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静音PC 、サイレントPC、ファンレスPCとは、ほとんど音を立てない、または全く音を立てないパーソナルコンピュータのことです。静音PCの一般的な用途には、ビデオ編集、サウンドミキシング、ホームシアターPCなどがありますが、ノイズ低減技術はサーバーからのノイズを大幅に低減するためにも使用できます。現在、「静音PC」の標準的な定義はありません[ 1 ]。この用語は一般的にビジネスの文脈では使用されず、個人や個人向けのサービスを提供する企業によって使用されています。
提案されている一般的な定義では、そのような PC から発せられる音は 30 dB Aを超えてはならないとされていますが、[ 2 ]平均音圧レベルに加えて、音の周波数スペクトルとダイナミクスも、コンピュータの音が認識されるかどうかを決定する上で重要です。周波数スペクトルが滑らかで (可聴音のピークがなく)、時間的変動が少ない音は、認識されにくくなります。環境内の他のノイズの性質と量も、音が認識されるかマスキングされるかに影響するため、コンピュータは特定の環境やユーザーグループに対しては静かに感じられる場合があります。[ 1 ]
1992年のエネルギースターや同様のプログラムにより、家電製品の間でスリープモードが広く普及し、TCO Certifiedプログラムはエネルギー消費量の削減を促進した。[ 3 ]
パソコンの騒音の主な原因は以下のとおりです。
コンピュータ部品などの音響パワー出力の測定と報告に関する規格は存在するものの、それらはしばしば無視されている。[ 8 ] [ 9 ]多くのメーカーは音響パワーの測定値を提供していない。音圧測定値を報告するメーカーもあるが、報告している場合でも、音圧測定がどのように行われたかを明記していないことが多い。測定距離などの基本的な情報さえ報告されることはほとんどない。どのように測定されたかがわからないと、これらの主張を検証することは不可能であり、そのような測定値間の比較（例えば、製品選択のため）は無意味である。同じ条件下で複数のデバイスをテストする比較レビューの方が有用であるが、それでも、平均音圧レベルは、どのコンポーネントがより静かに感じられるかを決定する要因の1つにすぎない。[ 1 ]
コンピューターの騒音を低減する方法は数多く存在し、それらの方法は追加費用をほとんど、あるいは全く必要としない。
場合によっては、騒音の大きいコンピュータを作業エリアの外に移動させ、長距離のHDMI/USB/DVIケーブルを使用するか、あるいはRaspberry Piなどの静音性の高いシンクライアント（ヒートシンクを使用しない小型コンピュータ）からリモートデスクトップソフトウェアを介してアクセスするという方法が許容できる解決策となるかもしれません。
以下は、静音型PCにおける個々のコンポーネントに関する注記です。
マザーボード、CPU、ビデオカードは、コンピュータにおいて主要な電力消費部品です。消費電力の少ない部品ほど、静かに冷却しやすくなります。静音電源は、コンピュータに必要な電力を供給しつつ、効率性も高いものが選ばれます。
消費電力の少ないチップセットを搭載したマザーボードは、静かに冷却しやすい。アンダーボルティングやアンダークロックは通常マザーボードのサポートが必要となるが、対応している場合はエネルギー消費量と発熱量を削減し、冷却要件を軽減するために使用できる。
多くの最新のマザーボードチップセットには、発熱量の多いノースブリッジがあり、小型で騒音の大きいファンによるアクティブ冷却が付属している場合があります。一部のマザーボードメーカーは、これらのファンを大型のヒートシンクやヒートパイプクーラーに置き換えていますが、[ 12 ] [ 13 ]熱を除去するにはケース内の良好なエアフローが必要です。マザーボードの電圧レギュレータにもヒートシンクが付属していることが多く、適切な冷却を確保するためにエアフローが必要になる場合があります。
マザーボードによっては、統合されたハードウェア監視チップ[ 14 ] （多くの場合、Super I/Oソリューション[ 14 ]内の機能）を使用してファン速度を制御できるものがあり、 BIOSまたはSpeedFanやArgus Monitorなどのシステム監視ソフトウェアで設定できます。また、最近のマザーボードのほとんどは、1 つまたは 2 つのファン用の PWM ファン制御を内蔵しています。
特定のハードウェア監視チップがファン制御を実行できる場合でも、[ 14 ]マザーボードメーカーがマザーボードのファンヘッダーピンをハードウェア監視チップに正しく配線するとは限らないため、ソフトウェアがハードウェア監視チップ自体によるサポートによりファン制御が利用可能であると示していても、配線の不規則性により特定のマザーボードでコンピュータのファン制御を実行できない場合があります。[ 15 ] また、ハードウェア監視チップ自体に各ファンの個別の設定が利用可能であっても、単一のファン制御設定がマザーボード上のすべてのファンコネクタヘッダーに同時に影響を与える場合があります。これらの配線の問題は非常に一般的であるため、ファン制御を設定するための優れた汎用ユーザーインターフェイスを設計することは困難です。 [ 15 ]
