Hoe we behuizingen reviewen

Inleiding

We zijn al geruime tijd afgestapt van het testen van behuizingen door een werkend systeem in te bouwen en dat te belasten. Het uitlezen van de sensoren was zeer beperkt en het belasten van de componenten bleek niet volledig reproduceerbaar. Daarom zijn we overgestapt op gemodificeerde moederborden en videokaarten met vermogensweerstanden als warmtebronnen, en extra sensoren. Daarmee konden we een cpu en gpu goed simuleren, maar zoals bekend zijn er meer onderdelen in een behuizing die warmte produceren.

De eerste review met de hier beschreven, gereviseerde testmethode hebben we inmiddels gepubliceerd. Dit artikel is een verdere toelichting op de testmethode; geen stand-alone review.

Daarom zijn we in 2021 begonnen met de constructie van een volledig synthetisch systeem dat niet alleen de cpu en gpu simuleert, maar ook andere onderdelen warmte laat produceren, zoals een ssd, geheugenreepjes en de vrm's. Naar aanleiding van feedback hebben we dat systeem verder verfijnd. We zijn onder meer overgestapt op digitale sensoren en hebben ook de laatste warmteproducerende component toegevoegd: de voeding. Alle onderdelen zijn wat formaat, plaatsing, koeling en vermogen betreft, zo natuurgetrouw mogelijk gereproduceerd, met echte componenten als uitgangspunt.

Alle warmteproducenten hebben we, samen met nauwkeurige sensoren, op hun eigen pcb's geplaatst, waarbij we een eigen, eenvoudig moederbord ontworpen hebben om alle componenten op samen te laten komen. Met behulp van labvoedingen kunnen we nauwkeurig én reproduceerbaar instellen hoeveel vermogen elke component moet dissiperen. Alle meetwaarden van de sensoren worden geregistreerd, zodat we een beeld van alle temperaturen in een behuizing kunnen krijgen.

Naast temperaturen is uiteraard de geluidsproductie van een systeem in een behuizing van belang. Om die te meten, maken we niet alleen gebruik van de meegeleverde ventilatoren die in een behuizing zijn ingebouwd, maar ook van een set eigen ventilatoren, zodat we een appels-en-appelsvergelijking kunnen maken van de geluidsprodcutie en -demping in een behuizing. Dat doen we in een speciaal gebouwde, zeer stille ruimte met een zeer gevoelige microfoon, waarmee we bijna onhoorbare geluiden tot 15dB(A) kunnen onderscheiden. Om ten slotte ook een idee te geven hoe een behuizing echt klinkt, maken we een geluidsopname van geluidsproductie, waarbij we de ventilatoren van langzaam naar snel instellen.

Samenvatting

Naast een bespreking van het uiterlijk, het interieur en daarbij opvallende zaken, kijken we naar de meegeleverde koeling en additionele koelmogelijkheden van een behuizing. We bespreken het kabelmanagement en de inbouwmogelijkheden en -beperkingen, zoals de lengte van videokaarten en de maximaal mogelijke hoogte van processorkoelers. Daarnaast kijken we uiteraard naar de bouwkwaliteit en extra features van een behuizing, zoals verlichting en fanhubs.

Temperatuurmetingen

Om de prestaties van een behuizing in kaart te brengen, maken we gebruik van drie gesimuleerde, synthetische systemen. Die drie configuraties vormen natuurgetrouwe warmtebronnen op een reproduceerbare, betrouwbare manier. Daartoe hebben we moederborden, videokaarten en overige componenten als ssd's en geheugenmodules en een voeding gebouwd. Elk pcb van zo'n onderdeel heeft warmteproducerende vermogensweerstanden en temperatuursensoren. Door de spanning en stroomsterkte over de weerstanden te variëren, kunnen we elk gewenst vermogen voor de componenten instellen. We bouwen op die manier drie systemen in: een high-end pc, een basis- of mainstream-pc en een kantoor-pc. Die laatste heeft geen losse videokaart; we gaan bij een dergelijk systeem uit van een igp. Het high-end en basissysteem bouwen we in ruimere behuizingen uit het hogere segment in, en in zeer compacte behuizingen bouwen we het kantoorsysteem en eventueel het basissysteem in.

We laten de behuizingen met onderstaande vermogens ingesteld op de vermogensweerstanden een kwartier opwarmen en loggen de temperaturen van dertien sensoren elke seconde. We geven het 95e percentiel van de gemeten temperaturen, genormaliseerd naar een omgevingstemperatuur van 22 graden Celsius.

