«Тугое ухо» часовщика - китайский USB-таймграфер TGBC

С тех самых пор, как человек изобрел часы чуть сложнее солнечных, он знаком с проблемой настройки точности их хода. Ибо даже в клепсидру нужно налить точное количество воды, а в песочные часы — насыпать песка не на глаз. Однако то и времена были условной точности, да и часы эти отмеряли фиксированные промежутки времени.
Сразу ремарка — термин «таймграфер» я буду использовать дальше, ибо «прибор проверки хода» так же неудобен, как и «электронно-вычислительная машина» вместо «компьютера».

А вот механические часы ошибку хода уже аккумулировали, да и сами стали куда сложнее. Что ж, двигаясь уже к более близким (и конкретно касающимся обзора) временам, уже трудно представить себе баланс механических часов без градусника — рычага, позволяющего настроить частоту колебаний баланса.
Собственно, вот он, родимый:
Однако даже просто методом тыка настраивать придется долго — подправили в нужную сторону, поносили… Так… Теперь ход поменялся в другую… Снова правим… Носим… Ну, мягко говоря, не вариант. Единственный плюс — так более-менее отстраивается суточный ход, а не моментальный. Еще даже менее сотни лет мастерам приходилось выполнять грубую настройку на слух — по тиканию эталона. Ибо классическое «тик-так» имеет четко определенную природу — если не вдаваться в тонкости шумов механизма, где есть и менее значимые (и менее громкие), то «тик» и «так» происходят при соударении входной и выходной палет анкерной вилки с зубьями анкерного колеса. Это — особенность именно механики с анкерным механизмом, кварц, к примеру, делает периодический «тик» (срабатывание шагового механизма), а камертонный механизм вообще делает «джжжжж», как музыкальный инструмент. Про вообще бесшумный механизм Seiko Spring Drive, где пружина раскручивает ротор, генерирующий ток питания кварцевой схемы, тормозящей электромагнитом движение того же ротора, и вовсе говорить нечего — шум там микроскопический, только от работы ангренажа. Но все это было потом, а мы еще говорим о временах исключительно механики в ее классическом виде (так-то и кварц — тоже механика частично, и в спринг-драйве есть шестерни). К счастью, уже тогда электроника (теплая, ламповая) позволила сделать прообразы современных приборов контроля хода. Сначала они опять-таки сравнивали ход с эталоном:
Затем во времена дискретных полупроводников научились отрисовывать полученное на ленте со стабилизированной протяжкой, без эталона, буквально позволяя увидеть, как «живет» механизм часов:
Вот эти самые кривые, в общем-то, дожили и до наших дней. Со времен того же советского ППЧ-7м или швейцарского Vibrograf, к примеру, современные швейцарские Witshi или китайские Weishi (sic!) отличаются только цифровой обработкой и электронным дисплеем вместо бумажной ленты.
Стоп, но если главное — это получить с механизма часов нужный звук и затем его обработать, то так ли уж нужен конкретный прибор (причем недешевый)? Ну, в целом нет. Старая добрая программа Watch Accuracy Meter позволит проверить часы, просто приложив их к микрофону самртфона или планшета. В теории. На практике рассчитанный на разговоры микрофон глуховат для тикания часов, зато активно ловит посторонние шумы. Поэтому в среде самоделкиных давно уже распространились конструкции самодельных звукоснимателей с пьезоэлектрическим датчиком для подключения к ПК, писалось ПО для настройки, а затем в дело вступили китайцы.
«Герой» сегодняшней статьи — это типовейшая китайская конструкция, которая изначально была простым аналоговым микрофоном с предусилителем, затем превратилась в USB-микрофон.
Угадайте, что из этого в Windows 11 — обычный настольный микрофон Fifine, а что — таймграфер?))
Разве что планшет видит таймграфер вообще как гарнитуру, и в WAM нужно сразу включить в настройках выбор микрофона, чтобы приложение работало с внешним USB Headset.
Заказан девайс был на Озон.Global, шел почти месяц в традиционно аляповатой коробке (ее не менее традиционно съел пес), с малополезной инструкцией, шнуром type-C и флешкой в комплекте.

