Cơ chế cộng hưởng đã được con người phát hiện và sử dụng trong một khoảng thời gian dài. Sự kỳ diệu của cơ chế này tác động tới tất cả các yếu tố trong vũ trụ, từ những phân tử nhỏ bé nhấn cho tới những thiên hà với độ rộng hàng triệu năm ánh sáng. Tuy nhiên, lĩnh vực mà cơ chế cộng hưởng được thể hiện rõ nhất với con người chính là trong cơ khí.

Và vẻ đẹp của cơ khí nằm ở đâu? Tất nhiên là trong đồng hồ cơ học rồi!

Khởi đầu của cơ chế cộng hưởng trong đồng hồ cơ học

Trong đồng hồ, cộng hưởng chính là nền tảng, là cơ chế quyết định rằng bánh lắc sẽ có cùng tần số dao động với dây tóc. Từ đó, chúng ta đã có thể đếm từng khoảnh khắc của thời gian. Cộng hưởng còn có tác dụng lớn hơn khi tần số dao động của bánh lắc cao hơn, vì nó sẽ giúp hạn chế tối đa sự sai lệch khi người dùng di chuyển cổ tay.

Tuy nhiên, khi người ta nói về đồng hồ có cơ chế cộng hưởng, chúng ta nên hiểu rằng đó là một cơ chế sử dụng hai bánh lắc đặt gần nhau, cùng di chuyển theo một tần số. Thuật ngữ này cũng xuất hiện trong âm nhạc, khi những âm thanh của từng nhạc cụ trong dàn nhạc cộng hưởng với nhau, tạo nên một bản giao hưởng tuyệt vời.

Chiếc đồng hồ độc nhất của thương hiệu Armin Strom mang tên Resonance Zeitgeist

Sự cộng hưởng dao động của bánh lắc được phát hiện bởi Galilei (1564–1642) vào đầu thế kỷ 17. Tuy nhiên Christiaan Huygens (1629–1695) mới chính là người đã giải thích cụ thể cơ chế cộng hưởng theo cách mọi người vẫn sử dụng nó đến ngày nay. Ngoài ra, ông cũng là người làm nên chiếc đồng hồ quả lắc đầu tiên có khả năng hoạt động ổn định.

Dựa vào cơ chế cộng hưởng của Huygens, Antide Janvier (1751–1835) đã sáng tạo ra ba chiếc đồng hồ sử dụng hai quả lắc với số hiệu lần lượt là No. 400, No. 453 và No. 470. Một nghệ nhân đồng hồ khác cũng ứng dụng cơ chế này trong các sáng tạo của mình, và ông cũng không còn xa lạ gì với những người yêu đồng hồ. Abraham-Louis Breguet (1747–1823) - người sáng lập thương hiệu Breguet - cũng đã cho ra mắt chiếc hai đồng hồ bỏ túi mang mã hiệu Breguet No. 3177 và No. 3671, sử dụng cơ chế bánh lắc kép dao động cộng hưởng

Mẫu đồng hồ bỏ túi Breguet Resonance No. 2788

Nghiên cứu kỳ công của Breguet

Mặc dù thành tựu của Breguet rất đáng nể, thế nhưng cơ chế cộng hưởng vẫn quá phức tạp với thợ đồng hồ ở thời điểm đó. Chính vì vậy, cơ chế cộng hưởng không được mấy ai sờ tới trong khoảng thời gian hai thế kỷ. Và thành tựu này đã được vinh danh một lần nữa bởi thiên tài chế tác đồng hồ hiện đại - George Daniels.

Trong cuốn sách mang tên “The Art of Breguet”, George Daniels đã miêu tả về mẫu đồng hồ bỏ túi của Breguet như sau: “Đó là ví dụ tuyệt vời cho ta thấy được tài năng của Breguet. Ông đã chứng minh giả thuyết của mình bằng một sản phẩm hoàn chỉnh. Cơ chế cộng hưởng không chỉ được áp dụng trong những chiếc đồng hồ quả lắc, mà còn có thể sử dụng cho những dòng đồng hồ bỏ túi hay đeo tay. Thêm vào đó, ông cũng loại bỏ được những sai số xuất hiện khi lắp ráp hay gia công chi tiết máy, đồng thời làm cho đồng hồ chạy chính xác hơn. 

