Réduire les nuisances sonores

2. Ventilateurs : comment les choisir, comment les contrôler

Choisir un ventilateur

Généalités

Généralement, ce sont les petits ventilateurs que l´on entend le plus, de part leur vitesse élevée pour certains. De plus ils ventilent bien peu et ont tendance à siffler.
On peut pallier le bruit des ventilateurs de deux façons : soit en achetant un modèle moins bruyant, soit en le sous-voltant, en jouant du fer à souder. Si ce genre de manipulations peut rebuter, on peut recourir à un FanBay (interrupteurs de controle) ou un Rheobus (contrôle continu de la vitesse du ventilateur). Dans tous les cas, on diminue le refroidissement... Il faut donc mettre davantage de ventilateurs, les plus grands possibles ! Pour ceux qui douteraient, il est très facile de gagner des dB en réduisant la vitesse des ventilateurs, et on prend très peu à en mettre 2 au lieu d´un : on remarquera que la machine de base pour ces astuces comporte 10 ventilateurs !

• 4 de 120 mm (boitier, alim, façade et arrière)
• 2 de 92 mm (carte video)
• 4 de 80 mm (2 en fond de boitier, et 2 en face de la mémoire)

... et pourtant, le niveau sonore est vraiment faible, vu que tout le monde tourne au ralenti.

Une attention particulière doit être portée sur la carte mère : les ventilateurs sur ces dernières sont souvent bruyants car petits. La plupart du temps, une solution totalement passive avec un gros dissipateur convient (Zalman, Thermalright, ...), tant que le boitier est bien ventilé.
De même les cartes graphiques ont tendance à porter de petits ventilateurs : les remplacer par des modèles comme les VGA Silencer, ATI Silencer, NV Silencer ou encore Zalman VF700 sont des solutions peu chères, efficaces tant au niveau sonore que des températures. Par contre, ces manipulations font perdre la garantie... Heureusement, certains constructeurs intègrent ces solutions directement (HIS...). Si on n´est pas un gros joueur, se contenter d´une carte avec un refroidissement passif suffit largement, même si elle est moins performante.

Choix des ventilateurs

Le choix des ventilateurs est important et devra répondre à un compromis entre performances et bruit. Certains modèles sont à la base peu bruyants, d´autres de vraies turbines.
Ce choix étant difficile à faire, on ne peut se tourner vers différents comparatifs :

• Celui-ci et celui là (plus récent) pour les 120 mm
• Celui-ci pour les 92 mm
• ... et ce dernier pour les 80mm

On retiendra l´achat des ventilateurs suivants :

• Textorm TM12 pour les 120 mm car ce sont des GlobFan remaquillés, thermo-régulés, avec adaptateur 5V et montage sur caouchouc
• Noiseblocker SE92 pour les 92 mm car il offre de bons compromis
• Textorm TM8 pour les 80 mm (ne figure pas dans le test cité, mais reste dans la lignée du TM12)

Ces deux ventilateurs offrent des performances suffisantes aussi bien pour être placés dans un boitier que sur un ventirad de processeur.
Même s´ils sont à la base relativement peu bruyants, nous allons chercher à les rendre encore plus silencieux !

Solutions matérielles pour contrôler les ventilateurs

La relation entre la vitesse de rotation d´un ventilateur et la tension qu´on lui applique est linéaire : il est donc facile de passer de la vitesse à la tension par la relation suivante :

V_(V)/V_{0 (V)}=f_(RPM)/f_{0 (RPM)} (les indices 0 correspondent aux valeurs nominales, soit 12V en général pour V₀)

BIOS

Certains BIOS sont équipés de fonctions permettant de faire varier la vitesse de rotation des ventilateurs connectés à la carte mère (notamment le QFan chez Asus). Ces fonctions fonctionnent plus ou moins bien selon le ventilateur : les zalman CNPS7000 n´était que très peu influencé par cette fonction alors que le TM12 y est très réceptif. Bien lire le manuel de la carte mère pour configurer.

Capteur de température

Certains ventilateurs sont équipés de sondes thermiques, comme notamment le Textorm TM12 (2200 RPM au delà de 80°C et 1650 RPM à 25°, soit à un fonctionnement entre 9 et 12V). On est alors libre de la placer en zone froide ou chaude (entre les ailettes d´un dissipateur). Il faudra cependant veiller à ce que ce dernier démarre s´il est monté sur le ventirad du processeur et controlé en plus par une carte mère ou un rhéobus.
A noter que certaines alimentation possèdent une prise pour les ventilateurs. Le contrôle se fait alors selon la température ou la charge.

