Kühlertest-Methodik: Die finale Umsetzung

 2/2
Thomas Böhm 100 Kommentare

Im Optimalfall werden Tests unter Laborbedingungen mit konstanter Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit durchgeführt, da beide Werte einen Einfluss auf die Leistung eines CPU-Kühlers haben. Allerdings wären damit großer Aufwand und hohe Kosten verbunden. Um die Umgebung dennoch so weit wie möglich als Variable auszuklammern, wird versucht, die Raumtemperatur so stabil wie möglich zu halten: Es wäre beispielsweise vergeudete Zeit, die Messung eines Kühlers direkt nach dem Lüften im tiefsten Winter einem Datensatz gegenüberzustellen, der bei brütender Hitze im Hochsommer aufgenommen worden ist.

Durch Heizen im Winter und Messungen zur richtigen Tageszeit im Sommer kann die Raumtemperatur wenigstens im Bereich von 23 °C +/- 2 °C stabil gehalten werden. Da die CPU-Temperatur von der Raumtemperatur abhängt (je besser der Kühler, desto geringer der Abstand zwischen beiden), müssen die Daten wahlweise auf eine bestimmte Raumtemperatur normiert oder gleich als Temperaturdifferenz angegeben werden. Die erste Variante bedeutet, dass die Differenz aus CPU- und Raumtemperatur als Messwert erhoben und anschließend eine hypothetische Raumtemperatur von beispielsweise 22 °C auf alle Messwerte addiert wird. Die zweite Variante gibt von vornherein nur die Temperaturdifferenz als Ergebnis an.

Temperaturdifferenzen in Kelvin oder Grad Celsius

In ComputerBase-Tests wird die Differenz als Resultat gezeigt, die zwischen CPU- und Raumtemperatur besteht. Im wissenschaftlichen Bereich werden Temperaturdifferenzen vorwiegend in der Einheit Kelvin angegeben. Die Kelvin-Skala entspricht exakt der Celsius-Skala, nur ist erstere auf den absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) anstelle des Schmelzpunktes von Wasser als Null ausgelegt. Da es sich um eine Differenz zweier Temperaturen handelt, spielt der Nullpunkt der Skala aber keine Rolle, sodass ein Unterschied von 40 K dasselbe bedeutet wie 40 °C Unterschied.

Aqua Computer Aquaero 6 LT: Platine mit umfangreichen Anschlussmöglichkeiten
Aqua Computer Aquaero 6 LT: Platine mit umfangreichen Anschlussmöglichkeiten
Aqua Computer Aquaero 6 LT: Zubehör
Aqua Computer Aquaero 6 LT: Zubehör

Zur Messung der Raumtemperatur verwendet ComputerBase einen Foliensensor der Lüftersteuerung Aqua Computer Aquaero 6 LT (Test). So kann die Raumtemperatur komfortabel zusammen mit der CPU-Temperatur per Software ausgelesen werden; prinzipiell kann aber auch ein gängiges Raumluft-Thermometer den Zweck erfüllen. Zwar sind bei keiner der beiden Varianten die Sensoren geeicht, doch ebenso wie beim Auslesen der CPU-Temperatur (deren Sensor ebenfalls nicht geeicht ist) zieht sich ein etwaiger Fehler konstant durch alle Messungen. So beeinflusst er nur die absoluten Werte, nicht aber die Reihenfolge zwischen verschiedenen Kühlern.

Der Temperaturfühler muss sich in der Nähe des Testsystems befinden und zudem sollte der Tester großzügigen Abstand dazu halten: Menschen strahlen Wärme ab und Bewegungen im Umfeld sorgen für Luftverwirbelungen, die zu einer lokalen Änderung der Raumtemperatur führen.

Anzahl und Art der Messungen

Eine entscheidende Frage ist das tatsächliche Testprozedere: Wenn alle Rahmenbedingungen definiert sind, muss ausgearbeitet werden, wie der Test ablaufen soll. Hier gibt es wieder mehrere Möglichkeiten. Die einfachste und naheliegendste Variante wäre es, den Lüfter des zu testenden CPU-Kühlers einfach nur ans Mainboard anzuschließen und die automatische Lüftersteuerung den Rest übernehmen zu lassen. Das ginge schnell und würde keinerlei manuellen Eingriff erfordern – allerdings auch massiv die Aussagekraft des Tests beeinträchtigen. Denn so würde zum einen nur bei einer einzigen und relativ willkürlichen Drehzahl gemessen und zum anderen berücksichtigt eine automatische Kurve in keinster Weise die Lautstärke des Kühlers.

