Grundlagenartikel Einsteiger-Tutorial: PC-Luftkühlung richtig planen und zusammenbauen

[Igor Wallossek]

Ja, es ist gerade noch so Winter und Corona hat das Außenleben voll im Griff. Samples werden knapp und stopp, wie warm ist es eigentlich draußen? Zugegeben, der Sommer ist noch weit entfernt, aber es wird täglich wärmer. Für einen PC-Besitzer oder Selbstbauer sind gerade die Themen Abwärme, Kühlung und Umgebungstemperatur auch unabhängig von der Jahreszeit von großer Bedeutung, egal ab wir nun auf einem Vorrat an Nudeln sitzen oder nicht. Und weil immer wieder Nachfragen kamen, ob ich nicht mal wieder ein Luftkühlungs-Tutorial schreiben könnte - ich hatte ja schon mal eines. Vor 6 Jahren. Da ist es an der Zeit, das mal wieder etwas aufzupolieren!

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[Thy]

Du nimmst den Klassiker,1 Lüfter rein z.b. 1300U/min / 90.1m³/h / 23dB(A) und das gleiche Raus was recht laut ist.
Du verdoppelst die Lüfter und kommst bei 90.1m³/h auf rund 700U/min / und rund 12dB(A)
Somit hast bei 2 Lüfter 26dB(A)
und bei 4 Lüftern nur noch 21dB(A) UND eine Deutlich bessere Luftverteilung was allen Komponenten zu gute kommt.

Die Rechnung ist nicht ganz richtig:
Zunächst geht es hier um dB und nicht um dBA, das wäre der bewertete Schalldruckpegel, also schon die psychoakustische Größe. Der deziBel-Wert ist ja nichts anderes als der dekadische Logarithmus des Verhältnisses zweier Leistungen multipliziert mit 10 (da dezi), also Q=10*log10(P2/P1). Da die Schallleistung proportional zum Quadrat des Schalldrucks ist, kann man auch schreiben: Q=10*log10(p2^2/p1^2)=20*log10(p2/p1). Als 0 dB-Wert ist der Schalldruck bei der durchschnittlichen Hörschwelle definiert worden (etwa 20 uPa, oder 20 uN/m²). 12 dB entspricht also einem Schalldruck von p2=10^(Q/20)*p1=10^(12/20)*20 uPa=80 uPa.

Edit: Folgender Absatz wurde angepasst, da hier ebenfalls Mist stand. Danke an @Timberwolf für den Hinweis.
Wenn ein Lüfter bei 700 U/min also einen Schalldruck p1 erzeugt und der Pegel mit 12 dB angegeben ist, dann erzeugen 2 Lüfter mit 700 U/min folgenden Schalldruckpegel: Q=10*log10(2*10^(12/10)) dB=15 dB.

Nehmen wir an, dass, bei einer weiter reduzierten Drehzahl von 400 U/min, der Lüfter nur 11 dB erzeugt. 4 Lüfter würden dann einen Schalldruckpegel von Q=10*log10(4*10^(11/10)) dB=17 dB erzeugen.

Diese Berechnungen sagen aber nun noch nichts über die wahrgenommene Lautstärke der einzelnen Varianten aus. Hierzu müsste nun noch eine psychoakustische Bewertung der dB-Werte vorgenommen werden. Hierzu wäre dann eine Angabe in phon oder Sone hilfreich.

Edit: @Timberwolf hat hierzu ja gerade eine Tabelle in Post #40 hochgeladen.

 

[Derfnam]

@Thy: das ist nicht einfach nur tmi für mich, sondern der Fahrplan eines chinesischen Bahnhofs.
Timberwolf hat einige Beiträge davor noch was verspoilert und darauf bezogen sich meine Werte.

 

[Thy]

Ich wollte niemandem zuviel Information aufzwingen, aber durch einfache Rechung zeigen, wie die dB-Werte steigen.
@Timberwolf hat allerdings in Post #25 eine Tabelle für den Schallleistungspegel angegeben und nicht für den Schalldruckpegel, welcher die Grundlage für die dB(A)-Werte ist.

 

[Derfnam]

PN, @Thy.

 

[Timberwolf]

@Timberwolf hat allerdings in Post #25 eine Tabelle für den Schallleistungspegel angegeben und nicht für den Schalldruckpegel

Ich habe eindeutig eine Grafik, welche den Schalldruckpegel beim Addieren von gleich starker Schallsignalen beschriebt gepostet.

Du verwechselst die Additionsformel der mit der generellen Formel für den Schallintensitätpegel, da diese auf den ersten Blick sehr ähnlich aussehen.

