GUIDA DEFINITIVA ALLE VENTOLE

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0.  Le basi

La ventola è un dispositivo che ha come scopo principale quello di convogliare aria verso la sua faccia posteriore. Essa è costituita da pale rotanti, che possono essere di differente numero e forma, azionate da un motore. Le pale possono essere calettate al mozzo, cioè l'albero attorno a cui girano, utilizzando diverse tecnologie. Il mozzo è collegato ad un telaio, generalmente in plastica, in cui sono presenti gli alloggiamenti per le viti, con cui poi viene collegata al case.

Secondo la convezione dei fluidi, l'aria più calda (e meno densa) sale sempre verso l'alto, lasciando quella più fredda e densa in basso. Il moto convettivo dell'aria non è però sufficiente per raffreddare un PC, poiché i componenti producono un quantitativo di calore eccessivo per un raffreddamento passivo; senza impiego di ventole, la temperatura dell'aria all'interno del case crescerebbe troppo velocemente nel tempo e i componenti stessi si scalderebbero sempre di più. A maggior calore prodotto dall'hardware del sistema all'interno del case corrisponde quindi la necessità di un ricambio di aria più rapido, per far sì che esso non si "accumuli" eccessivamente. Nasce quindi la necessità di un raffreddamento attivo, costituito dalle ventole, capace di spostare un volume d'aria variabile in base al calore generato dall'hardware montato nel case.

La corretta scelta di un set di ventole e il loro posizionamento giocano un grande ruolo nel determinare le prestazioni di raffreddamento, la rumorosità, e (perché no?) l'impatto estetico del PC. Lo scopo di questa guida è quello di far capire come riuscire a spostare il maggior volume d'aria possibile all'interno del case, pur mantenendo livelli di rumorosità adeguati. Occorre infatti ricordare che a maggior velocità di rotazione delle pale corrisponde maggiore rumore prodotto da esse. Viceversa, inferiore velocità di rotazione e rumore corrisponde anche minore volume d'aria spostato. Si rivela, quindi, sempre opportuno utilizzare ventole delle massime dimensioni possibili, che richiedono una velocità di rotazione delle pale più ridotta per spostare un volume d'aria equivalente. Le dimensioni massime installabili nel proprio sistema dipendono dal case in cui vanno montate.

Nonostante i proclami di marketing su innovazioni tecnologiche e, soprattutto, la possibilità di avere ventole RGB super prestanti, il prodotto migliore non è sempre il più costoso o quello presentato meglio. Vedremo infatti che le ventole nel video qui sopra sono assolutamente da evitare e costano un rene (forse anche due). La vera qualità di una ventola è determinata dal rapporto tra il flusso d'aria generato e il livello di rumorosità misurato e percepito. Un'ipotetica ventola perfetta riesce a spostare il massimo volume d'aria possibile senza fare rumore.

Tutte le grandezze che tratteremo nei prossimi paragrafi sono riportate nel sito del produttore e, generalmente, sul retro della scatola delle ventole.

ATTENZIONE: tutte le grandezze indicate si riferiscono ai giri massimi della ventola in questione.

1.     Le dimensioni [mm]

Una ventola è caratterizzata da due dimensioni principali, di cui la più importante è la misura dei lati del telaio (e non delle pale) che viene generalmente espressa in millimetri. Le ventole per PC utilizzate più comunemente hanno un telaio con lato di 120mm / 140mm. L’indicazione di questa caratteristica è contenuta molto spesso anche nel nome del modello, come ad esempio nel caso delle Corsair QL120 (nella foto sopra). Avere a che fare quasi unicamente con ventole da 120mm e 140mm non preclude la possibilità utilizzare per il proprio case ventole di altre dimensioni. Quasi sempre si tratta, in questo caso, di ventole preinstallate: ad esempio nel front mesh dei Cooler Master MasterBox h500 sono montate le Cooler Master MF200R RGB da 200mm.

Sempre parlando di dimensioni è opportuno considerare anche lo spessore, il cui valore standard è di 25 millimetri ed è adatto a quasi tutte le applicazioni pratiche. Ci sono in commercio anche ventole di basso profilo (low profile), pensate per situazioni particolari in cui è necessario uno spessore ridotto.

2. Il flusso d'aria [CFM]

Un'altra grandezza da tener presente durante la scelta è il flusso d'aria. Esso è una delle specifiche più importanti da tenere in considerazione e corrisponde al volume d'aria spostato dalla ventola per unità di tempo. Anche se il corrispettivo ISO è il metro cubo al secondo, troveremo quasi sempre il dato espresso nell'unità anglosassone: l'unità di misura generalmente utilizzata nei datasheet infatti sono i CFM, cioè i cubic feet per minute (piedi cubici al minuto). Moltiplicando per 0,0005 i CFM si ottiene il valore (arrotondato) in metri cubici al secondo.

