Geräuschminderung in Personalcomputern

Mit Geräuschminderung in Personalcomputern werden Konzepte an Personal Computern bezeichnet, die auf eine möglichst geringe Geräuschentwicklung im Betrieb zielen. Diese Konzepte können in verkaufsfertigen PCs angeboten oder durch nachträgliche Umbauten oder Erweiterungen herbeigeführt werden.

Aktuelle PCs mit High-End-Hardware entwickeln im Betrieb sehr viel Wärme. Während die ersten PCs eine elektrische Leistungsaufnahme von nur wenigen Watt aufwiesen und keine besondere Kühlung benötigten, führte die Jagd der Hersteller und Konsumenten nach immer höheren Leistungen bei niedrigsten Preisen dazu, dass sich die elektrische Leistungsaufnahme und damit die Wärmeabgabe von PCs inzwischen vervielfachte. Dass gleiche Leistung auch mit wesentlich geringerem Energieaufwand möglich ist, zeigt beispielsweise die Notebook-Technik.

Lärmquellen

Die Lärmquellen in einem Personalcomputer lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:

• Kühlung, in erster Linie Lüfter aller Art,
• Laufwerke, also Festplatten, CD- und andere mechanische Laufwerke.

Aktuelle Personal-Computer haben oft einen recht hohen Stromverbrauch und können leicht eine Verlustleistung im Bereich über 100 Watt, bei Einsatz leistungsfähiger Prozessoren und Grafikkarten auch über 300 Watt erreichen, die bereits im Gehäuse nahezu vollständig in Wärme umgesetzt wird. Um die verbauten Komponenten vor Schäden durch Überhitzung zu bewahren, werden sowohl die Gehäuse, als auch einzelne Bauteile, wie Prozessor, Netzteil und Grafikkarte häufig mit entsprechend leistungsfähigen, oft aber auch lauten Lüftern ausgestattet.

Weitere Geräuschverursacher sind vornehmlich Festplatten und optische Laufwerke, die teilweise mit Drehzahlen von über 10.000 pro Minute arbeiten.

Daneben kann es auch durch Kondensatoren, Drosseln und anderen schwingenden Bauteilen in der Stromversorgung zu Störgeräuschen in unterschiedlichen Frequenzbereichen kommen. Bei Flüssigkristallbildschirmen entstehen bei einigen Modellen Summ- oder Brummgeräusche, teilweise in Abhängigkeit von der gewählten Helligkeitseinstellung.^[1] Einige Mäuse geben ebenfalls leise Töne von sich.^[2]

Ziel

Der Computer ist bis zu 24 Stunden täglich in Gebrauch, so dass das Betriebsgeräusch besonders im Wohn- oder Schlafraum störend sein kann. Auch bei der Büroarbeit und bei Mediacenter-PCs im Wohnzimmer kann jede wahrnehmbare Geräuschentwicklung als unangenehm empfunden werden.

Eine besondere Herausforderung ist es, einen leisen und gleichzeitig leistungsstarken Rechner zu erhalten. Durch die teilweise hohe Stromaufnahme der High-End-Komponenten, wie sie zum Beispiel in Computern, die zum Spielen verwendet werden, zum Einsatz kommen, und der damit verbundenen Abwärme ist eine insgesamt bessere Kühlung notwendig.

Maßnahmen

Die einfachste und sinnvollste Art, einen leisen Rechner zu erhalten, ist ein Gerät zu kaufen, dass speziell auf Geräuscharmut konstruiert ist. Dies fällt jedoch nicht unter den Begriff Silencing, da hiermit ein aktiver Eingriff in einen gegebenen Rechner bezeichnet wird. Durch die oft nötigen technischen und baulichen Veränderungen hat Silencing auch einen Bezug zum Case-Modding.

Leise Komponenten

• Passive oder besonders leise Kühler für Prozessoren
• Passive oder besonders leise Kühler für Grafikkarten
• weitere Teile (z. B. Dämmmatten für das Gehäuse, leise Gehäuselüfter oder eine Wasserkühlung). Eine Wasserkühlung ist nur eine Möglichkeit der Geräuschreduzierung und nicht unbedingt notwendig um einen leisen Rechner zu bekommen. Mitunter kann die nötige Pumpe auch störend zu hören sein.

