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重點推介
石英半世紀 驚人年誤差:1秒!
2018年09月24日

石英,化學方程式為SiO2(二氧化矽),是地球上數量第二多的礦石,跟海灘大地的沙石成分同出一化學成分。聚沙可以成塔,石英腕表經過50年進化,成績同樣可以參天。

Text:Ringo / Photo:Bowy


對瑞士鐘表業來說,石英,是一回夢魘,亦是一場浩劫。當年瑞士也有份致力研製石英技術,結果險些連自己百年基業也喪掉,今天事過境遷回看,機械表不死有其價值及原因,石英表則有令腕表普及於世的豐功,而發展的偉績更是驚人,最新的準繩度可達每年誤差正負1秒,這跟原子鐘還有很大差別嗎?

 

一嚿石英,為何能令走時精準?

明明一塊小晶體,何解能主宰毫釐不差的每分每秒?這要多得法國物理學家Pierre Curie,他在1880年發覺到把石英水晶施加壓力,它便會產生電流脈衝,反之亦然,如將電力加諸石英,它就會產生相當穩定而超高的震動頻率。這個超快,是指每秒震動32,768次,是每秒,比起傳統腕表的擒縱擺輪每小時28,800次,差距是8千至1萬倍。這個物理現象,稱為壓電效應(Piezoelectric Effect)。
把石英跟時計扯上關係的第一人,要數加拿大出生的Warren Marrison,他跟J. W. Horton在Bell Telephone Lab於1927年創造了第一台石英鐘,說是一台並沒誇張,因為它的體積尤如一座大雪櫃,還要外接一個冷卻系統才能操作。

法國物理學家Pierre Curie發現了壓電效應Piezoelectric Effect,在1880年發覺將電力加到石英,便會產生超高的每秒32,768次震動頻率。稱他為石英表之父不為過。

 

日本精工實現:把石英戴上手
把石英技術發揚光大的,是日本精工無疑。話說二戰後日本為展示不死精神,成功爭取到舉辦1964年東京奧運,當時精工受命為指定計時,決心要在世界舞台展示實力。精工的最大任務,除了把計時裝置全部石英化,更高難度是微型化,結果它們僅僅用了半年時間,便成功把計時器輕量化至約3kg,可手攜穿梭於各大比賽場地。耀武揚威於國際後,精工沒有故步自封,上下員工在1968年被委任一項超艱巨任務,第三代傳人服部正次下令:一年內要把石英時計戴上手腕!精工舍上下員工絞盡腦汁再把零件微型化,最終研製出音叉狀石英震盪器、微型步進摩打、最先進集成電路……就在1969年12月25日,一份聖誕禮物「Astron」石英腕表誕生了,揭開了令全球鐘表業翻天覆地的序章。

把體積極力縮細,於1964年東京奧運大放異彩的石英計時器。 

 

史上首枚石英表Seiko Astron及其搭載的機芯。

 

瑞士才是首個研發石英機芯?
追溯歷史,瑞士研發石英機芯的確要比日本早。早在1962年,瑞士包括Rolex、Patek Philippe、Omega、IWC、JLC、Piaget等20個品牌已經在Neuchatel成立了Swiss Centre Electronique Horloger(CEH)創建中心,同心協力研發效能更超卓的未來機芯。4年後,採用8,192Hz石英電路板的Cal. Beta-1機芯面世,翌年第二代機芯亦成功把誤差度降至每月±5秒。同樣在1969年,表迷不會陌生的Cal. Beta 21終於誕生,首年生產的6,000枚機芯分給各大品牌使用。由於體積較大、耗電驚人,加上售價不菲,所以在歐洲未能普及起來。其後Rolex及Omega相繼離開CEH,自家繼續研製石英技術,前者的Oysterquartz及後者的Megaquartz 2.4MHz,都被後世喻為經典石英機芯。也要特別一提芝柏,當年獨自開設電子技術研究部門,以一己之力研發出震頻高達32,768Hz的GP-350石英機芯,是史上首枚經過Neuchatel天文台靜態及動態測試的石英表,也是業界沿用至今的標準。

 

當年搭載於Omega腕表內的Beta21石英機芯。

 

Patek Philippe六十年代推出的石英腕表。

 

Rolex也製作過不少石英腕表。

 

載舟亦覆舟的石英表
日本石英表由最初價值等於一部房車(!),慢慢普及到人人能負擔得起,也不過是十年八載的事。這段期間瑞士鐘表業經歷了屋漏偏逢連夜雨的慘況,一來品牌不甘放棄傳統機械手藝,二來石油危機令世界進入經濟衰退,三來美元匯價下滑令出口競爭力大減……統計數字表示,七十年代初期瑞士有超過1,600家鐘表公司,從業員接近10萬人;但到了八十年代中期,約1,000家廠房被逼結業,超過3分2員工逃不過歷史巨輪而要轉行。十年過後,1980年日本因為大量生產石英表而成為全球第一大鐘表生產國,兩年後瑞士連第二位置也不保,被我們香港迎頭趕上,避席至季軍位置。