Khi hai bánh lắc được gắn đủ gần và dao động ngược chiều nhau, chúng sẽ loại bỏ được các chấn động khi cả khung máy đồng hồ di chuyển. Trong trường hợp một bánh lắc tăng hay giảm tốc độ, bánh lắc còn lại cũng sẽ tự điều chỉnh theo, đảm bảo cả hệ thống luôn hoạt động ổn định.”

Chiếc Breguet No.2788 với hai mặt số phụ thể hiện Giờ Mặt Trời (Thay đổi theo từng mùa)

Với mỗi bánh lắc, Breguet lắp thêm một viền bằng thép để giảm tác động của không khí lên bánh lắc

Chiếc đồng hồ bỏ túi của Breguet được thiết kế để có thể điều chỉnh khoảng cách giữa hai bánh lắc. Từ đó, ông có thể đánh giá được ảnh hưởng của dòng không khí tạo ra giữa hai bánh lắc lên chuyển động của chúng. Chưa hết, ông còn lắp thêm một viền thép mỏng quanh bánh lắc để hạn chế tối đa ảnh hưởng của dòng khí. 

Tuy nhiên, theo ghi chép của Breguet thì ảnh hưởng của dòng khí thật sự không đáng kể: “Tôi thật sự ngạc nhiên khi phát hiện ra ảnh hưởng của dòng khí lên hệ thống chuyển động thật sự ít. Nó ít hơn rất nhiều so với việc tốc độ của mỗi bánh lắc được quyết định bởi bánh lắc còn lại.”

Nghiên cứu của Breguet không dừng lại ở đó, mà ông còn đi xa hơn nữa bằng việc đặt chiếc đồng hồ vào môi trường chân không. Ông đã giải thích thí nghiệm này trong ghi chú của mình:

“Chiếc đồng hồ No 2788 được sử dụng bởi M. M. Bouvard và Arago trong khoảng thời gian 3 tháng. Tiếp theo, nó sẽ được đặt hai lần vào trong một buồng chân không. Lần thứ nhất, chiếc đồng hồ sẽ được đặt nằm trên mặt phẳng. Lần thứ hai, nó sẽ được treo trên một chiếc xích.”

Và với thí nghiệm này, Breguet đã có thể khẳng định rằng tốc độ dao động của đồng hồ cộng hưởng chủ yếu vào rung động được truyền qua khung máy, là tổng hòa của hai dao động của bánh lắc. Trái lại, cơ chế này gần như không bị tác động bởi lực cản không khí. 

Nhờ vào những nghiên cứu của Breguet, chúng ta ngày nay đã có thể biết nên tập trung vào điểm nào, nên làm gì để tăng ảnh hưởng của cộng hưởng lên đồng hồ cơ. Cùng nhờ thế, những chiếc đồng hồ sẽ ngày càng hoạt động chính xác hơn.

Những cỗ máy thời gian hiện đại với cơ chế cộng hưởng

François-Paul Journe

Nghệ nhân đồng hồ đầu tiên đã thành công trong việc tích hợp cơ chế cộng hưởng lên đồng hồ đeo tay chính là François-Paul Journe. Vào năm 2000, ông đã cho ra mắt chiếc đồng hồ mang tên Chronomètre à Résonance, được lấy cảm hứng từ chiếc Breguet No. 3177. Đây là một chiếc đồng hồ cổ mà ông đã phục hồi, đồng thời đã gây ấn tượng mạnh đối với Journe.

Đạt được hiệu ứng cộng hưởng trên một vật luôn di chuyển như đồng hồ đeo tay quả không đơn giản chút nào. Tất cả cơ chế này đều phải dựa trên sự truyền động giữa các bánh lắc thông qua khung máy, ngoài ra không còn sự kết nối nào khác. Hai bánh lắc cũng phải được điều chỉnh kỹ lưỡng để đảm bảo tần số dao động giống nhau nhất có thể. 

