьшение звуков и вибраций, создаваемых самим винчестером

Прежде всего надо познакомиться с параметрами дисков, мнением специалистов, обзорами и форумами по выбору дисков в Интернете. Исходя из результатов, выбрать одну, а лучше несколько моделей.

Перед покупкой жесткого диска не стесняйтесь попросить подключить к выбранным моделям питающее напряжение. Прислушайтесь и оцените шум. Возьмите работающий диск в руку и почувствуйте его вибрации. Причем учтите, что шумовые свойства различны не только у дисков разных производителей или моделей, но даже и внутри одной партии дисков. Подумайте и сделайте вывод о необходимости покупки той или иной модели.

Менять потом будет сложнее.

Следующий способ — уменьшение скорости перемещающихся головок по дорожкам дисков позволяет за счет замедления работы винчестера уменьшить треск головок винчестера, «скачущих» по дорожкам дисков (один из самых неприятных шумов ПК). Снизить его можно путем настройки Automatic Acoustic Management (AAM). Режим AAM интересен тем, что его можно включить самостоятельно с помощью утилит производителя (рекомендуется) или других программ для диагностики и ремонта винчестеров (например, MHDD). Результат иногда бывает очень заметным: вместо громкого треска — мягкое приглушенное перекатывание. Обратной стороной медали является увеличение времени доступа в полтора, а то и в два раза, что снижает общую производительность винчестера. К сожалению, уменьшить скорость вращения блинов диска физически не представляется возможным, так как приводит к его полной неработоспособности.

Третий способ — увеличение массы винчестера. Позволяет уменьшить механические вибрации и шумы, вызванные как перемещением головок при поиске и вращении пластин, так и работой двигателя. Эффект уменьшения шумов за счет увеличения массы хорошо проявляется по отношению к высокочастотным возмущающим силам. На низких же частотах ее эффект может быть недостаточным (зависит от степени утяжеления). Масса неподвижной части жесткого диска может увеличиваться за счет установки на диск различных утяжеляющих пластин, радиаторов, грузов и т.д.

Уменьшения шума винчестера можно добиться не только за счет уменьшения шума электромеханических элементов. Неплохим и оригинальным решением можно считать наращивание оперативной памяти. С ее увеличением число обращений к виртуальной памяти и, соответственно, загрузка винчестера и шум от него резко сокращаются (подразумевается в виду шум, издаваемый блоком магнитных головок).

реклама

2.4.2. Виброизоляция (амортизация)

Раз именно структурные шумы доминируют в общем уровне шумов, то именно уменьшению амплитуды структурного шума, передаваемого от винчестера конструктивным элементам корпуса, в первую очередь и следует уделить внимание. Очень наглядно необходимость борьбы со структурным шумом можно проверить с помощью простого эксперимента. Снимите винчестер со штатного места в корзине и положите его на лист мягкого поролона или просто возьмите диск в руку, и если шум от диска резко уменьшится, то надо бороться именно со структурным шумом.

Прежде всего, возникает вопрос: как уменьшить амплитуду структурного шума, передаваемого от винчестера конструктивным элементам корпуса?

Да с помощью амортизаторов, как в автомобиле. Амортизация, или виброизоляция — это ослабление вибрации и ударов. И очевидно, что для амортизации между винчестером и корзиной нужно разместить упругий элемент, т.е. проложить резинку или, например, приспособить пружинку.

Амплитуда передаваемых от диска колебаний будет зависеть как от конструктивных особенностей, так и от применяемых материалов и уменьшаться с увеличением:

• массы и жесткости конструкции, на которую передается структурный шум;
• эластичности упругого элемента;
• частоты колебаний.

