Schnelle Rechner leise kühlen

Flüsterleise Superleistung - so wünscht man sich seinen PC. In der Wirklichkeit muss man aber meist zwischen Elefantenkraft und Mäuschenstille wählen, weil Highend-Computer sehr viel Energie schlucken. Nur mit durchdachter Konfiguration lassen sich große Wärmemengen leise bewältigen.

Der technische Hintergrund des Computerkrachs ist eigentlich recht leicht verständlich: Praktisch die gesamte elektrische Leistung, die das PC-Netzteil aus dem 230-Volt-Netz zieht, verwandeln die elektronischen Komponenten in Abwärme. Aktuelle Prozessoren schlucken unter Spitzenlast bis zu 120 Watt Leistung, selbst im unbelasteten Zustand erreichen einige Typen rund 80 Watt. Auch Highend-Grafikkarten benötigen über 100 Watt Leistung und dazu kommen noch kleinere Verbraucher (Festplatten, Hauptspeicher, Chipsatz) sowie die unvermeidlichen Verluste der zahlreichen Spannungswandler im Netzteil und auf dem Mainboard.

Selbst solche Abwärmemengen lassen sich leicht und preiswert entsorgen, indem man einfach leistungsfähige Lüfter einbaut. Doch dann wird es eben laut. Prinzipiell gibt es zwei Möglichkeiten, dem PC-Krach zu entkommen: Entweder verzichtet man auf Leistung und nimmt Bauteile mit geringeren Ansprüchen an die Kühlung. Oder man setzt auf eine ausgefeilte Konfiguration und spezielle Kühl-Komponenten, die Wärme leise transportieren können.

Eine simple Reduktion der Kühl-Leistung, etwa durch langsamer laufenden Lüfter, kann schwerwiegende Folgen haben: Bei zu hoher Gehäuse-Innentemperatur drohen schleichende Schäden, etwa Ausfälle der Festplatten. Außerdem greifen manchmal Sicherheitsbremsen ein: Werden beispielsweise Pentium-4-Prozessoren zu heiß, drosseln sie sich selbst. Die volle Systemleistung ist also nur bei ausreichender Kühlung überhaupt zu erreichen.

Die Problemstellung Aktuelle Desktop-Rechner erzeugen unter Volllast zwischen 140 und 300 Watt Abwärme, die in Form von Warmluft möglichst leise entweichen soll.

Mancher Prophet leiser Computerkühlung verkündet das Heil durch den Einsatz von stromsparenden Mobilprozessoren. Diese teuren Schätzchen verbinden hohe Rechenleistung mit Akku-kompatiblem Energiehunger. Doch im Desktop-Biotop können sie ihre potenziellen Vorteile nicht richtig entfalten (siehe auch c't 24/04, Seite 96), außerdem sind die wirklich leistungsfähigen Typen sehr teuer.

Wegen des günstigeren Preis-/Leistungsverhältnisses führt für die meisten Heimrechner-Anwender kein Weg an Athlon 64, Sempron, Pentium 4 oder Celeron vorbei. Und es ist abzusehen, dass kommende Software-Generationen und neue Anwendungen auch deren Potenzial bald überfordern werden. Deshalb stellt sich die Aufgabe, Leistung und Lautstärke bei akzeptablen Kosten in die Balance zu bringen.

Wie laut darfs sein?

Die Frage, deren Beantwortung sowohl den Aufwand für die leise Kühlung als auch deren Preis entscheidend beeinflusst, lautet: Welche Lautstärke ist akzeptabel? Die Antwort hängt vom subjektiven Schallempfinden, der Betriebsumgebung, dem Einsatzzweck und dem Geldbeutel-Füllstand ab. Der Kasten „Sonologie“ erläutert die verwendeten Einheiten dBA und Sone und die Grundlagen unserer Messungen.

Nach den Erfahrungen der c't-Redaktion sollte ein Wohnzimmer-tauglicher Rechner bei einem halben Meter Messabstand deutlich weniger als 1 Sone Lärm verursachen, um auch in leisen Musikpassagen im Hintergrund zu bleiben. Bis ungefähr zu dieser Schwelle fühlen sich auch empfindliche Naturen bei konzentrierter Büroarbeit oder bei der Musikbearbeitung nicht gestört. Nach den im Handel üblichen Angaben für Messwerte aus einem Meter Distanz dürfte ein solcher Rechner im Bereich unterhalb von 25 dBA einzuordnen sein.