Systeem	High-end pc	Basis-pc	Kantoor-pc
Processorvermogen	200W	100W	65W
Processorkoeler	Noctua U12A	Noctua U12A	Noctua L9X
Videokaartvermogen	350W	150W	0W
Videokaartkoeler	ASUS Strix 3090	ASUS Strix 2060	geen
Vrm	10W	10W	7,5W
Chipset / pch	10W	10W	5W
Geheugen	5W	5W	5W
M.2-ssd	5W	5W	2,5W
Voeding	30W	20W	10W
Totaalvermogen	610W	300W	97,5W

We meten de temperaturen van behuizingen met verschillende scenario's. Allereerst testen we de prestaties van de meegeleverde koeling. Dat doen we met de de ventilatoren op 7V en 12V, langzaam draaiend en op maximale snelheid dus. Om ook behuizingen die zonder ventilatoren geleverd worden, te testen en om een eerlijkere vergelijking mogelijk te maken tussen behuizingen die met bijvoorbeeld slechts één ventilator wordt geleverd tegenover een behuizing met vier ventilatoren, bouwen we ook onze eigen Noctua-ventilatoren in. Voor het high-end systeem zijn dat er in beginsel vier, voor het basissysteem drie en voor het kantoorsysteem slechts een. De Noctua-fans laten we op 12V werken en om een nóg eerlijker vergelijking te maken, stellen we vaste geluidsniveaus in. Dat doen we door de spanning van de ventilatoren aan te passen tot we 30, 35 of 40dB(A) meten. Van al die scenario's loggen we de temperaturen van de diverse sensoren en geven die in grafieken weer.

Geluidsmetingen

Naast temperatuurmetingen voeren we geluidsmetingen uit, die we in onze vernieuwde geluidsarme ruimte uitvoeren. Die kamer, met zwevende vloer en dempende wanden en plafond, heeft een noisefloor van ongeveer 12dB(A). De geluidsmeter die we inzetten, is een Larson Davis 831C-geluidsmeter met een 378A04-microfoon, voorzien van een voorversterker. De geluidsmeter heeft een noisefloor van 5,5dB(A), maar om een veilige marge aan te houden, durven we te stellen dat we alles vanaf 14dB(A) nauwkeurig kunnen meten. De geluidsmetingen bestaan uit het meten van de geluidsproductie van de meegeleverde ventilatoren op 7V en op 12V, en de geluidsproductie van vier, drie en één Noctua-fan(s) op 12V. De geluidsmeter gebruiken we ook om de ventilatorsnelheden zo in te stellen dat de Noctua-fans 30, 35 en 40dB(A) produceren.

Testoverzicht	High-end pc	Basis-pc	Kantoor-pc
Stockfans	Casefans 12V*	Casefans 12V*	Casefans 12V*
	Casefans 7V*	Casefans 7V*	Casefans 7V*

Noctua A12x25 PWM-fans	Casefans 12V* (4 fans)	Casefans 12V* (3 fans)	Casefans 12V* (1 fan)
	x	30dB(A)-test (3 fans)	30dB(A)-test (1 fan)
	35dB(A)-test (4 fans)	35dB(A)-test (3 fans)	x
	40dB(A)-test (4 fans)	x	x

Testsystemen

Onze synthetische testsystemen hebben we gesplitst in drie systemen, zodat we behuizingen die voor uiteenlopende segmenten gemaakt zijn, met relevante systemen kunnen testen.
Voor high-end behuizingen maken we gebruik van ons high-end systeem. Dat is gebaseerd op een moederbord met een processor die we op 200W vermogen instellen, een chipset, slots voor geheugen en een M.2-ssd en een L-vormige vrm-opstelling. De videokaart die we daarin prikken, is een ontwerp dat we op een RTX 3090 gebaseerd hebben, met een ASUS Strix-koeler erop en een vermogen van 350W. Onze ATX-voeding produceert in dit systeem 30W aan vermogen, equivalent aan een voeding die 600W aan het systeem levert met een rendement van 95 procent.

Aangepaste voeding behuizingentestsysteem

Voor mainstreambehuizingen maken we gebruik van ons basissysteem. Dat is op dezelfde moederbord-analogie gebaseerd, maar we stellen de processor in om 'slechts' 100W te produceren. De videokaart is een eenvoudiger model voor dit systeem: een kleinere kaart die voorzien is van de koeler van een ASUS Strix 2060-kaart. De chipset, de ssd, de vrm en het geheugen produceren hierbij allemaal evenveel warmte als in het high-end systeem; dat verandert immers nauwelijks, ongeacht wat voor systeem je bouwt. De voeding hebben we wel iets minder vermogen gegeven: 20W, voor een equivalent van 400W bij 95 procent rendement.

Het eenvoudigste systeem ten slotte is voor kleine behuizingen en mITX-systemen. Dit kantoorsysteem is niet voorzien van een losse videokaart; we gaan bij dit systeem uit van een geïntegreerde gpu in de processor. Die processor laten we slechts 65W aan vermogen dissiperen en in dit geval schroeven we ook de vermogens van de chipset en de vrm een beetje terug. Het geheugen en de ssd blijven onveranderd, maar het vermogen van de voeding zetten we, in lijn met een 90 procent efficiënte voeding die 100W levert, nog een tandje terug: naar 10W.