Ragionare in termini di flusso d'aria ci consente di ragionare anche in termini di volume: conoscendo il volume del case (calcolabile con un maccheronico lunghezza x altezza x larghezza) possiamo facilmente capire quanti secondi impiegano le ventole a "rimpiazzare" totalmente l'aria scaldata dall'hardware con altra a temperatura ambiente. Ovviamente l'obiettivo è quello di avere il massimo flusso d'aria, mantenendo la più bassa rumorosità possibile. In realtà i calcoli precedentemente indicati sono limitati ad una dimensione piuttosto lontana da quella reale, poiché il calcolo dei CFM della ventola è riferito ad una situazione ideale, in cui l'aria viene spinta senza la presenza di ostacoli prima e dopo il passaggio nella ventola. Tuttavia trovano particolare utilità perché consentono di farsi un'idea delle effettive prestazioni dell'impianto di raffreddamento.

Il flusso d'aria è influenzato dalla forma delle pale, dalla forma del telaio e, soprattutto, dalla velocità di rotazione misurata in RPM (revolutions per minute - giri al minuto). Una ventola più grande sposta quindi sempre più aria a pari velocità rispetto ad una più piccola. Ancora più interessante è la possibilità di avere pari spostamento d'aria a minori giri e minore rumorosità rispetto a quelli di una ventola più piccola.

3. Pressione statica [mmH2O]

Abbiamo affermato nel paragrafo precedente che il calcolo del flusso è riferito ad una situazione ideale, in cui non ci sono ostacoli che influenzano la qualità del passaggio dell'aria prima e dopo la ventola. Cosa succede quando si presenta una resistenza al flusso d'aria? Tale resistenza è una costante nel caso dei PC. Essa è causata nel momento dell'ingresso nel case dal mesh e dai filtri antipolvere, poi dagli elementi contenuti nel case (ad esempio la GPU, che "rompe" il flusso delle ventole frontali) e dalle lamelle dei radiatori o delle torri della CPU.

Pressione in fisica significa forza/superficie. Pressione statica infatti indica la "forza" dell'aria spostata dalla ventola. Possiamo visualizzare questo concetto nell'esempio riportato nel video qui sotto.

La pressione statica assume fondamentale importanza nel momento in cui bisogna vincere la resistenza al flusso: maggiore è la pressione statica, migliore è la capacità della ventola di forzare l'aria attraverso qualunque resistenza.

L'unità di misura generalmente riportata nei datasheet è mmH2O, cioè millimetri d'acqua. Alcuni marchi possono indicarla in Pascal (1 PA = all'incirca 0,1 mmH2O).

Il design delle pale influenza fortemente la forza impressa dall'aria. Generalmente pale più larghe forniscono pressione statica più alta alla ventola. Ovviamente anche il regime rotazionale delle pale (gli RPM) influisce sulla pressione statica. Ecco perché le ventole industriali, vedi Noctua IPPC-3000, sono caratterizzate da pale molto larghe e hanno 3000 giri al minuto come velocità massima di rotazione contro i 1800-2400 delle ventole standard.

(Precisazione utile)

Generalmente i produttori suddividono le ventole progettate per airflow da quelle per radiatore. In altre parole, le prime sono ottimizzate per offrire maggiore flusso d'aria e le seconde prevalentemente per la pressione statica. Alcune ventole sono "ibride" e possono essere utilizzate sia per airflow che per un dissipatore.

4. Rumorosità [dBA]

Un altro fattore importante da considerare è il livello di rumore misurato e avvertito.

Solitamente la rumorosità è generata da un mix di diverse frequenze e per questo motivo è difficile quantificarla in maniera efficace. Osservando le schede tecniche delle ventole, i livelli di rumorosità sono generalmente specificati in dB (decibel), dB(A) o in Sone (loudness, rumorosità). Limitandosi alla lettura di questi valori è difficile comprendere quanto effettivamente possa essere percepito il rumore a PC acceso. Sono molti i fattori a definire la "fastidiosità" di un rumore e purtroppo i dati tecnici non sono sempre d'aiuto in questo caso: un basso valore di dBa non è infatti una garanzia di silenziosità, ed una ventola apparentemente poco rumorosa potrebbe essere più fastidiosa di una teoricamente peggiore.

