컴퓨터 소음을 잡아보자! (팬의 종류와 베어링 방식)

L1 aMJay 07.07.25. 14:47:17

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<천장환기팬 – 1800년대 후반부터 사용>

모든 구동장치는 물리적 마찰로 인해 소음을 발생시킬 수 밖에 없습니다. 혹시, 실제의 마찰 없이도 움직이는 자기부상열차와 같은 이론으로 마찰이 일어나지 않는 자기 구동 모터가 나온다면 무소음이 가능할 수도 있겠지요. (실제로 자기 방식의 베어링이 존재합니다만, 가격이 비싸 어디에 사용되고 있는지는 모릅니다. 아마도 과학 테스트 장비 정도에나 사용되지 않을까 합니다.)

이 글은 컴퓨터의 소음에 대한 설명을 위해 여러가지 방식의 베어링에 대해서 언급을 하고자 하며, 글의 작성자가 전문지식이 조금은 모자라는 일반인이라는 점을 유의하시고, 참고만 하시기 바랍니다.

무뇌아적 인신공격 악플보다는 도움이 될만한 보충 설명을 곁들인 반론글을 좋아합니다만, 리플로 자신의 인격을 어떤 방식으로 드러낼 것인가는 스스로의 선택이겠지요.

자동차와의 비교

한동안 컴퓨터 생활을 접고 자동차에 관심을 가지다 보니 자동차와 컴퓨터의 유사점을 발견하게 되었습니다. 고성능을 추구할수록 발열이 높아지고, 그러한 발열을 해결하기 위해서 고성능 냉각장치가 필요하다는 점 입니다. (인터쿨러 vs. 컴퓨터 쿨러) 또한, 고성능으로 갈수록 (오버클럭 vs. 과급기(터보, 수퍼차저) 튜닝) 소음이 시끄러워진다는 점 입니다.

터보차량의 소음 중, 가장 큰 부분은 배기쪽의 파이프 구경을 확장하면서 나는 소리 입니다만, 배기쪽을 손 대지 않더라도 터보, 하이캠, 수퍼차저 등의 엔진성능과 관련된 장치에서 나는 소리 역시 무시할 수 없습니다.

<터보차저 (일명 달팽이) – 가레트사의 GT-30>

자동차의 터보 장치도 상당한 고속으로 (1~2만 RPM으로 기억) 회전합니다만, 소음 저감을 위해 양산차의 방식(예: 골프 GTI, MINI)은 소음이 적고 저렴한 슬리브 방식을 채용하고 있으며 극한의 성능을 추구하는 튜닝 또는 고성능 스포츠카(예: 포르쉐 911 터보)의 경우에는 고성능 볼베어링 타입 터보가 장착됩니다.

베어링의 기본 방식에 따르는 소음

기본적으로는 볼베어링 방식이 슬리브 방식에 비해 더 높고 거슬리는 소음을 유발합니다.

슬리브 베어링 방식은 수명에 따라 소음이 증가하지는 않는 것이 일반적입니다만, 실질적으로는 오래 사용하면 오일의 누출 및 기화로 인해 장시간 고열 및 고속 회전 환경에서 사용시 볼베어링과 동일하거나 높은 소음을 낼 가능성도 있습니다.

베어링 기본 방식에 따르는 수명

슬리브 방식은 수명이 볼베어링에 비해 짧습니다. 따라서 CPU 팬, HDD 모터, CD롬 모터와 같이 수명이 중요한 회전장치는 거의 100% 볼베어링 방식을 사용하나 파워팬, 케이스팬 등은 소음 저감을 위해서 슬리브 방식을 채용한 제품이 상당 수 있으며, 간혹 저발열 사양의 그래픽 카드의 경우에도 슬리브 팬을 볼 수 있습니다.

<볼베어링과 슬리브베어링의 비교>

항목	볼 베어링	슬리브 베어링
수명	긴 수명	짧은 수명
내열성	높음	낮음
팬 설계 구조	수직, 병렬 센터샤프트, 직각	수직
소음	고회전에서 비교적 조용	초기에는 저회전에서 비교적 조용
부속품	정밀	비정밀
윤활유	증발 적음	증발 많음
접점	점	선
가격	높음	낮음

(출처: Melody Williams)

위에 보면 윤활유에 대한 비교가 있습니다만, 슬리브 베어링 방식이 볼 베어링 방식보다 수명이 짧고, 후기에 더욱 큰 소음이 발생하는 가장 큰 이유는 윤활유가 증발해버리기 때문입니다. 고온일수록 윤활유는 쉽게 증발하고,