Die nächste Lärmstufe reicht bis etwa 1,5 Sone (0,5 Meter, DIN-Angabe für Geräte: 30 bis 40 dBA aus 1 m). In diesem Bereich liegen auch die Empfehlungen für gewerbliche Büroräume, die für konzentrierte Arbeiten Schalldruckpegel zwischen 35 und 45 dBA sowie einen Maximalwert von 55 dBA vorgeben. Das lässt sich auch mit Computern noch einhalten, die nach c't-Messungen mit 2 Sone aufwarten und im Betrieb unter dem Schreibtisch stehen.

Wenn ohnehin kräftige Hintergrundgeräusche zu hören sind, etwa während der Monsterjagd am PC mit satter Rundumklang-Untermalung, stören auch deutlich lautere Rechner nicht: Dann darf es auch ein Modell mit 3 bis 4 Sone sein, wie man sie unter Schnäppchen-Angeboten häufig findet. Wer aktuelle Prozessor-Topmodelle jenseits der 3-GHz-Klasse mit den beigepackten Originalkühlern betreibt und dazu noch eine Highend-Grafikkarte einsteckt, muss sich sogar auf Lärmpegel von über 6 Sone einstellen.

Vernunftlösungen

Komplettrechner, die deutlich unter 1 Sone Lautheit bleiben, gibt es schon zum Preis von 400 Euro (etwa der Fujitsu-Siemens Scenic X100, [#literatur [1]]), auch leise Notebooks müssen nicht teuer sein (wie beispielsweise das IBM ThinkPad R51, [#literatur [2]]). Doch solche Vernunft-Rechner stoßen leistungsmäßig meist nicht in die aktuelle Spitzenklasse vor und lassen sich manchmal nur eingeschränkt erweitern - wobei außerdem zu berücksichtigen ist, dass schon minimale Veränderungen der Grundkonfiguration den Computer wesentlich lauter machen können.

Auch durch Selbstbau kommt man ziemlich einfach an einen PC mit erträglicher Lautstärke, unsere Konfigurationsempfehlung aus Heft 22/04 [#literatur [3]] bringt mit einem Athlon 64 2800+ und einer ATI Radeon 9600 ordentliche Leistungen bei einer Lautheit von 1,3 Sone und ist außerdem gut erweiterbar - zum Preis von etwa 900 Euro.

Wer noch mehr Rechenleistung oder noch leiseren Betrieb will, muss mehr Geld investieren, wie der Test des PC-World-Rechners auf Seite 94 zeigt. Durch Untertakten lassen sich aber auch gewöhnliche Desktop-Prozessoren wie der AMD Athlon XP zur Sparsamkeit überreden, wobei ein größerer Spareffekt aber erst eintritt, wenn man auch die Betriebsspannung senkt [#literatur [4]]. Wer mit wenig Rechenpower auskommt, greift zu Spar-Spezialisten wie dem VIA C3 (passiv kühlbar bis 800 MHz und neuerdings 1 GHz) oder zum sehr effizienten, aber auch teuren Intel Pentium M.

Sparlösungen haben aber gravierende Nachteile. Die VIA-EPIA-Mainboards lassen sich kaum aufrüsten, passiv gekühlte Netzteile mit 50 bis 100 Watt sind bei Leistungsspitzen schnell überfordert. Gewöhnliche ATX-Netzteile wiederum bringen höhere Wandlerverluste, was einen Teil der Sparbemühungen gleich wieder neutralisiert. Lüfterlose ATX-Netzteile sind teuer, nicht unbedingt effizienter - und manche nicht einmal leiser, weil sie brummen [#literatur [6]].

Der VIA C3 ist dabei deutlich langsamer, als seine Taktfrequenz suggeriert. Im Vergleich dazu sind Pentium M und sogar Celeron M echte Raketen. Passende Desktop-PC-Mainboards mit Sockel-479-Fassung sind aber selten und teuer (siehe c't 24/04, Seite 96).

Das Untertakten von Prozessoren schließlich gelingt nicht mit jedem Mainboard. Recht simpel ist die Taktreduktion in den Abstufungen der Frontside-Bus-Frequenzen innerhalb einer CPU-Familie: Sockel-A-Mainboards bieten üblicherweise Einstellungen für FSB200, FSB266, FSB333 und FSB400 an. Einen Athlon XP 3000+ für FSB333, der bei dieser Einstellung mit 2,167 GHz (13 x 166,66 MHz) läuft, lässt sich also beispielsweise leicht auf 1,733 GHz (FSB266) oder 1,3 GHz drosseln.

Den vollständigen Artikel finden Sie in der aktuellen Printausgabe.

