RaspberryPi 4 オーディオ専用放熱ケース

発熱が問題のラズパイ４ですがオーディオ用途ではFANなど騒音を出すもの、電源を汚くするものは避けたいですよね。

先日、TinkerBoard Sに付録しているCPU用ヒートシンクを付けてみたのものの結果は思わしくありませんでした。ヒートシンクの上面にDAC基板があって放熱を妨げてしまうようです。

基本に返って、自然空冷の放熱の仕組みからおさらいしましょう。

熱は高い所から低い所へ移動しますね。

経路は主に２つ

・放射熱（輻射熱）

・空気に熱を伝える（移流・対流）

ケースに入れてしまうと放射による熱の移動はあまり多くないと考えられるので、空気に熱を持っていってもらうのがメインになります。

先日の温度上昇テストは、ケースの上面を開けていたのに、DAC基板が邪魔をして熱が逃げなかったので、もっと空気の対流を多くする方法を実験してみます。

チムニー効果

対流が効果的に行える煙突形状のものが良いと思いました。

空気は温まると軽くなるので上に登っていきますよね。その時、煙突の下側には負圧が生じて外の空気が吸い込まれてきます。煙突が長いと、外気の吸い込み量が増えてより冷やされます。

空気には粘性があるので隙間が小さすぎると対流が阻害されます。例えばストローのように細いとダメです。（自然空冷の）パワーアンプ用の大型ヒートシンクのフィンの隙間が１ｃｍくらいあるのもそのため。

実験してみよう

以上のことを踏まえて、筒形状のラズパイケース「煙突くん」を作りました。

小学生以下の工作ですが気にしないでください。チップスター、プリングルス等の筒がいいかもしれませんね。買って来る前に実験したくなりました。

「煙突くん」の下側には空気の取入れ口を設けてあります。Ethernetケーブルもそこから出してます。

このように、内部の隙間は１ｃｍ以上。ラズパイの上部に６～７センチほど煙突を伸ばしています。Wikipediaの数式をみると煙突の長さが給気速度にも影響するようです。長いほうが速度が増します。Wikipedia煙突効果

「煙突くん」を立てたところ。（写真を撮るときEthernetケーブルを付けるの忘れてました）

実験中の「煙突くん」。上にはボワっと暖かい風が出てくるかと思ったけど、そうでもない。対流は極わずかです。

という訳で、

結果です。

先日のグラフに重ねています。CPUにはヒートシンクを付けていません。煙突形状（チムニー）では8℃ほど低くなりました。

放熱ケースといえばアルミ筐体に熱を伝えるとか、FANで冷却などを想像する人が多いと思いますが、こういう物理現象を利用しても、ある程度は放熱可能ですね。

Power Mac G4 Cubeも同じ発想だと思います。

ほぼ、アイドリングに近い音楽再生用途ならこれで十分実用になりそうです。煙突を伸ばすと更に効果を高めることができるかもしれませんし、CPUにヒートシンクを装着すればもっと冷えると思われます。

本日のまとめ

ラズパイ４には煙突をつければいい。サンタさんも来てくれるかもしれないですしね。

ところで、なぜラズパイ４をこんなに書いているのかと言いますと。。。

あまり大きな声では言いたくないのですがPi3よりも音がいいんです。理由は今のところ不明です。。Twitter界隈でもPi4の音の良さが広がりつつありますね。

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