■静音パソコン



 
CPUの演算速度やデータ転送スピードのUPは目覚しいものがあります、OSやソフトウエアもそれを前提にしている様で、管理人の使用しているひと昔(もっと前かも)のPCではストレスが大きくなってきましたのでニューマシンを組立てることにしました。

 

まず、CPUの選定。
AMD AthlonX2 DualCore BE-2400(2.3GHz)
¥11380・・時間がたてば価格はもっと下がるでしょう。

選択ポイントは次のとおり。
・1万円程度

TDP(放熱量)が低い(45W)・・これが決めてです。
・Pentium Dual-Core E2220 (65W)
とどちらにするか迷いましたがTDPが低い(45W) のAthlonX2 DualCoreにしました。


  NEWマシンの構成

CPU

AMD AthlonX2 DualCore BE-2400
¥11,380
マザーボード ASUS M2A-VM HDMI
¥7,999

CPUクーラー

ANDY 侍MASTER SCASM-1000 
¥3,980
メモリー PQI QD2800-1G(DDRPC-6400 1GB)x2
¥1,980x2
HDD Seagate ST3250410AS Barracuda7200.10
¥6,937
グラフィックカード ASUS EN8600GT-HTDP-256MB
¥9,980
光学ドライブ pioneer DVR-215
¥6,470
電源 玄人志向KRPW-V400W
¥4,680
リムーバブルケース Owltech BF-90SAC
Owltech BC-90SA
¥6,980
¥2,699
ケース Links CS-1615SSB
¥4,980
 
合計
¥70,045

■日曜工作ランド流パソコンの組立て

 
<大きさと拡張性>
パソコンはコンパクトであって欲しいのですが、ノートパソコンだと拡張性※が低く、管理人のニーズには合いません。また、デスクトップの中でもキューブタイプやスリムタイプはコンパクトでよいのですが、こちらも拡張性が低いのでNG。
これらの拡張性を確保する為には、現在のところATXかmicroATXの規格しか選択肢がありません。microATXより小さいFlexATX規格のパーツやその他のコンパクトなパーツがもっと普及・発展してくれることを願っています。従来はATXを使用していましたが、今はオンボード機能が増えたのでmicroATXを使用しています。
※拡張性とはラジコンシュミレーターのためのグラフィック機能やアナログ映像をデジタル化するためのキャプチャー機能を付加したり、以下で紹介する静音性にこだわったパーツの取付けなどのことです。

<デザイン>
市販のパソコンはインテリア性が高いデザインの商品が多く発売されるようになりました。でも、自作用のパソコンケースは黒すぎたり、白すぎたり、どうもしっくりきません。 だから自分で塗装しています。

<音>
夜間などにパソコンから発生する騒音は結構気になるものです。かつてはパソコン市場そのものが音に関して無策でしたが、最近は静音パーツが多くラインナップされるようになりました。そうしたパーツを組合わせることで、静音マシンを構築することができます。ちなみに、静音化は放熱との戦いです。そして放熱性とコンパクト性は相反するのでそれらをどうバランスをとるかが悩みどころとなります。

<HDDの抜差し>
管理人はHDD(ハードディスク)はデータ記録装置としては最も優れていると考えています。OSを立ち上げられるのもHDDのみ。でも、OSを立ち上げるためのHDDはパソコンに組込むと取り外しできないのが一般的。これを抜差しできるようにすれば便利な使い方ができます。
・予備のバックアップHDD確保とその動作確認ができる。
・子供とHDDを使い分ることで、子供に自由にPCを使わせることができる。(
子供を心配している訳ではなく、自分のデータのクラッシュリスク回避。
・ふつうに大容量記録装置として使える

※パソコンの自作についてはネット上に詳しく紹介されたサイトがいくつもありますのでそちらを検索してみて下さい。

 

