Základ metodiky, veterný tunel
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Jedna retrospektívna poznámka na začiatok bude ale predsa len na mieste. Náš magazín vznikol kedysi práve pre to, aby sme sa venovali najmä chladeniu počítačových komponentov. A síce sa to veľmi rýchlo ukázalo ako utópia a na prežitie bolo nevyhnutné nabrať trochu komplexnejší záber, ale to na našej láske k chladeniu nič nemení. Veríme, že dostatočným dôkazom toho je i práca na metodike na testy ventilátorov, ktorej si v nasledujúcich riadkoch podrobne rozoberieme.
Musíme vás však hneď upozorniť, že na tento článok si budete potrebovať vyhradiť viac času. Ak teraz nemáte pol hodinu, nevadí, nájdete si ju neskôr. Odložte si článok do záložiek a potom sa k nemu vo vhodnú chvíľu vrátite. Typický model správania, pri ktorom väčšina čitateľov preskakuje hneď na záverečnú kapitolu tu nebude fungovať. Aby to dávalo zmysel, musíte sa prelúskať všetkým. Od prvej kapitoly po poslednú kapitolu, jednotlivé veci budú totiž na seba nadväzovať. Najlepšie asi bude, keď si tunel (a periférie okolo neho) ho prejdeme od vstupu po výstup. Každá drobnosť je mimoriadne dôležitá a budeme radi, keď budete všetkému, čo robíme, perfektne rozumieť. Takéto poznanie bude kľúčové aj pre čítanie výsledkov, s ktorými sa budete na HWCooling.net dlho stretávať.
Otestovať ventilátory naozaj precízne je mimoriadne zložitá úloha. Bez ďalšieho kontextu to síce znie ako klišé, ale veríme, že po dočítaní poslednej vety metodiky budete s týmto tvrdením súhlasiť. Nápad s testovaním ventilátorov vznikol aj preto, že sme na internete nenašli nič, čo by aspoň vzdialene pripomínalo to, čo od testov ventilátorov očakávame my.
Isteže, rôznych testov ventilátorov na chladičoch či v počítačových skrinkách je všade pomerne dosť. Tie ale väčšinou nejdú exaktne po parametroch, ktoré ventilátory majú (to je najmä prietok vzduchu a statický tlak) a zaoberajú sa iba komparáciou teplôt v rámci nejakého chladiaceho systému. Merať s ktorým ventilátorom sú dosahované nižšie alebo vyššie teploty CPU či GPU je síce lepšie ako nič, ale jedná sa vždy o núdzové riešenie na hrubú orientáciu. A niekedy aj tá hrubá orientácia môže byť zavádzajúca.
Variabilita rôznych chladičov a rôznych skriniek je skrátka taká veľká, že to, čo platí v konfigurácii v rámci testovacej zostavy „A“ nemusí platiť na iných testovacích komponentoch zostavy „B“. Aj zvyšok chladiaceho systému, ktorým je pasív chladiča alebo konkrétne rozloženie prvkov v skrinke, sa totiž výrazne podieľa na výsledku a vzájomných pomeroch, ktoré vyjadrujú vyšší alebo nižší chladiaci výkon. Rozdiely pri testovaní v prirodzenom prostredí je tak nutné brať s rezervou a počítať musíte aj s tým, že vo vašej zostave môže všetko fungovať trochu inak.
Preto je vždy lepšie, presnejšie a exaktnejšie merať ventilátor samostatne. Na to je však potrebná špecializovaná zostava, v ktorej je možné takéto merania realizovať. Typicky nejaký tunel, ktorý má vstup a výstup. Zrejme ste sa s nejakými takýmito útvarmi už v testoch stretli. Vieme o nich aj my, ale všetkým niečo chýba a v rámci ich konštrukcie aj cez zvýšenú snahu vidieť mnohé nedostatky a často aj nevyužitý potenciál. To znamená, že je tunel celkom slušný, ale neťaží sa z neho maximum. Ukazovať z tohto miesta na nejaké konkrétne prípady sa príliš nehodí a teda prejdime rovno na to, ako by mal vyzerať testovací tunel (tunel s logom HWCooling!) a metodika, ktorá o ventilátoroch prezradí všetko.
Prototyp veterného tunela, o ktorom bude reč, už poznáte z minuloročného článku. Rozdiel je v tom, že za ten rok sme ho doladili do konečnej podoby, v ktorej ho budeme používať na testovanie ventilátorov. Pred rokom sme opísali, ako asi budeme merať jednotlivé veličiny. To si pripomenieme aj teraz, ale trochu zmeníme postupnosť. Nezačneme meraniami prietoku, ale tým, aké je dôležité samotné upevnenie ventilátora. Zoberieme to teda od začiatku (od ventilátora) až po koniec tunela.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Základ metodiky, veterný tunel
Predtým, než sa pustíte do čítania metodiky s rozborom všetkých detailov, tak sa pozrite ešte na testovací tunel ako celok. To je srdce celého systému, ku ktorému sa pripájajú ďalšie tepny (manometer, vibrometer, powermeter, …). Pevnou súčasťou tunela je z meracích prístrojov iba anemometer.
