Konečne! Metodika na testy ventilátorov má ostré kontúry

Ľubomír Samák

3 roky ago

Kostra veterného tunela

Nezabudli sme. Trvalo to večnosť, ale máme ju. Teda takmer. Reč je o testovacej metodike na ventilátory, ktorú sme tak dlho pripravovali. Ešte nemáme úplne hotovo a nejaké drobné zmeny a ladenie budú na programe nasledujúcich dní, no už môžeme smelo povedať, že bežíme po cieľovej rovinke. A na trať prizývame aj vás. Poďme tú metodiku spoločne doladiť, nech sú tie testy vo finále čo najhodnotnejšie.

A predsa sa budú točiť!

Mnohí z našich čitateľov si dozaista spomenú na sľubované testy ventilátorov, ktoré mali vyjsť už v prvej polovici roka 2018. Nakoniec sa tak nestalo a nevyšli dodnes. Dôvodov, prečo to tak vtedy dopadlo (alebo skôr nedopadlo) je viacero, ale suma sumárum za tým stáli rôzne osobné ťažkosti plynúce z nepriaznivej finančnej situácie magazínu. Z najhoršieho sme sa ale snáď už dostali a znovu tak vzniká priestor na undergroundové šialenosti.

Verejný priestor na internete už hĺbkové testy ventilátorov nepozná, pretože „až tak nezarábajú“. Ale v rámci mnohých zmien, ktorými bude HWCooling postupne prechádzať, sa budeme venovať aj takýmto témam. Nechceme testovať iba veci, ktoré sa oplatia, ale aj také, ktoré dávajú zmysel. A to ventilátory na HWCoolingu rozhodne budú.

Predstavy o tom, ako budeme testovať počítačové ventilátory, sa v priebehu času rôzne menili. Spočiatku to bol boj medzi dvoma svetmi. Testovať v prirodzenom prostredí v skrinke a na chladičoch alebo v laboratórnom tuneli? Výhoda prirodzeného prostredia je v tom, že si človek vie lepšie predstaviť výsledky a takisto sa v nich rýchlejšie zorientovať. Vždy je to o nejakom rozdiele teplôt na komponentoch, čomu rozumie každý. Nevýhod takýchto meraní je ale hneď celý rad. Premenných (rôznych skriniek, chladičov, výhrevnosti a spotreby komponentov) je príliš veľa a v každej situácii sa to môže správať trochu inak a výsledky tak nemusia byť relevantné. Hoci sa s nimi lepšie stotožníte, tak vo vašej zostave nemusia fungovať.

Okrem toho je vyššie opisovaná metóda oveľa prácnejšia a náročnejšia na čas. Či už ide o montáž alebo vôbec to, že musíte pri každom meraní čakať kým sa teploty ustália. Tento mínus ma od myšlienky testovania v prirodzenom prostretí definitívne odradil a nakreslil som si prvý návrh tunela, v ktorom by sa dali ventilátory testovať. Mal jednoduchý kónický tvar pripomínajúci lievik, kde sa na jednu stranu inštaloval ventilátor a na druhú anemometer. Po jeho vytlačení prišla fáza leštenia vnútorného povrchu tak trochu „bajočko“ ručne po nociach. A veruže to bola dosť neefektívna prplačka. O to viac ma sklamali nedostatky montáže anemometra, ktorý poriadne nesedel a vôbec ani jeho samotná konštrukcia nezapadala do schémy nejakých „lepších meraní ventilátorov“. Pritom sa vynárali otázky typu ako, čo a prečo práve takto chcem testovať. Odpovede sa pri tejto konštrukcii hľadali pomerne ťažko a chýbala mi aj akási konštruktérska istota.

Je vždy dobré vedieť, prečo niektoré veci robíte a prečo práve takýmto spôsobom. Na to som sa miestami cítil už slabý v kramflekoch. Testovaniu chladiacich komponentov sa síce venujem už viac než desať rokov, toto je niečo trochu iné. Vedel som, že túžba po zostrojení prípravkov na špičkové testy ventilátorov je silná, ale súčasne i to, že moje vedomosti v rôznych oblastiach fyziky či elektrotechniky sú na vytvorenie „veldiela“ nedostatočné.

Než dobiehať všetko zameškané (na to nebol čas), som sa rozhodol osloviť odborníkov z rôznych oblastí a návrh čiastkových konštrukčných prvkov konzultovať. Bol to pre mňa veľmi obohacujúci rok, vďaka ktorému som z aktuálnym stavom meracej zostavy už pomerne spokojný. Isteže, priestor na zlepšenia bude existovať vždy, aj keď tento zatiaľ prototyp dotiahneme do prevádzky. No v zásade sa už asi za nič hanbiť nemusíme a hlavne treba už mať v tej kope dostupných ventilátorov prehľad, keď ich už nikto exaktne netestuje.

Prototyp veterného tunela, ktorý budeme na HWCoolingu používať na testy ventilátorov

Pripravte sa na to, že opis pripravovanej metodiky bude pomerne rozsiahly, ale zase prevetrá ventilátory odpredu odzadu vo všetkých aspektoch. Na porozumenie všetkých meraní je ale potrebná podrobná prezentácia. Budem ale vážiť každé slovo a smerovať vždy rýchlo k meritu veci.