静音化


CPUは集積度が高まるほど発熱が大きくなる傾向があります。一方、半導体は熱に弱く、高熱になると熱暴走などの不具合が発生します。

そんな訳でCPUの高性能化と冷却は切り離せない関係があり、騒音にも大きな影響を及ぼします。

管理人は、ムーアの法則(18ヵ月で性能および集積率が倍になる)に従ってCPU価格が下落することを考えながら、一世代古いコアを安価で入手するパターンをとっていました。でも、Pentium4以降、発熱の大きさが気になり、購入を見送っていました。

古い話ですがPenIII1.14GHzを型落ちで¥4,980で購入しました。このCPUを冷やす為に大型クーラー「鎌斬(カマキリ)」を¥3,410で購入。

CPUの集積度が高まると、それを冷やす静音クーラーも大型になり、CPU本体とCPUクーラーの価格が近づくという現象を見出したのでした。
 

右:PentiumIII 700Mhz 用
左:PentiumIII 1140Mhz 用

CPUの高性能化と冷却は切り離せない関係


CPUの発熱はTDP(Thermal Design Power):「設計上想定される最大放熱量」であらわされます。

これまでの流れを振り返ってみると、Pentium3以降、高クロック化に伴いPCが電気ヒーターと化していく様相を呈していました。しかし、ここのところ性能とTDPのバランスを意識したCPUが供給されるようになって来ました。これから先、さらにTDPの低い高性能CPUが開発されていくことでしょう。

※下の表は管理人がアバウトで捉えたものとしてご覧ください。

■Intel  TDP

Celeron 433MHz 20W
Pentium2 10〜20W
Pentium3 20〜30W
Pentium4 50〜100W
Core2 Duo

65W

Core2 Duo T 35W
Core2 Quad 95W

 

写真の様な状態で騒音を測ってみると、 51〜52dBもありました。 (騒音計はA特性です) 夜間の室内は30dBほどですから、かなりうるさく感じます。
パソコン騒音はどこから発生しているか?
・ファンの回転音
・HDD(ハードディスク)の回転音
がその発生源です。HDDについては流体軸受け化によりかなり静かになりました。静音化対策としてはどちらかと言えばファンのコントロールがメインとなります。

ファンには次のものがあります。
・電源ファン
・CPUファン
・グラフィックカードファン
・ケースファン
これらを全て静音化することにより、
40dB程度までの低減が可能です。


うるさいなら、ファンを回転ささなければ良い!
そうです!究極の静音化はファンレス、スピンドルレス。
実際にファンレスのパーツが発売されようになってきていますが、かなりの高温になり、常用にはまだ少し不安が残ります。特に高性能なビデオカードではまだ両立は難しいようです。管理人は「冷やす」ことになぜか執念をもっており、ファンレスに踏み切れないのでした。
ファンの静音化には いろいろ試してみましたが、以下の方法がベストだと思います。

1.ファンは直径がなるべく大きいものをゆっくり回す。
2.回転数が下がっても放熱が確保できる対策をとる。
3.常時、温度を監視する。

これで、安全にファンの静音化を行うことができます。

ちなみに、かつては上の写真のように降圧パーツを自作し、電圧調整のボリュームを拡張スロットのパネルに取り付て、状況に応じて電圧を調整できるようにしていました。後にこのしくみのパーツが販売されるようになりました。

CPU

CPUは冷却対策が最も進んでいるディバイスです。CPU周りは十分なスペースが確保されており、大型のクーラーを取り付けることができます。

でも最近はCPUクーラーが巨大化しすぎて、何かと干渉して取り付かないという報告を見かけますので掲示板などで事前に相性を確認しておくのが無難でしょう。

写真右がAMD標準のCPUクーラー。左はANDY侍MASTER SCASM-1000 \3980。静音で効率良く冷却するお手本のようなクーラーです。


CPUクーラーの性能は次の要素が影響します。
・ヒートパイプ
金属管の中に冷媒が入っています。冷媒は蒸発する際に熱を奪いますのでこの性質を利用
したものです。効果絶大、優れものです。
・巨大ヒートシンク
表面積が大きい:つまりヒダヒダが多いほどと空気に触れる面積が大きく排熱効率的が高まります。
また、FANからの気流がスムーズ 流れる形状かどうかも問題です。
・材質
材質も関係してきます。CPUの発熱を効率的にヒートシンクに伝えることも重要です。
ヒートシンクは一般的にはアルミですが 次に示すように銅の方が熱伝導率が大きい(熱を伝えやすい)
ので放熱性に優れて います。
熱伝導率・・・アルミニウム: 236[W/m・K] 、 銅 :403[W/m・K] です。
・ファン
SCASM-1000は12センチファン。これ以上の大きさのものはPC用では見かけません。
静音化にはファンの回転数を落とすのが一番。