Tvar veterného tunela je inšpirovaný Venturiho trubicou, ktorá sa na merania prúdenia kvapalín a plynov používa už dlho. Venturiho efekt pre potreby snímania rýchlosti vetra je známy aj z leteckého priemyslu. Konštrukcia na meranie počítačových ventilátorov má ale svoje špecifiká, ktoré tento náš návrh v sebe odráža.
Jednotlivé parametre veterného tunela HWC na testy ventilátorov sú výsledkom fyzikálnych simulácií a praktického laborovania. Všetky detaily (záhyby, použitý materiál či povrchová úprava) majú svoje opodstatnenie a je takto navrhnuté z nejakého konkrétneho dôvodu. Jednotlivé konštrukčné detaily si postupne preberieme v rámci opisu meraní čiastkových veličín.
Teraz si ešte v krátkosti rozvedieme niektoré veci, ktoré sa do textu nasledujúcich kapitol tematicky nehodia. A síce napríklad to, že je kostra veterného tunela prácou 3D tlačiarne (PLA). Hrubý výtlačok bol, samozrejme, následne dôkladne opracovávaný brúsením, tmelením, leštením a lakovaním. Dôležitá je najmä hladká povrchová úprava vnútorných stien.
Pri spájaní jednotlivých častí sa kládol dôraz na to, aby bezchybne lícovali, aby boli bezchybne vytesnené (k tomu sa ešte vrátime pri opise testovacích postupov na meranie tlaku), ale takisto aby sa používaním nepovoľovali spoje. Všetko je síce pre servisné účely rozoberateľné, ale zaistené tak, aby sa pri používaní a napríklad aj pod náporom vibrácií zachovali stále vlastnosti. Závity sú zaistené buď matičkami s istiacou vložkou alebo závitovým lepidlom. Záleží na tom, kde sa čo viac hodí.
Keď sa práve veterný tunel nepoužíva, je uzatvorený v prachotesnej komore. Okrem technického vybavenia a jeho správneho skladovania je pre objektívne výstupy dôležité aj to, aby boli všetky meracie prístroje skalibrované podľa etalónu. Bez toho by nebolo možné si za svojimi výsledkami stať a opierať sa do špecifikácií výrobcov. Preto sú dôležitou výbavou metodiky aj protokoly o kalibrácii. Testovanie prebieha pri teplote okolitého vzduchu 21–21,3 °C, vlhkosť je zhruba 45 % (± 2 %).
Ventilátory nám prichádzajú na testy minimálne v dvoch kusoch toho istého modelu. Ak sú odchýlky niektorej z nameraných veličín väčšie ako 5 %, tak pracujeme aj s treťou či štvrtou vzorkou a priemerná hodnota je tvorená výsledkami ventilátorov, ktoré vychádzali najpodobnejšie a rozdiely medzi nimi sa zmestili pod 5 %.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Montáž a merania vibrácií
Každý testovaný ventilátor treba prirodzene najprv vhodne pripevniť. Pri tom všetkom, čo chceme merať a pri takej presnosti, aká na relevantné merania musí byť, to záleží aj na najmenších detailoch. Celý systém uchytenia je pomerne zložitý a sme radi, že sme ho doladili k maximálnej spokojnosti. Aj keď to teda znamenalo stovky hodín laborovania. Čo je na tom také komplikované? Je toho viac.
Ventilátory sa inštalujú k multifunkčnému držiaku. Substrát je 2 mm hrubý kovový plát, ku ktorému sa pripevňuje ventilátor, respektíve ventilátor spolu s prekážkou (napríklad s filtrom, šesťuholníkovou mriežkou či radiátorom kvapalinového chladiča).
Pre správny a vždy rovnaký prítlak sú ventilátory doťahované vždy rovnakou silou momentovým skrutkovačom. Keby to tak nebolo, tak by mohli vznikať škáry a vôle v montáži, skrátka nerovné podmienky s nežiaducim skreslením. Napríklad aj pre meranie vibrácií. Navrchu ventilátorového držiaka je aj držiak pre trojosí snímač vibrometra. Ten je už prichytený magneticky cez oceľovú vložku, na ktorú snímač pôsobí silou jedného kilogramu a vďaka dorazu je aj vždy v rovnakom mieste a v rovnakom kontakte so zvyškom konštrukcie. To sú z hľadiska opakovateľnosti meraní základné veci.
Aby bolo možné zachytiť intenzitu v čo najvyššom rozlíšení, nemôže byť podnos držiaka príliš ťažký a zároveň musí byť dostatočné pevný, aby sa nekrútil. Tým by znovu dochádzalo k rôznym skresleniam. Preto sme na výrobu držiaka použili tvrdú (H19) hliníkovú (AL99,5) dosku, ktorej hmotnosť je tak akurát na to, aby nebol významne obmedzovaný voľný pohyb.
Na dosiahnutie čo najjemnejšieho rozlíšenia pre meranie vibrácií sú v montážnych dierach, cez ktoré sa držiak inštaluje k tunelu, mäkké gumené vložky. A hneď za týmito vložkami sú silentbloky s veľmi nízkou tvrdosťou 30 Shore. Tie sú použité aj z toho dôvodu, aby vibrácie ventilátorov neprerážali na kostru tunela. Keby k tomu dochádzalo, tak by sa pri ventilátoroch s intenzívnejšími vibráciami do výsledkov meraní hluku premietla aj táto sekundárna zložka hluku, ktorá sa netýka aerodynamického zvuku ventilátora.
