최대 RPM에서 쿨러의 무소음은 가능할까..

결론부터 말하자면 불가능입니다.
현재 나오는 쿨러들의 구조상
각각의 사이즈에 따라 적용되는
최소-최대 rpm에서 최대 rpm 유지 시에 발생되는
쿨러의 소음은 피할 수 없는 현실..
하지만 최대 rpm이 필요한 이유는 바로 여름철 PC의 온도때문이죠..

최근들어
고가 부품으로 구성된 PC를 사용하는 유저들이 많은데
무심코 지나갈 수 있지만 여름철 PC 본체의 온도 관리에 신경을 써야 합니다.
보통 저가의 보급형 본체의 쿨링 구조를 보면
전면 하단부에 120mm 쿨러 1개,
뒷면 상단부에 80mm or 120mm 쿨러 1개로 되어 있는데
위에서 말한 고가의 부품으로 구성되 PC라면 저 두 개의 쿨러로는 당연히
하드웨어 수명을 단축하는 지름길입니다.
따라서 많은 사람들이 다양한 방법으로 쿨링 시스템을 구축하고 있고
그 중에서도 극강 쿨링이라하면 액화질소를 사용하거나
수냉을 이용하는데 이들 모두 부품 값이 후덜덜하다는;;
그리고 사용 용도도 주로 극 오버용이라 일반인이 사용하기에는 무리죠.
무리라기 보다는 사치 -_-
그래서 대부분은 쿨러를
여러 개를 사서 본체 내부에 다는 형태인데
최근 나오는 중-상급형 본체들을 보면 
120mm 짜리 쿨러를 달 수 있는 곳이 많아져서
전면 1-2개, 후면 1개, 윗면 1-2개, 측면 2-4개 형태의 구조로 나옵니다.

좌측부터 풍3 ver 2.0, Fanqua, Z7 Plus
모두 가격대가 있는 타워형 본체입니다.
개인적으로 추천하는 전면 쿨링 구조는 2, 3 번째처럼
전면 타공망 형태가 가장 좋습니다.
풍3는...
쓸데없이 하단부에 뚜껑같은게 달려 있고 
중단에는 All-In-One 카드용 뚜껑이 있고
상단에는 OOD용 베젤 뚜껑이 있어서 쿨링 구조에는 그닥 좋은 상태는 아닌데..
-_- 제가 이걸 산 이유는 튜닝을 하면 나름 괜찮다는거죠;

위와 같은 케이스 구조에서 120mm짜리 쿨링 팬이 들어가는데
최근들어 나오고 있는 형태인
측면 쿨링 방식은 큰 단점이 CPU 쿨러를
타워형으로 사용할 경우 측면 사이드 쿨러와 간섭이 발생할 수 있다는 것입니다..
암튼 중요한 건
왜 최대 rpm일 때 무소음이나 저소음이 안되는지를
제가 사용하고 있는 잘만 쿨러를 예로 들어보겠습니다.

 슬리브 방식으로 나온 잘만 쿨러 스펙은 다음과 같습니다.

< ZM-F1 LED 80mm >

회전수 : 1,500~2,500rpm 오차범위 15%~10%
소음 : 18.0~30.0dBA 오차범위 15%~10%
베어링 : Sleeve

< ZM-F2 LED 92mm >

회전수 : 1,500~2,800rpm 오차범위 15%~10%
소음 : 20.0~35.0dBA 오차범위 15%~10%
베어링 : Sleeve

< ZM-F3 LED 120mm >
회전수 : 1,000~1,800rpm 오차범위 15%~10%
소음 : 20~32dBA 오차범위 15%~10%
베어링 : Sleeve

위의 수치를 보자면
최소, 즉 PC 메인보드에서 보통 말하는 Silent 모드가 최저 속도인데
이 Silent 모드에서
최저 rpm으로 돌 때 일반적로 의자에 앉아서 작업할 경우
쿨링 팬의 소리가 거의 안 들립니다.
하지만 이게 완벽한 무소음은 절대 아니죠.
가까이 가서 들으면 최저 rpm 또한 소음이 들리고
아시다시피 rpm 수치가 높으면 높을 수록 소음 강도가 강해집니다.

어느 쿨러든 비슷한게 쿨러 모터나 날개 모양의 구조상
적정 rpm 수치를 넘어가면
귀에 거슬리는 소음이 나게 마련입니다.
근데 제품 광고 하는거 보면 그저 이름에 무소음 쿨러라고 하죠..
이러한 무소음 쿨러는
CNPS(Computer Noise Prevention System) 마크를 달고 나오는데
위에서 말한 것처럼
이건 분명 허용수치 안의 rpm에서만 적용되는 기준입니다.
하지만
여름철 PC 내부 온도를 관리하기 위해서는
rpm 속도를 높여야 하고 Auto로 설정한 시스템의 경우는
특히나 여름철에 쿨러 소음이 심하게 발생합니다.

