计时码表

时间与体育运动始终密不可分。这种关系如此显而易见,以至于常常被人忽略。多年来,人们使用过各种各样的计时器来评估运动员的表现。最早用于赛马的计时码表,可以说是现代视频助理裁判的先驱。自那以后,计时码表不断发展,变得越来越精准、越来越精密。如何解读它的刻度,如何理解它的运作方式与机械结构,对许多人来说仍然是一个谜,而我们正打算揭开这个谜团。
普通腕表、计时码表与天文台表
普通腕表显示时、分、秒,但能够指示时间与能够计量时间有着显著的区别。在体育界,有一类专门的设备被称为 cronómetro(计时器),用于测量比赛中经过的时间。
有必要区分被误称为 cronómetro 的体育计时器与制表业中的 cronómetro(天文台表)。
在制表业中,天文台表是指其精准度获得官方认可机构逐一认证的腕表,例如 COSC(Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres)。不要把它与体育比赛中使用的计时器混为一谈。体育界通常称为 cronómetro 的这些仪器,实际上是计时码表。
制表业中的天文台表

体育计时器,常被称为 cronómetro
那么,究竟什么才是计时码表?
计时码表是一种额外具备计时功能的腕表。“chronograph”(计时码表)一词源自“chrono”(时间)和“graph”(书写),字面意思是“时间的书写者”,因为这类装置最初是以书写的方式记录时间的。

起源
我们今天所认识的计时码表,源自历史上多位制表师的创新。1720年,George Graham 推出了第一台能够独立测量时间间隔的装置,其原理是让摆停止并重新启动。虽然 Rieussec 在1822年把自己的发明命名为计时码表(这项发明确实是用一滴墨水在表盘上标记时间),但人们普遍认为,Louis Moinet 于1816年制作的“compteur de tierces”才配得上史上第一枚计时码表的称号。

这一创新机构的振频为每小时216,000次,相当于30赫兹,因而能够把一秒细分为六十份,而这一切都由一个原始平衡杆(foliot)振荡器驱动。作为对比,如今普通腕表的振频为每小时14,400次,即4赫兹。这些进步是计时码表发展历程中最重要的早期贡献之一。不过,还有一些不那么知名的发明家,例如 Adolphe Nicole,他们同样在完善这一机构的过程中发挥了关键作用,尤其是创造了第一套能让指针归零的系统。
刻度与分度
绝大多数计时码表都能测量时、分、秒,为此使用三根指针和标准分度的刻度。不过,除了这些传统刻度之外,往往还会加入其他更专门的刻度,例如测速刻度和测距刻度。配备这类刻度的腕表会以相应的刻度来命名,例如称为测速计或测距计。这些确实是计时码表上最常见的刻度,但也有其他较为罕见的刻度,例如脉搏计、呼吸计刻度或十进制刻度。
Angelus 测距计、带呼吸计刻度的 Angelus 脉搏计,以及 Omega 测速计

测速计用于根据在预定距离内测得的时间来计算物体的速度。要测定一辆汽车驶过相距1公里的两个标记之间的速度,只需在经过第一个标记时启动计时码表,在经过第二个标记时将其停止。此时计时指针便会指示出车辆行驶的速度。例如,如果指针停在标准刻度的30秒位置,仔细查看测速刻度就会发现,对应的速度是120公里/小时。如果汽车用30秒驶完1公里,就意味着它每分钟行驶2公里,相当于120公里/小时。

另一方面,测距计可以测量声音的传播速度,约为330.7米/秒,即大约3秒传播1公里。例如,如果我们在看到闪电时启动计时码表,在听到雷声时将其停止,指针就会指示出风暴所在的距离。这种刻度曾在战争中被广泛用于测量敌方武器的距离。

在某些计时码表上,尤其是像著名的 Breitling Navitimer 这样较为复杂的表款,还集成了计算尺,可以进行一系列额外的计算,例如燃油消耗量或飞行时间。

