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시계의 종류(쿼츠·기계식, 디지털·아날로그)

게임·컴퓨터/시계

 2020. 10. 3.

본문

시계의 종류에 대해 간단히 다룹니다. 가능한 한 쉽게 설명 드립니다.


목차

1. 시간을 측정하는 방식에 따른 분류

1-1. 쿼츠 시계

1-2. 기계식 시계

1-3. 세이코 스프링 드라이브

1-4. 물 흐르듯 움직이는 초침

1-5. 기타 분류

2. 시간을 표시하는 방식에 따른 분류

3. 기타 분류


1. 시간을 측정하는 방식에 따른 분류

쉽게 말해 '1초'를 어떻게 측정할 것인가에 따른 분류 방식입니다. 흔히

• 무브먼트의 종류에 따른 분류

• 구동 방식에 따른 분류

라고 부르는 분류 방법입니다.


벽시계에 전지를 넣고 시간을 맞춰 보신 적이 있을 텐데, 그렇게 시계를 움직이게 하는 부품이 시계의 무브번트(movement)입니다.


1-1. 쿼츠 시계

쿼츠(quartz)는 석영을 의미합니다. 과학 시간에 들어 보셨을 모스 경도 7에 해당하는 바로 그 석영입니다. 금강석(다이아몬드)의 모스 경도가 10인 건 많이 기억하실 것입니다.


가공하기 전에는 아래와 같이 생겼습니다.


석영 사진

▲ 석영 사진

사진=Wikimedia Commons [링크]


쿼츠 시계는 바로 이 쿼츠(석영) 조각의 진동으로 시간을 측정하는 시계입니다. 위에서 본 석영을 적당하게 자르고 전기를 흘려 주면 석영 조각이 바들바들 떨립니다. 이 진동 횟수가 상당히 일정한데, 대개 32,768회의 진동을 1초로 환산합니다.


즉 여러분이 보는 시계의 초침이 1초 움직이는 건, 그 속에서 석영 조각이 32,768회 바들바들 떨린 것을 회로가 인식하여 초침을 움직인 것입니다.


• 현실 속 거의 대부분의 시계는 쿼츠 시계입니다. 스마트폰·컴퓨터·TV 등 시간이 표시되는 기계라면 대부분 그 속에 쿼츠 시계 부품이 있습니다. 데이터 통신·와이파이 연결을 다 끊어도 시간이 흐른다면, 그 속의 쿼츠 부품이 일하고 있는 것입니다.


쿼츠 시계의 오차는 대체로 유명한 브랜드의 시계라면 월 ±30초 이내라고 보시면 됩니다. 수능 시계로 유명한 카시오(CASIO)의 1만원짜리 MQ24의 월 오차가 ±20초 이내입니다. 이건 최대 범위고, 뽑기 운이 좋다면 월 오차 1초 정도의 제품도 만날 수 있습니다.


저렴한 제품이 다 비슷하다고 생각할 수 있지만, 가성비로 유명한 카시오·세이코 등의 회사는 저가 시계 시장에서도 비교적 괜찮은 오차를 보여주기 때문에 가성비로 유명해진 것입니다.


• 빛(태양광 등)으로 충전하는 제품도 쿼츠 시계입니다. 빛으로 배터리를 충전하고, 그 배터리로 쿼츠 무브먼트를 작동시키는 원리이기 때문입니다.

- 카시오 터프 솔라(Tough-Solar)

- 시티즌 에코 드라이브(Eco-Drive)


• 그리고 세이코(SEIKO) 키네틱(Kinetic)도 쿼츠 시계입니다. 로터(rotor)로 배터리를 충전하고, 그 배터리로 쿼츠 무브먼트를 작동시키는 원리이기 때문입니다.

로터는 사람이 시계를 차고 움직일 때 시계 내부에서 회전하도록 만든 부품입니다. 이 부품이 회전할 때 전기를 발생시키도록 장치를 만들고, 그 전기로 배터리를 충전하는 것이 세이코 키네틱의 원리입니다.


로터가 있다는 이유로 기계식 시계로 부르시는 분들도 있지만 쿼츠 시계입니다. 시간 측정을 쿼츠(석영, quartz)로 하기 때문입니다.


• 아래에서 다루겠지만 세이코 스프링 드라이브(Spring Drive) 시계도 쿼츠 시계로 봅니다. 움직이는 부분은 기계식 부품이지만 시간 측정을 쿼츠로 하기 때문입니다.


• 쿼츠 시계의 오차를 줄이기 위한 노력

● 1. 부품 자체를 정밀하게 만든다

지금은 단종되었지만 시티즌(Citizen)의 메가 쿼츠(Mega Quartz) 제품군에서 연 오차 ±3초를 달성했던 적도 있습니다. 월 오차가 아니라 연 오차입니다. 현행 제품 중에서도 연 오차 ±5~10초 제품이 적지만 있습니다.