Dat levert de volgende specificaties voor de testsystemen op:

Systeem	High-end pc	Basis-pc	Kantoor-pc
Processorvermogen	200W	100W	65W
Processorkoeler	Noctua U12A	Noctua U12A	Noctua L9X
Videokaartvermogen	350W	150W	0W (igp)
Videokaartkoeler	ASUS Strix 3090	ASUS Strix 2060	Geen
Vrm	10W (2x 5W)	10W (2x 5W)	7,5W (2x 5W)
Chipset / pch	10W (2x 5W)	10W (2x 5W)	5W (2x 2,5W)
Geheugen	5W (2x 2,5W)	5W (2x 5W)	5W (2x 2,5W)
M.2-ssd	5W	5W	5W
Voeding	30W	20W	10W
Totaalvermogen	610W	300W	97,5W

De vermogensweerstanden die als warmtebron dienen, zijn Nikohm RNP45-smd-weerstanden van 20 Ohm, met uitzondering van de vrm-weerstanden. Dat zijn 47Ω-varianten. De twee vrm's hebben ieder vijf van dergelijke weerstanden, die gekoeld worden door 3mm dikke aluminium heatsinks van 21 bij 19 bij 100mm. De enkele weerstand die als chipset-warmtebron dienstdoet, wordt door een 15mm hoge heatsink van 32x31mm gekoeld met een 30mm-ventilator. De geheugenmodules bestaan ieder uit pcb's met twee weerstanden, met eroverheen aluminium heatspreaders. Ook de ssd heeft uiteraard een eigen pcb met een enkele weerstand en wordt passief gekoeld door een Alphacool HDX Pro Air.

De processor zit in een socket en het pcb van de processor is voorzien van zes weerstanden, in een configuratie die een Intel Cascade Lake-processor benadert. Een koperen heatspreader zorgt voor een gelijkmatige verdeling van de warmte en een Noctua U12A levert de koeling bij het high-end systeem en basissysteem, terwijl de lowprofile-L9X dat voor het kantoorsysteem doet.

We hebben twee videokaarten gemaakt: één op basis van een ASUS Strix 3090-koeler en een tweede op basis van een ASUS Strix 2060-koeler. Op de videokaart-pcb's zitten respectievelijk twintig en tien weerstanden, zodat we voldoende warmte kunnen genereren. De '3090' is ingesteld op 350W en de '2060' op 150W. De voeding ten slotte heeft vijf weerstanden aan boord en een 25mm hoge heatsink. Een 120mm-ventilator verspreidt de warmte van de 30, 20 of 10W die we met de voeding genereren.

Op elke warmtebron hebben we een temperatuursensor gemonteerd. Dat doen we, net als in echte chips, zo dicht mogelijk bij de bron en onder de heatsink. Dat betekent dat we de sensor van de cpu onder de vermogensweerstanden positioneren, net als bij de gpu. De sensoren van de overige componenten zitten pal naast de weerstanden. Daarnaast meten we met sensoren op een klein insteek-pcb de temperaturen voor de cpu-koeler en achter de cpu-koeler, en we meten de temperatuur boven de videokaart. Al die temperaturen normaliseren we naar 22 graden Celsius, zodat de omgevingstemperatuur geen invloed heeft.

Daarmee komt het aantal temperatuurmeetpunten op dertien, waarvan we er twaalf gebruiken en de dertiende enkel gebruiken om de overige te normaliseren.

Gebruikte temperatuursensoren:

Temperatuur boven videokaart
Temperatuur vóór cpu-koeler
Temperatuur achter cpu-koeler
Voeding
Processor
Videokaart
Chipset / pch
M.2-ssd
Geheugenmodule 1
Geheugenmodule 2
Vrm 1
Vrm 2

Tests

High-end systeem

We voeren met het high-end testsysteem ingebouwd de volgende tests uit. Daarbij laten we in eerste instantie de meegeleverde ventilatoren op hun plek zitten. Voor de tests met de Noctua-ventilatoren verwijderen we de meegeleverde fans en monteren we indien mogelijk de Noctua-ventilatoren op dezelfde plaats. In de review noteren we de locaties van deze fans voor elke behuizing. De A12x25-fans laten we op 12V draaien, maar ook op een vooraf ingestelde geluidsproductie. Zo meten we de airflow en koelprestaties van de behuizingen met een vaste geluidsproductie. De ene behuizing kan daarbij de ventilatoren harder laten draaien bij gelijke geluidsproductie dan de andere, wat een goede indicatie voor de geluidsisolerende eigenschappen is. De toerentallen en de daarvoor benodigde stuurspanning noteren we.

