显卡|超能课堂：拿什么拯救你，我那会啸叫的电脑？

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【显卡|超能课堂：拿什么拯救你，我那会啸叫的电脑？】

相信有不少玩家在使用PC的过程中都听到过一种“滋滋滋”的声音，这种声音有些来自PC电源，有些则来自显卡或主板，当然也有来自其它硬件甚至是多个硬件共同发出，听起来就像是指甲刮黑板那样，让人很不舒服。这种声音就是我们常说的啸叫声，然而不同玩家碰到的啸叫声各有不同，不仅音量或高或低，出现的时机也各有不同，有玩家表示轻载待机的时候声音非常明显，也有玩家表示只有满载是才听到啸叫声，很显然虽然都是啸叫，但引发啸叫的原因是各不相同的，因某个硬件的故障而导致其它硬件发生啸叫的事情也不罕见。

然而啸叫本身并不是一种故障，事实上它是因为电子元件的震动引起的，而这种震动在PC内部可以说是无处不在，属于正常现象。而你之所以会听到啸叫，只是因为元件振动必然会产生声音，而当声音的频率落在20Hz到20000Hz也就是人耳听觉频率范围内的时候才会让我们听到。因此当我们听到硬件发出啸叫的时候，那只是因为其元件的震动所发出的声音正好处于我们能听到的频率罢了。
那为什么我们的PC硬件在工作的时候会产生元件震动呢？我们有没有办法避免啸叫的发生，或者是消除硬件啸叫的现象呢？这就是我们今天要跟大家探讨的问题。
啸叫是怎么产生的？电感的啸叫PC硬件的啸叫源自于电子元件的震动，但并不是所用电子元件在运行过程中都会震动，事实上啸叫多数情况下都来来源于电容或者电感等无源元件，其中电感的啸叫是最常见的。目前比较常见的会产生啸叫的硬件是显卡、主板和电源，而这三者都有一个共同点，就是都使用了稳压开关电路进行供电， PC电源就不说了，因为其本身就是一个稳压开关电源，内部无论是一次侧还是二次侧，本质上都是稳压开关电路；主板和显卡上的供电电路虽然看着跟PC电源长得不同，但是从原理上来说也都是稳压开关电路。至于稳压开关电路的具体的工作原理大家可以参考我们此前的课堂文章《超能课堂(75)：我们的主板和显卡是如何给CPU和GPU供电的？》，这里就不再展开说明。

稳压开关供电电路原理图而在稳压开关电路中，电感是一个很重要的组成部分，其中输出端的电感和电容是必备元件，因为MosFET输出的是脉冲电流，无法用来直接供电，必须经过LC储能电路后才能变成稳压电流。 MosFET输出的脉冲电流在频率上与主控PWM的频率是相同的，而电感的基本组成是磁芯和线圈，当其接受到脉冲电流的时候，其会产生振动，原理就跟喇叭类似，只是后者可以发出复杂的声音，而电感则只是单纯跟随者脉冲电流的而发生震动。

电感的震动来自于多个方面，首先其磁芯可能会产生名为磁伸缩的现象，就是随着通过电流的大小发生极其微小的形变。由于在开关电路中其接受的是脉冲电流，因此磁芯的形变是一种反复现象，因而从简单的形变发展为持续的震动；此外脉冲电流通过的电感线圈的时候，线圈上本身也会产生磁场并引起绕组自身的震动；即便电感采用闭合此路结构，那也会也会因为绕组磁芯与屏蔽磁芯存在间隙，通电产生磁场相互吸引而引起震动。这些震动虽然不明显，但是叠加起来却不容忽视，倘若震动频率正好处于人耳听觉范围，我们就能听到其震动的声音，也就是啸叫声。
因此电感的震动实际上是不可避免的，这是其结构与工作原理带来的。但震动的声音却是可以听不到的，只要其电流的频率不落在我们人耳的听觉范围内即可。然而虽然PC硬件在设计时都会尽量回避这样的问题，但是要100%回避却不是一件容易的事情。而且除了电流频率可能会引起电感啸叫外，电流中的纹波也可能会导致这样的问题，纹波实际上就是直流电中的交流成分，这在稳压开关电路也是难以避免的。
而为了应对电感因为震动所产生的啸叫，除了在电路设计方面进行优化外，元件结构方面也是很重要的。既然电感是因为线圈和磁受体震动而产生的声音，那么我们减少这个震动就可以了，为此半封闭式电感和全封闭式电感诞生了。顾名思义，半封闭式电感和全封闭式电感就是在把常规的电感封闭在一个框框中，甚至是直接将其包起来，然后内部填充可以固定磁芯和线圈的材料，彻底固化电感，同时外壳也有屏蔽漏磁的作用，以此减少漏磁对周边元件的影响，以降低产生啸叫的可能。