V tomto je dobré mať ideálne podmienky aj napriek tomu, že sú v praxi nedosiahnuteľné, pretože sa vibrácie ventilátorov budú na kostru skrinky prenášať v nejakej miere vždy. Ale každá skrinka na ne bude reagovať inak, respektíve konečná hlučnosť bude závisieť od viacerých faktorov, počnúc použitými materiálmi. Preto je dobré túto zložku hluku navyše v testoch odfiltrovať a do praxe kalkulovať s nameranými intenzitami vibrácií. Čím vyššie tieto vibrácie sú, s tým vyšším prídavkom hlučnosti treba počítať.
Silentbloky sú prirodzene naformátované tak, aby držiak trochu odsadili od zvyšku tunela, inak by nemali zmysel. Vzniká tu tak medzera, ktorá je po celej ploche vytesnená mäkkým penovým tesnením s uzavretou bunkovou štruktúrou (tzn., že je nepriedušná).
Na správne vycentrovanie rotora ventilátorov voči ostatným prvkom obsahuje držiak vystúpený rámček, ktorý kopíruje vnútorný obrys tesnenia. A aby toho nebolo málo, tak sa rámček s testovaným ventilátorom k tomuto tesneniu dotláča malou silou tlačných pružiniek, ktorá je nastavená zase s ohľadom na čo najvyššie rozlíšenie pre meranie vibrácií a zároveň tak, aby vznikal dostatočný prítlak na zachovanie bezchybnej tesnosti.
Vibrácie meriame meracím prístrojom Landtek VM-6380. Ten zaznamenáva rýchlosť kmitania (v mm) za sekundu vo všetkých osiach (X, Y, Z). Na rýchlu orientáciu počítame z nameraných hodnôt 3D vektor a do grafov uvádzame „celkovú“ intenzitu vibrácií. Svoje výsledky si nájdete ale aj vtedy, pokiaľ vás zaujíma iba konkrétna os.
Najkomplikovanejšiu časť tunela už poznáte a v rámci ďalšej kapitoly sa posunieme ďalej. Stále ale zostaneme na začiatku tunela, len odbočíme k perifériám po stranách.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Počiatočné zahorenie…
Ešte predtým, než začneme vôbec niečo merať, nechávame ventilátory po zapojení natočiť pár minút „naprázdno“. Je to z toho dôvodu, že bezprostredne po studenom štarte ventilátory dosahujú iné parametre ako po určitom čase krátkodobej prevádzky.
Do momentu, kým sa neustáli prevádzková teplota maziva, je dosahovaný typicky nižší maximálny výkon. Pri nižšej teplote je totiž mazivo hustejšie, s čím súvisí vyššie trenie. Maximálne otáčky preto ventilátory nedosahujú okamžite, ale až po prvých sekundách. Pred prvými meraniami tak nechávame ventilátory v zábehu aspoň 300 sekúnd pri 12 V, respektíve 100 % intenzite PWM.
… a záznam otáčok
Rýchlosť ventilátorov monitorujeme pomocou laserového tachometra, ktorý počet obrátok odčítava z reflexnej nálepky na rotore. Na tento účel používame zariadenie UNI-T UT372, ktoré v reálnom čase umožňuje aj priemerovanie vzoriek. Do grafov tak nezapisujeme špičkovú, ale priemernú hodnotu otáčok z časového úseku 30 sekúnd.
Samotné otáčky sú však pomerne nedôležitý parameter, ktorému sa často venuje vyššia pozornosť, než by bolo vhodné. To dokonca aj v mnohých testoch ventilátorov či chladičov, kde sa podľa otáčok normalizujú jednotlivé režimy, v ktorých sa merajú iné veličiny.
Viazať sa však na konkrétne otáčky je pomerne nešťastné rozhodnutie už len preto, že ventilátory nezískavajú žiadny spoločný znak. Pri rovnakých otáčkach sú všetky ostatné veličiny rôzne, neexistuje žiadny prienik. Dá sa poznamenať, že lepšia by bola normalizácia podľa akejkoľvek inej veličiny, či by sa jednalo o statický tlak, prietok alebo hladinu hluku, ktorá u nás vyhrala. O tom ale až v ďalšej kapitole.
Rýchlosť otáčok meriame iba preto, aby ste si vedeli konkrétny parameter (napríklad výšku statického tlaku alebo nejakú hladinu hluku) spojiť s niečím, podľa čoho si viete ventilátor sami nastaviť. Snáď na to jediné je informácia o dosahovaných otáčkach užitočná. V rámci analýzy ventilátorov budeme uvádzať aj to, aké majú ventilátory rozbehové a minimálne otáčky. Rozbehové otáčky bývajú vyššie než minimálne, pretože na rozhýbanie rotora je vyžadovaná väčšia sila než keď už sa rotor ventilátora otáča a hľadá sa minimálna intenzita napájania, pri ktorej nedochádza k jeho zastaveniu.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Základ 7 rovnakých hladín hluku
Je niekoľko možností, podľa čoho normalizovať testovacie režimy pre ventilátory. V predošlej kapitole sme už písali o tom, že snáď najmenej vhodná možnosť sú rovnaké otáčky.