Отсюда следует, что исходно для уменьшения структурного шума необходимо выбрать корпус, изготовленный из толстого металла, оснащенного жесткой и тяжелой корзиной с многочисленными гнутыми или штампованными ребрами жесткости. Дальнейшего снижения амплитуды структурных шумов можно добиться если внедрить на пути распространения шума упругие (звукопоглощающие) материалы. Поэтому первичные источники шума в системе охлаждения (жесткий диск, а при наличии и вентиляторы, вентиляционные решетки, воздухозаборники) и их крепежные элементы (болты, саморезы, салазки и т.д.) необходимо отделить от конструктивных элементов, особенно от элементов крепления и самого корпуса звукоизолирующими материалами. Для этого в местах касания источниками шума конструктивных элементов и самого корпуса, а также под головки ВСЕХ болтов крепления вентиляторов, накопителей и т.д., необходимо подложить, например, резиновые прокладки или шайбы. Чем толще они будут, тем лучше, но практика показала, что даже тонкие шайбы способны уменьшить структурный шум, особенно высокочастотный.

Здесь главное исключить прямое соприкосновение источника шума с конструктивными элементами и самим корпусом как непосредственно, так и через их крепежные элементы (болты, саморезы, салазки и т.д.). Где-то в этой цепи обязательно должен быть звукопоглощающий материал.

Использование прокладок или шайб относится к простейшим решениям, которые стоит использовать, пожалуй, только для офисных компьютеров. Для дальнейшего улучшения подавления шумов необходимы специальные, более эластичные, виброизолирующие крепления первичных источников шума с использованием различных амортизаторов (виброизоляторов) или мягких подвесов.

Амортизаторы (виброизоляторы) и мягкие подвесы — это механические элементы крепления компонентов, изготовленные из эластичных, упругих материалов и используемые для уменьшения амплитуды вибраций, передаваемых от винчестера конструктивным элементам корпуса с целью снижения уровня структурных вибраций и шумов.

Для их создания могут использоваться различные пружины, а также резиновые, каучуковые, резинометаллические, силиконовые и другие упругие элементы. Используемые материалы и конструктивные решения должны обладать высоким постоянством параметров в течение срока службы, не иметь дополнительных резонансов и других факторов нестабильности. Чем мягче и эластичнее используемый материал, тем лучше подавляются структурные шумы, однако слишком мягкие или деформирующиеся со временем упругие элементы крепления не обеспечивают надежного механического крепления. Конструктивно виброизоляторы обычно представляют собой разнообразные стойки с упругими элементами из резины, силикона и т.д. Иногда в качестве упругих элементов используются пружины.

При применении виброизоляторов для крепления жестких дисков в моменты перемещения головок с одной дорожки на другую возникает довольно сильная вибрация всего накопителя. В старых винчестерах это затрудняло точное наведение головки, снижало производительность всего устройства и/или нарушало целостность записанных данных и, следовательно, считалось нецелесообразным. Однако в современных накопителях эта проблема практически решена.

С использованием таких стоек жесткий диск, как правило, устанавливается в 5,25″ отсек системного блока. Например, в системе монтажа innoVibe для снижения структурного шума диска используются специальные эластичные пластиковые стойки, усиленные стекловолокном. Горизонтальное положение стоек предусматривает установку диска в 5,25″ отсек.

реклама

Эластичные стойки позволяют снизить вибрации, структурные шумы от мотора и от блока магнитных головок. При этом система монтажа не мешает циркуляции воздуха вокруг жесткого диска при его обдуве для охлаждения. Аналогичной конструкцией снабжен, например, антивибрационный крепеж Scythe Hard Disk Stabilizer 2 для жесткого диска.

Иногда по конструктивным соображениям жесткий диск удобнее расположить на дне корпуса системного блока. В этом случае, например, пружины с одной стороны могут крепиться винтами в штатных местах к диску, а с другой стороны – саморезами к обязательно жесткому и, желательно, тяжелому металлическому основанию. Для основания допустимо использовать пластик или дерево. А основание через виброизолирующую прокладку ложится на дно корпуса.

Степень подавления структурных шумов ограничивается минимальной жесткостью пружин (эластичных элементов), при которой они еще обеспечивают надежное механическое крепление, т.е. удерживают диск над основанием и не гнутся под тяжестью HDD.