Kostra veterného tunela

Po prvom konštruktérskom nezdare, spomínanom v predošlej kapitole, som potreboval pomoc a konzultácie s niekým, kto má vysokoškolské vzdelanie so záberom na fyziku. A on sa taký človek našiel a ešte k tomu mimoriadne trpezlivý, ochotný a pre danú vec podobne zanietený ako ja sám, čo bola pre mňa voda na mlyn. Pán doktor Mintál (za všetko ďakujeme!) sa ma totiž nepýtal, koho môže „takáto somarina“ (testy ventilátorov) zaujímať, čo je prvá otázka deväť z desiatich ľudí, ale pustili sme sa do práce. Zadanie bolo jasné – zostrojiť zariadenie alebo presnejšie súpravu zariadení, pomocou ktorých bude možné realizovať zmysluplné porovnávacie testy ventilátorov. A ideálne, aby to sypalo za čo najkratší čas čo najviac výsledkov.

Tak ako pri všetkom i tu je základom silný trup, teda v tomto prípade kostra veterného tunela. Tá sa skladá z dvoch častí, ktoré sú vytlačené na 3D tlačiarni z filamentu. Dá sa povedať, že jedna časť je primárna a druhá sekundárna. Najjednoduchšia interpretácia by mohla byť taká, že na primárnu časť sa pripevňuje ventilátor a na sekundárnu záklopka. Spolu cez príruby tieto dve časti zvierajú srdce tunela – anemometer, teda prístroj na meranie rýchlosti vetra.

Veterný tunel pozostáva z dvoch základných častí, medzi ktorými je anemometer. Na 3D tlačiarni tunelu vdýchla život firma Kakao 3D (ďakujeme Martin!). V rámci konečných úprav bol jeho povrch ďalej brúsený a lakovaný

Primárna časť tunela je tá predná (na fotke vyššie od stredu doprava) a ako sme už písali, inštaluje sa na ňu ventilátor. To pomerne sofistikovaným spôsobom. Tomu (spôsobu uchytenia) sa však podrobne dostaneme v kapitole o meraní vibrácií. Zatiaľ sme len na začiatku pri základnej stavbe. Tento predok je hlboký 170 mm, čo je vzdialenosť medzi meraným ventilátorom a ventilátorom anemometra. Po ceste potrubím je potom ešte umiestnený tlakový snímač, ktorému sa budeme podrobne venovať v príslušnej kapitole.

Rovnakú hĺbku (170 mm) má aj „zadok“. Za týmto parametrom však nejaký špeciálny zámer nehľadajte, určil ho fyzický limit použitej tlačiarne. Každopádne táto zadná časť je dôležitá najmä z dvoch dôvodov. Prvý je ten, že pri „sacích“ testoch po svojej dráhe laminárne smeruje vzduch k rotoru anemometra. Bez neho by chytal nežiadúce bočné prúdy. A samotný koniec potom slúži ešte na uzavretie tunela na merania tlaku.

Dôležité je dodať, že presný tvar zakrivenia (vrátane uhla, pod ktorým sa potrubie zužuje) je výsledkom matematických simulácií. To s jasným cieľom – eliminovať v tuneli turbulencie a smerovanie vzduchu, ktoré by mohlo merania skresľovať. Aj preto je vnútorná plocha obidvoch častí leštená, tmelená a znovu leštená. To preto, že hladký povrch je dôležitý pre všetky merania. Telo tunela je inak postavené na trojnožke Manfrotto Pixi Evo 2. Tento mini statív má guľovú hlavu, ktorá v niektorých prípadoch uľahčuje manipuláciu. Na korekciu a navrátenie tunela do pôvodnej polohy, ktorá je počas testov nevyhnutná, však máme sklonomer.

Na zabezpečenie roviny tunela v obidvoch osiach používame sklonomer

Merania otáčok, hluku a zvuku

Tichý, hlučný, tichší, hlučnejší. Slovné interpretácie zvukového prejavu bežným používateľom možno stačia, ale v tejto metodike neobstoja. A vôbec, haniť ventilátor za to, že je hlučný len preto, že okrem nižších otáčok umožňuje aj naozaj vysoké, je celkovo nevhodné. Naopak je takáto široká regulácia od „tichých“ k „vysokým“ otáčkam chvályhodná. A koniec koncov, každý ventilátor je pri vysokých otáčkach hlučný, a to vrátane Noctua A12x25 PWM. Druhá vec už je zafarbenie zvuku, respektíve jeho frekvenčná charakteristika. Akustický tlak (t.j. hrubý mix všetkých frekvencií) bude však pri poriadnom prietoku a tlaku vysoký vždy. To nejde oklamať.

Aby ste mali o zvukovom prejave ventilátorov dokonalú predstavu, tak budeme merať okrem akustického tlaku (vyjadrovaného v jednotkách dBA) aj frekvenčnú charakteristiku (v Hz), ktorá rôznym úrovniam hluku prináleží. Na čo najlepšiu orientáciu v meraniach budú však všetky testy vychádzať z nastavení na rovnaké decibely.