F.P. Journe Chronometre a Resonance Platinum

Không dừng lại ở đó, sự chính xác ở đồng hồ đeo tay hiện đại cũng cần cao hơn rất nhiều. Theo ghi chú của Breguet, sự chênh lệch thời gian giữa hai bánh lắc đồng hồ phải dưới mức 20 giây/ngày. Tuy nhiên, với đồng hồ của François-Paul Journe thì con số này phải giảm còn 5 giây mỗi ngày, do động năng của các chi tiết nhỏ hơn rất nhiều.

Trong mẫu đồng hồ Chronomètre à Résonance của F.P. Journe, núm vặn góc 12 giờ có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho cả hai hộp cót. Mỗi hộp cót trong số này lại có nhiệm vụ cấp năng lượng cho một hệ thống truyền động riêng, giúp hiển thị thời gian trên mặt số. Đặc biệt hơn nữa, phần cầu nối của hai bánh lắc sẽ có một thanh ngang, giúp người thợ đồng hồ có thể điều chỉnh cả hai bánh lắc cùng lúc.

Phiên bản Chronomètre à Résonance đầu tiên được sản xuất từ năm 2000 tới năm 2019, cho tới khi F.P. Journe cho ra mắt bộ máy mới được cải tiến mang tên Caliber 1520. Với bộ máy cơ học mới, hai hệ thống truyền động được điều khiển bởi một hộp cót duy nhất. Thêm vào đó, mỗi hệ thống bánh răng sẽ được lắp thêm cơ chế remontoir d’égalité, giúp đảm bảo bánh lắc luôn được cấp một lực không đổi. Nhờ vậy, bánh lắc sẽ có biên độ dao động ổn định hơn, có độ chính xác cao hơn.

Hai hệ thống truyền động của chiếc F.P. Journe Chronomètre à Résonance, được cấp năng lượng bởi một hộp cót duy nhất

F.P. Journe Chronometre a Resonance Platinum (2000), Chronometre a Resonance chất liệu Platinum và vàng hồng 2020

Armin Strom

Chiếc đồng hồ Mirrored Force Resonance của Armin Strom 

Journe vẫn đang tiếp cận cơ chế cộng hưởng theo kiểu cũ, dựa vào sự truyền năng lượng từ bánh lắc vào khung máy để tạo sự cộng hưởng. Tuy nhiên, nhiều thương hiệu đồng hồ khác đã có cách tiếp cận riêng, giúp hiện tượng cộng hưởng trở nên mạnh mẽ hơn nhiều. Trong số đó, Armin Strom là một cái tên cực kỳ nổi bật.

Armin Strom Mirrored Force Resonance First Edition phiên bản giới hạn 25 chiếc, 2022

Mẫu đồng hồ Mirrored Force Resonance của Armin Strom được ra đời vào năm 2016, đánh dấu một bước nhảy vọt. Họ đã trở thành thương hiệu đầu tiên có khả năng sản xuất hàng loạt đồng hồ đeo tay với tính năng cộng hưởng. 

Hiểu một cách cơ bản, cơ chế của Armin Strom dựa vào một chiếc lò xo, kết nối hai sợi dây tóc của hai bánh lắc. Nhờ vậy, sự kết nối giữa hai chi tiết này trở nên trực diện hơn, đảm bảo truyền động năng một cách hiệu quả hơn và không phải dựa vào việc truyền năng lượng qua khung máy như trước nữa. Không chỉ thế, cơ chế này còn giúp giảm đáng kể ảnh hưởng của chấn động, giúp đồng hồ hoạt động ổn định hơn.

Haldimann

Mẫu đồng hồ Haldimann H2 Flying Resonance với cơ chế Tourbillon sử dụng tới hai bánh lắc

Cũng trong chủ đề cộng hưởng, Haldimann cũng đã có những cải tiến cực kỳ đặc biệt với mẫu đồng hồ H2 Flying Resonance ra mắt vào năm 2005. Trái ngược với những chiếc đồng hồ đã nhắc tới ở trên với hai hệ thống truyền động và hai bánh lắc, chiếc H2 Flying Resonance sở hữu cơ chế Tourbillon và chỉ có một hệ thống bánh răng duy nhất.