低い回転数で効率良く冷却する為には、直径が大きいファンの方が有利です。
 


静音ニーズの高まりにより、マザーボードのユーティリティーソフトにファンコントロールソフトが付属するようになりました。

左は、ASUSのマザーボードに付属するソフト:PC PROBE IIにある QFan機能。QFan機能を有効にすると、CPUクーラーの冷却ファンの回転数を自動でコントロールします。

ちなみに12センチのファンは普通に回してしまうと爆音になりますのでファンコントロールは必須です。

オーバークロックを行う際、通常はCPUのcore電圧を上げて対処しますが、発熱を抑える為には逆にCPUのcore電圧を下げることも有効です。「温度上昇はコア電圧の2乗と周波数」に比例するそうです。

Cool&QuietはASUSのマザーボードにおけるAMD向けクロック周波数/コア電圧制御プログラムです。 低負荷時にはパフォーマンスを落とし低消費電力、低発熱でCPUを動作させ、高負荷時には高いパフォーマンスでCPUを動作させることができます。

電源

通常の電源には8センチのFANがついています。
電源ファンは筐体の中の暖かい空気を排出する機能も併せ持っています。 電源ケースには「guarantee void if removeed」の封印があり、分解してファンコントロールする為にはこれを 剥がす必要があります。 この時点で、保証などが効かなくなります。
ケーブルは、一旦切断して延長するか、ケーブルの長さに余裕がある市販のファン (同じサイズのものを買ってくる) に交換する必要があります。
電源ケースからの取出し部には、ゴムブッシュの部分を通 しておかないとジョートする可能性があり危険です。

左は静音電源、12センチのFANを上面に配置しています。発想の転換ですね。 セオリー通り、大きいファンをゆっくり回す構造となっています。

グラフィックカード(ビデオカード

現在、最もやっかいなのがグラフィックカード(ビデオカード)です。取り付けスペースの問題があり、大きなファン、大きなヒートシンクが取り付けにくいのがその理由です。

PCIスロット部分はスペースが狭く、限られたスペースでの対策が必要となります。

グラフィックカードは、カードを「付けない」のが最も有効な対策です。必要なければ付けないことです。

グラフィックアクセラレータ(GPU)もCPUと同じく、高性能な物ほど発熱が大きい(値段も高い)ので付ける場合は必要最小限のスペックにしましょう。(必要ないのに高スペックなGPUを搭載するのは、お金とエネルギーの無駄遣いです)

管理人の場合は、ラジコンシュミレーターを動かす上では必須なので・・

左はGeForce 8600 搭載のASUS EN8600
PCIスロットを2つ占有することで、大型の
ヒートシンクとファンを取り付けています。

このシリーズには同じGPUで、ファンレスタイプもラインナップされていますが、かなり高温になる&値段が高いということでこちらのファンモデルを購入しました。

ASUSのグラフィックカードにはユーティリティーソフトSmartDoctorが付属しています。

SmartDoctorには左の写真のようなファンコントロール機能があります。冷却ファンの回転数を、温度に応じて自動でコントロールします。

それでもうるさいので、最終的には、ファンコントロールユニットにつないで回転を抑えることにしました。

SmartDoctorにはHyperDriveという機能があります。

HyperDriveではグラフィックカードのパフォーマンスを必要としない処理のときには、動作クロックを下げ、グラフィックスチップの消費電力と発熱を抑えます。

その他のファン

上記でコントロールできないもの
・ケースファン
・キャプチャーカードのファン

などはファンコントロールユニットでコントロールします。写真のものは、フロント(3.5インチベイ)に取り付けるファンコントロールユニットで、3系統のFANが独立してコントロールできます。(USBポート付)