功能方面
计时码表有三项基本功能:启动、停止和归零,这些功能通常由两个按钮操作。既然两个按钮要对应三项功能,其中一个就必然要承担两项功能。其中一个按钮负责启动和停止,按下它时,对于振频为每小时18,000次的腕表,计时指针开始以每五分之一秒一步的方式走动,每分钟走完一圈。再次按下同一个按钮,计时系统便会中断。在停止期间,按一下第二个按钮,计时指针就会回到起始位置。这是计时码表最常见的运作方式,不过还有多种不同的方案,例如单按钮计时码表,即 monopoussoir 或 monopusher,如今它们可以实现所有功能,只是不能在停止后重新启动。停止之后,仅凭一个按钮只能执行一项功能,而这项功能自然必须是归零,而不是继续计时。

计时码表通常按功能方面或机械构造方面来分类。功能方面考虑的是计时结果的呈现方式,这取决于计时盘、指针或按钮的数量。
首先是简单计时码表,它只有一根独立的中央指针,称为计时指针。整个机构由一个按钮控制,可以启动、停止和归零。这类机构的缺点是只能进行60分钟以内的计时。例如 Omega Chronostop、Singer Flytrack,以及上世纪70年代用来记录已停车分钟数的停车计时表。

其次是带计时盘的计时码表,它在简单计时码表的基础上增加了分钟计时盘,有时还有小时计时盘。这是最常见的结构。计时盘是带有独立刻度和指针的小表盘,通常位于3点和6点位置,这样就可以在9点位置加上小秒针,从而形成一定的对称感。
A. Lange & Söhne 1815 Rattrapante
然后是追针计时码表,rattrapante 或 splitsecond,它们的机芯更为复杂,有两根重叠的中央指针,其中一根是与前面相同的计时指针,另一根是追针,用于测量中途时间。这类腕表和前面的一样有两个按钮:第一个用于启动和停止机构,第二个用于归零。除了这两个按钮之外,还有第三个按钮,按一下可让追针停住,再按一下则让它追上计时指针,此后两根指针一同前进。Lange & Söhne Triple Split Ref. 424.038F 是 rattrapante 的绝佳范例,尤其是因为在它之后又出现了两项技术奇迹,即双追针和三追针计时码表,它们同时也是飞返计时码表,而这一切只用了三个按钮和10根指针。

在航空业的早期,一些飞行员使用一种非常特别的计时码表,它便于计算距离和速度,而无需像通常那样分别进行停止和归零。这就是飞返计时码表,即 retour-en-vol 或 flyback。其运作非常简单:这类腕表通过启动/停止按钮开始运行,再次按下启动/停止按钮,计时指针停止,按下第二个按钮则归零,与其他所有计时码表一样。到这里并没有什么新鲜之处。不同之处在于,计时指针启动之后,按下第二个按钮即可归零并随即自动重新启动。也就是说,快速读数之后,只需按一下就能自动开始新的计时。飞返计时码表是多个品牌中常见的表款。

所有这些计时码表的最小计时单位都只到秒,但如果需要把一秒分成若干份呢?这时我们就需要一枚带有飞秒指针的计时码表,最常用的说法是 foudroyante(法语)或 split-seconds(英语),意大利人则称之为“diavoletto”,即小魔鬼。

