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嗡嗡嗡的音叉表

2020-10-04 11:08:48

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969年圣诞节,精工推出了世界上第一款商业石英手表 - Astron35SQ ,利用石英的压电效应 ,振动频率可以达到8,192Hz(现在一般为32,768Hz) ,每月误差±5秒,每年一分钟 ,似乎是一夜之间,人类计时的精度上升到了一个新的台阶。


虽然当时一块石英手表的价格高达45万日元,与一辆崭新的轿车价格持平,不过随着技术水平和产量的提升,价格不断下降,最终给传统机械手表制造厂商带来了一场石英危机,二十年间几乎完全摧毁了奢侈手表行业,同时钟表行业的门槛似乎越来越低了。

(当时同等价值的丰田卡罗拉)


时至今日,石英计时器已经是世界上最广泛使用的计时技术,大多数的时钟、手表,各种的家电产品中都会使用到。


我们通常所说的电子表指的便是石英表,然而石英表只是电子表中的一个分类,它的前面还有两位老大哥。


19世纪随着电的广泛使用,人们自然而然想到使用电力来取代笨重的发条盒作为钟的动力来源。


1802年左右便出现了第一个实验性的电钟,使用电力的钟在一百多年的发展过程中出现了无数奇思妙想,以后我也会详细介绍。

(Alexander Bain的早期电磁钟,约1840年)



第一代电子表

20世纪40年代左右,纽扣电池的出现使得手表的电子化成为可能,比起传统的发条,电池既小又容易更换。


1957年,汉密尔顿发布了第一块电力驱动的手表 Hamilton Electric 500,广告中自豪地将这款手表描述为“500年制表历史上的一次主要改进”


为了解决电池漏液及电压问题,汉密尔顿问询了多达40家电池厂家都碰了钉子,最后还是Union Carbide帮了忙

(款式独特的Hamilton Electric Pacers)


Hamilton Electric 500 虽然采用电池做为动力,但关键的擒纵调速器还是传统的游丝摆轮,所以精度和以前传统机械手表没有太大区别,这就是第一代电子手表。


第二代电子表

仅仅过了3年,宝路华(Bulova)的“Accutron”音叉表横空出世,下面我会重点介绍


Accutron完全摆脱了游丝摆轮结构,使用了一对频率为360Hz的音叉作为调速器


我们都知道振动频率越高,计时器就越精准,依托每秒360次的振动频率,音叉表的精度达到了每天±2秒 ,同时代的机械表望尘莫及

(似曾相识的广告语)


音叉表的调音叉齿由“ni-span-c”制成,这是一种特殊的合金,温度变化下变形极小。


驱动线圈中的波动电流会产生变化的磁场,交替地吸引和排斥音叉磁体使之保持振动。


音叉一侧有两个爪,其中一个与壁柱相连,顶端都镶有耐磨损的微型红宝石


音叉振动带动棘爪推动棘轮使手表运作,另外一个棘爪在棘轮转动后卡住棘轮使之不能反向转动


这个特殊的棘轮直径只有2.4mm,周围密布了320个齿,每个齿约高0.01mm宽0.02mm,齿与爪上的红宝石配合的天衣无缝,这样精密的结构非常容易损坏,这也是维修人员头痛的事情之一

(显微镜下的棘轮,小齿依稀可见)


音叉的振动既起到了擒纵调速器的作用,同时又带动了指针


(在高倍显微镜下的棘爪运动状态,肉眼根本无法分辨)


欧米茄也曾经利用宝路华的专利生产过自己的音叉表,其中的Megasonic的振动频率达到了720Hz,理论上更为精确.


航空骄子

音叉机构的构造使其具有良好的抗高G负荷的能力,并且在高温下不损失精度或者发生故障,所以被广泛应用于航天航空领域。

(简直是赤裸裸的挑衅嘛)


1958年左右,NASA的工程师和科学家不能确定机械计时装置是否能在零重力下正常工作,所以依靠宝路华将Accutron技术应用于卫星精确定时的设备中。


宝路华作为当时美国太空计划的重要组成部分有着悠久的历史,最终参与了其中46个任务


首次登陆月球的阿波罗11号放置在月球宁静之海上的仪器中也有Accutron机芯

(Apollo 11)


宝路华在宇航员佩戴用表的竞争中败给了欧米茄超霸,不过这并不妨碍宇航员带一块宝路华音叉表做为备用。


一块传奇音叉表

任何由NASA颁发的欧米茄超霸系列产品都被认为是美国政府的财产,现在大部分都收藏在博物馆或其他政府机构中 ,这就使得私人收藏一块曾经登月的欧米茄手表是几乎不可能的事情 。


2015年出现了一块由阿波罗15号宇航员戴夫斯科特(斯科特是第七个在月球上行走,第一个在月球表面驾驶月球漫游者的人)私人佩戴过的宝路华计时码表


据称在第二次月球漫步中,斯科特的欧米茄超霸手表表面飞出,所以他使用了备用表


这块表装有NASA特制的尼龙搭扣表带,指针记录了当时任务的时间,表面似乎还沾有月球的尘埃 。


这块上过月球的宝路华计时码表最终拍出了162万五千美元的高价


绝密计划

CIA为侦查苏联进行了一项高度机密性的A-12(SR-71前身)计划,飞机轻而易举可以超过三倍音速,由于高速驾驶舱窗户经常处于320℃以上的环境中,座舱的空调温度都被调至冰点以下。


A-12的飞行高度和速度都超出人体可承受的范围,乘员必须穿着类似宇航员全密封的飞行服。


CIA飞行员认为宝路华的音叉表是“ 能够在A-12驾驶舱环境中保持可靠运行的唯一手表 ”

(A-12 与 SR-71区别)


音叉表同样经受了X-15项目的考验,X-15是一种美国空军和NASA的高超音速火箭动力实验机。


X-15通常是挂载在B-52机翼下发射,飞行速度可以超过6000公里/小时,高度可以超过80公里


宝路华公司引以为豪并放在了自家的广告宣传中


虽然只过了9年,宝路华便在这场时间精度的较量中落败,不过音叉表技术得到了消费者的广泛认可,并在美国太空时代中大放光彩,说它是美国60年代的象征之一也并不为过,音叉表是如此成功,以至于宝路华公司的 LOGO就是一支显著的音叉。

(现在已经没有音叉产品,但宝路华公司的LOGO依旧不变)


嗡嗡嗡嗡嗡嗡

美剧『广告狂人』最终季第一集的一开始,广告人为Accutron精心设计了段广告词,其中突出了音叉表最显著的特征--嗡嗡声


音叉震动就会产生声音,随便科普一下,人耳可以感知到的声音频率范围为20 Hz至20,000 Hz。

(实际的宝路华宣传语)


这次上海科技馆 “时间故事” 中的音叉表和音叉钟都是大来时间馆提供的展品,由于展出的技术限制,观众无法聆听到这种非常特殊的声音,深感遗憾。


也许简单的加个拾音装置就能解决问题,不过,这也让我们思考,如何DIY一个音叉钟并让大家不借助辅助装置便能听到音叉振动的声音呢 ? 嗯,这是下一个课题


图片来自网络

撰文|没劲


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