ケースに取り付けたところ

書き損ねましたのでここで紹介しますが、ケース内の気流の流れをスムーズにするのもテクニック。
・IDEやFDDのケーブルはスリムタイプを用いる。
・フロントに吸気FANを設ける。
(排気FANだけだと、ケースの裏側あたりで暖かい空気がショートサーキットを起こして排熱効率が悪くなります)

■HDD(ハードディスク)について
HDDは常に高速で回転しており、そこから騒音が発生しています。最近は流体軸受けとなり、かなり静かになりました。ここでは、過去の研究結果を報告します。

まずは手持ちのHDDを写真の様な状態で騒音を測ってみました。※騒音計はA特性です

<IBM製DJNA352030(2000年製)>
回転数:5400rpm −−−−−−62〜63dB<アクセス時69dB>
<IBM製IC35L040AVER07-0(2002年製)>
回転数:7200rpm −−−−−−56〜57dB<アクセス時62dB>

回転数が早い方がうるさいだろうという予想に反して、7200rpmの方が静かでした。但し、これは、製造時期の影響が大きいのではないかと思います。HDDの騒音低減にはメーカーでも取り組んでいるのでしょう。同じ型番の回転数違いを比較すれば回転数が早い方がうるさいはずです。最近は流体軸受けのHDDが一般化してきているのでもっと静かになっているのだろうと予想しています。

鉛シートでラッピング

東急ハンズで、0.3ミリ厚の鉛の切り売りシートを20cmだけ買いました。片面に樹脂フィルムが貼ってあり、なかなか使いやすそうです。また、電子部品部分の絶縁にも好都合です。巾1m、3800/mでしたので20cmで760円です。下の写真の様にラッピングしました。一応、絶縁の為に電子基板部分には薄いアクリル板をかませました。本来はケーブルの面まですっぽりと包むとより良いのですが、ケーブルの面はオープンにしました。
    
<IBM製IC35L040AVER07-0(2002年製)>
回転数:7200rpm −−−−−−52〜53dB<アクセス時58dB> 
かなり静かになりました。

スマートドライブ 
メーカーHPはこちらです:グロウアップ・ジャパン

静音用のパーツとして知る人ぞ知る「SmartDrive(スマートドライブ)」なるものが市販されています。下の写真のように、アルミのケースにいれてフタをしてビス止めします。価格は日本橋で¥5000〜6000程度だと思います。
   
<IBM製IC35L040AVER07-0(2002年製)>
回転数:7200rpm −−−−−−46〜47dB<アクセス時50dB>

劇的に静かになります。

■改良

 
私のマシンではHDDのリムーバブルケースを使用している関係で、ケースが完全には密閉されていません。音を防ぐ上で問題ではあるのですがこれは利便性を考えた上で譲れないので、その前提で対策を継続することにしました。

 

組上げてみると、グラフィックカード音が結構大きいようです。 冷却効果を上げる為に大型のファンに取替えてみました。(FANが出っ張るのでPCIスロット使えなくなりますけど)

冷却効果はあまり変わりません。

結局ノーマルのFANに戻し、FANファンコントロールユニットにつないで回転数を下げることにしました。 SmartDoctorのファンコントロールよりも回転数が下がり、静かになりました。でも温度監視していないと温度が不安です。

リムーバブルケースを使用している関係で音が漏れやすい構造となっています。

ファンの音が静かになるとHDDの音が気になります。以前試して効果があった方法=鉛シートでラッピングしてみましたが、あまり効果がありません。

で、HDDがリムーバブルケース仮止めでしたのできちんとビス止めしてみると静かになりました。

今回使用しているオウルテックのリムーバブルケースは衝撃吸収サスペンションプレートがついています。シリコンゴムを介して固定されますので振動が吸収されてかなり静かになりました。

HDDの静音化は意外なところに答えがありました。

それから、リムーバブルケースの前面は吸気用の為にメッシュ状のグリルとなっています。これでは音が筒抜けですので鉛シートを詰め込みました。

それから、リムーバブルケースの前面は吸気用の為にメッシュ状のグリルとなっています。これでは音が筒抜けですので鉛シートを詰め込みました。

試しに、CPUクーラーのFANを止めてみました。CPUクーラーがとても高性能なのでファンレスにしても問題なさそうです!!