Ein Überblick über das Verhalten entlang des gesamten Drehzahlspektrums des oder der Lüfter eines CPU-Kühlers zeigt sich erst, wenn zu mehreren fix voreingestellten Drehzahlen getestet wird. Der Aufwand steigt allerdings beträchtlich, denn pro einzelner Messung (inklusive Abkühlzeit nach dem Test) muss nach ComputerBase-Protokoll mit 45 Minuten gerechnet werden. Wenigstens drei, besser aber vier Drehzahlen pro Kühler werden in ComputerBase-Tests als Messpunkte genutzt. So kann eine genauere Aussage über den Verlauf der Kühlleistung gemessen an der Drehzahl getroffen werden. Weniger Messpunkte werden lediglich von Kühlern erfasst, deren Lüfter über ein sehr kleines Drehzahlintervall verfügen.

Unabhängig davon, wie viele Messungen zu fixen Drehzahlen erhoben werden, bleibt eine Frage offen im Raum: Wie laut ist der Kühler? Denn was das Tachosignal sagt, ist eine Sache. Wie viel Lärm ein Lüfter erzeugt, eine andere. Je größer der Durchmesser eines Axiallüfters, desto mehr Luft bewegt er bei gleicher Drehzahl und desto lauter wird er. Ein Kühler mit 140-mm-Lüfter wird also pauschal bei gleicher Drehzahl stärker, aber auch lauter als ein kleinerer Kühler mit 92-mm-Lüfter sein.

Kühlleistung über Schalldruckpegel

Um diesen Einfluss auszuklammern, also ein bereinigtes Ergebnis zu präsentieren, ist es empfehlenswert, nicht die Temperaturdifferenz zu bestimmten Drehzahlen oder Prozentwerten der maximalen Lüfterdrehzahl anzugeben, sondern in Abhängigkeit von der Lautstärke des jeweiligen CPU-Kühlers. Für ComputerBase-Tests wird dafür bei allen vordefinierten Umdrehungsgeschwindigkeiten, bei denen das Kühlvermögen gemessen wird, der zugehörige Schalldruckpegel erfasst. Alternativ kann zuerst der Schalldruckpegel bestimmt werden und dann zu bestimmten Lautstärke-Fixpunkten die Kühlleistung.

ComputerBase wählt den ersten Ansatz aus pragmatischen Gründen: Messungen des Schalldruckpegels müssen spät abends erfolgen, wenn weder Verkehr noch Nachbarn als Lärmquellen stören. Zuerst die Kühlleistung zu bestimmen und im Anschluss den Schalldruckpegel zu messen, spart schlicht Zeit. Bei Messungen des Schalldruckpegels werden die Gehäuselüfter angehalten, um nur das Geräusch des CPU-Kühlers zu erfassen. Die Grafikkarte des Testsystems schweigt wegen semipassiver Lüftersteuerung ohnehin und der Lüfter des Netzteils (be quiet! Dark Power Pro 11 (Test)) ist so leise, dass er die Messungen nicht stört. Der Massenspeicher des Testsystems ist eine SSD, sodass auch keine summende Festplatte die Messung beeinträchtigt.

Ungewohnte Darstellung der Resultate

Die Präsentation der Ergebnisse von CPU-Kühlern sorgt im Forum wiederholt für Rückfragen und Kritik: Ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Kühlers als Kurve darstellt, ist in Kühlertests selten zu finden. Die Darstellung ist nicht so intuitiv wie ein Balkendiagramm, bei dem einfach nach dem längsten oder kürzesten Balken gesucht wird, um einen Sieger zu bestimmen. Denn so einfach ist die Bewertung eines Kühlers nicht, wie der folgende Vergleich zeigt.

Werden die beiden Kühler bei maximaler Drehzahl verglichen, so schneiden Thermalright Silver Arrow T8 (Test) und Scythe Fuma 2 (Test) im Rahmen der Messungenauigkeiten gleich gut ab. Das ist ein möglicher Grund, wieso nicht wenige Hersteller ihre CPU-Kühler mit extrem schnellen und damit lauten Lüftern ausstatten: Im Ranking um den besten Kühler ist so ein Platz auf dem Treppchen fast sicher. Denn das erste Balkendiagramm zeigt nicht, wie laut die Kühler dabei werden. Dafür ist ein separates Diagramm notwendig, durch das klar wird, dass sich der Kühler von Thermalright den Gleichstand durch einen deutlich lauteren Betrieb erkämpft. Deshalb nutzt ComputerBase das dritte Diagramm als Variante zur Darstellung der Ergebnisse: Das Liniendiagramm zeigt sowohl das Kühlvermögen als auch die Lautstärke der Kühler gleichzeitig. Je niedriger eine Kurve verläuft, desto kühler ist die CPU, und je weiter links die Kurve verläuft, desto leiser ist dabei der Kühler.