Inými slovami, na meranie všetkých vlastností (prietok, statický tlak, vibrácie a spotreba) každý ventilátor nastavíme pomocou riadne skalibrovaného hlukomeru Reed R8080 na niekoľko úrovní hluku na plynulej škále od 33 dBA cez 36, 39, 42 a 45 dBA. Teda v takých skokoch, medzi ktorými sa hlučnosť zdvojnásobuje a plynulo stúpa od veľmi tichej prevádzky po hlučnú. Nebudú ale chýbať ani merania pri minimálnom a plnom výkone. Tam už bude, pochopiteľne, výkon obvykle veľmi nízky, respektíve hlučnosť veľmi vysoká. Zato ale tieto merania pekne vytýčia hranice ventilátorov z obidvoch strán. Na jednej strane budú maximálne otáčky a na druhej strane tie rozbehové. Nech je to tak či onak alebo niekde uprostred, tak pri meraní hlučnosti vždy militánovou vložkou zastavujeme ventilátor anemometra, aby merania neskresloval. I on samotný je pochopiteľne zdrojom zvuku. Pred každým novým meraním ho necháme zabehnúť a to isté platí pri ventilátoroch, kedy je už trenie ložísk konštantné. Za studena je nižšie, čo sa preukazuje aj na nižších otáčkach a nižšej hlučnosti ventilátorov.

Pri ventilátoroch s PWM je rýchlosť riadená cez impulzný regulátor a pri trojpinových cez lineárny zdroj. Na úplnosť budeme uvádzať aj otáčky, ktoré jednotlivým režimom zodpovedajú. Na to máme laserový tachometer UNI-T UT372 s reflexnými nálepkami s veľmi vysokou odrazivosťou.

Frekvenčná charakteristika bude zaznamenávaná citlivým mikrofónom miniDSP UMIK-1. Ten je navýše na tyčovom snímači doplnený o parabolický goliér rovnako ako i hlukomer, čo ilustruje i fotka pod textom. Takáto úprava jednak zosilňuje zvuk, čo je kľúčové na rozlíšenie a záznam hodnôt pri veľmi nízkych otáčkach, jednak zozadu filtruje rôzne drobné ruchy, ako je najčastejšie škvŕkanie v bruchu. 🙂 Na elimináciu neželaných odrazov zvuku a vždy rovnakých meraní budeme z troch strán používať modulárne panely s akustickou penou. Úplne uzatvorenie do anechoickej komory netreba. Testlab máme dostatočne odhlučnený na to, aby sme sa vždy dostali na spodnú hranicu meracieho rozsahu hlukomera.

Jedná sa teda vyložene o odzvučnenie a elimináciu nežiaducich odrazov od stien miestnosti do snímača. Takto je celá platforma navyše celkom dobre mobilná a pri zachovaní jednotlivých vzdialeností, vzájomných polôh a uhlov snímačov od ventilátorov, sa presnosť meraní v prípade potreby zachová aj v inom prostredí, než je testlab HWC. Asi nebude potreba to nikdy nikam prenášať, ale už len pre tú možnosť a lepšiu spratnosť je to zaujímavé riešenie.

Prietok, najzákladnejší parameter…

Výkon každého ventilátora určuje prietok vzduchu udávaný obvykle v kubických stopách za minútu alebo v metroch kubických za hodinu. Skrátka v nejakej jednotke, ktorá hovorí o objeme prečerpaného vzduchu za určitý časový rámec.

My na komfortnejšie porovnanie s papierovými parametrami budeme používať jednotku m³/hod (metre kubické za hodinu), ktorú výrobcovia ventilátorov udávajú v parametroch najčastejšie. Na meranie tejto veličiny máme k dispozícii anemometer Extech AN300. Ten sa na naše merania perfektne hodí. Je mimoriadne citlivý, má veľký rotor a je symetrický. To znamená, že ho pri zmenách orientácie ventilátorov (push/pull) netreba otáčať, čo je v našom tuneli dôležité, keďže je anemometer zapečatený medzi dvoma prírubami s vytmelenými mikroškárkami pružným silikónom.

Všetky spoje tunela sú poriadne utesnené. Vrátane tých, ktoré cez príruby zvierajú anemometer

Hoci AN300 patrí medzi tie s najväčšími rotormi (100 mm), tak vašej pozornosti isto neunikne, že je stále menší než sú 120 a 140 mm veľkosti testovaných ventilátorov. Hrdlo tunela sa preto smerom k anemometru postupne zužuje. Čím je priechod užší, tým rýchlejšie ním vzduch prúdi. To však nijako nevadí, pokiaľ sa každá nameraná hodnota prepočíta Bernouilliho rovnicou, ktorá tieto rozdiely v prierezoch rotorov (anemometra a testovaných ventilátorov) kompenzuje.

Spomínal som to už pri analýze kostry tunela, ale aj v tejto kapitole je dôležité zdôrazniť, že tvar tunela a jemnosť jeho povrchu sú formované podľa optimálneho prúdenia plynov (simulované v SolidWorkse). Konečné zakrivenie má tak svoje jasné opodstatnenie.