모터와 함께 회전축 구조를 이루고 있는 재료가
볼, 슬리브, 유체 베어링에 따라
소음이나 쿨러의 회전력, 수명 시간이 차이가 있고
가장 좋다고 하는
유체 베어링 쿨러를 사용해도 결국 높은 rpm에서는 소음이 발생하죠..

이런 종류의 쿨러의 소음을 줄이는 방법으로는 
좌측의 잘만의 Fanmate를 사용해서
직접 팬 속도를 조절하는 것이 있고
쿨러 케이블에 직접 저항 커넥터를 연결시켜
강제로 쿨러 rpm 속도를 낮추는 방법이 있습니다.
저항을 달면 보통 100% rpm 속도에서
보통 1/3 정도의 속도를 내게 됩니다.
여름-겨울로 나눠서 본다면
좌측의 팬메이트가 훨씬 간편하고 실용적이겠죠?

한가지 팁이라면
본체 내부의 케이스에 120mm 쿨러를 여러 개 달 경우
위와 같은 확장 케이블이 필수품인데
대부분 독립적으로 출시되는 쿨러는 3핀짜리가 많고
케이스 자체에 달려서 나오는 쿨러의 경우는 4핀짜리가 많습니다.

굳이 최대 rpm을 선택하지 않더라도
본체 내부에 120mm 쿨러를 여러 개 설치한 경우라면
최저 속도로도 기본적인 내부 온도 유지가 가능합니다.
제 본체에 설치된 120mm 팬의 경우를 들자면
전면 상/하단부 1개씩, 후면 상단 1개, 윗면 1개, CPU 2개, 측면 2개
이렇게 총 8개로 온도 관리를 하고 있습니다.
겨울철이라면 전부 최저 rpm으로 맞춰서 사용하고
특별히 여름철에
고사양 게임을 몇시간 동안 하지 않는 이상
이 상태로 유지가 되고 온도가 올라가면 팬메이트로 중간 정도만 올려줘도
일정한 온도 관리가 가능합니다.

쿨링팬의 소음은 120mm 팬을 기준으로

최저 : 940~970rpm 거의 무소음
중간 : 1,200~1,400rpm 저소음
최대 : 1,600~1,750rpm 유소음

위 기준이 정확하고 평균적인 수치는 아니지만..
대부분은 120mm 쿨러는 rpmdl 1,400을 넘어가면서 본체 안에 있어도
귀에 거슬리는 소리가 나기 시작합니다.

슬리브면 대체 어떤 구조로 되어 있길래 소음이 나는지
궁금증이 증폭하여 
결국 멀쩡한 잘만 쿨러를 분해하게 만들었다는...ㅡㅡ;
재료는 92 mm 짜리 잘만 F2 모델입니다.

잘만 스티커를 떼버리면
다음과 같이 가운데 고무 마개가 있습니다.
눌러보면 폭신폭신하고 안이 비었다는 느낌이 날겁니다.

얇은 드라이버를 사용해서
마개를 열면 내부 모습이 보이는데
오일이 겉에 뭍어 있고 흰색으로 된 뭔가가 보입니다..

오일을 대충 닦아주고
쿨러의 날개 축을 고정 시키고 있는데
C자형 흰색 플라스틱 클립을 한쪽으로 살짝 구부리면서
빼버리면 금방 빼집니다.
저게 없으면 날개가 고정이 되질 않습니다.
분실 주의!!

C자형 클립까지 제거하면
그 밑에 고무링이 보입니다.
이 링을 제거해도 되고 제거 안하고 그냥 날개 부분을 빼면
가운데 축이 빠집니다.

날개부분과 밑에 모터 축 부분을
분리해낸 상태입니다.

고무 마개, C자형 클립, 고무링
고무 마개의 경우는
오일의 누수를 막기 위한 역할을 하는거 같은데..
사실 오일의 점도를 확인해보니
그닥 누수의 영향은 없을 듯 합니다.

고무링까지 제거한 상태이고 가운데 보시면
황동색을 띄는 고리모양의 쇠같은게 보이는데
이게 날개의 회전축을 감싸는 부분이며 황동같이 생겼다는;;

가운데 회전축이 보이고 특이한 점은
회전축을 둘러싸는 자석이 있다는 점..
첨에 열어보고 자석이 왜 있을까 하는 의문이 들었습니다.

모터 부분이라고 할 수 있는 축은
회전축이 들어갈 수 있는 공간과
역시 특이한 점은 구리가 4군데로 나뉘어서 있다는 점.
바깥쪽의 얇은 은색 부분은 일반 철로 된 부분이며
아마 날개 부분에 있는 자석과 이 철, 그리고 구리가 뭔가
중요한 역할을 하지 않나 생각됩니다.

이쯤되면 그럼...
자석은 왜 필요하고 어떻게 사용될까?
 하는 의문이 드는건 당연하겠죠 -_-;
자성과 전기는 서로 분리될 수 없다는 기본 상식을 바탕으로
철에 감은 4곳의 구리선이 전기를 만나면서 전자석이 되고
이 때 발생된 자성이 날개에 달린 자석과 충돌해
회전력을 만들어 냅니다.
즉, 날개만 따로 분리해놓고 전류를 공급시키면 돌아가지 않습니다.
왜 그럴까요?