Rhéobus

Il s´agit d´un dispositif permettant d´ajuster la tension d´alimentation des ventilateurs. Un bon rhéobus doit pouvoir couper complètement un ventilateur, et fournir une large plage de réglage, typiquement 5V à 12V. Malheureusement, rares sont ceux qui utilisent une telle plage !
Pour les bricoleurs en électronique, on peut tout aussi bien utiliser :

• un potentiomètre, en série avec le ventilateur, suffisament bien dimensionné car ce dernier va dissiper la puissance non transmise au ventilateur. Typiquement ce potentiomètre devra vérifier :

  R_{P (ohms)} = V₀.(V₀-V_min)/(I₀.V_min)
  P_(watts) > I₀.V₀/4

  Avec :

  • V₀ : tension d´alimentation nominale du ventilateur (12V en général);
  • I₀ : le courant nominal du ventilateur (marqué sur tous les ventilateurs).
  • V_min : tension minimale à laquelle on souhaite commander le ventilateur (typiquement 5V);

  Dimentionner un rhéobus
  V0 = V I0 = A Vmin = V

  Ce montage a pour inconénient d´imposer des "grosses" résistances variables au sens où la puissance supportée peut être conséquente.
• un montage à base de PWM qui évite les problèmes d´échauffement, et qui ne dépend pas du ventilateur connecté. Le principe est le suivant : le moteur se comporte comme un filtre passe-bas : il ne voit que la moyenne de son alimentation. On contrôle donc la vitesse avec le rapport cyclique de l´alimentation. C´est un procédé on ne peut plus classique avec les moteurs à courant continu, qui offre d´excellents rendements. On veillera à bien mettre une capacité pour limiter les grésillements, et à fonctionner à une fréquence suffisante (quelques kHz voire plus).

Réducteur de tension à résistance

Il s´agit de remplacer la résistance variable du rhéobus par une résistance fixe.

Réducteur de tension à diodes

Une autre solution consiste à chainer des diodes en mode passant, en série avec le ventilateur. En effet, pour chaque diode, on abaisse la tension de la tension de seuil, soit 0.6V en théorie pour une 1N4148. Cette solution ne permet aucun ajustement, mais elle est réalisable sans trop de contraintes sur les puissances à dissiper ! En effet, on a alors :

V_mot = V₀ - n . V_D
I_D = (1 - n . V_D/V₀) . I₀

Avec :

• V_mot : la tension du moteur ;
• V₀ : tension d´alimentation nominale du ventilateur (12V en général) ;
• I₀ : le courant nominal du ventilateur (marqué sur tous les ventilateurs) ;
• n : le nombre de diodes ;
• V_D : la tension de seuil de chaque diode ;
• I_D : courant électrique dissipée dans chaque diode.

En pratique, la tension du moteur est plus faible, du fait que les courants dans les diodes correspondent à tensions légèrement supérieures à la tension de seuil. Il convient de prendre de la marge sur le nombre de diodes. Par exemple, avec des diodes 1N4148 et un ventilateur de courant nominal de 0.17 A, la tension de fonctionnement des diodes est en réalité de 0.72 V. Il convient donc de tester le nombre de diodes nécessaires !

Exemple d´un ventirad monté avec 5 diodes 1N4148 (supportant 200 mA), avant de les protéger par de la gaine thermo

Montage en 5V & Baybus

La plupart des ventilateurs fonctionnent avec 5V au lieu de 12. Dans ce cas, il suffit de modifier la connectique du ventilateur pour l´alimenter via le fil rouge d´une prise molex (5V) au lieu du jaune (12V) (voir cette page). Pour les ventilateurs avec une connection 3 points, on peut utiliser un adaptateur vers une prise molex. Les ventilateurs tournent à 40% de leur vitesse maximale.

On pourra facilement réaliser un Baybus permettant de passer du 12V au 5V avec des interrupteurs adéquats.

Montage série : 6V

Il n´est pas rare que plusieurs ventilateurs soient identiques... auquel cas, en les branchant en série, on peut les faire fonctionner en 6V ! Cette fois, la ventilation est un peu meilleure qu´en 5V, et généralement la variation du niveau sonore est négligeable. Par contre, aucun adaptateur possible, il faut impérativement passer par le fer à souder.

Montage 7V

Nombreux sont ceux qui ont remarqué qu´entre le fil de 5V et celui de 12V, on a 12-5=7V... Y mettre un ventilateur est tentant mais à proscrire, car les alimentations ne sont pas faites pour supporter un éventuel retour de courant par le 5V... encore plus si le ventilateur présente un dysfonctionnement et se met en court-circuit. Auquel cas, les composants devant recevoir 5V en voient alors 12... et crament, ce qui concerne TOUS les composants ! Les alimentations ont certes des protections, mais pas forcément pour ce cas de figure.

Solutions logicielles

Il existe des logiciels forts complets pour contrôler la vitesse des ventilateurs connectés aux cartes mères : SpeedFan et Motherboard Monitor. Généralement, on peut définir des seuils de fonctionnement en fonction de la température des sondes de la carte mère. Le principal inconvéniant de ces logiciels, c´est le fait d´utiliser des ressources processeur pour fonctionner. Cependant, ce sont les solutions les plus souples !

SpeedFan	MotherBoard Monitor

Comparaison des méthodes

Le tableau suivant permet de comparer les différentes solutions, ainsi que les différentes façon de cumuler les possibilités. A noter que certaines évitent de faire intervenir des composants qui vont nécessairement se mettre à dissiper (résistances, diodes) : certes, ce ne sont que quelques Watts qui sont concernés, mais cette réduction de consommation est permanante, et pour plusieurs ventilateurs, on arrive vite à 5 W.

NB

Pour ceux qui veulent concerver la fonction tachymètre, il faudra porter un soin particulier aux montages à diode/résistances, en insérant les composants sur le "+" et surtout pas la masse.