Zudem ist die Verwendung von Komponenten mit geringer Verlustleistung sinnvoll. Diese produzieren im Verhältnis zur Leistung eine geringere Abwärme, was dazu führt, dass im Ergebnis weniger aufwendig gekühlt werden muss.

Netzteil

Die Lüfter herkömmlicher Netzteile sind oft recht laut, da sie in jeder Betriebsphase mit maximaler Umdrehungszahl laufen. Hier kann durch ein temperaturgeregeltes Netzteil der Geräuschpegel sehr stark reduziert werden. Darüber hinaus gibt es sogenannte Silent-Netzteile, die mit einem größeren (120 oder 140 mm) Lüfter ausgestattet sind und durch die größere Luftvolumenförderung langsamer drehen können. Allerdings sind diese Netzteile meistens deutlich teurer. Ein Billig-Lüfter kann auch gegen ein leiseres Modell ausgetauscht werden. Es gibt auch passiv gekühlte Netzteile, jedoch sind diese meistens weniger leistungsfähig und vergleichsweise teuer. Zudem sind Netzteillüfter auch wichtig zur Entlüftung des Rechnergehäuses, um die dort entstehende Wärme abzuführen.

Prozessorkühler

Bei der Prozessorkühlung sollte beachtet werden, dass ein Kühlkörper mit einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit (z. B. mit Kupferkern) verwendet wird. Günstige Lüfter sind oft ungeregelt, laufen also konstant mit 12 Volt. Regelbare Lüfter sind erkennbar an drei statt zwei Anschlussleitungen, die Drehzahl wird vom Motherboard per Pulsweitenmodulation gesteuert. Eine kostenlose Software zur Lüftersteuerung ist z. B. SpeedFan.

Ein großes Manko bei der Kühlung mittels Kühlkörper und Lüfter ist die Tatsache, dass die erwärmte Abluft nicht wie beim Netzteil ausgeblasen wird, sondern zum großen Teil im Kreis bewegt wird, wodurch nur ein Teil der erzeugten Wärme tatsächlich über den Luftstrom im PC-Gehäuse abgeführt wird. Abhilfe schafft die direkte Ansaugung von Zimmerluft über ein auf den Lüfter gestecktes Rohr, wofür das PC-Gehäuse allerdings ein geeignetes Loch aufweisen muss. Ein Vorteil der Frischluftansaugung sind erheblich langsamere Lüfterdrehzahlen, die zum Kühlen der CPU ausreichen. Allerdings verstaubt der Kühlkörper so schneller und der Schall des Lüfters gelangt auch direkter nach außen.

Grafikkarte

Beim Kauf der Grafikkarte sollte bereits auf eine gute und leise Kühlung der GPU geachtet werden, denn bei einem nachträglich modifizierten Grafikkarten-Kühler verfallen jegliche Garantieansprüche. Hier gilt ähnliches wie für den Prozessor, dass eine laute Kühlung nicht unbedingt auch gute Kühlleistung bedeutet. Mittlerweile sind einige sehr gute und leise Grafikkartenkühler im Handel, Grafikkarten mit passiv gekühlter GPU sind ebenfalls erhältlich.

Northbridge-Kühler

Bei manchen Mainboards ist auch die Northbridge mit einem aktiven Kühler ausgestattet. Einerseits, um Overclocker anzusprechen, aber auch aufgrund der hohen Wärmeverlustleistung aktueller Chips. Bedingt durch den meistens gering bemessenen Platz auf der Hauptplatine werden hier häufig sehr schnell drehende 40-mm-Lüfter eingesetzt. Der Tausch dieser Lüfter hat in der Regel Garantieverlust zur Folge. Die Verwendung üblicher passiver Northbridgekühler ist besonders bei den neuen Chipsätzen sehr gefährlich, da sich diese dann schnell überhitzen, was einen Totalausfall des Mainboards nach sich zieht. Eine Ausnahme sind Passivkühler mit Heatpipes, welche die Abwärme zu einem größeren Lüfter oder einem großzügig dimensionierten Passivkühlelement abführen.

