Ako Noctua meria hlučnosť ventilátorov
Merania hlučnosti sú mimoriadne zložitá téma. Predstavte si, že máte desať rôznych zdrojov zvuku. Hluk každého sa bude priestorom šíriť iných spôsobom a odmerať, „čo je najhlučnejšie“ a vyniesť k tomuto jasný verdikt, je poriadny oriešok. Aby ste mali o tejto problematike lepšiu predstavu, tak sme pre vás pripravili rozhovor s Noctua. Rôzne techniky merania prinášajú podklady pre potenciálne odlišné a niekedy aj protichodné závery.
V relatívne krátkom časovom slede je toto už druhý rozhovor so zástupcom Noctuy, ale dôležitý, tematicky i časovo. Vydanie ventilátora NF-A14x25 G2 PWM je totiz na spadnutie a rôzni recenzenti budú rôzne merať jeho hlučnosť a dostanú sa aj k rôznym výsledkom. Tými sú myslené aj rôzne pomery voči iným ventilátorom. To z dôvodu, že každý bude hlučnosť snímať trochu z iného uhla, iným spôsobom. Viac sme sa na túto tému pobavili s Jakobom (Dellingerom), ktorý vždy rád zodpovedá všetky technické detaily, ktoré sa produktov Noctua týkajú.
HWCooling: Ahoj Jakob, úvodná otázka bude pomerne krátka, ale odpoveď na ňu už bude asi hutnejšia. Ako Noctua pre interné účely meria hlučnosť ventilátorov a prečo práve tak? Narážam na vzájomnú polohu ventilátora a hlukomera.
Noctua: Meranie hlučnosti ventilátorov je veda sama o sebe. Je s ním spojených mnoho výziev, ale dve z najdôležitejších sú, že hluk ventilátorov má dipólové charakteristiky, čo znamená, že sa nešíri rovnomerne, sféricky. A po druhé, že vyžarovacie obrazce sa môžu líšiť v závislosti od frekvenčného rozsahu, vzdialenosti, odrazov a interakcií, najmä v reálnom prostredí, kde sa zvyčajne vyskytujú reflexné povrchy a tiež iné zdroje hluku.
V ideálnom svete by sa tieto problémy riešili meraním z nekonečného počtu bodov v priestore, ktoré sú rovnomerne rozmiestnené okolo ventilátora vo všetkých smeroch a v niekoľkých vzdialenostiach, a potom by sa tieto merania skombinovali s ďalšími meraniami v každom možnom scenári reálneho sveta. Z očividných dôvodov toto nie je možné. To, čo môžeme urobiť, je nájsť rozumnú rovnováhu, pokiaľ ide o počet meracích bodov, aby bolo praktické ich realizovať v požadovanom časovom rámci na jednej strane, ale aby nám na druhej strane stále poskytovali dostatočné rozlíšenie v rámci trojrozmerných vyžarovacích modelov.
Vykonanie tejto priestorovej analýzy v plnom rozsahu však nie je vždy možné alebo dokonca potrebné. Dôvodom je, že vzhľadom na dipólové charakteristiky je najvyššia intenzita hluku v axiálnom smere, takže najkritickejší aspekt môžete zachytiť meraním zo vstupnej strany ventilátora v axiálnom smere. Meranie zo strany výstupu sa vo všeobecnosti neodporúča, pretože bude prevládať turbulencia prúdenia. Problematické sú aj iné smery, napríklad zo strany kolmej na os ventilátora, pretože tieto merania nezachytia maximálnu intenzitu hluku a sú vo všeobecnosti náchylnejšie na odchýlky spôsobené frekvenčnou závislosťou, odrazmi a interakciami, ako aj inými javmi špecifickými pre danú vzdialenosť.
HWCooling: Ďakujem za podrobný a zároveň veľmi zrozumiteľný úvod do problematiky.
Nemá vplyv prúdenia vzduchu vplyv na odmerané hodnoty hluku, keď je hlukomer umiestnený v osi pred ventilátorom tak, ako preferujete? Po zvýraznení prúdnic vzduchu (napríklad dymom) vieme, že sú aj pred ventilátorom, hoci s menším vektorom. Predpokladám ale, že moje obavy sú neopodstatnené, keďže hlukomer bude pri meraní dostatočne oddialený, takže na tejto úrovni nemôže dôjsť k žiadnemu skresleniu?
Noctua: Áno, je to tak, vzdialenosť musí byť dostatočná na to, aby turbulencie v nasávanom vzduchu nepredstavovali problém, ale ak sa nejedná o výkonné ventilátory s extrémne vysokým prietokom vzduchu alebo o vysokú úroveň okolitého hluku, nemal by to byť problém.