Spoiler : Erklärung

Formel für den Schallintensitätpegel:



Für den Summenschalldruckpegel von n unabhängig voneinander abstrahlenden Quellen gilt aber folgendes:



Der Bezugsschalldruck p0 ist 20 µPa = 0,00002 Pa was 2 × 10−5 Pa (Effektivwert) also 0 dB entspricht.
Aus der Berechnungsformel des Schalldruckpegels ergibt sich unmittelbar, so dass gilt:



Eingesetzt in die Gleichung zur Berechnung des Summenschallpegels, ergibt dies die zuvor erwähnte Additionsformel:



Welche bei mehreren gleich starke Schallquellen vereinfacht ergibt:

4 Lüfter würden dann einen um Q=20*log10(4)=12 dB höheren Schalldruckpegel erzeugen, nämlich 9 dB+12 dB = 21 dB

Das ist leider eine falsche Annahme (siehe Erklärung). 4 gleiche Lüfter a 9 dB würden nur einen gesamten Schalldruckpegel von 15 dB erzeugen.

Auch der Lüfterhersteller Artic hat richtig gerechnet und kommt zum gleichen Schluss. 10 gleiche Lüfter verursachen eine Schallpegelzunahme von 10 dB was psychoakustisch einer Verdopplung der wahrgenommenen Lautstärke entspricht.

 

[Casi030]

Die Rechnung ist nicht ganz richtig:
Zunächst geht es hier um dB und nicht um dBA, das wäre der bewertete Schalldruckpegel, also schon die psychoakustische Größe. Der deziBel-Wert ist ja nichts anderes als der dekadische Logarithmus des Verhältnisses zweier Leistungen multipliziert mit 10 (da dezi), also Q=10*log10(P2/P1). Da die Schallleistung proportional zum Quadrat des Schalldrucks ist, kann man auch schreiben: Q=10*log10(p2^2/p1^2)=20*log10(p2/p1). Als 0 dB-Wert ist der Schalldruck bei der durchschnittlichen Hörschwelle definiert worden (etwa 20 uPa, oder 20 uN/m²). 12 dB entspricht also einem Schalldruck von p2=10^(Q/20)*p1=10^(12/20)*20 uPa=80 uPa.

Wenn ein Lüfter bei 700 U/min also einen Schalldruck p1 erzeugt und der Pegel mit 12 dB angegeben ist, dann erzeugen 2 Lüfter mit 700 U/min den doppelten Schalldruck p2=2*p1 und das Verhältnis als Pegel ausgedrückt, wäre dann: Q=20*log10(2*p1/p1) dB=20*log10(2) dB=20*0,3 dB=6 dB. Der Gesamtpegel ergibt sich dann durch Addition der beiden Pegel zu 12 dB+6 dB=18 dB.

Nehmen wir an, dass, bei einer weiter reduzierten Drehzahl von 400 U/min, der Lüfter nur 9 dB erzeugt. 4 Lüfter würden dann einen um Q=20*log10(4)=12 dB höheren Schalldruckpegel erzeugen, nämlich 9 dB+12 dB = 21 dB.

Diese Berechnungen sagen aber nun noch nichts über die wahrgenommene Lautstärke der einzelnen Varianten aus. Hierzu müsste nun noch eine psychoakustische Bewertung der dB-Werte vorgenommen werden. Hierzu wäre dann eine Angabe in phon oder Sone hilfreich.

Edit: @Timberwolf hat hierzu ja gerade eine Tabelle in Post #40 hochgeladen.

Mein Beispiel bezog sich auf dB(A) von diesem Lüfter.

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Im Nachhinein ist das aber viel zu gering was da angegeben ist.
Aber meiner Meinung und Erfahrung nach kann man die Angaben die im Labor entstehen eh vergessen.
Sobald irgend etwas davor oder dahinter ist sind alle nahe zu gleich , gleiche Luftleistung , gleiche Lautstärke weil einfach das Hindernis wie ein Gitter für Geräusche sorgt und nicht mehr der Lüfter selber,man kann lediglich versuchen in andere Frequenzen zu kommen so das der Luftstrom leicht anders durch das Gitter "schwingt".
Deswegen sind für Mich alle 120er Lüfter ab rund 700U/min wahrnehmbar und ab 1000 U/min schon ein wenig Lauter, 140er Lüfter fangen so ab 450 U/min an und sind ab 800U/min schon ein wenig Lauter.
Das bezieht sich aufs nackte Gehäuse,im Gehäuse muss der Schall erst mal raus kommen und da kann man schon ein paar 100 U/min höher gehen.

 

[Thy]

Du hast recht, ich hätte die Quellen energetisch addieren müssen. Mein Fehler.

@Casi030: Ich werde deinen Vorschlag mal selbst testen. Lüfter habe ich noch ein paar herumliegen.