Prietok vzduchu je síce najzákladnejší parameter, ale nemusí byť najdôležitejší. Je to dobrý ukazovateľ pri výbere ventilátora do skrinky, ale pre použitie na rebrovaný pasív (tradičného chladiča alebo kvapalinového) je dôležitejší údaj o výške statického tlaku, ktorého meranie si rozoberieme v nasledujúcej kapitole.

… a nemenej dôležitý statický tlak

Z výkonnostného hľadiska najatraktívnejšia informácia pri výbere ventilátora na chladič CPU alebo grafickej karty je ten o statickom tlaku. Pre väčšinu čitateľov HWCooling nemá zmysel statický tlak definovať, no v stručnosti to uvedieme aspoň pre tých, ktorí prechádzajú okolo a náhodou ich táto problematika zaujala. Statický tlak je typ tlaku, ktorý pôsobí vo všetkých miestach rovnako. Jeho intenzita je obzvlášť dôležitá pre vysoko reštriktívne radiátory, s ktorých pretlačením môžu mať obyčajné ventilátormi ťažkosti. To predovšetkým pri nižšej hlučnosti. Preto je dôležité prispôsobenie rotora s ohľadom na vyvíjanie čo najvyššieho statického tlaku. Jeho lopatky majú obvykle veľkú plochu, sú predĺžené a vo vzťahu k ochladzovanému radiátoru sú pod menším uhlom.

Statický tlak meriame v prednej časti tunela v ešte nezúženej časti s priemerom 139 mm, na jej hranici. To vsunutou trubičkou s otvormi, ktoré sú kolmo k smeru prúdenia, na stene. Tento snímač je pritom umiestnený k okraju tunela, kde je tlak takto na krátko (100 mm od lopatiek testovaných ventilátorov) predsa len o trochu vyšší než inde, trebárs v zákryte za puzdrom motorčeka.

Sonda ASP2 na meranie statického tlaku ventilátorov

Na odčítavanie statického tlaku používame manometer Fieldpiece SDMN5. Jeho základná jednotka sú milibary, v ktorých je rozlíšenie najjemnejšie. A preto i napriek tomu, že je možné prepnúť aj do milimetrov vodného stĺpca meriame najprv v jednotkách mbar a z nich namerané hodnoty prevádzame do najpoužívanejších mm H2O.

Treba poznamenať, že hodnoty statických tlakov, ktoré vyvíjajú počítačové ventilátory sú veľmi nízke a všeobecne sa pohybujú na spodnej hranici meracích prístrojov. Tento manometer si s nimi ale poradí dobre. Má dostatočne široký merací rozsah aj na dostatočné rozlíšenie pri nízkych otáčkach. To aj vďaka viacvrstvovému zaslepeniu všetkých škár (typicky v miestach prírub, ktoré zvierajú anemometer). Pri meraniach tlaku sa tunel na výduchu uzatvára príklopkou s magnetickou fóliou s dobrými tesniacimi vlastnosťami. O slušnom utesnení tunela svedčí aj to, že sme v mnohých prípadoch namerali vyššie hodnoty statického tlaku, než často uvádzajú papierové špecifikácie.

Pri meraniach tlaku je tunel na výduchu uzatvorený záklopkou

Merania s prekážkami

Doteraz sme sa bavili v podstate o laboratórnych meraniach za „ideálnych podmienok“, keď ventilátory tlačia do voľného priestoru alebo voľný priestor odsávajú. Vtedy je hlučnosť nižšia než v praxi a naopak prietok aj tlak vyšší. V počítači však pred alebo za ventilátorom vždy nejaká prekážka je. Či už ide o prachový filter, mriežku v skrinke alebo pasív chladiča.

Je dobré vedieť, aká je strata výkonu (prietoku, tlaku) či nárast hlučnosti, keď ventilátoru do cesty postavíte prekážku. My máme na to pripravených päť rôznych prekážok. Od jemného nylonového filtra, cez plastový s hrubším zrnom, hexagonovú mriežku s otvorením na 70 % až po dva typy radiátorov, tenší a hrubší. Typický 27 mm (EK-CoolStream SE) a nadštandardne hrubý 45 mm (Alphacool NexXxoS XT45). Z každej hrúbky v 120 i 140 mm formáte a s rovnakou hustotou rebier FPI (15, resp. 18).

Typický nylonový filter s jemným sitom a hrubší plastový. Typické konštrukcie, ktoré sa používajú v počítačových skrinkách

Namerané výsledky naprieč formátmi ventilátorov tak bude možné vzájomne porovnávať. Možno by niekomu napadlo, že by bolo dobré ako jednu z prekážok zvoliť aj nejaký tradičný vzduchový chladič, ktorý má predsa len iný rez rebier. Dobré by to, samozrejme, bolo, ale je to nemožné. Už len preto, že nevieme za rovnakých podmienok, ako je to možné u iných prekážok, takéto pasívy upevniť do tunela. A keby to teoreticky aj nejako šlo, tak stále to nebude dokonalé, pretože by bolo treba takto otestovať všetky dostupné chladiče. A nad tým radšej ani neuvažovať… :). Merania naprieč dvoma hrúbkami radiátorov s rôznou reštrikciou budú však užitočné aj pri výbere ventilátorov na tradičné vzduchové chladiče. Akým smerom sa tie prietokové a tlakové straty uberajú ukážu dobre.

