人気ブログランキング | 話題のタグを見る

はこにわオーディオ工学研究分科会 (旧名: バスレフ研究所)

CPUの冷却

ラズパイ音楽プレーヤーのことを書きました。
その中でラズパイ(Raspberry pi)のバージョン4ではCPUの冷却が必要であることを示唆しました。
パソコンのCPUの冷却は、放熱器+ファンが定番で、バルク以外には標準冷却装置が付属しています。
したがってあまり考える必要がありませんが、ラズパイの場合には冷却装置が付属していないので、冷却性能の不足が心配であれば何らかの放熱/冷却装置が必要になります。
ラズパイ4の場合には、放熱器だけで良いだろう(使用条件による)と思います。
この放熱器の考え方をまとめてみました。
CPUの冷却_a0246407_14411124.png
CPUの発熱は、最大値が一定であり、熱源は電力です。
そして管理しなければならないのはCPUの温度です。
CPUの温度については外部から測定できません。
分かっていることは、CPUと放熱器境界の温度を低くすれば、CPUの温度も下がるので、結果として、放熱性能を向上させればCPUの温度が下がります。

CPUの発熱量は、最大値で考えます。
中央の四角で囲った中の式にある"α As"が放熱器の性能と気流の条件を表します。
冷却に寄与する表面積が大きいほうが冷却性能が良く、風が強いほうが冷却性能が上がります。
環境と放熱器表面の温度差は、放熱の結果として決まるので、"α As"が大きくなれば、放熱器の表面温度が下がります。
この温度差を低くできるということは、放熱器の表面温度が低いということなので、結果としてCPUと放熱器との境界の温度が低く、CPUの温度も低いということになります。
ここで"As"は、放熱器の空気に露出される表面積なので、この表面積が大きければそれだけ放熱性能が良く、熱伝達係数"α"を大きくするには、風を当てるとか、水冷するという工夫が必要になります。
風がなくても対流があるので熱は伝達され、結果としてファンがなくてもCPUは冷却されます。
違うのは冷却効率だけで、放熱器が無くても全然冷えない訳ではありません。
放熱器がないと、過熱で止まるリスクが増えますが、あくまでもリスクが増えるだけです。
パソコンの場合はCPUに放熱器がなければ起動もできないでしょうが、ラズパイは起動はできます。

もうひとつ考慮しなければならないのは、基板を収めた筐体の冷却です。
これは、上の図のTEを室温に近付けることを意味します。
筐体から熱が逃げないとこのTEがどんどん上がってしまい、結果としてCPUの冷却ができません。
そのためには、筐体に新鮮な空気が入り、熱を持った空気が出るようにすることが必要です。
パソコンのケースファンは、そのような役割を持っています。
ラズパイ4を音楽サーバに使用する場合は、私のようにWAVファイルやOGGファイルを再生して音楽を聴くという使い方では、筐体の上面に開放蓋を設け、筐体の下の方に空気の流入孔をつけるだけでも良いようです。

抽象的な情報で申し訳ございません。

by mcap-cr | 2020-10-02 07:08 | 科学・工学 | Trackback | Comments(2)
トラックバックURL : https://mcap.exblog.jp/tb/240605118
トラックバックする(会員専用) [ヘルプ]
※このブログはトラックバック承認制を適用しています。 ブログの持ち主が承認するまでトラックバックは表示されません。
Commented by muuku at 2020-10-02 07:53 x
DOS/Vの黎明期のようなものですね。その昔も静音を求めるとファンレス空冷になるのでCPU用にものすごいデカイ剣山みたいな放熱フィンをつけたりしました。

ただ現代のCPUは熱で壊れたり、暴走しないようフェールセーフ機構(サーマルスロットリング)があるのでそんなに心配せず色々実験してみるのも面白いかと。
ラズパイの理念は「モノがどのように機能するかを知ることには価値がある」ですからトライ&エラーで市販には無い世界に一つしかない(大げさな^^;)音楽サーバーを作るのも自作の醍醐味ですよね。
Commented by mcap-cr at 2020-10-02 08:48
> muukuさん
ラズパイは完全に規格化されているので、OSのインストールが簡単です。
パソコンにもUSBメモリから起動可能なOSがありますが、そちらはどちらかというと非常用で、常用OSは環境に合わせてインストールします。
ラズパイは、本来組込用途も可能なパソコンとして使うのが正解なのでしょうが、Volumioのような音楽サーバ用のソフトができてしまうと、そういう使い方もできてしまうのですね。
私がパソコンを使い始めたときは、i486DX(66MHz)で、CPUの冷却装置は付いていませんでした。
間違って触ったらやけどするくらい熱かったのですが、それで安定して動いていたのですから凄いことだと思います。
ラズパイのCPUは、更に高性能で発熱も小さいのですから素晴らしいことだと思います。
CPUの冷却はいまはユーザーの選択ですが、小さな放熱器が標準で付属するようになれば簡単でいいですね。
できたら自分で音楽サーバ用のOSを作ってみたい。技術があれば、既存OSのソースコードを変えるだけですが、ちょっと無理そう...
DebianベースのVolumioよりRPMベースのOSが好きなので、出てきたら乗り換えようかと思っています。