Na zváženie sú nastavenia podľa rovnakého statického tlaku či prietoku, ale za najrozumnejšie dlhodobo považujeme normalizovať meracie režimy podľa rovnakých hladín hluku. Jednak preto, že decibely sú logaritmická jednotka a všetky ostatné škálujú lineárne, ale hlavne preto, že podľa rovnakých hladín hluku sa zorientujete najrýchlejšie. Najjednoduchšie sa dá porovnať efektivita ventilátorov práve podľa toho, aké dosahuje výkonnostné vlastnosti pri rovnakej úrovni akustického tlaku. To je zo všetkých možností tá, ktorú si dokáže väčšina ľudí najlepšie predstaviť a odraziť sa od nej pri posudzovaní iných veličín.
Jednotlivé režimy hladín hluku sú nastavované od nízkych úrovni plynulo až k vyšším úrovniam. V testoch si tak nájdu svoje výsledky všetci používatelia bez ohľadu na to, či preferujú veľmi tichú prevádzku na hranici počuteľnosti alebo je prvoradý vysoký výkon.
Najtichší režim zodpovedá 31 dBA, za ním nasledujú 33 dBA a pre každý ďalší režim pripočítavame 3 dBA, ktoré hladinu hluku vždy zdvojnásobujú (36, 39, 42 a 45 dBA). Nakoniec ventilátory meriame pri maximálnom výkone. To už má každý trochu inú hladinu hluku, ktorú takisto uvádzame. V prípade, že medzi výsledkami pri niektorom ventilátori chýbajú namerané údaje znamená to, že nebolo možné nastaviť na cieľovú hladinu hluku. Či už preto, že jeho minimálne otáčky presahujú najtichší režim 31 dBA alebo naopak preto, že je ventilátor pri maximálnom výkone tichší než 45 dBA.
Je dôležité dodať, že naše merania hladiny hluku sú neporovnateľné s hodnotami, ktoré uvádzajú výrobcovia ventilátorov v špecifikáciách. To už len z toho dôvodu, že okolo snímača hlukomeru používame goliér v tvare paraboly, ktorá zvyšuje citlivosť. Dôležité je to preto, aby bolo možné rozlíšiť a nastaviť na rovnakú hladinu hluku aj režimy pri veľmi nízkych otáčkach, špeciálne 31 dBA.
Aby bolo rozlíšenie dostatočné, tak je hlukomer vedľa ventilátora pomerne blízko. Vzdialenosť medzi rámčekom a snímačom je 15 centimetrov. Snímač je pritom situovaný tak, aby nedochádzalo ku skresleniu, respektíve aby merania hladín hluku neovplyvňovalo prúdenie vzduchu. Preto je hlukomer nacentrovaný z profilu kolmo na rámček, ktorý definuje hĺbku ventilátora. Všetko je vždy pod rovnakými uhlami a v rovnakej vzdialenosti. Na presné a vždy rovnaké nastavenia vzdialeností používame sklonomer a značky.
Na meranie hlučnosti používame hlukomer Reed R8080. Ten v reálnom čase umožňuje priemerovanie vzoriek, čo je dôležité na presné vyladenie jednotlivých režimov. Ventilátory ladíme dovtedy, pokým nie je dosahovaná stanovená hladina hluku s presnosťou na dve desatinné miesta, napríklad teda 31 dBA. Hlukomer je jediný prístroj, ktorý kalibrujeme v rámci nášho testlabu. Ostatné prístroje máme skalibrované príslušnými technickými ústavmi. V prípade hlukomeru sa však vyžaduje kalibrácia pred každým testovaním a preto máme vlastný kalibrátor. Ten je už podľa etalónu skalibrovaný externe.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Nie je 33 dBA ako 33 dBA
Hladina hluku uvádzaná jednou hodnotou v dBA je dobrá na rýchlu orientáciu, ale predstavu o tom, ako presne zvuk znie, si z nej nespravíte. To preto, že priemeruje mix hladín hluku všetkých frekvencií zvuku. Jeden ventilátor vás môže rušiť viac ako druhý, hoci obidva dosahujú na chlp rovnaké dBA, ale napriek tomu každý z nich charakterizujú iné dominantné (hlasitejšie) frekvencie. Na dôkladnú analýzu s predstavou o „farbe“ zvuku je nevyhnutné zaznamenávať a posudzovať hladiny hluku naprieč celým spektrom frekvencií, ktoré vnímame.
Robíme to už v testoch grafických kariet a robiť to budeme aj pri ventilátoroch, kde to dáva ešte väčší zmysel. Pomocou mikrofónu miniDSP UMIK-1 a aplikácie TrueRTA pre jednotlivé režimy s fixnými dBA meriame aj to, ktoré frekvencie sa na zvuku podieľajú viac a ktoré menej. Sledovaný frekvenčný rozsah je 20–20 000 Hz, s ktorými budeme pracovať v jemnom rozlíšení 1/24 oktávy. V ňom sú zachytené hladiny hluku od 20 Hz do 20 000 Hz až 240 frekvenciách.