Z týchto testov bude pekne vidieť, ako si ktorý ventilátor poradí s prekážkou. Nejaké skúšobné merania v rámci laborovania máme už za sebou a treba poznamenať, že tie rozdiely sú znamenité. A tiež to, že zázraky sa nedejú a rozhodne neplatí, že mriežka pred ventilátorom SilverStone AP123 nemá vplyv na nárast hlučnosti, ako to prezentuje výrobca. Jasné, že má. No, bude to ešte boj, aby sme sa po takýchto nepopulárnych zisteniach (a rozvratoch tvrdení výrobcov) vôbec dostali k nejakým vzorkám…

Miežka pred rotorom výrazne zvýši hlučnosť každého ventilátora. Výnimkou nie je ani Silverstone AP123, aj keď marketing tvrdí opak.

Nevyriešenou otázkou zatiaľ zostáva, či budeme všetky testy prietoku a tlaku (push aj pull) realizovať s prekážkou i bez nej alebo budeme viac preferovať reálne prostredie s prekážkou. Jedno i druhé v kompletnom rozsahu už bude liezť do časovej náročnosti, ale ako sa poznám, tak sa nakoniec „obetujem“ a bude všetko kompletné. 🙂

Vibrácie, tabletka na zošedivenie…

Najväčším extrémom všetkých meraní sú merania vibrácií. Ale taká intenzita chvenia ventilátorov je mimoriadne atraktívna informácia už len z toho dôvodu, že poukazuje na vhodnosť použitia ventilátora s konkrétnou konštrukciou (chladiča alebo skrinky), na ktorú bude osadený. Kombinácia lacných vibrujúcich ventilátorov s lacnou skrinkou z „papierových“ plechov môže znepríjemňovať požívateľovi život už od začiatku, ako si kúpi nový počítač. Vplyvom takéhoto sekundárneho hluku totiž hlučnosť celej zostavy exponenciálne stúpa. Ale i v high-ende bude pozoruhodné sledovať, ako kvalitne je vyhotovená pohyblivá časť, oska rotora a do akej miery prenáša vibrácie na rámček ventilátora. Toto sú však na realizáciu také náročné merania, že sa už nečudujem, prečo sa o ne nikto nikdy nepokúšal. Tých dôvodov je hneď niekoľko.

V prvom rade je na meranie vibrácií dôležité ventilátoru zabezpečiť vo všetkých osiach (x, y, z) dostatočne veľkú a citlivú dráhu na voľný pohyb. Uloženie musí byť dostatočne mäkké, bez zábran. Uvažovali sme aj o samostatnej konštrukcii, v rámci ktorej by boli pre tieto merania ventilátory zavesené niekde na gumičkách. Takáto montáž by však časovú náročnosť testov výrazne zvýšila a pritom by sme prišli o prienik intenzity vibrácií s testami iných veličín, keďže tie by sa merali externe. Takže to bolo jasné, za každú cenu musíme vibrácie testovať spolu s ostatnými veličinami. Daň za to je však pomerne vysoká a nebyť zdĺhavého ladenia, ktoré stále nie je na konci, tak už teraz namiesto predstavenia testovacích postupov čítate prvé hodnotenia ventilátorov.

Takže, aby sa dali nejaké vibrácie vôbec merať, tak uchytenie ventilátorov musí byť na dosiahnutie vysokého rozlíšenia ako v bavlnke. Ale zároveň musí na tuneli udržať ventilátor spolu s ďalším príslušenstvom. Základom montážneho systému sú tak silentbloky, ktoré oddeľujú tunel od montážneho rámčeka s ventilátorom. Jednak teda zamedzujú priechod vibrácií na tunel (a vznik sekundárneho hluku, ktorý by inak umelo zvyšoval hlučnosť a skresloval merania), jednak umožňujú ventilátoru trochu „skákať“.

Silentblok: zamedzuje prenosu vibrácií na tunel a zároveň čiastočne ventilátoru umožňuje voľný pohyb

Počas vývoja sme skúšali rôzne konštrukcie silentblokov, s rôznou výškou, šírkou a hlavne s rôznou tvrdosťou. Na zákazku sa dali vyrobiť dokonca silentbloky s tvrdosťou iba shore 30, ktoré sú podobne mäkké ako gumičky do vlasov. Ale aj tvrdšie shore 40 a 50. Tie už síce taký rozkmit neumožňujú, ale pod tažobou ventilátora tak nepoklesnú. Ale to sme čiastočne vyriešili ľahšími plechmi držiaka a mriežok (namiesto pôvodných oceľových budeme nakoniec používať hliníkové) a dá sa to riešiť aj zdvihákom, ktorý by sa nepoužil práve iba pri meraní vibrácií. Na ostatné testy musí byť tak či onak voči anemometru i snímaču manometra každý ventilátor nacentrovaný v rovnakej polohe. A tie ťažšie málinko poklesnú aj na silentblokoch so shore 50. Toto je však len jeden z veľkého množstva komplikácií. Silentbloky totiž tunel od držiaka s ventilátorom oddeľujú iba v rohoch. Odvibrovať mäkkým uložením je však treba aj veľkú plochu medzi týmito bodmi.