Виброизоляторы в виде разнообразных упругих стоек можно использовать для компьютеров, расположенных в тихих офисах или тихих городских помещениях.

реклама

Крепления основания непосредственно к корпусу следует избегать, не говоря уже о креплении пружин непосредственно к дну корпуса. Это не только не обеспечит должного подавления структурных шумов, но и может их увеличить. Особенно это относится к свистящим высокочастотным составляющим, прекрасно распространяющимся по металлическим пружинам. Хорошей степенью подавления структурных шумов среди подобных конструкций обладает конструкция с силиконовыми стойками.

Чем меньше диаметр и больше длина стоек, тем лучше подавляются шумы, однако меньше механическая жесткость и прочность крепления снижаются. При очень малом диаметре и большой длине стоек они начинают гнуться под тяжестью HDD и перестают удерживать его над основанием.

Как же быть, если хочется дальнейшего улучшения подавления шумов, а диск уже не держится на стойках? А решение очень простое: надо уменьшить диаметр, увеличить длину виброизоляторов и подвесить на них HDD. Именно такие крепления-подвесы обладают, пожалуй, самой высокой эффективностью подавления структурных шумов. Причем чем эластичнее и мягче подвес, тем меньше амплитуда структурного шума передаваемого от винчестера. Например, в устройстве No-Vibes III виброизоляция осуществляется с помощью трех круглых резиновых колец-растяжек закрепленных на крепкой металлической раме. Сама рама с диском размещается в 5.25″ отсеке. На рисунке ниже показано, как крепится жесткий диск.

реклама

Когда сверху устанавливается третье резиновое кольцо, диск ложится на 4 мягкие прокладки на углах металлической рамки. Прокладки обеспечивают мягкую поддержку винчестера. Однако третье кольцо может и не использоваться. Оно только увеличивает механическую прочность крепления (важно при транспортировке). Без него диск полностью подвешен и не касается мягких прокладок. Это обеспечивает лучшую виброизоляцию, поскольку делает подвеску более мягкой и эластичной. Снижение общего шума системного блока особенно заметно именно при полностью подвешенном диске (применении только двух резиновых колец).

Та же идея, что и в устройстве No-Vibes III, очень широко используется и в самодельных конструкциях:

При самостоятельной разработке таких конструкций необходимо стараться равномерно распределять вес винчестера между подвесами, правильно выбирать число, материал эластичных элементов и их толщину. Увеличение числа эластичных элементов, излишнее их натяжение или использование слишком толстых подвесов:

• с одной стороны, делают конструкцию более жесткой и ухудшают подавление структурных шумов;
• с другой стороны, обеспечивается более надежная фиксация диска, позволяющая транспортировку без сильных ударных нагрузок.

Неравномерное распределение веса винчестера между шнурами, применение слишком тонких эластичных элементов и излишнее их натяжение грозит обрывом подвеса. Для гарантированного исключения обрыва подвеса в качестве эластичного элемента можно использовать бельевые или шляпные резиновые шнуры, имеющие нитевую оплетку. Практически растяжение (или натяжение) каждого из эластичных элементов под воздействием веса HDD лучше выбирать около половины от максимально допустимой величины растяжения (величины грозящей обрывом шнура).

реклама

Еще надежнее от обрыва предохраняет шнурок для обуви, пропитанный силиконом: его удобно крепить, а при небольшой степени растяжения он ведет себя как силиконовый, а нитяная основа не дает ему порваться:

Растяжение (или натяжение) каждого из таких эластичных элементов под воздействием веса HDD лучше выбирать так же около половины от максимально допустимой величины растяжения (величины, ограниченной растяжением нитяной составляющей). Такие конструктивные решения обладают, пожалуй, наилучшей совокупностью таких качеств как:

• прекрасное подавление структурных шумов;
• довольно надежная фиксация диска;
• простота изготовления.

Поэтому именно такие решения и рекомендуются в первую очередь для использования в действительно малошумящих системах, используемых в тихих домашних комнатах.