Festplatten

In einen metallischen Festplattenschacht eingebaute Festplatten übertragen ihre Vibrationen unweigerlich auf das Gehäuse. Der Festplattenhersteller Seagate gibt an, dass rund 70 Prozent des von einer Festplatte erzeugten Schalls als sogenannter Körperschall abgegeben werden. Deshalb stellen Festplattenentkoppler oft eine wirkungsvolle Art, den Geräuschpegel der Festplatten zu reduzieren.

Diese gibt es als fertige Einbaurahmen und -halterungen, bei denen durch Gummis die Festplatten vom Gehäuse getrennt werden. Manche dieser Lösungen bieten noch zusätzliche Kühlfunktionen für die Festplatte. Allerdings müssen solche Käfige üblicherweise in einen 5,25"-Schacht des Computergehäuses eingebaut werden.

Eine sehr günstige, aber fragwürdige Entkoppelungsmethode ist eine Aufhängung über handelsübliche Einmachgummis. Solche Eigenbaulösungen sind jedoch relativ unsicher, da das verwendete Elastomer möglicherweise den Beanspruchungen nicht dauerhaft standhält. Zudem wird in den Datenblättern angegeben, die Festplatte fest zu verschrauben. Ist die Festplatte nicht gegen Eigenvibration fixiert, ist mit einem Geschwindigkeitsverlust und vorzeitigem Lagerschaden zu rechnen.

Bei Entkopplung einer Festplatte sollte als Kühlungslösung ein Festplattenkühler verwendet werden, die es passiv als oberflächenvergrößernde Rippenkühler oder auch aktiv mit einem oder zwei Lüftern im Handel gibt.

In Benchmarktests wurde festgestellt, dass sich die Zugriffszeiten bei weich aufgehängten Festplatten leicht verschlechtern können. Diese Veränderung ist in den meisten Fällen allerdings so marginal, dass im Praxisbetrieb kein Performanceunterschied festgestellt werden konnte.

Eine geräuschlose Alternative zur Festplatte sind Solid State Drives. Diese Halbleiterspeicher enthalten keine beweglichen Teile mehr und sind vollkommen lautlos.

Gehäusedesign

Auch eine gute Verarbeitung und eine saubere Verlegung der internen Kabel kann in Verbindung mit gutem Gehäusedesign für einen Luftzug (engl. Airflow) sorgen, der insgesamt für eine effizientere Kühlung sorgt, was am Ende wiederum durch einen geringen Geräuschpegel belohnt wird. Letztendlich kann man auch durch individuelle, bauliche Veränderungen am Rechner oder einzelner Komponenten ein geringeres Betriebsgeräusch erreichen.

Dämmung

Auch nachträglich können Schalldämmmatten in bestehende Rechner eingeklebt werden. Diese filtern aus dem Inneren des PCs kommende hohe Frequenzen heraus. Allerdings sollte man dabei Vorsicht walten lassen, denn die Temperatur im Inneren steigt durch diese Matten um 2 bis 3 °C an. Außerdem sind diese Schalldämmmatten relativ teuer.

Eine günstigere Alternative stellen Dämmmatten dar, die auf Bitumen basieren und eigentlich für Auto-Hifi-Zwecke vertrieben werden. Das hohe Flächengewicht dieser Matten birgt allerdings den Nachteil, dass ein Maxi-Tower um rund zwei bis 3 kg schwerer werden kann.

Auch einzelne Komponenten können gedämmt werden. Ein Beispiel ist die sogenannte Bitumenbox, bei der eine Festplatte in ein altes 5,25 CD-ROM Gehäuse eingebaut und von speziellen Dämmplatten aus Bitumen umhüllt wird. Dadurch werden u. a. die hochfrequenten Laufgeräusche der Festplatte deutlich reduziert.

Zeitweiliges Ausschalten von Komponenten

Dieses ist z. B. möglich durch die Einschaltung der Lüfter nur nach Bedarf mithilfe von Thermostaten. Diese sogenannte semipassive Kühlung ermöglicht immerhin temporär eine geringere Lautstärke. Auch Festplatten u. a. können nach einer gewissen Leerlaufzeit ausgeschaltet werden.