生演奏を主とすれば、オーディオは箱庭で充分でしょう。
by MCAP-CR
プロフィールを見る
画像一覧
更新通知を受け取る

最新の記事

暇なので見てしまった映画
at 2022-08-09 07:24
趣味は自由なもの
at 2022-08-08 07:31
ものの価値
at 2022-08-06 07:16
暇して見える行政の実態
at 2022-08-05 06:49
コロナ騒ぎに見るお役所対応と..
at 2022-08-04 06:51
あからさまな間違いは指摘できない
at 2022-08-03 06:38
オーディオ趣味も受難の時代か
at 2022-08-02 06:08
録音とオーディオ装置のメリット
at 2022-08-01 06:21
古いパソコンを使い続ける
at 2022-07-31 09:33
宗教詐欺
at 2022-07-24 13:46
ピアノ
at 2022-07-23 16:10
種が違う
at 2022-07-21 06:00
有線音声回線は消滅の方向へ
at 2022-07-20 06:44
知らないことはたくさんある
at 2022-07-18 17:34
倒産フラグ
at 2022-07-14 07:30
SMS機能付きデータSIM
at 2022-07-12 12:10
安部元総理に感謝
at 2022-07-10 16:59
もっと単純に考えるんだ
at 2022-07-08 12:42
VirtualBOXを使って..
at 2022-07-08 07:07
価値観が定まらない
at 2022-07-07 07:13

以前の記事

2022年 08月
2022年 07月
2022年 06月
2022年 05月
2022年 04月
2022年 03月
2022年 02月
2022年 01月
2021年 12月
2021年 11月
2021年 10月
2021年 09月
2021年 08月
2021年 07月
2021年 06月
2021年 05月
2021年 04月
2021年 03月
2021年 02月
2021年 01月
2020年 12月
2020年 11月
2020年 10月
2020年 09月
2020年 08月
2020年 07月
2020年 06月
2020年 05月
2020年 04月
2020年 03月
2020年 02月
2020年 01月
2019年 12月
2019年 11月
2019年 10月
2019年 09月
2019年 08月
2019年 07月
2019年 06月
2019年 05月
2019年 04月
2019年 03月
2019年 02月
2019年 01月
2018年 12月
2018年 11月
2018年 10月
2018年 09月
2018年 08月
2018年 07月
2018年 06月
2018年 05月
2018年 04月
2018年 03月
2018年 02月
2018年 01月
2017年 12月
2017年 11月
2017年 10月
2017年 09月
2017年 08月
2017年 07月
2017年 06月
2017年 05月
2017年 04月
2017年 03月
2017年 02月
2017年 01月
2016年 12月
2016年 11月
2016年 10月
2016年 09月
2016年 08月
2016年 07月
2016年 05月
2016年 04月
2016年 03月
2016年 02月
2016年 01月
2015年 12月
2015年 11月
2015年 10月
2015年 09月
2015年 08月
2015年 07月
2015年 06月
2015年 05月
2015年 04月
2015年 03月
2015年 02月
2015年 01月
2014年 12月
2014年 11月
2014年 10月
2014年 09月
2014年 08月
2014年 07月
2014年 06月
2014年 05月
2014年 04月
2014年 03月
2014年 02月
2014年 01月
2013年 12月
2013年 11月
2013年 10月
2013年 09月
2013年 08月
2013年 07月
2013年 06月
2013年 05月
2013年 04月
2013年 03月
2013年 02月
2013年 01月
2012年 12月
2012年 11月
2012年 10月
2012年 09月
2012年 08月
2012年 07月
2012年 06月
2012年 05月
2012年 04月
2012年 03月
2012年 02月
2012年 01月
2011年 12月

最新のコメント

> Grigriさん ..
by mcap-cr at 17:41
 この20年程、使用頻度..
by Grigri at 14:03
> Grigriさん ..
by mcap-cr at 07:06
感染お見舞い申し上げます..
by Grigri at 01:23
> muukuさん ア..
by mcap-cr at 09:59
体調の方は大丈夫でしょう..
by muuku at 09:38
> muukuさん 確..
by mcap-cr at 15:34
windowsはPCゲー..
by muuku at 07:40
> Grigriさん ..
by mcap-cr at 17:17
読書とか、何かを行いなが..
by Grigri at 16:46

最新のトラックバック

島谷技研
from 島谷技研
musica
from musica
明日9/24(月祝)はス..
from 集まれ塩ビ管スピーカー主宰 ..
美しい美宮殿装飾と世界屈..
from dezire_photo &..
年末自作スピーカー系イベント
from 集まれ塩ビ管スピーカー主宰 ..
究極の愛を描いたワーグナ..
from dezire_photo &..
光と色彩を愛し生きる喜び..
from dezire_photo &..
新国立劇場バレエ団のソリ..
from dezire_photo &..
ダンテの『神曲』 ”地獄..
from dezire_photo &..
日本初公開のルノワール絵..
from dezire_photo &..

検索

ファン

ブログジャンル

画像一覧

イラスト:まるめな