HWCooling: Ak sa snímanie spredu zvolí s ohľadom na zachytenie množstva hluku, nezníži sa rozlíšenie vplyvom väčšej vzdialenosti , aká by postačovala pri snímaní zboku? Pri snímaní z jedného metra by už mohol byť pod rozlíšením napríklad slabší hluk motora, zatiaľ čo zboku zo vzdialenosti okolo 15 centimetrov by ho hlukomer stále zachytil.
Noctua: Z tohto dôvodu je dôležité si uvedomiť, že rôzne zložky hluku môžu mať rôzne smerové vzory. Takže zatiaľ čo hluk spôsobený prechodom lopatiek má dipólové charakteristiky, iné zložky hluku ventilátora, ako sú potenciálne zvuky motora alebo ložiska, majú často odlišné vyžarovacie charakteristiky. Závisí to od toho, kde a ako sa tieto zvuky vyskytujú, od ich frekvenčných rozsahov, ako aj od toho, ako ich prenášajú alebo tlmia konštrukcie ventilátora.
Vo všeobecnosti nie je nezvyčajné, že tieto bočné zvuky je ľahšie zachytiť z bočnej alebo dokonca z výstupnej strany ventilátora, takže pri analýze takýchto špecifických javov môže mať skutočne zmysel odkloniť sa od merania spredu, pokiaľ máte na pamäti, že ide o spôsob priblíženia špecifických javov, a nie o snahu získať celkový obraz, kde je hluk prelietajúcich lopatiek zvyčajne kľúčovou zložkou. Keď poznáte frekvenčný rozsah analyzovaného javu, ďalším spôsobom, ako k tomu pristupovať, je izolovať tento rozsah pri meraniach vykonávaných spredu.
HWCooling: Dobre, zostaňme pri meraní aerodynamického hluku a zoberme si konkrétnu situáciu vašich dvoch ventilátorov – modely NF-A14 PWM a NF-A14x25r G2 PWM. Je možné opísať, k akým pomerom, čo sa tyká meraní hlučnosti, by sme sa mohli dostať s rôznymi technikami merania? Myslím teraz z dostatočnej vzdialenosti (s ohľadom na to, aby merania neskresľovalo prúdenie vzduchu) spredu, potom zboku, potom napríklad po skrátení vzdialenosti (typicky sa vždy bavíme o 1 m, takýto odstup dodržiavate aj vo vašich interných analýzach?). Chceli by sme skrátka našim čitateľom priblížiť, aký vplyv na výslednú hodnotu (hladín hluku) odlišné prístupy meraní hlučnosti môžu mať.
Noctua: Hladina akustického tlaku týchto dvoch konkrétnych modelov je pri meraní spredu veľmi podobná, ale ak sa pozriete na vyžarovacie obrazce, model G2 vyzerá široko elipsovito, zatiaľ čo obrazec modelu G1 má skôr tvar osmičky so zárezmi s nižším vyžarovaním hluku priamo po stranách. To znamená, že pri bočnom meraní sa model G1 môže zdať o 1–3 dB tichší, pretože nemá tieto výrazné zárezy. Aby sme to však uviedli na pravú mieru, model G2 je stále o 4–5 dB(A) tichší pri meraní z boku ako spredu, takže ako som vysvetlil, tento rozdiel má len obmedzený význam pre celkovú hlučnosť ventilátora.
HWCooling: Odlišné smerové vzory hluku… Je možné urobiť nejaké porovnanie pri vašich ventilátoroch? Medzi ktorými modelmi rovnakého formátu je najväčší „rozdiel“, ak je to možné sa o tom baviť takto jednoducho?
Noctua: Rozdiely 1–3 dB medzi rôznymi modelmi rovnakej veľkosti nie sú nezvyčajné, najmä ak ide o výrazný skok vo výkone, ako napríklad medzi NF-A14 a NF-A14x25 G2. Je to spôsobené tým, že väčšie kolísanie tlaku spôsobené geometriou lopatiek s vyšším výkonom zvyčajne vedie k zvýšenému vyžarovaniu hluku do strán. Tomu je ťažké sa vyhnúť pri prechode na geometrie lopatiek, ktoré môžu pracovať so zvýšeným celkovým aerodynamickým zaťažením. Naopak, vyžarovanie smerom k vstupnej a výstupnej strane je o niečo ľahšie kontrolovateľné, ak sa vám podarí znížiť separáciu prúdenia a javy turbulencie.