4군데의 철에 감아놓은 구리에
전류가 흐르게 되면
이 구리와 철은 전자석이 되고,
전류의 방향은 4군데의 전자석의 극을 결정하게 됩니다.
4군데의 전자석이 있으면
하나씩 번갈아가면서 S극, N극으로 되고
이러한 극들이 날개에 달린 자석과 만날 때,
만약 바닥의 자석과 전자석의 극이 같은 극이라면 서로 밀어내고,
다른 극이라면 서로 잡아 당기게 됩니다.
이 때 생기는 힘들이
모터를 회전시키는 힘의 원천이고
전자석에 전류를 많이 흘려 보낼 수록
더 많은 회전으로 인해 가속도가 붙을 수 있겠죠..

여기서 쿨러 소음의 발생 원인을 보자면
자석과 전자석의 사이에는 약간의 공간이 있고
회전축과 회전축을 둘러싸는 고리 사이도 분명 약간의
공간이 존재하지만 이 사이를 아무리 오일을 발라도
회전하면서 발생하는 진동에 따라 소음이 발생할 수 밖에 없겠죠.
그리고 물체가 빠르게 회전할 수록 물체와 공기가 마찰하면서
발생하는 소리를 원천적으로 없애는 건 불가능입니다.
특히나 이런 종류의 쿨러의 날개 부분은 크고 유선형이라
날개의 모양에 따라서도 소음이 클 수도 있습니다.

사실 120mm 쿨링팬을 보면
rpm 속도가 1,000~1,800rpm 으로 80mm, 92mm 보다
최대 rpm 속도가 낮습니다.
그 이유가
120mm 쿨링팬이 모터 구조가 약해서가 아니라
2,500rpm 까지 가게되면 정말 짜증이 날 정도의 소음을 내기 때문에
적정 수준에 맞춰서 커트라인을 정해서 만든거겠죠..

쿨러의 rpm 속도는 메인보드에서 제공되는 Chasis 커넥터 부분과
파워 케이블에 직접 연결하는 두 가지 방법이 있는데,
전자보다는 후자가 더 쿨러의 rpm을 높여줍니다.
왜냐하면
메인보드의 경우는 전류가 한 곳에만 흐르는게 아니라
전원부, CPU, RAM, VGA, NB 등등으로 서로 분산되어서 흐르기 때문에
모든 Chasis 커넥터가 쿨러에 충분한 전력을 공급해주지는 못합니다.

다음은 슬리브 베어링 방식인 잘만 쿨러의 내부를 대략적으로 그려본 모습입니다.

저 상태로 두면 회전을 하지 않겠죠..
감아놓은 구리선 쪽으로
전류를 흘려보내야 전자석이 되고 회전력이 생깁니다.
베어링 방식에 따라 쿨러의 속도와 소음, 가격, 수명 시간이 달라지는데
슬리브(Sleeve) < 볼(Ball) < 유체(Hypro)
순으로 만들어진 유체 베어링이
소음, 속도, 수명시간이 좋고 가격이 비쌉니다..
유체라고 하면 일반적으로 오일 종류라고 생각하시면 됩니다.

볼 베어링의 경우는
기존 슬리브(철+구리)와 회전축 형태로는
회전할 때 진동에 의한 마찰이 생겨서
소음이 발생하고 수명도 단축될 수 있기 때문에
이 사이에 한 개 또는 여러 개의 작은 구슬을 고정 시켜 넣어서
각각의 구슬이 회전축과 같이 회전하면서 슬리브와 회전축 간의
진동으로 인한 마찰과 소음을 줄여주고
 회전력을 좀더 부드럽게 해주는게 볼 베어링 방식입니다.

유체 베어링은
슬리브와 회전축 사이를 유체로 채워 넣어서
진동이 발생해도 유체로 인한 마찰이 감소되므로 소음이 전자들보다
많이 감소되고 회전력도 더욱도 부드럽고 빠르게 됩니다.
근데 이 유체를 어떤 종류를 넣는냐,
그리고 회전하면서 유체의 누설을 막을 수 있는 구조를
어떻게 만드느냐에 따라서도 쿨러의 가격이 비싸질 수 있겠죠..

표준으로 나와 있는 각각의 수명시간은
상온 25도/24시간 연속 사용시
슬리브 : 약 30,000~45,000 시간
볼 : 약 45,000~80,000 시간
유체 : 80,000 ~ 120,000 시간
정도이고 이것도 쿨러 허브의 구조와 유체의 종류, 구슬의 수에 따라 달라질 수 있습니다.

모든 쿨러가 위와 같은 똑같은 구조는 아니겠지만
나름 설명하는 입장해서도 이해를 하면서 하기 위해서
그림도 간략화해서 그렸습니다..
이해해주시길;;

틀린 부분 지적은 언제나 환영~