 

當年Steve Jobs抱著第一部Mac電腦登上《Time》封面。當時他戴著的是Seiko Chariot石英表,之後以$42,500美元成功出拍。

 

石英表的原理及發展
如果簡單概述,一枚石英機芯是由電池、石英震動器、IC電路板、步進摩打組成,如果是指針式的,便會連接到一系列齒輪。上文提到石英震動器通電時會產生每秒鐘32,768次震動,它取代的就是傳統擒縱系統,只要外接一個簡單電路「計算」其震動,每當數到32,768次,便發出1Hz訊號,由步進摩打接收再推動齒輪系,令秒針向前移動一格。是以早期分辨機械與石英表的方法,是觀看秒針有否一格一格地走動,不過後來機械表也有製造deadbeat second,石英指針也造到順滑走動,這區分方法就不管用了。

石英表的最大好處是準(很準!),還有輕巧、防磁、穩定、保養容易、價錢平等優點。但缺點是欠缺人性及工藝性(這是傳統鐘表對石英表的最大抨擊),加上電池壽命有限、石英震動5至8年後會衰退也是石英表不能「一代傳一代」的致命傷。針對換電問題,精工表又積極研發Kinetic人動電能及Spring Drive機芯,原理都是採用傳統的自動擺陀替機芯注入能量,把石英表進一步「機械化」。
石英還有一個天性弱點,就是較易受溫度影響。石英震動器在攝氏25度表現最好,溫度上升會令它加快反之則減慢;設計師為了修正這問題,於是設計了溫度補償迴路,一旦溫度有異便會發出訊號給IC電路作出更正,如此一來,石英機芯的精準度又增進約10倍,誤差率亦由月計提升到以年作單位。超級石英機芯因而誕生,以下介紹的石英表都是超級精準的表表者…

 

Citizen
ECO-Drive One


誤差:每月±15秒

一塊電池也太厚了,在Citizen眼中,最好的動力來源是──光。所以在兩年前適值Eco-Drive光動能誕生40周年,品牌研發了全球最薄的腕表Eco-Drive One。它內搭的Cal. 8826石英機芯只有1mm厚,根本不能想象這麼多電路板、電子零件是如何擠進這薄薄空間內;Eco-Drive One連同表殼也只不過厚2.98mm,戴上手有史無前例的「輕」「薄」感。

兩年前創下纖薄的紀錄,迄今無人能打破,只有它高處不勝寒在自我改良。這枚光動能機芯,無論吸取天然光或人造光,一旦充滿電便能運行1年之久(初推出時只有10個月),誤差率是每月±15秒。也由於機芯太薄太脆弱,所以直徑37mm表殼要特別將它保護,選用的材質是非一般堅硬防刮的金屬陶瓷。今年品牌帶來限量1,000枚的特別版,表圈以Altic製成,是一種維氏硬度達1900HV的超硬物料。(秋季推出,6,400美元)

 

F.P. Journe
Elegante


誤差:每月±15秒

2014年,F.P. Journe做了一個叫眾人驚訝的舉措──推出石英表。

由獨立製表匠研發8年造出一枚石英機芯,不是不叫人驚訝的。既然做了,當然大大方方展示給世人,Elegante表底表面也坦蕩蕩的暴露著它的石英身分。大師把電路圖刻意設計,建構出優美的幾何線條,看罷表底你說這是一枚最漂亮的石英機芯,我不會反對。表盤的4:30位置也開了視窗,內裡是一個動力感應裝置,它說明了機芯擁有非一般功能:如果腕表沒人戴處於靜止狀態約半小時,便會進入「備用模式」,這時候指針會停止,內裡的齒輪系也會休息,只餘下微型處理器繼續緊守崗位量度著時間……好了,一旦重新戴上腕表,指針便會以順或逆時針走回當下時間,是順或逆,視乎哪個途徑較短,以最細心的設計省下最大的能量。將所有能量省下來,令腕表的電池壽命最高長達18年(最短也有8年),打破所有電池石英表續航力紀錄!
如果再有人說石英表不能登大雅之堂,是要打pat pat的。這枚由大師打造頻率達32,768 Hz的石英機芯,內搭於40 x 35mm或48 x 40mm的扁平酒桶形表殼,成為了品牌最便宜最入門的作品。($119,000)

 

Breitling
Exospace B55

誤差:每年±15秒

這枚石英表跟其他的不一樣,一來它搭載的是超級石英機芯,二來它兼備智能功能。
品牌自製的B55機芯,有SuperQuartz超級石英機芯之稱,獲得瑞士官方天文台認證的它由於擁有溫度補償裝置,所以精準度比一般石英機芯提升10倍,±15秒誤差由每月改寫為每年。另一方面,當這枚專為航空專業人士而設的腕表跟手機連接,便可以在電話設定時間、時區轉換、調校鬧鐘、設置夜間模式等。如手機接收到電郵、Whatsapp訊息、電話來電、行事曆提醒等,都可以「推送」到腕表上;倒轉過來,用家也可以把腕表記錄下來的計時資料、飛行時間等回送到智能手機,方便用來分析數據、儲存、分享等。
又有指針又有兩個液晶顯示,要學習功能多多的Exospace B55真的不容易,由於腕表是為飛行員而設,所以如電子測速計、高達50次分段連續計時、倒數/正數計時系統,以及航空領域專用的「飛行時間」計時功能它亦兼備。以黑色鈦金屬打造的表殼直徑46mm,單向旋轉表圈飾有標誌性的表圈指示器,防水100米。($72,570)