Ventilatorconfiguratie	Test met 610W systeemvermogen
Meegeleverde ventilatoren	Fans op 7V
	Fans op 12V
Vier A12x25 PWM-ventilatoren	Fan op 12V
	Fans ingesteld op 35dB(A) geluidsproductie
	Fans ingesteld op 40dB(A) geluidsproductie

We meten en loggen van alle sensoren gedurende vijftien minuten de temperaturen van de componenten en de temperatuur in de behuizing. We normaliseren die gemeten temperaturen op basis van data van een extra omgevingsthermometer naar 22 graden Celsius. De temperaturen die we in grafieken weergeven, zijn de 95e-percentieltemperaturen. Tussen de tests door laten we de behuizingen en componenten afkoelen tot omgevingstemperatuur.

Basissysteem

Het moederbord en de overige componenten blijven zitten voor de tests met het basissysteem, maar de videokaart verruilen we voor het model op basis van de 2060-koeler. De vermogens schroeven we terug naar 300W door de 'processor' minder spanning te geven en het vermogen naar de kunstmatige voeding te verlagen. De videokaart heeft met tien stuks de helft van het aantal vemogensweerstanden van de 3090-analogie in het high-end systeem en met iets lagere spanning verstookt de kaart 150W. De overige componenten verbruiken evenveel vermogen als in het high-end systeem.

Naast de tests met de meegeleverde ventilatoren testen we opnieuw met de A12x25-fans, maar dit keer monteren we er drie. Ook van deze configuratie noteren we de locaties van de ventilatoren in de review.

Ventilatorconfiguratie	Test met 300W systeemvermogen
Meegeleverde ventilatoren	Fans op 7V
	Fans op 12V
Drie A12x25 PWM-ventilatoren	Fan op 12V
	Fans ingesteld op 30dB(A) geluidsproductie
	Fans ingesteld op 35dB(A) geluidsproductie

Het testverloop met het basissysteem is uiteraard identiek aan dat bij het high-end systeem.

Kantoorsysteem

Voor het kantoorsysteem gebruiken we opnieuw hetzelfde moederbord met alle componenten erop, maar laten we de losse videokaart geheel weg. De gedachte is dat dit eenvoudige systeem op de igp leunt. Dit systeem bouwen we alleen in in compacte behuizingen die voor mITX-borden zijn bedoeld. De U12A-towerkoeler vervangen we dan ook door een lowprofilekoeler: de Noctua L9X. Voor de tests met de Noctua-casefans bouwen we ook slechts één ventilator in, meestal achterin. Het totaalvermogen van dit systeem komt namelijk uit op nog geen 100W.

Ventilatorconfiguratie	Test met 97,5W systeemvermogen
Meegeleverde ventilatoren	Fans op 7V
	Fans op 12V
Drie A12x25 PWM-ventilatoren	Fan op 12V
	Fans ingesteld op 30dB(A) geluidsproductie

We draaien weer dezelfde tests met dit lage vermogen, maar we houden het bij slechts één test met de gefixeerde geluidsproductie.

Geluidsproductie

Naast de vaste geluidsproductieniveaus die we voor de warmtetests instellen, meten we ook de geluidsproductie van de systemen met de behuizingventilatoren op vaste spanningen. Dat doen we voor de meegeleverde ventilatoren op 7V en 12V, en voor de Noctua-ventilatoren op 12V. Die laatste meten we in drie configuraties, namelijk de vier fans van het high-end systeem, de drie ventilatoren van het basissysteem en de enkele ventilator van het kantoorsysteem. Voor deze test laten we enkel de systeemventilatoren draaien en laten we de overige componenten, zoals processorkoeler en videokaart, uitgeschakeld.

Het geluid meten we op 50cm afstand in onze geluidarme ruimte met behulp van een Larson Davis 831C-geluidsmeter met een 378A04-microfoon, die voorzien is van een voorversterker. Diezelfde geluidsmeter gebruiken we om de ventilatorsnelheden voor de vaste geluidsproductie in de warmtetests in te stellen.

Bovenstaande geluidstests leveren data die we eenvoudig in grafieken kunnen vergelijken, maar omdat geluid ook subjectief beleefd wordt, nemen we audiofragmenten op van de geluidsproductie. Dat doen we met de meegeleverde casefans. We laten die ventilatoren daartoe steeds harder draaien door hun spanning van 5V stapsgewijs naar 12V op te voeren. De programmeerbare voeding die we daarvoor gebruiken, houdt elke spanning 5 seconden vast. Het geluid nemen we met een Røde NTG4+-microfoon op, op een afstand van 50cm. Omdat veel behuizingen erg stil zijn, versterken we de opnamen in Audacity met 12dB en zetten we beide audiofragmenten naast elkaar voor een duidelijker beeld.