全封闭式电感和铁素体电感已经是现在显卡和主板上的常客然而半封闭式和全封闭式电感终究只是通过物理加固的方式来减少啸叫，而这种物理加固是会随着硬件使用时间的增加而减弱的，因此有些硬件在使用的早期确实感觉不到啸叫，但使用时间长了之后啸叫就更变明显了。而为了解决这个问题，一体成型式的电感也就是我们常说的铁素体电感诞生了。这种一体成型的铁素体电感是通过在软磁性金属磁粉中嵌入空心线圈后进行一体成型而来，由于线圈和磁性体一体化，因此绕线间隙和磁芯间隙的问题不复存在，因此这类电感还会使用磁伸缩现象较小的金属磁性材料，因此磁伸缩引起的啸叫也会大大减小，当这几个因素都被限制的时候，电感的啸叫自然大大缓解。
但是这并不意味着铁素体电感不会啸叫，毕竟磁伸缩现象是无法彻底消除的，但是铁素体电感的啸叫确实比其它电感要更小，如果电路本身在设计上无法彻底避免啸叫问题，采用铁素体电感来削弱啸叫现象也未尝不可。
电容的啸叫相比电感的啸叫，电容啸叫的原因其实简单得多，因为基本上只有MLCC陶瓷电容会产生啸叫的现象，其它电容基本上是不会产生的。而MLCC陶瓷电容之所以产生啸叫，那是因为其结构所引起的， MLCC陶瓷电容存在压电效应，那就是当其加载的电流属于脉冲电流或者交流电的时候，其是会在叠层方向发生伸缩，从而带动PCB产生振动，而这种振动称之为板振。虽然MLCC陶瓷电容的压电效应只会带来纳米甚至是皮米级别的震动，但是这种震动往往是很多MLCC陶瓷电容共同产生的，叠加起来后足以让PCB发出振动的声音，而当这种震动又刚好落在我们人耳的听觉范围内的时候，那就是我们听到的啸叫声了。

MLCC陶瓷电容安装不整齐并不一定是工艺不行，很有可能是故意改变安装角度来可以减少啸叫与电感一样，要解决这种板振带来的啸叫，最直接的方法就是电路设计上的优化，使不要让板振频率落在人耳听觉范围内。如果确实无法避免，则可以通过元件结构上的优化去缓解这个问题。 MLCC陶瓷电容本身的结构是无法改变的，但我们可以通过给陶瓷电容加装支架的方式来削弱压电效应所带来的震动。另外还可以通过优化陶瓷电容安装布局的方式，例如改变电容的安装角度，使得它们的震动不在一个方向上传播，以此实现相互抵消来消除啸叫。
那么我们有什么方法可以消除啸叫？如今的PC硬件其实已经很少会出现啸叫的现象，至少绝大部分的硬件在刚出厂的时候是不存在啸叫的，但我们很难确保使用时间长了也不会发生啸叫问题，毕竟MLCC陶瓷电容和电感是硬件上的必备元件，而它们的结构和工作方式注定震动是不可避免的，最多就是让你听不到震动产生的啸叫。而当啸叫真的在使用过程中产生时，作为消费者的我们有没有方法去解决这个问题呢？不能说没有，但效果可能并不理想，因为要彻底解决啸叫的问题是要从电路结构或者元件选料方面下功夫的，这也就意味着只有硬件厂商可以彻底解决硬件啸叫的问题，消费者能做的只是在一定程度上缓解问题而无法彻底消除问题。
滴胶法目前比较常用的缓解啸叫的方法叫“滴胶法” ，就是把406胶水或者502胶水填充到出现啸叫的元件中，用来填充元件与PCB之间的缝隙或者是元件内部的缝隙，通过物理紧固的方式来消除振动引起的啸叫。