マザーボードは、可聴電磁ノイズを発生させることもあります。
CPUの発熱量は、メーカーやモデル、より正確には熱設計電力（TDP）によって異なります。インテルの第3世代Pentium 4は、「Prescott」コアを採用しており、市場で最も発熱量の多いCPUの一つとして悪名高かった。これに対し、AMDのAthlonシリーズやインテルのCore 2は、より低いクロック速度で優れた性能を発揮するため、発熱量も少なくなります。
最新のCPUには、 Cool'n'Quiet、LongHaul、SpeedStepなどの省エネルギーシステムが搭載されていることが多い。これらのシステムは、プロセッサがアイドル状態のときにCPUのクロック速度とコア電圧を下げることで、発熱を抑える。CPUの発熱は、電圧を下げる、クロック周波数を下げる、あるいはその両方を行うことでさらに低減できる。
現代の主流およびバリューCPUのほとんどは、熱、騒音、消費電力を削減するためにTDPを低く設定しています。IntelのデュアルコアCeleron、Pentium、i3 CPUのTDPは一般的に35 ～ 54Wです が、i5とi7は一般的に64 ～ 84W （ Haswell などの新しいバージョン）または95W（ Sandy Bridgeなどの古いバージョン）です。Core 2 Duoなどの古いCPUのTDPは通常65Wでしたが、Core 2 Quad CPUは主に65 ～ 95Wでした。AMDのAthlon II x2 CPUは65Wでしたが、Athlon x4は95Wでした。AMD Phenomは、x2バリアントで80Wから、クアッドコアバリアントで95Wと125Wまででした。 AMD Bulldozer CPUの消費電力は95 ～ 125Wです。AMD APUは、A4などの下位デュアルコアモデルで65W、A8などの上位クアッドコアモデルで100Wとなっています。一部のプロセッサには、低消費電力版も用意されています。例えば、Intelの低TDP CPUは、末尾がT（ 35W）またはS（65W）となっています。
ビデオカードはかなりの量の熱を発生させる可能性があります。高速なGPUはコンピュータの中で最も電力を消費する部分である可能性があり[ 16 ]、スペースの制約から、ビデオカードの冷却装置には高速で回転する小型ファンがよく使用され、騒音が発生します。
この発生源からの騒音を低減するための選択肢は以下のとおりです。
電源ユニット（PSU）は、高効率化（これにより廃熱と空気の流れの必要性が低減される）、静音ファン、より高度なファンコントローラー（温度とファン速度の相関関係が線形よりも複雑なもの）、より効果的なヒートシンク、そして空気抵抗の少ない設計を採用することで、静音性が向上しています。同じサイズの電源ユニットであれば、80 PLUS認証などの高効率ユニットほど発熱量が少なくなります。
コンピュータに適したワット数の電源は、高効率と発熱の最小化に重要です。電源は通常、負荷が軽い場合や重い場合に効率が低下します。高ワット数の電源は、コンピュータがアイドル状態またはスリープ状態であるなど、負荷が軽い場合に効率が低下する傾向があります。ほとんどのデスクトップコンピュータは、ほとんどの時間を負荷が軽い状態で過ごします。[ 19 ]例えば、ほとんどのデスクトップPCは、フルロード時でも250ワット未満しか消費せず、200ワット以下がより一般的です。[ 20 ]
温度制御ファンを備えた電源は、より低温で障害物の少ない空気源を提供することで静音化できます。また、ファンレス電源も利用可能で、大型のパッシブヒートシンクを使用するか、対流またはケース内の空気の流れを利用して放熱します。ノートパソコンのように動作するファンレスDC-DC電源を使用することもできます。これは、外部電源アダプターを使用してDC電源を供給し、それを適切な電圧に変換してコンピューターで使用できるように調整します。[ 21 ]これらの電源は通常、ワット数定格が低くなっています。
電源装置の電気コイルは、可聴域の電磁ノイズを発生させることがあり、静かなパソコンではそのノイズが目立つ場合があります。
電源ユニットにフェライトビーズを使用した電源コードを取り付けると、電源ユニットからのハムノイズを軽減できる場合があります。
低騒音設計のケースには通常、静音ファンが搭載されており、静音電源が付属していることが多い。一部のケースには、コンポーネントをパッシブ冷却するためのヒートシンクが組み込まれている。[ 22 ]
大型ケースは、より広い空気の流れを確保できるスペース、より大型の冷却装置やヒートシンク、そして防音材を備えています。
ノイズ最適化ケース[ 23 ] [ 24 ]は、ケース内部にダクトや仕切りを設けて、空気の流れを最適化し、コンポーネントを熱的に隔離することが多い。[ 25 ]通常のケースにも通気口やダクトを簡単に追加できる。[ 26 ]