 

Grand Seiko
9F82


誤差:每年±10秒

經歷5年研發、首代9F機芯誕生於1993年,四分一世紀過去,有不少表迷仍然認為它是最好最準最穩定的石英機芯。
品牌帶來25周年限量版,表盤密密刻有「GS」及「9F」圖案,在6時位設有一個18K金五角星。不過新表在港返一枚賣一隻,我們只能找來普通版拍照介紹給大家。要數9F的過人之處,恐防要花兩三版紙,這裡只重點列出一部分……
為避免秒針走動時出現或多或少的氈震問題,「齒隙自動調校機制」以游絲將之緩和解決,日本人就是有這份「吹毛求疵」的修正精神;雙脈衝控制摩打就為機芯帶來像機械機芯的高扭力,以帶動較大較重的時分指針,另外也可令秒針每秒跳動由一格增至兩格;表匠還以特別凸輪與槓桿,把彈簧拉力累積再瞬間爆發,使日期輪能在1/2,000秒轉動,快速程度媲美機械機芯;內部超氣密設計就是避免更換電池時空氣及灰塵會滲入機芯;溫度控制系統每天替機芯測量540次,把資料傳送給IC補償;傳統表冠轉一圈能調校60分鐘,9F機芯只會轉動20分鐘,方便校表時更精準;電池壽命長達3年也是長氣一族。
最後不能不提的,是當一般石英機芯大部分以機器製造,精工的9F則堅持以兩位表匠攜手組裝,打磨修飾及人情味都不能同日而語。($17,500)

 

Longines
Conquest V.H.P.

誤差:每年±5秒

藝高人膽大,名字敢叫V.H.P.,Very High Precision,就代表腕表的確技高一籌,精準度做到每年誤差±5秒!
Longines一向在石英研發上不遺餘力,早在上年紀五十年代已推出首枚石英鐘,服務於納沙泰爾天文台。更傳奇的,是它推出了Chronocinegines影像計時器,能在體育比賽中拍攝1/100秒的菲林影像,奠定了日後品牌成為各大運動項目的官方計時。1969年品牌有份參與研發石英機芯,到了1984年,首枚Conquest V.H.P.也誕生了。
去年重生的Conquest V.H.P.功能及性能皆大躍進,除了精準度嚇人,內裡的GPD(齒輪位置檢測)系統也相當厲害,一旦腕表受到嚴重衝擊或磁場干擾,指針便會停頓,待不良影響消失後,系統才會把刻下時間資訊傳給指針,讓它們「重回正軌」。除了大三針,Conquest V.H.P.也新增了計時款,3:00位置是30分鐘累計、9:00位置是12小時累計,6:00位置是小秒針;最後要特別一提,雖然不設星期、月份、閏年顯示,但腕表其實是一枚萬年曆,日期窗的顯示直到公元2400年也不用調校。腕表款式繁多,表盤有藍色、碳灰色、銀色或黑色選擇,亦可配襯不鏽鋼鏈帶、黑色PVD表帶、藍色或黑色橡膠表帶。(約$13,400)

 

是極限了嗎?
Citizen一年只有眨吓眼的1秒誤差!

誤差:每年±1秒

是如何做到的?一年誤差只有±1秒的機芯!1秒,眨一眼都1秒了,這還算是誤差嗎?它跟手機上的時間顯示還有分別嗎?這是機芯的極限嗎?
Citizen為慶祝誕生100周年而研製的Cal.0100光動能機芯,成功登上全球最精準機芯。這要歸功於內裡一個AT切割石英振盪器,它的震頻達到8,388,608Hz(是一般機械機芯的1,600萬倍!),溫度穩定器令它能在-200C至600C間發揮最佳狀態。以為震頻高耗電就大嗎?錯了,如果充滿電後把它放在全黑環境,機芯能運行至少半年時間。
懷表的設計源自品牌於1924年推出的第一枚懷表作品,是追源溯本,是飲水思源。可惜的是,這枚搭載只厚2.92mm的光動能機芯之懷表是非賣品,純粹為慶祝品牌一世紀而臉上貼金。
不用可惜的是,Citizen已表明這項高精密技術將會應用於下年作品,會是腕表嗎?會秉承超薄嗎?下年正正是石英表誕生50周年紀念,在不一樣的Baselworld內我們拭目以待……

 

震頻達到8,388,608Hz的Cal.0100光動能機芯,是Citizen為慶祝誕生100周年而研製,每年誤差只有±1秒。