Trong lồng Tourbillon có hai bánh lắc và tất nhiên là cả hai bộ thoát. Trên lý thuyết, bộ thoát là bộ phận kiểm soát năng lượng được đẩy ra từ hộp cót, và một hộp cót chỉ có một bộ thoát duy nhất. Tuy nhiên, ở mẫu đồng hồ này thì có chút khác biệt. Bộ thoát thứ hai sẽ được trang bị một lò xo nhỏ, giúp ngăn tình trạng hệ thống truyền động bị khóa lại bởi bộ thoát đầu tiên. Vì vậy, cả hai bộ thoát có thể hoạt động độc lập.

Lồng Tourbillon phiên bản thử nghiệm được giữ trên khung làm từ Ruby

Vianney Halter

Đến từ thương hiệu Vianney Halter, chiếc Deep Space Tourbillon Resonance sở hữu Tourbillon 3 trục với hai bánh lắc

Nghệ nhân đồng hồ thứ hai đã áp dụng cộng hưởng vào Tourbillon chính là Vianney Halter. Mẫu đồng hồ Deep Space Resonance Tourbillon sở hữu một ngoại hình cực kỳ ấn tượng với Tourbillon 3 trục ở giữa trung tâm mặt số. Trong đó, bộ xoay ở trong cùng sẽ hoàn thành một vòng trong một phút. Nó được đặt trong một bộ xoay khác với tốc độ xoay 6 phút/vòng và cuối cùng là vòng ngoài cùng, hoàn thành một vòng quay trong 30 phút. 

Không dừng lại ở đó, cơ chế cực kỳ phức tạp này còn được hỗ trợ thêm bởi một giải pháp ấn tượng giúp tăng cường cơ chế cộng hưởng. Hai bánh lắc sẽ được lắp trên cùng một trục nhưng di chuyển theo hai hướng khác nhau, trên một cấu trúc hình trụ.

Bên trong chiếc Deep Space Resonance Tourbillon, cơ chế cộng hưởng chỉ là một phần rất nhỏ và không thể sánh với cấu trúc phức tạp trên mặt số. Tuy nhiên, nó đã thật sự tỏa sáng khi được đặt trong mẫu đồng hồ La Resonance được ra mắt trong năm nay. Nó sử dụng cấu trúc không tưởng với đồng hồ cộng hưởng, do phần khung máy đã được loại bỏ hoàn toàn.

Các bánh răng của bộ máy được cố định bởi những cột trụ và cầu nối rất mảnh nhưng cũng cực kỳ chắc chắn. Và trên đó, hai bánh lắc được lắp trên cùng một trục, đảm bảo có sự kết nối để tạo ra hiệu ứng cộng hưởng, đồng thời giúp bánh lắc di chuyển nhanh do không có lực cản đáng kể.

Mẫu đồng hồ La Resonance của Vianney Halter đã làm nột bật cơ chế cộng hưởng, vốn bị lu mờ trong chiếc Deep Space Tourbillon Resonance

Lời kết

Mặc dù đã có lịch sử khá lâu đời, thế nhưng đồng hồ áp dụng hiện tượng cộng hưởng vẫn còn rất ít và thật sự đắt đỏ. Về cơ bản chúng là hai bộ máy trong một chiếc đồng hồ, cần lượng chi tiết bánh răng và trục xoay gấp đôi. Hơn thế nữa, việc lắp ráp hai chi tiết dao động liên tục vào một cỗ máy nhỏ bé khiến chúng có kết cấu rất yếu và lỏng lẻo. Điều này khiến chi phí phát triển và sản xuất đồng hồ cộng hưởng bị tăng rất nhiều.

Nếu so về độ chính xác, những chiếc đồng hồ cộng hưởng chưa chắc đã bằng những phiên bản máy cơ đơn giản nhưng có dung sai siêu nhỏ (như của Rolex). Tuy nhiên, cái chúng ta đang đề cập tới không phải là những yếu tố thực dụng. Cái mà những người nghệ nhân vẫn luôn theo đuổi chính là những điều mới lạ và thử thách trong chế tác cơ học. Ngoài ra, việc chứng kiến những hiện tượng tự nhiên được áp dụng vào đồng hồ thật sự đặc biệt và gây nên ấn tượng mạnh mẽ.

 

Kiến thức