Однако в некоторых особо тяжелых случаях, например, при использовании сильно вибрирующих винчестеров и “жестяных”, дребезжащих NoName корпусов с корзинами, выполненными из тонкой жести, без ребер жесткости устройства типа No-Vibes III с подвешиванием одного и, особенно, нескольких дисков на эластичных растяжках со своими обязанностями могут не справляться. Это объясняется тем, что конструкция подвеса в устройствах типа No-Vibes III неоптимальна с точки зрения подавления структурных шумов.

реклама

Дело в том, что для обеспечения надежной фиксации диск зажат сверху и снизу между растяжками. Увеличение натяжения верхних растяжек с целью обеспечения надежной фиксации диска автоматически приводит к увеличению натяжения нижних растяжек. Суммарная сила натяжения эластичных элементов, проходящих под винчестером, превышает его вес.

Причем, чем меньше угол α между растяжками (см. рисунок выше), тем больше натяжение и верхних, и нижних растяжек. При очень сильном натяжении растяжек жесткость подвеса может стать избыточной для надежного подавления структурных шумов. И причиной для особенно занудного гула с частотой равной частоте вращения блинов винчестера.

Так как вектор амплитуды вибраций находится практически в плоскости блинов винчестера, то для максимально возможного подавления структурных шумов используются подвесы с вертикальным расположением эластичных шнуров. В этом случае если плоскость блинов винчестера расположена горизонтально (классическое положение HDD), а эластичные нити подвеса расположены вертикально, то вес винчестера будет действовать вдоль нитей подвеса, т.е. по направлению наибольшей жесткости подвеса. А вот в направлении вектора амплитуды вибраций, действующего перпендикулярно нитям подвеса, подвес будет обладать изумительной эластичностью, так как в данном случае подвес работает не на растяжение, а на изгиб.

Это позволяет добиться максимального подавления структурных шумов и использовать для изготовления подвесов не только силикон, резину (а еще лучше бельевые или шляпные резиновые шнуры, имеющие нитевую оплетку), но даже и войлок.

реклама

Однако многие конструкции, реализующие такой способ, не обеспечивают механической прочности крепления дисков. Представьте, что будет при транспортировке компьютеров с таким креплением дисков. Для безопасной транспортировки можно, например, мягко ограничить амплитуду перемещений диска эластичными упорами-ограничителями.

Положение их регулируется таким образом, что в рабочем положении они не касаются винчестера. А вот с увеличением амплитуды вибраций или при наклоне системного блока при транспортировке упоры-ограничители вступают в работу. Достоинство конструкции – возможность использования очень мягкого подвеса из любого материала без головной боли о возможности его обрыва.

Бывает, что эластичные вертикальные шнуры используют для подвеса целиком всей корзины с винчестерами и элементами охлаждения. Закрепление резиновых шнуров сверху и снизу позволяет осторожненько транспортировать системный блок.

При разработке подвесов с вертикальным расположением эластичных шнуров следует помнить, что чем эластичнее и длиннее подвесы, тем лучше подавляются структурные шумы. Однако и чувствительность к внешним воздействиям тоже выше. Например, на четырех силиконовых подвесах длиной всего (15. 30) мм и диаметром (4. 6) мм в системном блоке, стоящем на столе, винчестер начинает раскачиваться как на качелях даже при наборе текста (ударах пальцев по клавиатуре). А вот с войлочными подвесами аналогичных размеров таких раскачиваний не наблюдается. Но, естественно, и подавление структурного шума похуже. Поэтому здесь необходимо учитывать не только размеры, но и свойства применяемых материалов.

Попадаются конструкции с использованием в подвесах листового материала:

Такие конструкции подавляют шумы похуже вышеописанных. Существуют и другие конструкции подвеса дисков. Общим недостатком всех способов амортизации, или виброизоляции отдельных дисков является практически полное отсутствие передачи тепла от диска к корзине. Поэтому такие решения следует применять либо для дисков с малым тепловыделением, либо при наличии дополнительных мер по охлаждению дисков.

Источник