Räumliche Trennung von PC und PC-Arbeitsplatz

Ein im Nachbarzimmer platzierter PC ist in der Regel am Arbeitsplatz nicht hörbar. Wenn die räumlichen Möglichkeiten dazu vorhanden sind, ist das eine sehr effektive und preiswerte Methode zur Geräuschminderung. Die Kabel können durch einen kleinen Wanddurchbruch in Form von leeren Steckdosengehäusen auf beiden Seiten der Wand erfolgen. Von Nachteil ist, dass zur Bedienung des Gerätes (Anschalten; Laufwerke bedienen) extra der Nachbarraum aufgesucht werden muss.

Eine elegante, aber teure Lösung ist der Einsatz eines KVM-Extenders. Hierbei werden die Video-, Tastatur- und Maussignale über – je nach Entfernung, finanziellen Mitteln und Anforderungen – Cat- oder LWL-Kabel zwischen dem PC und den Peripheriegeräten ausgetauscht. Noch umfangreichere Möglichkeiten bietet ein Thin Client, der seinerseits ein vollständiger kleiner Computer ist, aber weniger Abwärme und Geräusche produziert als der Server im Nebenzimmer. Außerdem können an einen Server mehrere Clients angeschlossen werden, so dass mehrere Personen gleichzeitig an derselben Maschine arbeiten können.

Potentielle Gefahren

Potentielle Gefahren bei der Bearbeitung oder dem Umbau der Komponenten sind

• Die elektromagnetische Verträglichkeit des Gerätes wird beeinträchtigt
• Gesundheitsgefahren durch unsachgemäß vorgenommene Arbeiten an Teilen, vornehmlich beim Netzteil. Hier werden häufig die Original-Lüfter durch leisere Varianten ersetzt. Besonders bei geöffneten Netzteilen besteht die Gefahr eines tödlichen Stromschlags selbst dann, wenn diese von der Stromzufuhr getrennt sind.
• Beschädigung der Hardware und Verlust der Garantieansprüche. Bei Veränderungen der Hardware (z. B. durch das Öffnen von Netzteilen) verliert man meistens die Garantieansprüche. Die eingebauten Komponenten können insbesondere bei nicht ausreichender Kühlung oder unsachgemäßer Behandlung beschädigt werden.

Geräuschmessung

Im Computerbereich sind zwei verschiedene Einheiten zur Einstufung des vom Gerät erzeugten Geräusches gebräuchlich: Die Dezibel-Skala und die Sone-Skala.

Die Dezibel-Skala sagt jedoch nur etwas über den Schalldruckpegel eines Geräusches aus, nicht aber über seine subjektiv empfundene Lästigkeit. Daher ist die Dezibel-Skala nur bedingt geeignet, Aussagen über die Leisigkeit der Störung (oder deren Fehlen) bei Computern zu machen. Die Sone-Skala versucht hingegen, das menschliche Empfinden der Lästigkeit in einfach vergleichbaren Zahlen auszudrücken.

Zur Auswahl von Komponenten für Silent-PCs, können die Werte der folgenden Tabelle als Orientierung gelten, wobei darauf zu achten ist, dass nur solche Messwerte vergleichbar sind, die unter gleichen Bedingungen ermittelt wurden. Der entscheidendste Einflussfaktor ist der Mikrofonabstand zur Schallquelle. Ist nicht klar, ob bei zwei Messungen dieser Abstand gleich war, ist ein Vergleich der Werte sinnlos.

Wertung[3]	Normal-PCs	Silent-PCs
sehr gut	0–0,5 Sone	0–0,5 Sone
gut	0,5–1,5 Sone	0,5–1,0 Sone
mittel	1,5–2,5 Sone	1,0–1,5 Sone
schlecht	2,5–4,0 Sone	1,5–2,0 Sone
sehr schlecht	ab 4,0 Sone	ab 2,0 Sone

Im Zweifel sollte man jedoch nicht auf ein Probehören verzichten.

Siehe auch

• PC-Wasserkühlung, Kryokühlung, Ölkühlung, Passive Kühlung

Literatur

• Michael Beisecker: Das PC-Anwender-Handbuch, Verlag für die Deutsche Wirtschaft AG, 1999, ISBN 9783812502030, [1]

Einzelnachweise

Weblinks

• Silencing - engl.
• Zusammenhang zwischen Sone und Phon