Корпус — простецкий, с подпружиненным упором, прижимающим часы к проволочной скобе. Все боковые грани скошены для облегчения извлечения из литейной формы, поэтому стоять на боку корпус нормально не может. А это при настройке хода в разных пространственных положениях еще как важно.
Отверстие — под сигнальный светодиод, периодически моргающий при наличии связи с хостом. Смысл отверстия непонятен вовсе, поскольку светодиод видно и через корпус, зато при установке часов большого размера это отверстие все равно перекрывается прижимом.
С торца — разъем type-C.
Нижняя крышка традиционно прикручена саморезами под ножками из пенной самоклейки.
Причем в силу конструкции платы — только тремя:
Внутри все просто.
К скобе приклеен пьезоэлемент, контакты пьезоэлемента припаяны к плате без разъема:
Плата — с односторонним монтажом, поэтому вся «начинка» видна сразу:
Схема примитивнейшая, пьезодатчик через регулировочный потенциометр подключен к усилителю, тот идет на аналого-цифровую часть. Обвязка минимально возможная.
Переходим под цифроскоп.
Усилитель сигнала пьезоэлемента — на старой доброй LM386:
Обрабатывает аналоговый сигнал «от и до» чип C-Media CM108AH:
Это — недорогая микросхема, которую можно увидеть внутри копеечных звуковых карт (как внутренних, так и внешних). Здесь она даже избыточна (например, выходные ЦАПы, режим «только воспроизведение», подключение кнопок громкости и так далее тут вовсе не нужны).
Кстати, именно поэтому планшет видит устройство как USB Headset — у чипа только два режима работы: «воспроизведение и запись» для USB-гарнитур и «только воспроизведение». В Windows, естественно, появляется пункт в списке устройств вывода.
Ладно, нас интересует «микрофонная» часть. Из даташита:
Аудиофилов хватит карачун, но у нас назначение устройства совсем не музыкальное.
Конечно же, пьезоэлемент неплохо ловит внешние шумы. Сейчас, в принципе, тихо, только крутятся вентиляторы в системном блоке под столом:
Кстати, ничего частота не напоминает? Правильно, в тишине таймграфер «слышит» помехи 50 Гц. Это особенно хорошо видно, если установить в него часы.
Ловя импульсы «тик» и «так» (заметьте, насколько по-разному они не только слышны, но и «видны»), основной частотой софтина ожидаемо видит именно сетевую. При подключении к планшету ничего принципиально не меняется, 50 герц — они кругом, как известно)
Ладно, с аппаратной частью мы разобрались, а что с программной? В конце концов, именно софту все это, полученное по USB, обрабатывать. Берем один часовой мех и последовательно тестируем девайс в разных программах. Для ПК это будет TG 0.5.0, для планшета — Watch Accuracy Meter 3.9.4 и Clock Tuner 3.20. Шедший в комплекте с таймграфером Tickoprint выбыл сразу — мало того, что при установке система ругалась на его устаревание, так он еще и просто физически не может увидеть микрофон на USB «автоматом», а прямого выбора в настройках нет.
Часы находятся в строго одном положении, степенью изменения завода пружины можно пренебречь, учитывая время замеров.
TG — колебания замеров моментального хода в пределах 2 секунд в день, скачки выкачки в 0,1 мс с ложными сработками по внешним шумам.
Watch Accuracy Meter. Амплитуду сосчитать вообще не смог, ход сильно отличается, в отличие от выкачки.
Clock Tuner оптимистичнее. При этом выкачку, правда, не меряет.
Бонусом добавлю WatchScope. Ибо без покупки полной версии, причем по подписке, она не калибруется, а индикация при этом у нее самая убогая.
Зато, хе-хе, она умеет проводить «тест по стандарту COSC».

А теперь давайте подводить итоги

Насколько этот таймграфер вообще пригоден для настройки?

Не очень. Во-первых, конструкция не позволяет нормально работать с настройками в разных положениях механизма, это — только грубый вариант для последующей подстройки суточного хода «под себя» (впрочем, даже с фузеей и трехплоскостным турбийоном, думаю, механика — не прецизионный инструмент...). Во-вторых, жесткая фиксация скобы пьезоэлмента в корпусе, имеющем к тому же огромный вырез сверху, позволяет датчику ловить море помех — серьезно, при подключении к планшету в Waveform на осциллограмме даже прекрасно видно, как пес сопит на полу в метре от меня. В-третьих… Да, USB. Там, где важна синхронность и отсутствие временных задержек, это — вообще не вариант (особенно хорошо видно в TG с выбросами измерения выкачки и хода).

Что можно сделать?

Хм… В принципе, можно попробовать шумоизоляцию пьезоэлемента, корпуса и закрытие лишних вырезов. В сети, кстати, такое проскакивало (это еще старая версия с линейным выходом на «джеке», на watchrepairtalk утверждают, что оно так «из коробки»):
Ну и в любом случае лишняя обработка — зло. В идеале сигнал оцифровывать и обрабатывать сразу должен контроллер (обычного STM32 хватит за глаза)… А, стоп, но так же в нормальных таймграферах и сделано)
Ну, а раз уж автор проект TG давно забросил, но он таки опенсорсный (ага, на сях и под GTK, чтобы жизнь медом не казалась), занялся потихоньку перепиливанием софта — как минимум прямой выбор источника и битрейта нужен однозначно.