S výnimkou testov vibrácií sú ventilátory vždy podopreté stojanom. To preto, aby podľa hmotnosti rôzne neklesali a aby boli vždy vystredené a v rovnakej polohe k snímačom prietoku i tlaku

Držiak s ventilátorom je na silentblokoch pred plastovou nábežnou hranou tunela trochu predsadený, aby nedochádzalo k stretu pevných častí a tým k prenosu vibrácií na tunel. Vzniká tu tak medzera, ktorú máme zatiaľ vytesnenú polyuretánovou penou s uzavretou bunkovou štruktúrou. Tá zabezpečuje neprievzdušnosť a zároveň pohlcuje vibrácie. Nežiaducim efektom však je, že úplne zastaví kmitanie ventilátora v osi Z. Preto už vymýšľame systém, pri ktorom by pena netlačila na držiak s ventilátorom.

Na držiaku bude iba dostatočne vysoký plastový rámček (aby spomínaná medzera zostala v zákryte aj pri najrozstrapenejších ventilátoroch), ktorý bude kopírovať vnútorný obrys penového materiálu. Nakoniec to možno bude neoprén. Spoločná dráha musí byť pritom dostatočne tesná a s nízkym šmykovým trením pre čo najvyššie rozlíšenie. Alebo plán C môže mať podobu tradičnej membrány alebo citlivého harmonikového systému. Tým ale téma vibrácií nekončí a venujeme jej ešte jednu kapitolu.

… a boj o opakovateľnosť meraní

Merania sa dajú považovať za presné vtedy, keď s odstupom času nameriate to isté. Teda, aspoň v nejakej zanedbateľnej tolerancii. Pokiaľ je táto podmienka nesplnená, tak výsledky s veľkou chybou merania nemajú čo robiť vedľa seba v jednom grafe. Nielen pri ventilátoroch, ale všeobecne v testoch čohokoľvek. Je až zarážajúce, ako toto ľudia pri študovaní rôznych grafov nezohľadňujú a nechajú sa veselo zavádzať nezmyslami.

Či je opakovateľnosť meraní v poriadku, sa dá ľahko zistiť opakovanou montážou a meraním tých istých vecí rovnakým postupom. A pokiaľ možno tak naprieč rôznymi vzorkami a obzvlášť, keď chcete merať niečo ako vibrácie ventilátorov, ktoré sa môžu kus od kusu líšiť. Preto z každého ventilátora objednávame na test tri kusy a vychádzame minimálne z priemeru výsledkov dvoch. Ak sú odchýlky príliš vysoké, tak stiahneme a do priemeru započítame aj tretí kus. Lenže práve to meranie vibrácii na získanie relevantných výsledkov vyžaduje aj úplne identickú montáž.

Čo to znamená? V prvom rade každý ventilátor musí byť k rámčeku dotiahnutý rovnakou silou pomocou jednotného silového momentu. To je dôležité aj pre správne meranie tlaku. Rôzny prítlak môže znamenať, že ventilátor nebude poriadne lícovať a budú vznikať medzery, ktoré takisto ovplyvňujú výsledky. Tlaku i vibrácií. Na meranie presných vibrácií je navyše rámček, v ktorom je ventilátor uchytený, ku zvyšku konštrukcie treba dotláčať cez pružinky konštantnou silou/prítlakom. Posun pružiny musí byť vždy rovnaký a snímač vibromera okrem toho vyžaduje aj zakaždým rovnakú polohu (kontaktné miesto). Preto je v najvyššom bode nainštalovaný doraz, podľa ktorého je možné upevniť snímač vibromera rovnako, kde sa kotví magneticky. To je tiež dôležité, aby bol spojený s podložkou vždy rovnakou silou. A tým to ešte nekončí. Aj jeho kábel musí na snímač pôsobiť vždy rovnakou silou a takisto aj kábel ventilátora vyžaduje zakaždým takú istú voľnosť. Stačí, že zaň trošičku potiahnete a už meriate úplne niečo iné. Navyše všetky skrutkované spoje nemôžu časom povoľovať, takže je potrebné všade závitové lepidlo alebo matičky s istiacou vložkou, či už ide o spoje na silentblokoch alebo o spojenie konštrukcie dorazu vibromera s plechovým držiakom na ventilátor. Po všetkých týchto nástrahách sme sa však konečne dopracovali k niečomu, čo sa dá označiť za zanedbateľnú chybu merania.

Rámček s ventilátorom je k silentblokom stlačaný vždy rovnakou silou, ktorú definuje posun pružiniek

Ešte sme nespomenuli, čo za zázrak to vlastne na meranie vibrácií používame. Ide o trojosový vibromer Leadtek VM-6380. Že meria vibrácie vo všetkých troch osiach sme si už spomínali a tak tieto výstupy budeme uvádzať aj do tabuliek. Do pruhových grafov však prenesieme na lepšiu prehľadnosť iba jednu hodnotu, tzv. veľkosť 3D vektora, ktorú dostaneme po matematickom prepočte. Meraná jednotka je pritom rýchlosť pohybu v milimetroch za sekundu.

