Melancholy over 2.5-inch HDD

−2.5インチHDDの動作音/騒音に関するエトセトラ−

HDDの動作音を騒音と感じるかどうかは、音質/音量に加えて、個人の受け止め方による部分が大きいが、気になる人間にとっては重要な問題である。かつ、ノートPC用の2.5インチHDDの場合は、デスクトップPC用の3.5インチHDDに比べて、より直接的な問題である。

• ノートPCでは、使う人間の目の前の本体内にHDDがあるので、耳までの距離が必然的に近い。また、デスクトップPCのように、いざとなれば距離を離して設置することもできない。
• ノートPCでは、筐体のガワが薄いので、HDDの音がより通り抜けやすい。さらに、筐体内のスペースが極めて限られるので、（ノートPCとしてのモビリティを失わない範囲では）静音化のための工夫を施す余地が小さい。

したがって、HDD自体の素の動作音/騒音が何よりも重要になる。

なお、2.5インチだから無条件に音も小さいだろうと考えるのは間違いである。確かに、発する音自体は3.5インチHDDより小さいこともあるだろうが（いずれも世代が進むにつれ、基本的に音は小さくなってきている）、耳に達する段階ではそうとも言い切れない。

静音HDDの探求

ストレージデバイスに静音性を求めていくと、現在ではHDDではなくSSDが答えになる。SSDには基本的に動作音がなく（電子部品が「鳴く」ことはある）、速度でも2.5インチHDDとは比較にならない。まだHDDより単位当たりコストは高く、最大容量も小さいが、いずれの面でも急速に進化しつつある。

一方、そこまでは行かず、HDDの中で静音かつなるべく高速なHDDを求めるとすれば、現在の主流である5,400RPMのHDDでは回転音（風切り音）が最大の問題であることを考えると、原則は2つある。

• 1プラッタのものを選ぶ。現在の2.5インチHDDは例外を除いて9.5mm厚なので、プラッタは1枚か2枚のどちらか。4,200RPMの場合はさほどでもないが、回転音の大きい5,400RPM以上の場合は1プラッタは2プラッタより静かである。
• 記録密度の高いもの＝プラッタ当たり容量の大きいものを選ぶ。HDDの速さは、回転数もあるが、記録密度による部分が大きい（記録密度が高いほど、単位時間当たりにアクセスできるデータ量も増えるので）。新しい世代の機種ほど、（主に容量を増やすために）記録密度が高くなっている。

ここで問題は、1プラッタでかつ記録密度の高いHDDをどう見分けるかである。

1. 単純には、あるHDDのシリーズの最大容量のモデルは、最大容量のプラッタ×2枚の構成になるので、最大の半分の容量のモデルは、最大容量のプラッタ×1枚と予想できる。これ以外の容量のモデルは容量が小さいプラッタが使われている可能性がある。ただし、最大容量のモデルだけ容量の大きなプラッタが使われている場合もあるので、注意を要する。
2. HDDメーカーが公表しているデータシートにモデルごとのプラッタ数が明示されている場合はあるが（HGST等）、明示されてない場合も多い（Western Digital等。メーカーが容量の違うプラッタを使って柔軟に生産するためか）。プラッタ数が明示されてなくても、モデルごとの内部転送速度（メディア転送速度）が明示されていれば、これは記録密度に比例するので、参考になる。
3. それでも分からない場合、実際に購入してみるしかない。

実際に購入した後、プラッタ数を見分ける方法は3つある。

• 重量を量る。物理的なプラッタ1枚分の重量に着目するので（プラッタ1枚は単体で5g程度）、簡単かつ確実。5,400RPMのHDDの場合、経験的には80g台後半から90g台前半は1プラッタ、90g台後半は2プラッタである。なお、7,200RPMのHDDは全体的にもっと重めになる。
• ベンチマークで速度を比較する。他の容量のモデル等との差から、プラッタ当たり容量を推測する。ただし、これで直接的に推測できるのはどの世代のプラッタかであり、プラッタ数ではない。
• 回転音を聞き比べる。同じシリーズのHDDであればプラッタ数による違いは明らかに出る。

その上で、ユーザーレベルの工作で回転音を抑えることも可能である。これはHDDの上蓋（トップカバー）がペラペラで、HDD内部の音を通しやすいばかりか、共振音を発していることへの対策として、上蓋に比重の重い物体（金属板等）を貼り付けるものである（以前の例1、例2）。1mm程度の厚さでもそれなりに効果がある。また、これと似た発想の既製品も存在するようである（試したことはないが）