In ogni caso 20dBA rappresentano un ottimo valore di silenziosità (non si sente praticamente nulla). Più si cresce, più aumenta la probabilità che il rumore risulti fastidioso.

Anche in questo caso la forma delle pale (angolo, materiale, numero, etc) influenza la rumorosità, poiché è compito delle pale la separazione del flusso. A velocità di rotazione superiore, aumenta il numero di volte per unità di tempo in cui il flusso è "tagliato" dalle pale ed è quindi maggiore il rumore. Anche il motore che muove le pale può contribuire alla rumorosità; spesso è più fastidioso a bassa velocità, producendo un ronzio o un ticchettio.

Inoltre bisogna considerare che le ventole vengono accoppiate tramite viti al case e che le vibrazioni vengono trasmesse ad esso. Quasi tutte le ventole sono vendute con dei pad antivibranti in prossimità dei fori per le viti per evitare la propagazione delle vibrazioni, che generano rumore. Un'alternativa ai pad può essere utilizzare viti di gomma.

Il collegamento (bearing) tra telaio e pale può essere effettuato utilizzando varie tecnologie, ad esempio con cuscinetti a sfera, levitazione magnetica, ecc. La tipologia di accoppiamento influisce sia sulla rumorosità che sulla longevità della ventola, ma questo argomento lo lasciamo approfondire ai più curiosi per evitare di appesantire troppo la guida.

5. Alimentazione

In generale le ventole da PC funzionano a 12 volt. Questa tensione può essere fornita dalla scheda madre o direttamente dall'alimentatore. Nell'ultimo caso, sempre meno frequente, vengono usati grandi connettori a 4 pin detti molex (anche se in realtà sono necessari solo due dei quattro pin, terra e fase). Anche i connettori più piccoli usano il design molex e si collegano direttamente alla scheda madre o, se presente, a un controller per ventole dedicato.

I connettori a 3 pin integrano un segnale tachimetrico, grazie al quale la scheda madre può leggere la velocità di rotazione di una ventola. Tale velocità è in questo caso regolata agendo sulla tensione e variandone il valore. La tensione può essere cambiata in base alla temperatura del sistema da raffreddare: aumentando la tensione si aumenta la velocità di rotazione delle pale, ed è quindi possibile aumentare il flusso d'aria in base alle condizioni di carico (e al conseguente calore) del sistema. Generalmente ci si riferisce alla temperatura della CPU, poiché la scheda video ha delle ventole dedicate. La difficoltà del controllo via tensione, che consiste nel passare da un valore stabilito di tensione ad un altro (generalmente 5 Volt - 7 Volt - 12 Volt), è il non poter sfruttare pienamente il range di velocità delle ventole, poiché il cambio di tensione "a scalini" potrebbe causare il salto da un range all'altro (come succede coi livelli energetici degli orbitali atomici ;P ). In realtà questo problema è in parte ovviato dalle schede madri più recenti, capaci anche di erogare tensioni "intermedie". Il problema è invece più frequente con l'uso di controller appositi.

Ricordando che ogni ventola ha una tensione di avvio, alcune ventole da 12 V una volta partite hanno bisogno di 5 volt, ma quest'ultimo valore potrebbe non bastare per farle partire. Con il controllo via tensione è quindi pressoché impossibile utilizzare regimi di rotazione molto bassi.

Le ventole più moderne sono PWM (Pulse-Width Modulation) e presentano connettori a 4 pin. La loro velocità si può controllare usando la temperatura come parametro di controllo e impostando dal BIOS, o attraverso programmi appositi, una curva di rotazione delle curve sul piano temperatura/RPM. A differenza del controllo tramite tensione, il PWM consente di sfruttare tutte le possibili velocità di rotazione, senza gli inevitabili "scalini" imposti dai diversi salti di tensione. Il PWM prevede un utilizzo fisso a 12V. Con ventole PWM è quindi possibile mantenere anche regimi di rotazione molto bassi (e quindi silenziosi).

6. Conclusioni

Quelle che abbiamo analizzato nei paragrafi precedenti sono linee guida semplici, ma essenziali. Avendo ben chiari i concetti di flusso d'aria, pressione statica e rumorosità, si è quasi pienamente in grado di valutare in maniera oggettiva la qualità di una ventola e di scegliere il modello più adatto alle proprie esigenze (performance, estetica, silenziosità o il giusto equilibrio tra le tre).