Zachytených informácií v spektrografe je o trochu viac, než budeme na prehľadné porovnávania ventilátorov potrebovať. V testoch síce vždy nájdete kompletný spektrograf, ale v porovnávajúcich tabuľkách a grafoch budeme pracovať iba s dominantnými frekvenciami (a ich intenzitami hluku) v nízkom, strednom a vysokom pásme. Nízke pásmo frekvencií predstavuje pritom 20–200 Hz, stredné 201–2000 Hz a vysoké 2001–20 000 Hz. Z každého z týchto troch pásiem vyberáme dominantnú frekvenciu, teda tú najhlasitejšiu, ktorá sa najviac podieľa na zložení zvuku.
K dominantnej frekvencii udávame aj intenzitu jej hluku. Tá je však v tomto prípade v inú váhu decibelov než sú tie, na ktoré ste zvyknutí z meraní hlukomerom. Namiesto dBA tu máme dBu. Jedná sa o jemnejšiu váhu, ktorá sa navyše vyjadruje záporne. Na to si dajte pri študovaní výsledkov pozor – intenzita hluku -70 dBu je vyššia ako -75 dBu. Podrobnejšie sme túto problematiku rozoberali v článku Vyznajte sa v meraniach frekvenčných charakteristík zvuku.
Aby bolo vôbec možné tieto merania realizovať s uspokojivou opakovateľnosťou meraní, sú vyžadované prísne akustické zabezpečenia. Pre zaznamenanie tých istých hodnôt na všetkých frekvenciách naprieč opakovanými meraniami používame akustické panely. Tie zabezpečujú, aby sa zvuk do mikrofónu vyodrážal vždy rovnako bez ohľadu na rozloženie ostatných predmetov, ktoré máme v testlabe. Východisková hladina hluku pred každým meraním je prirodzene takisto rovnaká. Miestnosť, v ktorej meriame, je odhlučnená.
Tak ako na hlukomeri aj na mikrofóne je na zvýšenie rozlíšenia parabolický goliér. Ten je špeciálne v tomto prípade nielen na zosilnenie, ale aj odfiltrovanie dobrých ruchov, ku ktorým či chceme alebo nie za mikrofónom dochádza. Reč je o telesnej aktivite používateľa (testera). Bez tohto prídavku by bolo v spektrografe zachytené napríklad aj ľudské dýchanie. To však zadná (vypuklá) strana límca úspešne odráža mimo snímač mikrofónu. Spektrograf vďaka tomu obsahuje iba informácie o zvuku, ktoré vydáva samotný ventilátor.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Merania statického tlaku…
Konečne nastal čas, aby sme sa po dráhe tunela trochu posunuli. Tesne za ventilátorom je umiestnená sonda na snímanie statického tlaku. Jej poloha je zvolená s ohľadom na maximálnu efektivitu meraní. Inými slovami sú snímače umiestnené v miestach najvyššieho tlaku (hoci ten je v nezúženej časti tunela prakticky všade rovnaký).
Na meranie statického tlaku v tuneli slúži Fieldpiece ASP2, ktorý je pripojený k manometru Fieldpiece SDMN5. Ten umožňuje merania aj v milimetroch vodného stĺpca, ale my meriame v milibaroch. To je pre tento merací prístroj základná jednotka s jemnejším rozlíšením. A až z nej namerané hodnoty prepočítavame do mm H2O, aby bolo možné jednoduché porovnanie s tým, čo uvádzajú výrobcovia.
Zatiaľ čo sme pri meraniach hladiny hluku písali, že sa naše výsledky nedajú porovnávať s parametrami, tak v tomto prípade to už neplatí. Pokiaľ si výrobcovia ventilátorov parametre neprikrášľujú, tak by mali uvádzať približne také hodnoty tlaku, aké vychádzajú aj nám. Najvýraznejšie odchýlky môžu vznikať iba na úrovni rôznej presnosti meracích prístrojov, ale to sú zanedbateľné percentá.
Čím väčší je rozdiel udávaných hodnôt výrobcom oproti našim, tým menej špecifikácie zodpovedajú realite. Ak sú udávané hodnoty výrazne vyššie, je to určite zámer, ktorý má ventilátory na trhu umelo zvýhodniť. Pokiaľ ale výrobca uvádza nižšiu hodnotu tlaku než my, ukazuje to skôr na inú vec. A síce na slabšiu tesnosť meracieho prostredia. Čím menej tesný tunel je, tým nižší tlak prirodzene nameriate. Toto je jedna z vecí, ktorú sme ladili mimoriadne dlho, ale nakoniec sme vytesnili všetky slabé miesta. Či už sa jedná o priechod pre samotnú sondu, príruby okolo anemometra, dokonca bolo potrebné v strede zatesniť aj samotný rámček anemometra, ktorý sa skladá z dvoch dielov. Bezchybne tesná musí byť nakoniec aj záklopka na konci tunela. Statický tlak sa totiž meria pri nulovom prietoku vzduchu.
Je tu ale jedna vec, ktorá často tlak ventilátorov trochu znižuje. A to sú vystúpené antivibračné podložky v rohoch či inak vystúpené rohy. Inými slovami, keď ventilátor na vstupe perfektne nesadne k montážnemu rámčeku a po obvode sú malé škáry, tak i to má vplyv na to, čo nameriate. Do tohto sme už ale nezasahovali, pretože sa už jedná o kvalitatívne vlastnosti ventilátora. Rovnako „odstávať“ a dosahovať o trochu slabšie vlastnosti, než na aké ma potenciál pri lepšom vyhotovení, bude aj po aplikácii u koncového používateľa.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
… a prietoku vzduchu
Pri meraniach prietoku vzduchu môžeme dobre vysvetliť, prečo je ten tvar testovacieho tunela taký, ako je. Z dvoch častí nepozostáva iba preto, aby bolo pre merania tlaku pohodlne možné upchať „výfuk“. Anemometer (teda prístroj na meranie rýchlosti vetra) zvierajú cez príruby dve časti, dva útvary.