静音性を重視したケースには、一般的にワイヤーグリルまたはハニカム構造のファングリルが採用されています。どちらも、旧式のプレス加工グリルよりもはるかに優れています。
マザーボードトレイの裏側にケーブルを通すためのブラケットやスペースなど、ケーブルをすっきりと整理できる機能は、冷却効率の向上に役立ちます。
エアフィルターは、ヒートシンクや表面に埃が付着するのを防ぐのに役立ちます。埃は熱伝導を妨げ、ファンの回転速度を速める原因となります。しかし、フィルターが空気の流れを過度に制限したり、清潔に保たれていなかったりすると、フィルター自体が騒音を増加させる可能性があり、フィルターの背後の圧力低下に対処するために、より大型または高速のファンが必要になります。
The inside of a case can be lined with dampening materials to reduce noise by:
Large heat sinks designed to operate efficiently with little airflow are often used in quiet computers.[27][28][29] Often heat pipes are used to more efficiently distribute heat to the heat sink.
If they use fans at all, quiet PCs typically use larger-than-usual low-speed fans with quiet-running motors and bearings. The 120 mm size is common, and 140 mm fans are used where cases or heat sinks allow them. Quiet fan manufacturers include Nexus, EBM-Papst,[30] Yate Loon, Scythe,[31] and Noctua.[32] Extensive comparative surveys have been posted by SPCR[33][34] and MadShrimps.[35][36]
Fan noise is often proportional to fan speed, so fan controllers can be used to slow down fans and to precisely choose fan speed. Fan controllers can produce a fixed fan speed using an inline resistor or diode; or a variable speed using a potentiometer to supply a lower voltage. Fan speed can also be reduced more crudely by plugging them into the power supply's 5-volt line instead of the 12-volt line (or between the two for a potential difference of 7 volts, although this cripples the fan's speed sensing).[11] Most fans will run at 5 volts once they are spinning, but may not start reliably at less than 7 V. Some simple fan controllers will only vary the fans' supply voltage between 8 V and 12 V to avoid this problem entirely. Some fan controllers start the fan at 12 V, then drop the voltage after a few seconds.
PWM fan control, however, is the easiest and most efficient option for modern motherboards that have PWM fan headers. PWM fan control rapidly cycles between feeding the fan full voltage and no voltage, to control rotational speed. Typically the motherboard chipset provides temperature data from sensors on the CPU itself to control speed.