例 Scorpio（WD800BEVE/WD1200BEVE）

古いノートPCのHDD換装のため、Western DigitalのScorpioを購入した場合を取り上げる。

なぜWestern Digitalかといえば、古いPCなのでHDDがパラレルATA接続なのであるが、HDDメーカーのうち、HGST、SeagateはパラレルATAはプラッタ当たり最大80GBの世代で打ち止めなのに対し、Western Digitalはプラッタ当たり最大125GBの世代まで出しているから。また、Scorpioはシーク音が比較的静かという理由もある。

結論としては、WD800BEVEが1プラッタであるのに対し、このWD1200BEVEは2プラッタである（全てのWD1200BEVEがそうであるかは不明）。ただし、重量と音から明らかに1プラッタと分かる個体も出回っているようである。［この部分修正］ただし、実際に使っているプラッタは1枚と思われ、そもそも1枚で済むところを2枚積み、その上で1枚しか使わないのは謎であるが、何か生産上の都合があるのかもしれない。［この部分削除］

HDDの機構と音

HDDの動作音/騒音には、主に以下のものがある。

回転音	磁気データが記録される円板（プラッタ）を回転させるスピンドルモータの回転音＋プラッタの風切り音＋上蓋の共振音。スピンドルモータには、かつてはボールベアリングが使われており、経時変化が大きかった。現在では全て流体軸受（FDB：Fluid Dynamic Bearing）が使われている。
シーク音	磁気データを読み書きするヘッドを回転移動させるスイングアームのアクチュエータ（ボイスコイルモータ）の動作音。
リトラクト音	非アクセス時＝アイドル時に、耐衝撃性の向上のため、ヘッドをプラッタ上からプラッタ外のランプに移動させる機構（ロード/アンロード機構、またはランプ・ロード機構）の動作音。アンロード音。現在の全ての2.5インチHDDにこの機構がある。

[参考]	富士通: 磁気ディスク装置（ハードディスク）とは Western Digital: WD Scorpio 早わかり ハード・ディスク装置の構造と応用（CQ出版社）
	ITPro:	知っておきたいストレージの基礎 第2回 HDDの内部構造とスペックの読み方 ハードディスクはこうして作られる−シーゲイトのHDD工場レポート
	ハードディスクのHDI技術の解説

実際のHDDの内部は、以下のようなものである。HDDメーカーが違っても基本的な構成は共通している（各メーカーのサイトでは気前よく内部写真を公表している）。

例1 Travelstar 15GN（IC25N015ATDA04）

例2 Travelstar C4K40（HTC424040F9AT00）

回転音

一時期（1999〜2001年頃）、スピンドルモータにボールベアリングを使う2.5インチHDDには、経時変化で（使い始めて1箇月もたたないうちに）かなり不快な騒音、特に「キーン」という金属的な高音を発するようになる製品が存在していた。というより、この時期の2.5インチHDDには、どのメーカーの製品にも多かれ少なかれ同じ傾向があった。

このページを開設した当初（2000年）の冒頭は、以下のようなものだった。

この原因としては、HDDに衝撃が加わるとスピンドルモータのボールベアリングがダメージを受け、騒音を発するようになるからといわれる。以下はBBSの「熊」さんの書き込みからの引用。

この問題はかなり厄介で、

• HDDの動作に問題が出るか、明らかな異音が出るかしない限り、必ずしも故障とは見なされない。
• 経時変化で徐々に出てくるので、かつ、人間が意識しない程度の衝撃でも原因になる（らしい）ので、因果関係を突き止めることは困難。
• ノートPCに内蔵される以上、日常的な持ち運びで何らかの衝撃が加わることは避けがたく、意識的に防ぐことも実際上、困難。
• そもそもHDDメーカーにおける静音性の優先度は高くない（容量増加、耐衝撃性向上、アクセススピード向上、軽量化の方が優先）。静音性を重視していたなら、あのような製品を出荷することはないはず。

したがって、この騒音が切実に気になる人にとって、初めからなるべくうるさくないHDDを選び、経時変化でうるさくなったらさっさと交換するしかない、という不幸な状況が続いた。これは2001年半ば頃、スピンドルモータに流体軸受（FDB）を使う機種が出回るようになって、大きく改善された（注1）。

（注1）	ただし、FDBが使われるようになった第一の理由は、回転精度向上/耐衝撃性向上＝記録密度向上＝容量増加であって、静音性ではなかった。また、流体軸受であっても、依然として回転音のうるさいHDDも存在する。