Predná časť na ktorej začiatku je pripevnený ventilátor, sa plynulo zužuje a zhruba od dvoch tretín je už prierez menší ako je prierez 120-milimetrového ventilátora. Dôvodom je to, že prierez anemometra má vždy menšiu plochu než je prierez testovaných ventilátorov. Zužovanie smerom k ventilátoru anemometra je tak plynulé, aké bolo možné zvoliť a steny tunela sú hladké. Týmto sa minimalizoval vznik neprirodzených turbulencií.
Rozdiel medzi prierezom na vstupe (testovaný ventilátor) a v zúženom mieste (anemometer) znamená aj rozdiel v dynamickom tlaku, uplatňujú sa tu princípy Venturiho efektu. Aby na tejto úrovni nevzniklo skreslenie a nebol prietok vzduchu ventilátora iný, než je v skutočnosti, treba na namerané hodnoty aplikovať Bernoulliho rovnicu (pre maximálnu presnosť výpočet zohľadňuje aj plochu vnútorného prierezu anemometra, teda jeho neaktívnu časť). Po tomto všetkom je znovu možné naše výsledky konfrontovať s papierovými parametrami.
Na merania používame anemometer Extech AN300 s veľkým 100-milimetrovým ventilátorom. Jeho veľká výhoda oproti iným anemometrom je v tom, že je vyhotovený na obojsmerné snímanie. To umožňuje skúšky pri rôznych orientáciách ventilátora. Vhodnejšia, respektíve presnejšia na merania je ale poloha „ťahaj“, aj keď sa to tak na prvý pohľad nemusí zdať, ale vysvetlíme si.
Tu sa už dostávame k druhej časti tunela, k časti za anemometrom. Súčasťou celého zariadenia je hlavne preto, aby prichádzal na rotor anemometra laminárny prúd vzduchu. Inak by sa do výsledkov premietli nekontrolované bočné víry, ktoré sú v nesúlade s presnými meraniami. Preto budeme prietok testovať v tejto odsávacej pozícii. Ak by k tejto téme niekto chcel niečo obšírnejšie rozviesť, tak ďalšie podrobnosti môžeme kedykoľvek rozpitvať do detailov v diskusii pod článkom. Pýtajte sa. 🙂
V súvislosti s anemometrom sa ešte trochu vrátime k meraniam hlučnosti a k nastavovaniu režimov podľa fixných hladín hluku. Možno vám pri čítaní napadlo, že i ventilátor anemometra je zdrojom zvuku, ktorý treba pri meraní ventilátorov odfiltrovať. Z toho dôvodu pred každým meraním a nastavovaním režimu podľa stanovenej hlučnosti na medzi rámček a ventilátor anemometra zasúvame istiacu vložku.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
S prekážkami je všetko inak
Zatiaľ sme si opísali, ako prebiehajú merania statického tlaku a prietoku vzduchu v podmienkach, kde ventilátor nemá v ceste žiadnu prekážku. V praxi však ventilátory obvykle nefúkajú do prázdneho priestoru, ale majú pred sebou filter, mriežku či za sebou radiátor, ktorého rebrovanie treba pretlačiť pokiaľ možno čo najefektívnejšie.
Prietok aj tlak budeme z dôvodov uvedených vyššie merať aj cez praktické prekážky. Medzi ne patria dva typy filtrov, ktoré sa v skrinkách používajú. Jeden jemný – nylonový a druhý plastový s hrubším sitom. Jednou z ďalších prekážok je šesťuholníková mriežka perforovaná na 50 %, na ktorú sa v drvivej väčšine inštalujú ventilátory – vstupné i výstupné. Vplyv prekážok na výsledky v niektorých prípadoch meriame v takých polohách (za alebo pred rotorom), aké sa používajú v praxi. Všetky prekážky sú tak pretláčané na zistenie tlakových úbytkov, ale i odsávané, čo zase hovorí o dosahu na množstvo pretečeného vzduchu.
Používame dva radiátory, ktoré sa odlišujú hrúbkou a hustotou rebier. EK CoolStream SE120/140 má hrúbku 28 mm a FPI 22, Alphacool NexXxoS XT45 v2 je hrubší (45 mm), ale s redším rebrovaním. Rebrovanie CoolStreamu je parametrami podobné aj AIO vodníkom. Výsledky na NexXxoS budú zase atraktívne pre tých, čo si skladajú svoje vlastné vodné okruhy, pri ktorých majú ventilátory dobre fungovať aj pri nízkych otáčkach – preto tá nižšia reštriktivita rebier.
