Vibrácie ventilátorov. Prečo vznikajú?
Vibráciám ventilátorov venujeme v testoch veľkú pozornosť, pretože jasne poukazujú na mechanické kvality vyhotovenia daného návrhu. Vždy je však dobré mať predstavu, prečo niektoré ventilátory vibrujú viac, iné menej, niektoré vôbec. A tým sa budeme podrobnejšie zaoberať v rámci tohto článku, ktorý vychádza z vlastných skúseností, ale i z poznámok ventilátorových vývojárov.
Dôvod, pre ktoré vibrácie výrazne znižujú kvalitatívne vlastnosti ventilátorov je jednoznačný – zvyšujú hlučnosť. Či už na svojej vlastnej úrovni alebo na úrovni radiátora či skrinky, s ktorými sú v kontakte. V horších prípadoch je to kombinácia jedného i druhého, kde sa do rôznych rezonančných frekvencií dostáva tak ventilátor ako i konštrukcia skrinky a výsledok môže byť veľmi nepríjemný. Najmä, ak takýchto „nevhodných“ ventilátorov máte v počítači viac. Vtedy je zvuk celého systému nadmerne rušivý a prirodzene začínajú úvahy typu „čo je zle, ako sa to dá vylepšiť“ a podobne. V prvom rade je však dôležité lokalizovať zdroj vibrácií a možno i trochu predvídať, čomu sa v akých situáciách vyvarovať, aby ste boli nakoniec, po dokončení zostavy s jej zvukovým profilom spokojní.
Vecí, čo podnecujú, zosilňujú alebo naopak tlmia vibrácie ventilátorov je celý rad a to, čo vidíte vo výsledkových grafoch, je často kombinácia viacerých nepriaznivých faktorov. Tie si rozoberieme v nasledujúcich bodoch.
Príliš pružné lopatky
Vysoká elasticita lopatiek s nízkou tepelnou rozťažnosťou sú u moderných ventilátorov suverénne najväčším zdrojom vibrácií. A je to horúcejšia téma ako v minulosti. Súčasné ventilátory prichádzajú s aerodynamicky veľmi efektívnou geometriou, ale v rámci obmedzených nákladov na výrobu často nemajú dostatočnú pevnosť. Dobre to vidieť u ventilátorov, ktoré majú k šírke proporčne veľmi dlhé lopatky. Takáto konštrukcia je síce veľmi efektívna, pokiaľ ide o dosahovanie čo najvyššieho prietoku na jednotku rýchlosti, ale problémom je narastajúca pružnosť. Tú treba nejakým spôsobom potláčať a robí sa to dvoma spôsobmi. Drahším a lacnejší.
Drahší spôsob je použitie pevnejšieho materiálu s nízkou tepelnou rozťažnosťou, typicky LCP, ako je to aj u populárneho ventilátora Noctua NF-A12x25 PWM, ale i mnohých ďalších (Lian Li UNI Fan P28, Phanteks T30 či MSI MEG Silent Gale P12). Aj preto, pre použitie drahého materiálu na výrobu rotora, tieto ventilátory nemajú ktovieako pôsobivý pomer cena/chladiaci výkon.
Dobrá možnosť, ako zachovať nízku cenu a zároveň eliminovať kritické vibrácie, je nasadenie rotorovej obruče. Tá mimo iné stabilizuje špičky lopatiek a síce nejde o nekompromisné riešenie, tak pri lacných ventilátoroch môžeme hovoriť o skvelej inovácii, ktorá, mimochodom, urýchľuje aj prúdenie, čo si neskôr rozoberieme v samostatnom článku. Pre teraz je dôležitá informácia to, že napríklad u ventilátoroch Arctic táto obruč dramaticky znížila vibrácie celého ventilátora – porovnajte si výsledky P12 PWM PST (dizajn bez obruče) s výsledkami P12 PWM PST A-RGB (s obručou). Z tohto dôvodu sa výrazne znížili aj rezonančné frekvencie, ktoré ústili do veľmi otravných tónových špičiek. Namiesto obruče sa dá do určitej miery pracovať aj s väčšou hrúbkou menej pevného materiálu či tvarom, ktorý môže takisto minimalizovať vibrácie.
A keď aj vibrácie na lopatkách vznikajú, tak výrazné potlačenie tónových špičiek na nižších (dunivých) frekvenciách zvuku je evidentne aj voľbou mäkšieho materiálu. Ukazuje to aj ventilátor Akasa Alucia SC12 s rotorom s nižšou tvrdosťou. Pri vysokých rýchlostiach sú vibrácie tohto ventilátora už síce vysoké, ale v kombinácii s povahou materiálu pomerne úspešne obchádzajú frekvencie (kmitania), ktoré by sa negatívne premietli do zvuku. Nejaké špičky na nižších frekvenciách zvuku tento ventilátor má, ale nenájdete veľa geometricky podobných ventilátorov bez rotorového rámčeka, u ktorých by boli nižšie. Vyššie vibrácie nemusia automaticky súvisieť s dunivejším zvukom podobne ako pri rovnakom vlnení gumový plát nerozozvučíte tak ako plechový.