其实这是一项相当古老的技术,被视为第一枚计时码表的 Louis Moinet compteur de tierces 就有一根飞秒指针。凡是计时分度大于一秒而小于一分钟的,都被称为带有半飞秒指针的计时码表。例如 Zenith El Primero Striking 10th 有一根每分钟转6圈的中央指针,可以计量十分之一秒;又如 Jaeger-LeCoultre Duomètre à Quantième Lunaire, 它进行同样的计量,但使用的是专用的计时盘。
Zenith El Primero Striking 10th 与 Jaeger-LeCoultre Duomètre à Quantième Lunaire
这一机构之所以能够实现,是因为振频各不相同:例如每小时14,400次的机芯每秒振动4次,因而可以测量四分之一秒。每小时36,000次的 Zenith El Primero 可以实现十分之一秒的分度,而在同样的振频下, TAG Heuer Calibre 360 可以计量百分之一秒。这些带有飞秒指针的计时码表耗能相当大,F. P. Journe Centigraphe Souverain 高效地只用一个发条盒,而 Jaeger-LeCoultre Duomètre à Chronographe 则稳妥地使用两个发条盒为整个机构提供动力。在 Longines Nonius、TAG Heuer Grand Carrera 36 RS Caliper 或 Alain Silberstein iKrono 上,可以看到一种把一秒分成若干份的巧妙方法。
TAG Heuer Calibre 360 | Longines Nonius | Alain Silberstein iKrono
所有这些表款都使用了游标(Nonius),这是葡萄牙著名数学家 Pedro Nunes 的发明。在 Longines Nonius 和 iKrono 这两个例子中,游标直接集成在计时指针上。读取测量结果并不简单,需要弄清游标刻度上的哪一条刻线与计时码表的刻度对齐,并数出它之前的所有刻线,这样才能精确地确定十分之一秒。
分钟计时盘指针的走动方式,也可以用来区分不同类型的计时码表。这类指针有三种运动模式:可以是连续式,即匀速滑动;可以是瞬跳式,即一下子跳动到位;也可以是半瞬跳式,即先滑过一半行程,然后再跳动。最常见的是半瞬跳式,分钟计时盘的指针从第58秒开始走动,在接下来的2秒内走完通往下一分钟的一半路程,这两秒结束时再做最后一跳,以标示分钟的更替。用手机以慢动作模式拍摄的视频可以清楚地观察到这一机构。带有小时计时盘的计时码表较为少见,通常配备以半瞬跳方式运作的分钟计时盘。
机械构造方面
几乎所有计时码表都有一个驱动轮(1),它固定在秒轴上,并与离合轮(2)啮合,当计时轮(3)与离合轮接触时,计时指针开始走动。在著名的 ETA 7750 上,驱动轮被摆动小齿轮所取代。
Omega 321 机芯,重点标示:
驱动轮(1)、离合轮(2)、计时轮(3)和导柱轮(4)
这一过程涉及两种可能的控制方式:凸轮机构或导柱轮。
凸轮机构 | 导柱轮
偏心件或凸轮是旋转轴不在中心的零件,因此受压时会转动,直到到达唯一的一个位置。
除了凸轮系统之外,还有另一类偏心件,因其形状而被称为心形凸轮。在归零过程中,这些心形凸轮起着重要作用。
计时机芯中标示出的凸轮
离合轮和计时轮都有三角形的齿,但计时轮的齿数更多、间距更小,这减小了两个齿轮的齿啮合时计时指针产生的跳动。

左侧为驱动轮 | 上方为离合轮(三角形齿) | 右侧为计时轮(三角形齿)
由导柱轮驱动的控制方式,在操作按钮时给人以更加精确的手感,然而它的装配要求极为严格的公差,人们常常认为其生产成本超过了精度提升所带来的好处。从导柱轮过渡到其他方案并不容易,由此产生了多项专利,因为启动、停止和归零这一功能循环,用导柱轮这样自身旋转的零件来实现,要比用只做部分旋转的零件更容易。