ベアリングとモーターの騒音は重要な考慮事項です。ファンをソフトマウントする（ゴムやシリコン製のファンアイソレーターを使用するなど）と、ファンの振動が他のコンポーネントに伝わるのを軽減できます。[ 37 ]
水冷[ 40 ]は、細菌の増殖を防ぐ添加剤を加えた脱塩水などの液体と接触する導電性材料を通して熱を伝達することによって放熱する方法です。この水は通常、貯水槽、ラジエーター、ポンプを含むループ内を循環します。最新の12V DCポンプ技術により、非常に強力で静かな設計が可能になります。
水冷は、デバイスの熱を効率的に別の熱交換器に伝達し、そこでより大きなヒートシンクやファンを使用することで、全体的な動作音を静かにすることができます。GPU、ノースブリッジ、サウスブリッジ、ハードディスクドライブ、メモリ、電圧レギュレータモジュール（VRM）、さらには電源などのデバイスを個別に水冷することができます。[ 41 ]実際、場合によってはPC全体を水に浸すこともできます。
古いハードドライブはボールベアリングモーターを使用していたが、最近のデスクトップハードドライブはより静かな流体ベアリングモーターを使用している。[ 42 ]
2.5インチの小型フォームファクタハードドライブは、一般的に従来の3.5インチドライブよりも振動が少なく、静かで、消費電力も少ないが、[ 42 ] [ 43 ]多くの場合、パフォーマンスと容量が低く、ギガバイトあたりのコストが高い。
ハードドライブからの振動がケースに伝わり、増幅されるのを最小限に抑えるため、ハードドライブは柔らかいゴム製のスタッドで固定したり、ゴムバンドで吊り下げたり、柔らかいフォームやソルボセインの上に置いたりすることができます。ハードディスクエンクロージャーもドライブの騒音低減に役立ちますが、ドライブが適切に冷却されるように注意する必要があります。ディスク温度は、多くの場合SMARTソフトウェアで監視されます。
ソリッドステートドライブには可動する機械部品がなく、静かに動作しますが、[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] ( 2016年現在)ストレージ容量あたりの価格は、依然として一般消費者向けHDDの約4倍である。[ 48 ]
場合によっては、他の固体ストレージ方式が適していることもあります。
ソリッドステートストレージは、従来の回転式ディスクドライブよりも高価なため、静音性を重視したPC設計では、必要に応じてのみアクセスされるセカンダリハードドライブと併用したり、静音性の低い従来のハードドライブを遠隔地に設置するネットワーク接続ストレージと併用したりするケースが見られる。
光学ドライブは、 Nero DriveSpeedなどのソフトウェアで速度を落として静音化したり、 Daemon Toolsなどの仮想ドライブプログラムでエミュレートしてノイズを完全に除去したりできます。ノートパソコン用の光学ドライブは一般的に静音性が高いですが、これは動作速度が遅い（通常、CDの24倍速、DVDの8倍速）ためかもしれません。一部のDVDドライブには、ビデオ再生中にドライブの速度を落としてノイズを低減する「リップロック」と呼ばれる機能があります。再生操作には、1倍速（リアルタイム）で十分です。
CRTモニターはコイルノイズを発生させる可能性があり、 LCDモニターの外部電源やモニターのバックライトの電圧コンバータも同様です。LCDモニターは、最大輝度時にノイズ（キーン音）が最も少なくなる傾向があります。[ 7 ] ビデオカードを使用して輝度を下げるとキーン音は発生しませんが、色の精度が低下する可能性があります。[ 7 ] 外部電源が邪魔にならないように配置されているLCDモニターは、電源がスクリーンハウジングに組み込まれているものよりもノイズが目立ちにくくなります。
従来、ドットマトリクス式やデイジーホイール式など、特に騒音の大きいプリンターは防音ボックスやキャビネットに収納されることが多かったが、現代のプリンターでも同様の手法を用いることで、体感騒音を低減できる。別の解決策としては、プリンターをネットワーク接続し、作業エリアから物理的に離れた場所に設置することが挙げられる。
デスクトップ PC とは対照的に、ノートパソコンやノートブックには通常、電源ファンやビデオ カード ファンがなく、一般的に物理的に小型のハード ドライブと低消費電力のコンポーネントを使用しています。ただし、ノートパソコンの CPU ファンは通常小型であるため、デスクトップのファンよりも必ずしも静かとは限りません。ファンの面積が小さいほど、同じ量の空気を移動させるにはより高速なファン速度が必要になります。[ 50 ]さらに、限られたスペース、アクセスの制限、独自のコンポーネントにより、静音化がより困難になっています。
しかし、多くのノートパソコンやネットブックは冷却ファンを全く使用していません。[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]
ファンレスのポータブルコンピュータ（タブレットPC、サブノートブック、Chromebook、 Ultrabook、2-in-1 PC）は、モバイルCPU（最も一般的なのはARMプロセッサ）上で10～ 15W以下で動作し[ 55 ] 、ネットブックの後に人気を博しましたが、主に2010年に最初のiPadが発売されてから普及しました。最初のiPadのCPUであるARM Cortex-A8は、コンシューマーデバイスで大規模に採用された最初のCortex設計でした。[ 56 ]