 

[Timberwolf]

Kein Thema, wäre jetzt auch nicht das erste Mal, dass ich jetzt nach einem falschen Ansatz gerechnet hätte. Das passiert einem oft viel schneller als einem lieb ist.

 

[KidStealth]

bin gerade mit meinem Umzug durch und den Rechner provisorisch im neuen Wohnzimmer platziert... dabei fallen mir doch tatsächlich die folgenden No-Go's auf...

1. Das Netzteil ist falschherum eingebaut - da das Gehäuse unten keine Öffnung hat, liegt der Netzteil-Lüfter innen und zieht Warmluft
2. der Lüfter im Gehäusedeckel ist komplett tot

 

[Thy]

Selbstbau oder Fertigkauf?

 

[KidStealth]

war nix gekauftes - dann wärs ja skandalös und nicht nur peinlich ^^

 

[Thy]

Ist dein Netzteil oben oder unten verbaut? Wenn unten, wäre es seltsam, dass dann keine Bodenöffnung im Gehäuse existiert.

 

[Timberwolf]

Das Netzteil ist falschherum eingebaut - da das Gehäuse unten keine Öffnung hat, liegt der Netzteil-Lüfter innen und zieht Warmluft

Sollte das Gehäuse an der Unterseite wirklich keine Lüftungsschlitze für das Netzteil besitzen, hast du alles richtig gemacht. Warme Luft ist besser als den Luftfluss komplett zu unterbinden. Früher war es Gang und Gebe, dass der im Netzteil verbaute Lüfter die einzige Komponente war, welche die warme Luft aus dem PC inneren beförderte.

Zwar nicht ganz ideal, für die Kondensatoren im Netzteil aber zweckmäßig im Bezug auf das Gesamtkonstrukt.

 

[vonXanten]

Sollte das Gehäuse an der Unterseite wirklich keine Lüftungsschlitze für das Netzteil besitzen, hast du alles richtig gemacht. Warme Luft ist besser als den Luftfluss komplett zu unterbinden. Früher war es Gang und Gebe, dass der im Netzteil verbaute Lüfter die einzige Komponente war, welche die warme Luft aus dem PC inneren beförderte.

Zwar nicht ganz ideal, für die Kondensatoren im Netzteil aber zweckmäßig im Bezug auf das Gesamtkonstrukt.

Zu der Zeit wurden aber keine Leistungen im mittleren dreistelligen Wattbereich abgeführt.
Gehäuselüfter habe ich ab etwa dem Millennium mit verbaut, meist Pabst.
Leider hatten die meisten Gehäuse ein maximal zwei Plätze und dann nur für 60/80mm, nicht wie heute 120/140mm in mehr als ausreichender Anzahl.
Aus der Zeit stammt auch das gute Stück, die originale 40mm Kreissäge war nicht zu ertragen. Glaub irgendwas an die 15-20W Verlustleistung.

 

[KidStealth]

Warme Luft ist besser als den Luftfluss komplett zu unterbinden.

da gebe ich dir recht - das wäre wirklich richtig dämlich ^^

 

[Derfnam]

Beim steinalten Pioniergehäuse für den Netzteileinbau unten Antec 300 waren auch keine Lüftungslöcher im Boden. Antec hatte das damals so gelöst, so dass das trotzdem mit dem Lüfter gen Boden verbaut werden konnte, weil zwischen besagtem Boden und dem Netzteil ja genug Platz war, um Luft anzusaugen. Ist das vielleicht bei deinem leider ungenannten Gehäuse auch so gelöst?

 

[KidStealth]

Beim steinalten Pioniergehäuse für den Netzteileinbau unten Antec 300 waren auch keine Lüftungslöcher im Boden. Antec hatte das damals so gelöst, so dass das trotzdem mit dem Lüfter gen Boden verbaut werden konnte, weil zwischen besagtem Boden und dem Netzteil ja genug Platz war, um Luft anzusaugen. Ist das vielleicht bei deinem leider ungenannten Gehäuse auch so gelöst?

sehr witzig... ich habe genau das genannte Antec 300
wenn ich mir das Photo so anschaue.... also "genug Platz" sieht wirklich jeder wohl anders

 

[Thy]

Ach, der Lüfter des Netzteils holt sich die Luft schon, die er braucht, auch wenn er nach unten zeigt. Eine andere Frage ist, wie der Staubsauger dann ohne Staubfilter nach ein paar Jahren aussieht.

 

[Derfnam]

Oder so, ja. Schräger Zufall, aber is ja nur Luft

 

[vonXanten]

@KidStealth das Gehäuse um einen Ausschnitt im Boden erweitern und hinterher einen Staubfilter drüber der von Magneten gehalten wird.
Aber selbst mit Lüfter nach unten ist da genug Platz, da der ja von drei Seiten Atmen kann