Snímač trojosého vibromera Leadtek. Pripevnený je (magneticky) cez adaptér, ktorý zabezpečí vždy rovnakú polohu a i prítlak

Pre vysokú frekvenciu voľným okom ale nevidíte ani taký 1 mm/s, na zvýšenie hlučnosti to však vplyv mať môže. Ako veľký, záleží aj od tvrdosti kontaktného materiálu rámčeka. Pokiaľ ventilátory v príslušenstve nemajú antivibračné úchyty/tŕne, tak ich inštalujeme cez samorezky konštantnou silou. A aby toho nebolo málo, tak pravdaže namerané výsledky nevyhodnocujeme na základe jedného kusu, ale minimálne dvoch. A ak je medzi nimi väčšia odchýlka, tak priemerné hodnoty budeme počítať až z meraní troch ventilátorov. To platí ale pre všetky testy a merané veličiny. Tak, k vibráciám asi všetko. Kto stále vládze, má pred sebou ešte dve kapitoly s atraktívnymi meraniami.

Spotreba vs. výkon motora

Medzi nejasné veci patria aj informácie o spotrebe. Respektíve spotrebu (príkon) ako takú uvádza málokto, aj keď vzadu na štítku puzdra je vždy niečo ako 12 V/0,5 A. Ale pozor, to neznamená, že má ventilátor spotrebu 6 W. Tieto hodnoty obvykle hovoria o výkone motorčeka. Spotreba je často aj pri maximálnej rýchlosti často výrazne nižšia. Niekedy štítkové hodnoty prúdu a napätia ukazujú na spotrebu, no to len veľmi zriedka. Napríklad Noctua to tak má. Možno i z toho dôvodu, že využíva všeobecnú nevedomosť a tom, že zákazníci nerozlišujú medzi spotrebou a výkonom motora. Aký je medzi tým vlastne rozdiel?

Údaje o prúdovom odbere a napätí na štítkoch obvykle neoznačujú spotrebu, ale výkon motora

Zatiaľ čo spotreba predstavuje elektrický odber pri maximálnom výkone nového ventilátora (tzn. pri maximálnych otáčkach), tak výkon motorčeka hovorí o tom, do akej miery má predimenzovaný dizajn do sťažených podmienok.

Pod sťaženými podmienkami si možno predstaviť vyššie trenie, ku ktorému časom dochádza či už draním ložísk, postupným vyosovaním či stratou maziva či jeho znečistením alebo kombináciou všetkého. Vtedy sú trecie sily vyššie než pri novom ventilátore a motorček musí byť schopný vyvinúť na otáčanie dostatočnú silu na prekonanie zodpovedajúceho mechanického odporu. Inak sa rotor prestane otáčať, k čomu môže dochádzať v prípade ventilátorov s malým rozdielom medzi prevádzkovou spotrebou a výkonom motorčeka. Ten budeme merať pribrzďovaním rotora plynulým zvyšovaním sily na jeho stred až do momentu, kým sa nezastaví. Do tej doby najvyššiu získanú hodnotu (prúdu) potom budeme dosadzovať do vzorca.

Spotrebu a výkon motorčeka sú teda pojmy, ktoré treba pri ventilátoroch rozlišovať. Jedno i druhé zaznamenávame nepriamou metódou meraním napätia na známom odpore (s 99,3 mΩ), na ktorom vzniká malý úbytok napätia. Ten sa potom dosadzuje do Ohmovho vzorca, čím získame prúd a ten už v súčine s presne nastavenými 12 V na výstupe hovorí o spotrebe zariadenia. Pre čo najvyššiu presnosť ešte odčítavame spotrebu regulátora mimo záťaž.

Úbytok napätia na rezistore odčítavame cez jednoduchý multimeter. O návrh a realizáciu prípravku na to určeného sa ochotne postaral kamarát Rado Kopera, za všetko ďakujeme!

Na reguláciu 4-pinových ventilátorov používame PWM ovládač Noctua NA-FC1. 3-pinové ventilátory sú regulované lineárne priamo zo zdroja Gophert CPS-3205 II. Ten je pasívny, nepíska ani nebzučí a merania hluku tak neskresľuje ani pri najnižších rýchlostiach ventilátorov.

Merný sveteľný výkon? Máte ho mať

Čoraz viac ventilátorov má už podsvietenie RGB LED. Niektoré sú aj pomerne drahé, tak uvidíme, do akej miery si tieto ventilátory zakladajú aj iných veciach, než na estetike. Každopádne je skvelé, že LED už obvykle nemajú zdieľané napájanie s motorčekom, ako to bývalo, ale napájajú sa už zvlášť. To umožňuje oddeliť merania spotreby motorčeka od prevádzkovej spotreby LED. Bude tak zaujímavé sledovať pomer spotreby svetielok k motorčeku.