Tieto prekážky a najmä radiátory, ale aj mriežky, zvyšujú pred ventilátorom mechanický odpor, čoho následkom je aj vyššia hlučnosť. Rýchlosti ventilátorov však budeme stále ladiť na stanovené úrovne hluku od 31 až po 45 dBA. Otáčky budú prirodzene vždy nižšie ako pri testovaní bez prekážok, ale hladiny hluku pre dobrú prehľadnosť zachováme. Odlišné hladiny hluku s prekážkami a bez nich budú len pri maximálnom výkone. V tomto režime bude tak aj pekne vidieť, ako návrh ventilátora pracuje s prekážkou a pri ktorom sa hladina hluku zvyšuje viac a pri ktorom naopak menej.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Ako meriame spotrebu…
Riešiť spotrebu pri ventilátoroch? Ak ich máte v počítači sedem (tri na radiátore chladiča a štyri na systémové chladenie v skrinke) a k tomu sú ešte aj osvetlené, tak sa odber začína počítať už v desiatkach wattov. A to už má zmysel sa tým zaoberať.
Všetky ventilátory napájame laboratórnym zdrojom Gophert CPS-3205 II. Ten je pasívny a prakticky bezhlučný, takže nám neskresľuje merania hladín hluku. Pre ventilátory s PWM je však pripojený regulátor Noctua NA-FC1, cez ktorý sú ventilátory ovládané. Medzi zdrojom a regulátorom Noctua máme ešte bočník. Na tom odčítavame úbytok napätia, z ktorého následne počítame prúd. Napätie na zdroji je však nastavené tak, aby išlo do Noctua NA-FC1 napätie 12 V. Presných 12 V potom nastavujeme aj pre meranie maximálneho výkonu 3-pinových ventilátorov s lineárnym napájaním.
V testoch merania spotreby nás bude okrem maximálnej spotreby pri 12 V, respektíve 100 % PWM zaujímať aj spotreba aj v režimoch fixných hladín hluku. Teda pri tých nastaveniach, pri ktorých meriame aj ostatné parametre. A nakoniec v grafoch nájdete aj príkon zodpovedajúci rozbehovým a minimálnym otáčkam. Rozdiel medzi týmito dvoma nastaveniami je v tom, že na rozbehové otáčky je potrebné prekonať trecie sily na rozbeh, takže je spotreba vždy vyššia ako pri minimálnych otáčkach. Pri nich už ventilátor beží a len sa znižuje napájanie do takej úrovne, kým sa nezastaví.
Tieto údaje o rozbehovej a minimálnej spotrebe sú náhrada za informácie o štartovacom a minimálnom napätí. S tým sa pri témach ventilátor často stretávate, ale pri ventilátoroch PWM sa nemá zmysel ním zaoberať. A hoci je možné napájať PWM ventilátor aj lineárne, tak pri PWM regulácii bude dosahovať vždy lepšie výsledky – nižšie rozbehové aj minimálne otáčky. Preto by bolo nespravodlivé porovnať tieto parametre pri všetkých ventilátoroch s použitím lineárnej regulácie. Ventilátory s PWM by boli tak znevýhodnené a závery skreslené.
… a výkon motorčeka
Okrem spotreby je dôležité vnímať ešte jeden parameter, ktorý súvisí s napájaním – výkon motorčeka. Ten býva uvádzaný zozadu na štítku a často je chybne zamieňaný so spotrebou. Údaj o napätí a prúde tu však obvykle nehovorí o spotrebe, ale o tom, aký je výkon použitého motora. Ten musí byť vždy výrazne nad prevádzkovou spotrebou. Čím viac, tým dlhší je predpoklad životnosti ventilátora.
Časom a opotrebovávaním, sa totiž zvyšuje trenie ventilátora (strácaním sa, tvrdnutím maziva, jeho znečistením prachom či draním ložísk a podobne). Silnejší motorček však do istej miery zhoršujúci sa stav ventilátora prekoná, hoci už pri vyššom odbere, ale nejako si s ním poradí. Ak je ale rozdiel medzi výkonom motorčeka a prevádzkovou spotrebou nového ventilátora malý, tak pri zvýšenom trení vplyvom nepriaznivých okolností už nemusí byť schopný vyvinúť dostatočnú silu na otočenie rotora.
Pre otestovanie výkonu motorčeka nastavíme ventilátor na plný výkon (12 V/100 % PWM) a brzdným mechanizmom na strede rotora zvyšujeme mechanický odpor. To je pre motorček vyššia záťaž, s ktorou sa prirodzene zvyšuje aj odber. To ale iba do určitého momentu, dokým sa rotor nezastaví. Výkon motora v našich testoch zodpovedá najvyššej dosiahnutej spotrebe, ktorú sme pri brzdení ventilátora zaznamenali.
Na analýzu výkonu motora (ale aj bežnej prevádzkovej spotreby) používame presné multimetre Keysight U1231A s vysokou vzorkovacou frekvenciu. Jednotlivé vzorky sú navyše zaznamenávané do tabuľky, z ktorej potom do grafov vynášame maximum. Konečnú hodnotu predstavuje priemer troch meraní (troch maxím).
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Merania intenzity (a spotreby) osvetlenia
Súčasťou moderných ventilátorov je často aj osvetlenie. Nejedná sa už síce o „chladiaci“ parameter, ale pre niektorých používateľov je prítomnosť (A)RGB LED dôležitá. Preto v rámci testov meriame aj to, ako intenzívne toto osvetlenie je. Tieto testy ako jediné prebiehajú externe, mimo veterný tunel.