HWCooling: Vychádzajú číselné rozdiely v hlučnosti, ktoré uvádzate pre ventilátory NF-A14 a NF-A14x25 G2 na základe meraní z jedného metra? Zdá sa, že skrátenie vzdialenosti by mohlo tieto rozdiely zmenšiť. Zboku (na radiátore, výsledky bez prekážok nemáme), ake z podstatne kratšej vzdialenosti, sme u ventilátorov NF-A14 a NF-A14x25r G2 namerali prakticky rovnaké hladiny hluku.
Nebyť toho, že na zvýšenie rozlíšenia používame parabolický golier okolo snímača, namerané hodnoty by takmer splývali. Zaoberali ste sa interne aj meraniami aerodynamického hluku z kratších vzdialeností alebo vám to nedáva príliš zmysel a držíte sa noriem?
Noctua: Áno, tieto sú z jedného metra. Je dobré vedieť, že ste namerali podobné úrovne hluku zo strany, čo pekne ilustruje, ako sa merania z tohto smeru môžu líšiť od konfigurácie ku konfigurácii. Váš parabolický golier v tom môže tiež zohrávať úlohu, pretože vám umožní zachytiť širšie uhlové spektrum, a nie iba priame kolmé. Ale ako som povedal na začiatku, pri meraní zo strany všeobecne vidíme väčšie odchýlky v dôsledku faktorov, ako je frekvenčná závislosť, odrazy alebo interakcie. Predpokladám, že jeden z týchto faktorov alebo ich kombinácia je dôvodom, prečo vidíte podobné úrovne zo strany.
Pokiaľ ide o vašu poslednú otázku, meriame z rôznych vzdialeností nielen kvôli rôznym požiadavkám na meranie, ale aj preto, aby sme sa uistili, že sa nestaneme obeťou žiadneho z vyššie uvedených faktorov. Hoci pri meraní v anechoických komorách dochádza k oveľa, oveľa menším odrazom, nikdy to nie je úplne nulové a môžu sa vyskytnúť interakcie aj frekvenčne závislé vyžarovacie javy, preto má vždy zmysel pre istotu dvakrát skontrolovať údaje z rôznych vzdialeností. Vzdialenosti merania meníme aj v závislosti od toho, čo analyzujeme, napr. pri niektorých veľmi malých objemoch alebo pri ladení komutačnej akustiky je priblíženie sa nevyhnutné na získanie dobrého obrazu.
HWCooling: Ďakujem za vyčerpávajúcu odpoveď. Myslím, že sa blížime ku koncu – účel tohto rozhovoru je splnený. Čitatelia by mali získať predstavu o tom, prečo pri meraniach z rôznych uhlov môžu byť zaznamenané rôzne výsledky, s ktorými sa pri hodnotení ventilátorov pracuje. Možno ti k tejto téme napadne ešte doplniť niečo, na čo sme sa nepýtali, ale pre úplnosť to môže byť dôležité. Ak niečo také máš, tak toto je ten priestor. Za redakciu HWCooling je to inak asi všetko. Je možné, že sa v komentároch pod objavia ďalšie otázky. S tými by som vás potom konfrontoval a zodpovedané by boli už v diskusii pod týmto článkom.
Noctua: Veľa sme hovorili o tom, aký zložitý fenomén je hluk ventilátorov a ako môže byť niekedy kvôli smerovosti a rôznym vyžarovacím obrazcom dosť náročné určiť, či je hlučnejší ventilátor A alebo B. Je tu však niečo, čomu sme sa ešte nevenovali, a myslím si, že len krátka zmienka o tom by mohla byť pekným ukončením našej diskusie: Samotné meranie SPL alebo dB(A) je náročné, ale je to naozaj len špička ľadovca. Hoci bolo váženie A vytvorené s cieľom lepšie odrážať citlivosť ľudského sluchu, ani vážené hladiny akustického tlaku nám nikdy neposkytnú úplný obraz.
Až keď začneme analyzovať frekvenčné spektrá, psychoakustické kritériá a modulačné javy, ako sú napríklad frekvencie rytmu, môžeme sa trochu priblížiť k tomu, aby sme dokázali určiť, ako dobre alebo zle ventilátor alebo chladič vlastne znie. V konečnom dôsledku tieto aspekty znásobujú zložitosť, o ktorej sme hovorili, pretože v ideálnom prípade by sa všetky tieto faktory museli skúmať pri každom meraní, ktoré vykonáte z rôznych smerov a vzdialeností. Skrátka, poškriabali sme to len po povrchu!
Tip na článok: Noctua o deformáciách rámčeka NF-A14x25 G2 (rozhovor)
Z originálu do slovenčiny lokalizoval Jozef Dudáš