でも、マザーボードのチップセットのヒートシンクが貧弱なのでCPUファンの風で冷やす為にFANは回すことにしました。

結局、ボトルネックはグラフィックカードのFANということになりました。
先に述べたように、PCIスロット部分取り付けスペースの問題があり、大きなファン、大きなヒートシンクが取り付けにくいのがネックとなっています。
やはり、なるべくスペックが低いグラフィックカードを取り付け、ファンレスで運用するというのが最も賢明な策のようです。(でも、ファンレスのグラフィックカードは手で触れない程熱くなるなど、不安な報告をよく見かけますのでよく吟味する必要があります。 いっそグラフィックカードを外してしまおうかなどと考える暗いです。 )

静音マシンといいながらまだ満足のいく状態には達していませんので、今後さらに改良を加えたいと思っています。

CPUには部品供給面で有効な対策が打たれ、ファンレスでの運用が可能な状態になっていることが
実感できました。でも グラフィックカードのGPUはまだまだ発展途上です。
これからCPUと同様に、消費電力や発熱の低いGPUが開発されることをを期待します。

■マザーボード・CPU温度監視ソフト


ファンの回転を下げることでオーバーヒートのリスクは高まりますので温度の監視が必要です。温度モニターを常時表示できると便利です。

温度モニターはデスクトップに表示すると邪魔になるのでタスクトレイに表示させたいところです。以前はMBM5(マザーボードモニター)を使用していましたが、今回の機器構成ではうまく起動してくれません。タスクトレイに温度が表示されるソフトを探しました。

Core Temp シンプル機能のCPU温度計です。 フリーソフト
SpeedFan ファンコントロールソフトですがCPUの温度も表示します。 フリーソフト
SensorsView CPU、マザーボード、HDD、の温度、ファン速度、電圧を表示します。 シェアウエア

しかし、CPUの温度をタスクトレイに表示してくれるソフトは種類が少なく、上記の3種類位。試してみたところCore TempはうまくCoreの温度を表示してくれません。SpeedFanはソフトの起動が重い。 SensorsViewはうまくいくのですがシェアウエア($24.95)なのが・・

   

 SpeedFan (フリーソフト)

SpeedFanの設定画面

管理人はFANをマザーボードの接続していないのでFANの回転数は全てゼロ。
温度については8個のデータが表示されています。

「設定」画面から「オプション」のタグを開き、「Language」でJapaneseにすると日本語で表示されます。

でも直訳なので、英語表示とあまり変わりません。

ASUSのマザーボードに付属していたPC PROBE IIの温度と見比べて

Temp1:CPUの温度
Temp1:システムの温度
HD0:HDDの温度
Core:GPUの温度

であることが分かりましたのでこれ以外のチェックをはずします。

CPUの温度:20℃
システムの温度:36℃
HDDの温度:47℃
GPUの温度:49℃

と表示されるようになりました。

起動時点でタスクとレイに表示させるには、まずCドライブの「Documents and Settings」-「ユーザー名」-「スタート メニュー」-「プログラム」-「スタートアップ」にSpeedFanのショートカットを登録しておきます。
そして
SpeedFanの「設定」画面から「オプション」のタグを開き、「開始と同時に最小化」を選んでおきます。
これで 次回
起動時点でタスクトレイに温度が表示されます

タスクトレイに表示してみました。CPUの温度:23℃です。このソフトの難点はソフトの起動が重いこと。温度表示までに数秒かかります。タスクトレイへは「Temp1」の温度が表示されます。表示されるデバイスが変更できないようです。