Horšie centrovanie rotora
Čo ale ventilátory, ktoré majú krátke, široké, skrátka robustné lopatky aj pri použití menej pevného kompozitu (typicky PBT bez sklených vlákien) a takisto výrazne vibrujú, napríklad ako u SilentiumPC Sigma Pro 120 PWM? V tomto prípade tých dôvodov môže byť viac, ale jedna z kľúčových vecí spočíva v excentrickej osi rotora. To znamená, že tá nemusí byť presne na stred alebo nemusí byť perfektne rovná. Tieto veci, samozrejme, môžu byť u lacnejších ventilátorov do určitej miery náhodné, keďže spolu s nižšími výrobnými nákladmi idú ruka v ruke aj lacnejšie výrobné postupy s vyššími výrobnými toleranciami.
Nepresná vstrekolisová forma
A keď už sme pri tých výrobných toleranciách, tak tie sa prirodzene týkajú aj vstrekovacích foriem, v ktorých sa ventilátory vyrábajú. Z lacnejších foriem sa nedbá a zrejme sa ani nemôže dbať (z dôvodu, aby bola výroba rentabilná aj pri nízkych cenách samotných ventilátorov) na prednosť, takže z nich vychádzajú rotory s malými defektmi v podobe ostrapkov. Pri nich do určitej miery môže byť reč o slabšom vyvážení rotora, ale taký Enermax SquA RGB, ktorý je mimo iné charakteristický horším dielenským vyhotovením, ukazuje, že to (super-presná vstrekolisová forma) môže byť viac kozmetický ako technický problém. Isteže, geometria od geometrie sa to môže rôzniť a vyváženie rotora je o iných veciach ako drobných záderoch na hranách lopatiek.
O nevyváženosti samotného rotora celkovo sa síce v súvislosti s vibráciami vedú časté diskusie, ale ktorého konkrétne ventilátora sa takéto nedostatky týkajú? Možno mimoriadne vibrujúci Gentle Typhoon D1225C? Ťažko niečo tvrdiť s istotou, tento ventilátor bude nestabilný na viacerých úrovniach. Súčasťou rotorov s vyššou hmotnosťou bývajú aj balančné prvky vnútri rozbočovača. Teda niekedy.
Motorické vibrácie…
Jedna vec je vyváženie rotora a druhá vyváženie motora. Časť vibrácií, ktorá sa dostáva na rámček a následne i na to, s čím je ventilátor v kontakte, bude spôsobená aj vibráciami samotného motora. Aký veľký podiel pri súčasných technológiách výroby motorčekov do ventilátorov môžu mať nevieme. Predpokladáme, že znovu veľmi malý, ale budeme radi, ak nás niekto, kto pracuje v tomto odvetví, vyvedie z omylu.
… s trhanejším pohybom medzi statorovými pólmi
Vibrácie teoreticky zvyšujú „skoky“, ktoré rotor robí na statorových póloch, ktorých čím viac je, tým je pohyb plynulejší. Znovu však nepôjde o nič zásadné, pretože špičkové výsledky, čo sa týka nízkych vibrácií, dosahujú aj bežné ventilátory so štyrmi cievkami. So šiestimi či dokonca dvanástimi (vo ventilátore Super Flower Megacool) je otáčanie plynulejšie, ale viac než na nižšie vibrácie majú takéto konštrukcie vplyv na nižšiu prevádzkovú spotrebu, keďže na pootočenie stačí menšia sila. A ťažia z toho aj ventilátory Akasa OTTO SF12 či BeQuiet Silent Wings 3, ktoré majú 6-polové motory a zároveň pri rovnakej rýchlosti v porovnaní so 4-pólovymi návrhmi dosahujú nižšiu spotrebu.
Nadmerné trenie ložísk
Určitý vplyv na vibrácie má i trenie ložísk. Samozrejme čím nižšie, tým lepšie. Nielen z pohľadu vibrácií, ale prevádzkovej spotreby. Tú majú oproti konkurenčným riešeniam nižšiu pri rovnakej rýchlosti aj ventilátory Aorus 120/140 ARGB. Gigabyte u nich hovorí o použití maziva, ktoré zabezpečuje nadštandardne nízke trenie. A niečo na tom evidentne bude.
Veľmi vysoké turbulencie
Spolupáchateľom vibrácií ventilátorov je aj enormne intenzívne prúdenie vzduchu pri vysokých rýchlostiach. Narastajúce vibrácie smerom k maximálnym otáčkam sú však dané viacerými faktormi a určitý podiel má i to, že sa ventilátor blíži svojim hraničným možnostiam, na ktoré je konštruovaný. To znamená, že trochu spod kontroly sa začína dostávať aj vlnenie lopatiek a keď sa to všetko spočíta, tak je niekedy lepšie radšej siahnuť po dvoch pomalších ventilátoroch ako zvoliť jeden vysokorýchlostný.