Pozoruhodná je taktiež efektivita LED, respektíve spotreba na jednotku lumenu. Na takéto merania máme pripravenú uzavretú komôrku so stropným priezorom, do ktorého tak akurát zapadne snímač luxmetra. Ten je od ventilátora vzdialený 10 cm a je vhodné uviesť i to, že na meranie svetelného výkonu slúži zariadenie UNI-T UT383S.

Na dosiahnutie čo najvyššieho rozlíšenia je plocha vnútorných stien oblepená zrkadlovou fóliou. To vrátane podstavca, ku ktorému sa každý ventilátor pripevní v rovnakej polohe. Takáto reflexná úprava umožňuje vyodrážať do snímača svetlo i z bokov ventilátora a celkovo umožňuje meranie vyšších hodnôt, než akokeby použitá nebola. Pre zaujímavosť, čisto čierne steny znížia nameranú hodnotu zhruba o 60 %, čiže namiesto 1000 lumenov nameriate povedzme iba 400. Pri maximálnom jase LED by to zase až tak nevadilo, ale pri menej výrazných ventilátoroch by sa už horšie rozlišovala svietivosť na hranici spodného rozsahu, ktorý chceme takisto zaznamenávať.

Spotrebu LED meriame rovnakým spôsobom ako spotrebu motorčeka, teda nepriamou metódou podľa úbytku napätia na známom odpore. Rozdiel je iba v tom, že je v obvode namiesto regulátora otáčok zapojený regulátor osvetlenia, obvykle 5 V ARGB, 12 V RGB sú už viac-menej výbehová záležitosť. Pomocou neho vždy diódy rozsvietime do biela. V tomto režime je dosahovaná spotreba najvyššia.

Uvažovali sme aj o meraní farebného spektra základných kanálov RGB s odchýlkami jednotlivých odtieňov. Z toho by ste potom mohli ľahko zistiť ktoré ventilátory po synchronizácii spolu ladia viac a ktoré menej. Ale taký chromatický meter vychádza už dosť draho a nie je to zase až také dôležité. Časom takéto testy ale možno doplníme.

Tak snáď to bude stáť za to…

Naše zámery a myšlienkové postupy už poznáte. Teraz je pre nás dôležité vedieť, do akej mieri sa naše predstavy zhodujú z vašimi. Zabudli sme na niečo alebo máte k opisovaným postupom nejaké pripomienky? Každý nápad je vítaný. Keď sme si s tým už dali toľko práce, tak pochopiteľne chceme, aby ste sa na tieto testy čo najviac tešili. A aby boli čo najužitočnejšie. A možno nie iba pred kúpou nejakých ventilátorov, ale skrátka preto, že chcete mať podobný prehľad ako my a radosť z poznania a neprebádaných vecí.

Bude nesmierne ťažké, aby sa nám takéto testy „zaplatili“, pretože to nebudú vždy ódy na radosť. Víťazov bude málo a porazených mnoho. Veľa bude aj mínusov, ktoré firmy často nechcú vidieť a vo finále tak máme najhoršiu možnú pozíciu na vyjednávanie inzercie. Podstate horšiu než kdejakí youtuberi, ktorí okrem unboxingu a hrania sa s farbičkami veľa nového o ventilátoroch neprinesú. Nevadí, na podporu výrobcov ventilátorov sa nespoliehame a na zaplatenie práce budeme potrebovať vyššiu návštevnosť týchto testov a príjem od nezainteresovaných inzerentov. V krajnom prípade by mohli byť niektoré testy vyhradené pre platiacich predplatiteľov, aspoň dočasne, napríklad týždeň po vydaní. Prežili by ste to? 🙂 Uvidíme, ako sa to celé vyvinie. Každopádne nám nechýba odhodlanie a testy ventilátorov budú minimálne nejaký čas určite vychádzať na pravidelnej báze. S tým, že by sme pochopiteľne najradšej do vzájomného porovnania radi dostali všetky dostupné ventilátory. To už je ale hudba ďalekej budúcnosti.

Ešte raz vás teda vyzývame k tomu, aby ste sa v komentároch vyjadrili k tomuto článku a poďte diskutovať o tom, či je návrh metodiky v poriadku alebo treba niečo upraviť, doplniť. Napíšte to prosím teraz alebo potom už mlčte naveky. 🙂 Máte príležitosť ešte niečo meniť a metodiku vyladiť k svojmu obrazu. Všetky návrhy a nápady zvážime a tie, ktoré sa budú dať realizovať, radi zrealizujeme.

Na záver ešte dodám, že v podobnej zložitosti a podrobnosti začneme od nového roka testovať a vydávať aj recenzie grafických kariet a procesorov, neskôr pribudnú SSD a základné dosky. HWCooling prejde aj nejakými vizuálnymi zmenami. Ževraj to súčasné hlavné logo je slabé a pôvodné logo ocenení Go for it! ešte slabšie, tak zlepšíme aj takéto drobnosti. A nezľaknite sa potom ani novej navigácie, ktorá čoskoro takisto dozná nejakých zmien. Tak zatiaľ hardvéru zdar a špeciálne tomu chladiacemu!

Continue: Merania otáčok, hluku a zvuku