 SensoreView (シェアウエア)

SensoreViewはシェアウエア(有料)ですが、試用期間として21日間使用できます。

このソフトはアイコンがとても分かりやすいので、英語版ですがアイコンから殆どの機能が理解できます。

管理人的にはこのシンプルな画面がとても気に入りました。

起動時点でタスクとレイに表示させるには、Cドライブの「Documents and Settings」-「ユーザー名」-「スタート メニュー」-「プログラム」-「スタートアップ」にSensoreViewのショートカットを登録しておきます。
そして
SensoreViewの「Setting」画面から「General」を選択し、「Start minimized」を選んでおきます。
これで 次回
起動時点でタスクトレイに温度が表示されます

私のマシンのボトルネックはグラフィックカードのGPUの温度なのでこれを表示するようにしました。
「50℃ 」なのは残念です・・

熱暴走対策として温度監視は必須です。現在は季節がよいのですが夏になると不安。
SensoreViewは使い勝手とシンプルな画面がとても気に入りました。でも$24.95は高すぎ。最近円高なので買うなら今なんですけど・・

■さらに改良
懲りないというか、とことんやらないと気がすまないというか。さらなる改良です。

グラフィックカードのファンは、ファンコントロールユニットにつないで回転を抑えることで静音化できましたが、GPUに負荷がかかると(ラジコンシュミレーターを動かしていると)65℃以上になってしまします。

なんとか、グラフィックカードを冷やす方法はないかと調べていたら、「VGAクーラー」として結構たくさんの商品が販売されているようです。対応するVGAチップのリストを確認の上、価格が手ごろで、よく冷えそうなZAWARD社のZAV-Accelero S1 Rev.2を購入しました。(ヤフオクで¥3420:新品)

このVGAクーラーは、ファンレスでの運用を想定しているのでファンは付属していません。
銅製ヒートシンクヘッド、ヒートパイプ、巨大なフィン・・文句なしですね。まるで車のラジエターのようです。左の写真はグラフィックカードに取り付けたところですが、その巨大さが見て取れると思います。写真には写っていませんが、グラフィックカードのメモリーチップにも付属の小型ヒートシンクを貼り付けて放熱を促します。
それから、純正のクーラーを取り外した時点でグラフィックカードの保証対象から外れるようですのでここ保証からはお別れとなります。

マザーボードにインストールしてみました。はみ出しそうです。(笑)

隣にあるPCIスロットを1つ占有してしまいますが、これは純正のクーラーの時も同じです。

VGAクーラーには、とどめで8センチファンをヒートシンクと直交方向に配置し、ファンコントローラーにつないで低速で回すことにしました。音は殆どしません。
これで完璧。GPUの温度は常用で44℃位(従来比-5〜6℃)になりました。さらにGPUに負荷をかけても温度変化が殆どありません。さすがです。

グラフィックカードには、ファンレス仕様のものが発売されていますが、非常に高温になるとの報告が多いので今回のように後付けで高性能なVGAクーラーに取り替えるのが正解のようです。(CPUと同じですね。)

それと、流体軸受けのFANを見つけました。

株式会社サイズから発売されている「鎌フロウ」(ケース用ファンとして発売されています)。ソニーの流体動圧軸受けS-FDBを採用。1000rpm±10%で15.8dBAとの事。実際に回してみましたが、回転音は殆ど聞こえません。大きい羽根が回る関係で風きり音が若干する程度。究極の静音ファンです。

調子に乗って超静音ファンを2個購入しました。(12cmと8cmファン)

静音電源の12センチFANをこれに交換しました。(他のファンが静かになると、全力で回る静音電源のファンがうるさく感じます。

 
これで、可能な対策はやりつくしました。その成果があって、騒音計で計測できない位の静かさになり、満足のいく成果が得られました。さらに、HDDのリムーバブルケースを止めてしまえばもっと静かになると思います。

静音化の為にかなりのコストがかかりましたが、今後はこうした静音化技術が一般的なものになる(標準搭載される)ことを期待したいと思います。