全封闭式电感或者是贴片电感一样会啸叫，只是声音一般会小一些然而滴胶法往往是需要拆解硬件的，例如PC电源要拆开外壳，显卡和主板则需要拆卸散热器等等。我们姑且不论滴胶法能否真的缓解啸叫问题，但拆解会丧失保修这点基本上是肯定的，因此如果玩家真的相信自己的手艺并认为只需要滴胶就可以缓解啸叫的问题，那也应该在硬件失去保修服务之后再行操作，不然在拆解或者滴胶的过程中引起别的问题导致更大故障或者安全隐患的话，那显然有些得不偿失。
加装电容此外还有一种方法叫“插电容” ，就是在显卡或者主板的供电接口上自行接入滤波电容，以此降低输出纹波对板卡的影响。这种方法对于纹波引起的啸叫问题是比较有效的，但也仅仅是对这个问题有效，而且这样的操作等于直接改变电路的结构，对消费者的手艺要求更高，接反电容或者使用错误容量的电容导致啸叫更明显甚至是更多故障的情况也并不罕见。因此这个操作相比之前的滴胶法其实有更多的不稳定因素，没有100%的把握不建议玩家轻易尝试。

有些电源标配线材就已经追加了滤波电容，但并不意味着这样就不会引起啸叫这个“插电容”的操作有两种方式，一种是“用哪个接口插哪个接口” ，例如要用在显卡供电上，那就在连接显卡的PCI-E供电接口上使用， +12V输出接电容的正极， GND接电容的负极， CPU供电和主板供电也是如此类推；另一种则是“哪个接口空闲接那个” ，这个就相当于是给整个电源追加滤波电容，连接的方法与前一种相同，但因为接口是空闲的，因此在接入的时候会更简单一些。当然如果你的电源是模组线材的话，那么直接选择定制模组线也是可以的，就看你自己认为有没有这个必要了。
至于电容的容量选择，除非你明确知道电源和对应设备所配置的具体电容，不然大部分情况下只能通过实际操作去进行试验，可以简单地从小容量电容例如16V/100μF的开始试验，一般来说需要用到1000μF或者2000μF都是正常的，但如果已经达到或接近3000μF都解决不了问题，那就说明插电容这个方法是对于当前的啸叫问题是无效的，还请在引起更大问题之前尽快停止试验。
物理消除当然如果你觉得滴胶法或者加滤波电容的方法过于硬核的话，那么我们还可以尝试通过别的方法来改善我们的体验，例如把机箱放远一点，让传过来的啸叫声衰减到不引起自己注意的程度，使用静音型机箱把啸叫声“困”在机箱内不让它传播到外面，通过音量更高的外放音响和耳机“覆盖”啸叫声，又或者是使用可以隔绝噪音的降噪耳机等等。虽然这些“听不见就不啸叫”的做法是有些自欺欺人，但是在“降低啸叫声”的效果上还是很不错的。
但如果你执行了上述的这些方法却依然无法缓解啸叫时，而且你已经无法接受硬件啸叫所带来的影响，这个时候你就只能更换相应的硬件，或者将硬件送修，看看厂商是否有能力帮你解决相应的问题。然而判断哪一个硬件在啸叫不是一件难事，但是要判断引起啸叫的原因却并不容易，要彻底解决问题是需要时间的，能一劳永逸固然是好事，但短时间解决不了也是常见的事情，还得心平气和地慢慢折腾，毕竟这也算是DIY的一种“乐趣” 。