Literatur

[1] Georg Schnurer, Manfred Rindl, Sparbüchsen, 19 günstige Komplettsysteme im Online-Kauftest, c't 12/04, S. 114

[2] Jörg Wester, Docking-Manöver, Business-Notebooks und ihre Docking-Lösungen, c't 18/04, S. 128

[3] Georg Schnurer, von Spezialisten und Generalisten, Die Suche nach dem Alleskönner-PC, c't 22/04, S. 122

[4] Christof Windeck, Diät-Prozessoren, Mobil-Prozessoren im Desktop-Einsatz, c't 6/04, S. 164

[5] Ernst Ahlers, Eckart Steffens, Leise Leistung, Lüfterlose Netzteile gegen leise Kraftstationen, c't 15/04, S. 168

[6] Christof Windeck, Wasser marsch!, Acht Komplett-Sets für die leise PC-Wasserkühlung, c't 7/04, S. 150

"Leistung ohne Lärm"
Weitere Artikel zum Thema finden Sie in der c't 24/2004:
Wassergekühlter Athlon-64-PC	S. 94
Leise Grafikkarten	S. 132
Konfiguration leiser PCs	S. 196
CPU-Hochleistungskühler	S. 202

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Sonologie

Spricht man von Lärm, meint man eigentlich Schallwellen, die sich in Form von Luftdruckschwankungen ausbreiten und die Trommelfelle unserer Ohren in Schwingungen versetzen. Bei der Schallmessung erfassen Mikrofone diese Luftdruckschwankungen. Man gibt die Messdaten nicht in absoluten Größen an, sondern bezieht sie auf die so genannte Hörschwelle: Bei 1 kHz Frequenz liegt diese bei einer Druckänderung von 0,0002 Mikrobar. Als Einheit für die logarithmierte bezogene Größe des Schalldruckpegels ist das Dezibel (dB) üblich, also ein Zehntel Bel. Das Kürzel SPL steht für Sound Pressure Level.

Die von Mikrofonen mit glattem Frequenzgang aufgenommenen Messwerte repräsentieren nicht das stark nichtlineare und frequenzabhängige Hörempfinden des Menschen. Filterkennlinien sorgen deshalb für eine bessere physiologische Anpassung. Für die Lärm-Arten, die bei Computern vorkommen, gilt normalerweise die in internationalen Normen festgelegte Bewertungskurve „A“ - mit diesem Filtersatz bearbeitete Schalldruckpegelwerte erkennt man am Einheitenkürzel dBA.

Pegelunterschiede ab etwa 3 dB nimmt man deutlich wahr. Bei einer Erhöhung um 6 dB hat sich die Schall-Amplitude bereits verdoppelt, doch erst eine Steigerung um 10 dB empfinden die meisten Menschen als Lautstärkeverdoppelung. Bei Verdoppelung des Messabstandes (Ohr/Schallquelle) fällt der Schalldruckpegel um 6 dB, bei Vervierfachung um 12 dB, womit sich die empfundene Lautstärke ungefähr halbiert. Solche Berechnungen sind insbesondere zur Auswertung von Angaben im c't-Magazin wichtig: In unserem Labor messen wir für gewöhnlich aus 50 Zentimetern Entfernung, die Normen schreiben jedoch einen Meter Messabstand vor - von den c't-Werten muss man für Vergleiche deshalb jeweils 6 dB abziehen.

Im Laufe der Jahre hat sich herausgestellt, dass auch die bewerteten dBA-Angaben physiologisch nur ungenügend angepasst sind. Töne bestimmter Frequenzbereiche empfinden die meisten Menschen als wesentlich störender als andere Geräusche. Diese Tatsache erfasst die ebenfalls aus Schalldruckmessungen über andere Verarbeitungsstufen abgeleitete Messung der so genannten Lautheit (Einheit: Sone). In die Berechnungen geht auch ein, dass Menschenohren mit abnehmender Schallintensität immer empfindlicher reagieren: Das Ticken eines Weckers raubt einem im ruhigen Schlafzimmer den letzten Nerv, am Familien-Frühstückstisch würde man es nicht einmal wahrnehmen. Die untere Messgrenze im c't-Labor liegt übrigens bei ungefähr 15 dBA oder 0,1 Sone.

Sone und dBA Die Lautheit (angegeben in der Einheit Sone) und der Schalldruckpegel (in dBA) lassen sich nicht einfach ineinander umrechnen. Ein fester Bezug besteht nur bei frequenzreinen Signalen, hier: 1 kHz.

Sone-Werte taugen zum linearen Lautstärkevergleich: 4 Sone empfindet man doppelt so laut wie 2 Sone. Leider besteht nur bei Tönen konstanter Frequenz ein simpler Zusammenhang zwischen Sone- und dBA-Werten (siehe Grafik, dort für einen reinen 1-kHz-Ton).