[参考]	HGST: White Papers: Fluid Dynamic Bearing Spindle Motors Nidec: FDB（流体動圧軸受）について PC Online: 低騒音で衝撃に強い流体軸受け、さらなる高回転化には新技術も

一方、2.5インチHDDでも、かつての4,200RPMから5,400RPMへ、さらには7,200RPMへと回転数の上がった機種が多くなっており、主流は既に5,400RPMになっている。これに伴って、再び回転音（主にプラッタの風切り音）の問題が出てきている（注2）。5,400RPMの機種はいずれも回転音が大きく、7,200RPMの機種ではさらに大きくなっている。

（注2）	HDD単体でこれを解決するには、おそらくガワを厚くする必要があるが（2.5インチHDDの上蓋の厚さは、3.5インチHDDのそれに比べるとごく薄い）、軽量化もしなければならない2.5インチHDDでは難しいと思われる。ただ、音自体は、FDB以前のような高音ではなく、CPUファンの音と同じような低音であり、かつ、近年はCPUの発熱のためCPUファンがほぼ常時回っているノートPCが多いので、気にならない人も多いと思われる。

シーク音

シーク音は、HDDにアクセスしていることが直接的に分かるという意味で、他の音のように無ければ無い方がよいというのと少し違うが、機種によっては「ゴリゴリッ」という結構な音を出すので、気になる人はいる。シーク音を低減する機能として、AAM（Advanced Acoustic Management。シーク動作をサイレントシーク・モードにする）があり、少なくともHGST（一部を除く）、富士通、Western Digitalの製品が対応している（注3）。

[参考]	HGST: White Papers: Hitachi Power & Acoustic Management

（注3）

AAMが設定できるツールとして、以下のものがある（HGST以外の富士通とWestern Digitalはユーザーが設定できるツールを提供していない）。 Feature Tool （HGST製のツール。2005年10月現在、Ver.1.99。DOS上で動作し、専用の起動FDを作成して使用する。HGSTからダウンロード可能） Intel Application Accelerator （Intel製のツール。AAMを設定できる機能があるらしいが、対応はIntel製の一部のチップセットに限られる（新しいチップセット限定で、かつ、ノートPC用チップセットは新しいバージョンでは対象外。つまり、ノートPCでは使えない場合が多い）。Intelからダウンロード可能） SysTool （AAMも設定できるフリーソフト。2005年10月現在、Ver.0.1。techPowerUp!からダウンロード可能） MHR2040Tuner/MK1503Tuner （APM/AAMを設定できるフリーソフト。前者は98SE上で、後者はWindows 2000/XP上で動作する。特定機種のみで動作確認のもの。V-Tailsからダウンロード可能）

なお、AAM適用に伴う性能低下はあるが、ベンチマークでも数％程度で、体感ではまず分かるものではない。

メーカーによる傾向としては、2.5インチHDDでは（実質的に）後発のSeagateとWestern Digitalが静音性を重視し、シーク音の低減にかなり成功している（Seagateは音が出ていないわけではないが、低音域であるため耳に付かない）のに対して、従来からのメーカー、特にHGST、東芝はさほど改善が見られない（HGSTはAAM適用時にはかなり低減されるが、東芝はAAMにも対応しておらず、静音性を重視していないらしい）。

リトラクト音

リトラクト音は、ロード/アンロード機構が組み込まれた旧IBMの製品で、その「ガコッ」という派手に響く音で、その存在が知られた。これは常時鳴るわけではなく、典型的にはアイドル状態が一定時間（電源設定によるが、3〜5分）続いた後で鳴るというもので、その特徴的な音ゆえに気になる人はいる。

[参考]	Lenovo: Windows起動時等にハードディスクより「カラン」と音がする HGST: White Papers: Ramp Load/Unload Technology

リトラクト音は、アンロード時にアクチュエータのコイルがストッパ（コイルの可動域の両端にあるプラスチック/ゴム）に当たる音が、スイングアーム全体に響く結果、あのような特徴的な音になるものと思われる（他には音が出る程強く当たる部分がないので）。なお、アクチュエータのラッチは、アンロード時には動いていないので、アンロード音とは無関係のようである。

[参考]

HGST: White Papers:

Hitachi Deskstar 7K400 Mechanical Enhancements - Evolution, accelerated （3.5インチHDDの資料であるが、「Anti-rebound actuator latch」の説明は2.5インチHDDにも当てはまると思われる）