In Zukunft besser interpoliert

Wie die Kurven zeigen, folgen die Daten im Liniendiagramm grundsätzlich dem Verlauf einer Hyperbel. Bisher wurde zwischen den einzelnen Datenpunkten linear interpoliert, was insbesondere in sich überschneidenden Bereichen zwischen zwei Kühlern zu einer schlechten Lesbarkeit der Daten führt. Über eine Regressionsanalyse kann der zugrundeliegende Kurvenverlauf bestimmt werden, sodass die fehlenden Daten zwischen den einzelnen Messpunkten sauberer interpoliert werden: Auf diese Art werden die Ergebnisse in Zukunft als durchgehende Linie dargestellt.

Ein Nebeneffekt der besseren Interpolation ist, dass als alternative Darstellung die Leistung der Kühler zu einem gleichen Schalldruckpegel als Balkendiagramm gezeigt werden kann. Diese Darstellung ist allerdings mit Vorsicht zu genießen, da neben den unvermeidlichen Messtoleranzen zusätzlich die Interpolation als Unsicherheitsfaktor vorliegt. Für einen schnellen Vergleich ist ein solches Balkendiagramm aber übersichtlicher als das Liniendiagramm, das sämtliche Datenpunkte des Kühlers auf einmal zeigt.

CPU- zu Raumtemperatur bei 35 dB(A) (OC, interpoliert)
    • Scythe Fuma 2
      49,4
    • Thermalright Silver Arrow T8
      51,2

Was tun, wenn die Resultate nicht schlüssig sind?

Fehler können jederzeit passieren. Von einer missglückten Montage über ein nicht angeschlossenes Lüfterkabel bis zum falschen Taktprofil der CPU des Testrechners können verschiedenste Ursachen zu einem unstimmigen Ergebnis führen. Im Redaktionsalltag bedeutet das zeitintensives erneutes Messen – wobei Fehler nicht nur von Seiten des Testers kommen. So war zum Beispiel im Fall des be quiet! Dark Rock Pro 4 (Test) ein Montagsmodell als Testmuster in der Redaktion gelandet.

Endkunden haben an dieser Stelle (k)ein Problem: Fertigungstoleranzen kommen vor (im Falle des erwähnten Montagsmodells allerdings ungewöhnlich auffällig und hoffentlich selten) und ohne einen Satz an Vergleichswerten ist es nur bei sehr deutlichen Abweichungen von der erwarteten Kühlleistung möglich, eine scheinbar zu hohe CPU-Temperatur auf den Kühler zurückzuführen. Bevor der Kühler als Schuldiger vermutet wird, sollte grundsätzlich zuerst die Montage nochmals überprüft und gerade im Hinblick auf das Verhältnis aus CPU-Temperatur zu Lautstärke des Kühlers auf die Drehzahl-Voreinstellung des Mainboards geachtet werden. Eine nur geringfügig kühlere CPU bei dafür deutlich leiserem Nachrüstkühler im Vergleich zum Boxed-Kühler spricht nämlich nicht grundsätzlich gegen den neuen Kühler. Eventuell liegt durch den stärkeren Kühler auch ein höherer Turbo an, sodass zwar nicht die CPU-Temperatur sinkt, dafür aber die Rechenleistung steigt.

Schlussworte

Der Test eines CPU-Kühlers ist kein Hexenwerk. Wer einen PC sein Eigen nennt und die Investition in ein Schallpegelmessgerät nicht scheut, kann direkt mit dem Testen loslegen. Wie bei allen Messungen gilt aber auch hier, dass sich der Tester vorher gründlich Gedanken dazu machen muss, wie das Prozedere ablaufen soll: Es gilt, so viele Daten wie nötig zu erheben, um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Die wichtigste Grundvoraussetzung dafür sind so weit standardisierte Rahmenbedingungen, dass die Ergebnisse reproduzierbar werden.

High-End-Gaming-PC mit Custom-Wasserkühlung und RGB-LEDs
High-End-Gaming-PC mit Custom-Wasserkühlung und RGB-LEDs

Das hier aufgeführte Testprotokoll ist mit Sicherheit ausbaufähig. Es bietet für ComputerBase allerdings einen sinnvollen Kompromiss aus Zeitaufwand und ausreichender Datenmenge und Datenqualität. Nebenbei muss innerhalb der Tests ein Spagat zwischen Kontinuität und sinnvollen Neuerungen gefunden werden, um jederzeit einen möglichst großen und aktuellen Datensatz an Vergleichswerten zu haben. Konstruktive Kritik und Verbesserungsvorschläge aus der Community sind selbstverständlich gern gesehen.

Dieser Artikel war interessant, hilfreich oder beides? Die Redaktion freut sich über jede Unterstützung in Form deaktivierter Werbeblocker oder eines Abonnements von ComputerBase Pro. Mehr zum Thema Anzeigen auf ComputerBase.