Svietivosť ventilátorov zaznamenávame v komore s reflexnými stenami. Takáto vnútorná úprava je dôležitá pre zvýšenie rozlíšenia na to, aby sme pri ventilátoroch s nižšou svietivosťou vôbec niečo namerali. Ale aj preto, aby sa namerané hodnoty nezlievali a bolo evidentné, ktorý ventilátor svieti sviac a ktorý menej.
Intenzita osvetlenia je snímaná vo vodorovnej polohe ventilátora, nad ktorým je snímač luxmetra (UNI-T UT383S). Ten je nacentrovaný na komory s priezorom na snímanie intenzity osvetlenia.
Osvetlenie regulujeme cez IR ovládač a odtieň nastavujem na úroveň RGB 255, 255, 255 (biela). Jas zaznamenávame pri maximálnej a minimálnej intenzite. Podľa toho ľahko zistíte, či je svietivosť ventilátora dostatočne vysoká, ale naopak i to, či je pre vás spodná úroveň dostatočne nízka.
Popri intenzite jasu meriame aj spotrebu, ktorá jej prináleží. To znovu cez bočník, ktorý je medzi zdrojom Gophert CPS-3205 a ovládačom (A)RGB LED. Po tomto získavame údaj o spotrebe osvetlenia. V grafoch ju udávame samostatne, ale aj v súčte so spotrebou motorčeka ako celkový maximálny príkon ventilátora.
Úvod tohto článku bol viackrát prepisovaný. Pôvodné verzie sa uchyľovali k opisu nepriaznivých udalostí, pre ktoré sa dávno avizované testovanie ventilátorov takto dramaticky oddialilo. Ten text bol ale vždy príšerne nudný… podstatné je, že sa všetko podarilo dotiahnuť až na štart. Pred výstrelom sa ale poďte dôkladne prejsť po trati, na ktorej sa budú merania odohrávať. Je nesmierne dôležité, aby ste vedeli, ako budú testy ventilátorov HWC prebiehať.
Na rozbeh 8 „obyčajných“…
A sme na konci elaborátu. Ďakujeme všetkým čitateľom, ktorí sa prehrýzli celým textom od začiatku až do jeho samotného záveru. Teraz už máte celkom dobrú predstavu o tom, ako budeme testovať ventilátory. A aj to, že na relevantné hodnotenie všetkých parametrov je nevyhnutné sa poriadne pripraviť.
Najťažšiu fázu máme za sebou, všetko je pripravené na to, aby sme HWcooling začali pretvárať na HWCooling. Nebojte sa, dobre si pamätáme na naše pôvodné zámery, kde sme videli gro v čisto chladiacej problematike. Veľmi rýchlo sa ale ukázalo, že iba tento záber na prežitie magazínu stačiť nebude. Preto pôvodné témy začali pretláčať rôzne iné, často jednoduchšie, menej prácne.
BoManov komentár o nespokojnosti so smerovaním HWC ma zo spánku budí dodnes. Najväčšie ťažkosti už ale máme snáď za sebou a konečne vzniká dobrá pôda aj na hĺbkové testy chladenia. A nebojte sa, nebude to iba o ventilátoroch. Toto je len začiatok a už teraz máme rozpracované minimálne rovnako zaujímavé témy. Výhľadovo však rozbehneme testy ventilátorov, nastavíme si nejakú udržateľnú pravideľnosť a postupne budeme nabaľovať aj nové veci. Rozpracovanú, aj keď zatiaľ iba na papieri, máme napríklad unikátnu zostavu na testy teplovodivých pást a teplovodivých podložiek.
Najbližšie pre vás pripravujeme test prachových filtrov a v tesnom závese za ním vyjde taký väčší porovnávajúci test ventilátorov. Obsadíme do neho osem modelov, ktoré sú z kategórie lacnejších alebo také, čo sa už ani nepredávajú a tým pádom by ich „sólo“ testy hľadal iba málokto. Ale ako referenčný bod, od ktorého sa bude dať odraziť pri hodnoteniach novších či atraktívnejších ventilátorov, poslúžia dobre. Takže sa tematicky nalaďte, ideme na to!
A ešte jedna vec. Premýšľal som nad tým mojim piatkovým výkrikom. Nemajte mi to prosím za zlé, ale keby malo našu prácu na testoch ventilátorov zatieniť niečo slabšie a bude to o sebe tvrdiť opak, budem sa k tomu vyjadrovať a uvádzať veci na pravú mieru. Nejde o ego, ale o to, aby sme mohli aj naďalej fungovať a robiť poctivú robotu. To je celé. Verím však, že nebude potrebná žiadna nepríjemná konfrontácia. V dobe omáčkovej, kde fakty dostávajú na frak, ale sem tam treba vystrčiť rožky. 🙂
- Contents
- Úvod do testov ventilátorov
- Základ metodiky, veterný tunel
- Montáž a merania vibrácií
- Počiatočné zahorenie a záznam otáčok
- Základ 7 rovnakých hladín hluku...
- ... a farba zvuku (frekvenčná charakteristika)
- Merania statického tlaku...
- ... a prietoku vzduchu
- S prekážkami je všetko inak
- Ako meriame spotrebu a výkon motorčeka
- Merania intenzity (a spotreby) osvetlenia
- Na rozbeh 8 „obyčajných“...