これを止めるには単純にアンロードさせなければよいので、アイドル状態が一定時間以上続かないよう定期的にアクセスを発生させるか、APM（Advanced Power Management）でパワーセービングを無効に設定する（注4）方法がある。ただし、耐衝撃性の面からは、アンロードさせた方がより安全であるのは明らかなので、（ノートPCらしくモビリティを失わない範囲では）実用的な解決法ではないだろう。

（注4）

利用可能なツールとして、以下がある。 Feature Tool （HGSTの対応製品についてAPMの動作モードを変更できる。シーク音の項参照） Power Boostar 2k （HGST製のツール。説明には「Windows 95/98」と書いてあるが、現在のバージョンはWindows 2000/XPにも対応している。HGSTからダウンロード可能） APMTunerForW2K （APMを設定できるフリーソフト。Windows 2000用であるが、XPでも動作する。delphi6's Homepageからダウンロード可能） MHR2040Tuner/MK1503Tuner （シーク音の項参照）

いずれにせよ、新しい世代では（例外を除いて）シーク音と同程度かそれ以下に小さくなっているので、既に問題ではない。

動作音サンプル

やや古いHDDから、2005年10月現在の各メーカーの現行製品まで（スピンドルモータは全てFDB）、動作音を録音してみた。

（注）

録音には、ThinkPad X40を使い、ウルトラベースX4内の2nd HDDアダプタから特別なケーブル（IR-IFC05）でラインを引き出し、本体から離した上で、ボイスレコーダ用のマイクをコネクタの反対の上蓋側から約1cmの距離に置き、同じX40のマイク入力から取り込んだ。 録音はSound Engine Freeで行い、全体が40秒になるよう編集している。概ね、最初の10秒が電源投入時、次の10〜15秒がシーク時（Norton AntiVirusでアクセスを発生させた）、次の10〜15秒がアイドル時、最後がアンロード時になっている。 AAM適用時は、Feature Tool（Ver.1.99）かSysTool（Ver.1.0）により、静音側一杯に設定。HGSTの古い製品及び1.8インチHDDはAAMに対応していない。東芝製品、Seagate製品も、これらのツールで見る限り対応していない。

これらを元に、周波数と音量を定量的に比較できれば理想的であるが、これはなかなか困難である。以下は、例として3つの機種の15秒目（シーク中）の周波数と音量を示したもの。

Travelstar C4K40（20GB）

Momentus 5400.2

Travelstar 7K100（通常時）

（注）	WaveSpectra（Ver.1.31）による表示。緑線が瞬間的な値、青線が平均の値（300に設定）を示す。 7kHz以上の音がないが、これは録音時にX40のオーディオデバイス（SoundMAX Digital Audio）で、ノイズ低減目的で「マイクの詳細設定」を「音声録音」に設定しているため。作者が聞いた限りでは、直接聞いた音と大きな違いはない。 動作音サンプルのMP3ファイルをWAVファイルにデコードすれば、同様の分析が可能。

60〜80Hzの低音域で出ているのが主に回転音、2k〜7kHzの中音域で出ているのがシーク音であるが、特にシーク音は、一続きのシーク動作の中でも広い周波数の音が瞬間的に変動していくわけで、単純な数値で示すのは困難（平均値や最大値は、音の情報のごく一部に過ぎない）、かつ実感にも合わないと思われる。

その意味では、動作音のメーカー公称値も参考程度と思われる（そもそも計測条件も明らかでないし）。人間の可聴域というような数値もあるが、これも環境と個人に左右される話で、あてにはならない（可聴域以下と謳うHDDの動作音でも、少なくとも作者の耳には聞こえる）。

HDD騒音一覧

1998〜2002年頃の製品（回転数は全て4,200RPM）について、過去にBBSに書き込まれた情報等を整理したもの（注5）。スピンドルモータがボールベアリングかFDBかで評価が大きく変わっている。

（注5）

注意点として、 個人によって受け止め方が違うので、他の人が静かと言っても自分はうるさく感じる場合や、その逆があり得る。 HDDには個体差があるので（生産ロット、工場による違いか）、同じ機種でも静かなものやうるさいものがあり得る。また、衝撃が加わると、壊れなくてもうるさくなることがある。 同じHDDでも、ノートPCの筐体によってうるささは変わってくる。B5サイズの薄いサブノートよりA4サイズの分厚いノートの方が、筐体が大柄な（ガワも厚い）分、耳に聞こえる騒音は小さくなる。 ノートPCの機種が同じでも、生産ロット等の違いで内蔵するHDDの機種が違うことがある。また、ノートPCメーカーとHDDメーカーとの関係は固定していない。自社でHDDを生産しているノートPCメーカーが、他社のHDDを積むこともザラにある。

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