<사용 온도에 따르는 수명 차이>

온도	볼 베어링 팬	슬리브 베이렁 팬	차이 (%)
25°C	95K 시간	80K 시간	18%
40°C	75K 시간	52K 시간	44%
50°C	63K 시간	40K 시간	58%
60°C	54K 시간	30K 시간	80%
70°C	45K 시간	N/A	-

(출처: Melody Williams)

신기술 베어링

볼베어링의 성능 및 내구성과 슬리브 베어링의 저소음을 결합하고자 하는 시도에 따라 나온 개선된 베어링 방식이 있습니다.

몇 가지 유명한 예를 들자면,

Panaflo (지금은 NMB)의 Hydro Wave, Adda(컴퓨터의 케이스나 파워팬에서 많이 본 브랜드)의 Hypro, EBM/Papst의 Sintec, 가장 최신기술인 소니의 Fluid Dynamic (FD) 등이 존재합니다.

FD는 내구성이 필요하고 진동에 민감한 HDD에서 많이 사용됩니다. 몇 년전에 눈여겨 볼 때는 시게이트가 채용했었는데요, 요즘은 어떤지 모르겠습니다. HDD 구동모터의 소음을 획기적으로 줄여줍니다만, 헤드의 소음은 별개의 문제겠지요.

재밌는 점은 Hypro를 개발한 ADDA에서도 고가형 제품에는 FD 를 채용하고 있는 점이지요. FD의 우수성을 반증하는 것이죠.

<베어링 세부 분류>

	슬리브	Hypro	1B1S	2BB	FDB
출시년도	1989	1992	1989	1989	2002
가격	최저	낮음	중간	높음	최고
소음 (로터방식 / 3100 RPM, 0.3m)	높음 26dB(A)	중간 25dB(A)	가장 높음 27dB(A)	낮음 24.4dB(A)	가장 낮고 균일 21.3dB(A)
구동 온도	70도 이하	70도 이하	70도 이하	90도 이하	90도 이하
기타	오일 새기 쉬움	오일이 새기 쉬워 설계에 유의

(출처: Jaro)

FDB 방식이 가장 작은 소음을 보입니다만, 실제 소음과 체감 소음은 차이가 있습니다. 소음은 작으나 고주파음과 같이 더욱 거슬리는 경우도 있습니다.

그러한 소음의 질 면에서는 슬리브 베어링 방식이 26dB로 나타남에도 불구하고 체감 소음은 볼베어링 방식에 비해 작습니다. 하지만 컴퓨터를 사용함에 따라 이상한 소음이 발생하게 되지요.

풍절음도 중요

풍절음도 상당한 소음 요인입니다. 아래 그림은 비교적 조용한 편인 팬의 그림입니다.

(출처: Neil Blanchard)

위의 날개 디자인도 중요합니다만, 공기역학적으로 들어가게 되면 아무래도 제 지식이 부족하네요. 다만, 기본적으로 공기저항이 심할수록 소음이 심하다는 면에서 팬 자체의 디자인, 팬을 보호하는 커버의 디자인, 케이스의 디자인이 중요한 역할을 한다는 점은 한번 고려해 볼 문제입니다.

요즘 나오는 벌집모양의 통풍구는 더욱 원활한 공기 순환을 도와주고 공기 순환이 원할한 만큼 풍절음을 줄여준다고 하니 케이스 선택시 유의해야 겠지요. 요즘은 대부분 파워서플라이나 케이스의 공기배출구 부분에 벌집모양을 채용합니다만, 사이드 패널의 공기 배출구 부분은 예전의 네모나 원형 통풍구를 그대로 채용한 제품도 있더군요.

글을 마치며

국산 쿨러 중 잘만이나 제로썸 등이 해외리뷰 사이트에서 “쿨러”의 성능 만큼은 좋은 평가를 받고 있습니다. 그라나, 같이 동봉되는 “팬”의 소음 성능에 대해 그다지 좋지 않은 평가가 나오는 점은 10년 전과 그다지 크게 달라진 점이 없습니다. 여러분이 느끼는 “체감” 소음이 적은 이유는 단순히 대형팬을 채택하여 저회전으로 구동시키기 때문이지요. (잘만 CPU팬을 풀로드 최고 속도로 한번 돌려 보세요.)