导柱轮
导柱轮很容易辨认,因为它形似一座带城墙的圆形城堡,在一些高品质的机构中可以看到它,不过在 Patek Philippe 的计时码表中它往往被隐藏起来。
导柱轮被隐藏的 Patek Philippe Ref. 5172
导柱轮的运作始于按下启动/停止按钮。按下这个按钮时,我们推动一根称为操作杆的杠杆,它的末端有一个钩子,扣入导柱轮的底座,底座由一个带有宝玑齿(即锯齿形齿)的齿轮构成。这个钩子带动底座转动,进而带动整个导柱轮转动:底座上的齿轮旋转,与之连为一体的整个导柱轮也随之旋转,并且始终朝同一个方向,从不反转。这一过程使离合杆的喙端落入导柱轮的两根柱子之间,从而把离合轮推向驱动轮,计时系统由此启动。当钩子使导柱轮第二次转动,离合杆喙端的位置随之改变,离合轮便与驱动轮或摆动小齿轮分离,于是计时停止。归零由第二根杠杆触发,它的一端是一把锤子,另一端有两个尖端。锤子插入导柱轮的柱子之间,此时尖端使偏心件转动,并停靠在它最平的部位。两个偏心件的转动使计时码表各计时盘的指针回到零位。
除了计时码表的控制方式之外,另一个区别要素是离合系统。在汽车中,离合器把发动机的旋转传递给变速箱的齿轮。在腕表中,离合器把发条和发条盒的旋转传递给计时系统的齿轮。离合有水平式的,也有更现代的垂直式。水平离合会移动离合轮,直到它的齿与计时轮的齿啮合。
垂直离合:装配于 Rolex Daytona 的 Rolex 4130 机芯
垂直离合:装配于 Grand Seiko Tentagraph 的 Caliber 9SC5
在垂直离合中,驱动轮与计时轮同轴并同心叠放,运动通过摩擦来传递。
细节:Rolex 4130 机芯
这就好比计时轮是一张黑胶唱片,落在作为唱机转盘的驱动轮上。垂直离合机芯的一个很好的例子,是装配于较新款 Rolex Daytona 的4130机芯。这种离合系统能让计时指针更精确地启动,因为不存在齿轮啮合造成的初始跳动。不过在实际使用中,这些差别很难察觉。
特别的计时码表
1969年围绕研制第一枚自动计时码表展开的竞争,是一个常被讲述的故事,其中涉及 Zenith El Primero、Seiko 6139,以及由 Breitling、Buren、Hamilton、Heuer 和 Dubois-Depraz 组成的联盟。自动计时码表这项创新在当时是一个重要的里程碑,尤其是考虑到当时可用的资源十分有限。
MB&F Sequential EVO
在此后的五十多年里,制表大师们从未停止创新,以下是其中几个最具创意的例子。MB&F Sequential EVO 配备了 Twinverter 系统,由 Stephen McDonnell 构思,带来了一系列引人注目的创新,在同一枚腕表中容纳了两套彼此独立而又相互关联的计时码表。

这样的结构使腕表可以同时拥有一根计时指针和一根追针,两者各自独立运作。这一机构由两个导柱轮控制,共有4个计时盘:两个60秒计时盘和两个30分钟计时盘。
它由五个按钮操作:每套计时码表各用两个按钮,第五个按钮用于启动 Twinverter 功能。实际效果如下:如果两套计时码表都处于停止状态,它们会同时启动;如果两者都在运行,则一起停止;如果一套在运行而另一套没有,按下9点位置的第五个按钮(Twinverter 按钮)时,正在运行的那套停止,停止的那套启动。这枚计时码表还配有垂直离合,但它不是靠摩擦运作,而是同时与两个齿轮啮合。因此,计时码表的运行不会影响摆轮的摆幅。
Grönefeld 1941 Grönograaf

另一项重要的创新来自 Grönefeld 1941 Grönograaf,其突出之处在于有一套能让计时指针归零更加柔和的系统。这一动作通常十分突然,会使多个零件产生磨损,甚至可能导致指针松脱。

AgenGraphe AGH-6361
所采用的方案借助两个黄金配重,利用离心力来缓和这一过程,其方式与三问报时表上所见的类似,从而成为一场透过表盘即可欣赏的制表机械盛宴。仔细观察这一机构,还能发现其他创新,例如配有红宝石锤的杠杆。
AgenGraphe AGH-6361:Singer Reimagined Track 01、Moser Streamliner 和 Fabergé Visionnaire
AgenGraphe AGH-6361 由 AgenGraphe 制造,用于 Singer Reimagined Track 01、Moser Streamliner(经改款后称为 HMC 902)以及 Fabergé Visionnaire,是近年来最具创新性的计时码表之一。
这一机构最引人注目的,是它不同寻常的甜甜圈形结构:计时码表的各个计时盘(秒、分、时)全都集中在中央,而不是像通常那样分布在表盘四周。这枚自动机芯具备时、分瞬跳显示、导柱轮和垂直离合,其自动陀位于表盘下方、机芯上方。由于中央留给了三个计时盘,在 Singer 腕表上,小时和分钟显示在外围的旋转环上,外环显示小时,内环显示分钟,正确的时间由6点位置的一个固定指标指示。
这是一篇面向爱好者和收藏家的制表技术文章,如有任何疑问,请与我们联系,或在下方的留言框中留言。







留言