L'ultimo tassello fondamentale da aggiungere è lo scaling delle grandezze precedentemente citate con il regime di rotazione delle pale. Non bisogna infatti dimenticare che tutti i dati relativi alla ventola sono riferiti alla velocità di rotazione massima e ad una situazione ideale, in cui non sono previsti ostacoli lungo il percorso del flusso d'aria. L'utilizzo quotidiano, invece, raramente riguarda gli RPM massimi: si tende infatti ad impostare una curva che li prevede solo in presenza di temperature elevate della CPU. Nella maggior parte del tempo, la ventola mantiene un regime rotazionale che generalmente si aggira tra il 30 e il 50% dei giri massimi. Ecco perché è fondamentale conoscerne le caratteristiche riferite anche a quel range di velocità.

Sul sito di CoolingTechnique (in italiano) e sul canale YouTube sono disponibili numerosi test su vari modelli di ventole, in cui vengono riportate delle utilissime tabelle riassuntive come quella in immagine.

Dalla tabella è possibile ricavare i dati riferiti ai 1818 RPM per la Corsair ML Pro 120: 77.5 CFM, 22.6 dBA, 2.159 mmH2O. La ventola in questione costa circa 19,50€ al momento della stesura della guida.

Le meno blasonate Arctic P12 PWM a 1800 RPM hanno 56.3 CFM, 22.5 dBA, 2.2 mmH2O e costano... 6€! A minor flusso d'aria, corrispondono però una rumorosità leggermente inferiore e una maggiore pressione statica (ricordiamo anche che le per le ML ci riferiamo ad un regime di rotazione leggermente maggiore) a meno di un terzo del prezzo. Questo le porta ad essere un best buy assoluto, soprattutto considerando il pacco da 5 che costa generalmente 26-27€.

Queste considerazioni non vogliono sminuire le Corsair ML Pro 120 (che si sminuiscono da sole, guardando i grafici riportati qui in basso), ma rendere consapevoli dell'esistenza di valide alternative più economiche. La differenza di prezzo è dovuta anche alla tecnologia di collegamento tra pale e telaio e alla qualità delle plastiche utilizzate. Nessuno regala niente, come sempre! Però, in un utilizzo quotidiano, le Arctic si presentano come una scelta molto valida.

Difficilmente, infatti, le ML verrebbero sfruttate a 2400 RPM: un range realistico di utilizzo "quotidiano" per questo tipo di ventole è 1200-1600 RPM. Al di sopra dei 1800 giri si avrebbe anche una rumorosità più invadente e fastidiosa, che rende più apprezzabili regimi inferiori.

Ha senso scegliere ventole con un limite massimo di giri particolarmente alto qualora si abbia la necessità di utilizzare applicativi che richiedono sempre carichi alti alla CPU o si facciano spesso benchmark (e la rumorosità passi in secondo piano). In particolare è molto utile e consigliato questo video di Hardware Scientist, che tratta di numerosi modelli di ventole da 120mm e presenta i risultati di tre test che aiutano a comprendere meglio il concetto di scaling delle prestazioni e l'importanza di verificarle in tutti i range di funzionamento. Il fatto di confrontare le ventole sul piano temperatura CPU / Rumorosità consente di riassumere l'effetto combinato di flusso e pressione statica nel solo asse delle ordinate (asse y).

Le Arctic BioniX P120 sono la versione con dettagli colorati delle Arctic P12 precedentemente citate, che conquistano il quarto posto!

Osservando e confrontando le tabelle di scaling di più modelli, si nota che a bassi regimi si ha un appiattimento della differenza tra le prestazioni: più è lenta la rotazione, minore è il "contributo" da parte della forma, del numero delle pale e della qualità costruttiva. Per citare ventole che già conosciamo, Corsair QL120 e ML Pro 120 hanno prestazioni molto simili a bassi regimi mentre, aumentandoli, il divario si fa molto più ampio.

Piccolo cenno sugli RGB: sono belli? Sono snelli? Sono fotomodelli? Probabilmente sì, però le ventole senza illuminazione hanno quasi sempre prestazioni superiori e prezzo inferiore. Il mondo degli RGB è vittima del marketing estremo e della moda. È sempre necessario verificare con cura le specifiche tecniche e scegliere le "meno peggio". Citando le Corsair QL 120 della foto ad inizio guida, abbiamo delle ventole definite da static pressure con le seguenti specifiche: 1500 RPM max, 41.8 CFM, 26 dBA, 1.55 mmH2O, 38€ l'una. Marketing? Assolutamente sì. Estetica? Pure. Prestazioni? Lasciamo perdere...

Un grande grazie a xCaste, JeiselRamos, Riccardohhh e Andre_94 per il prezioso aiuto. Grazie anche a Fabbrus99 per aver dato l'idea delle guide!