하지만 비용이 워낙 많이 들어서인지 가격대도 높고 인기도 없는 편입니다. 기술력 과시용 제품이라고 보아도 될 것입니다. 휴대전화 보급 이후로는 더욱 인기 없는 기술이 되었습니다.


● 2. 전파 수신이 되도록 한다

시간 정보를 보내는 기지국을 세웁니다. 여기에서 원자 시계로 측정한 시간 정보를 보냅니다.


그리고 시계에 전파를 수신하는 장치를 넣습니다. 그러면 시계가 알아서 시간을 교정합니다.


한국에서는 일본 기준으로 나온 시계를 이용해 이 기능을 이용할 수 있습니다. 일본이 워낙 가까워서 일본에서 보내는 신호를 받을 수 있으며, 일본과 같은 시간대를 사용하고 있기 때문입니다.


● 3. 스마트폰과 연동한다

스마트폰은 인터넷 연결만 되어 있다면 정확한 시간 정보를 쉽게 받을 수 있습니다. 그래서 시계를 스마트폰과 연결하면 시계도 정확한 시간 정보를 쉽게  받을 수 있습니다.


모든 스마트워치가 이 방식을 이용하고 있고, 평범한 시계 중에서도 이 기능을 갖춘 제품이 있습니다.


• 원리상 석영 조각에 전기를 공급하면 되기 때문에, 전기를 만들 수 있다면 어떤 방식이든 가능합니다. 자전거나 물레방아로 전기를 만들어 공급할 수도 있습니다.


1-2. 기계식 시계

기계식(mechanical) 시계는 시간 측정 방식으로 기계적 움직임을 이용하는 시계입니다.


정확히 어떤 원리로 돌아가는 것인지 궁금하시다면 아래 영상을 참고하시면 좋겠습니다. 워낙 옛날 영상이라 화질이 좋지 않고 자막도 이상한 부분이 있지만, 이 영상만큼 설명이 친절한 영상을 찾기 어렵습니다.



• 대부분의 기계식 시계는 에너지를 태엽에서 얻습니다. 위 영상에서 '메인 스프링'이라고 표현하는 부품입니다.


메인 스프링을 감는 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉩니다.

수동 와인딩(manual-winding) 기계식 시계

말 그대로 태엽을 수동으로 감는 시계입니다. 손목시계는 용두를 돌리는 식으로 태엽을 감고, 벽시계는 태엽 돌리는 부품을 꽂아 태엽을 돌립니다.


● 자동 와인딩(Automatic winding, self-winding) 기계식 시계

태엽을 자동으로 감는 기능이 있는 시계입니다. 시계에 오토매틱(Automatic)이라고 적혀 있으면 자동 와인딩 기계식 시계입니다.


참고로 오토매틱 시계는 수동 와인딩 기능도 넣는 경우가 많지만, 일부 저렴한 기계식 시계는 수동 와인딩 기능을 넣지 않는 경우도 있습니다.


태엽을 자동으로 감는 방식은 대부분 로터(rotor)를 이용합니다. 로터는 사람이 시계를 차고 움직일 때 시계 내부에서 회전하도록 만든 부품입니다.


아래의 영상을 보시면 로터로 태엽을 감는 원리를 직관적으로 알 수 있습니다. 52초~1분 28초 구간입니다.


● 세이코 키네틱(Kinetic)은 위에서 본 것처럼 쿼츠 시계에 기계식 부품을 첨가한 것입니다. 로터로 배터리를 충전하기는 하지만, 시간 측정을 쿼츠(석영, quartz)로 한다는 점에서 쿼츠 시계입니다.


● 세이코 스프링 드라이브(Spring-Drive)는 탈진기 자리에 쿼츠로 제어하는 부품을 넣어서 기계식 부품을 쿼츠로 제어하는 시계입니다. 목차 1-3에서 자세히 설명 드리겠지만, 쿼츠로 시간을 측정하기 때문에 쿼츠 시계로 봅니다.


● 원리상 태엽을 자동으로 감으면 되기 때문에 배터리로 태엽을 감아도 오토매틱 시계이기는 합니다. 하지만 그러면 쿼츠 시계보다 나은 점이 별로 없고, 기계식 시계 매니아들의 만족감도 채워줄 수가 없기 때문에 그런 제품은 찾기 어렵습니다.


• 추를 이용하는 괘종시계도 기계식 시계입니다. 다만 쿼츠 시게에 추를 장식으로 넣는 경우도 많기 때문에, 태엽을 감는 곳이 있는지 따로 확인해야 합니다.


• 기계식 시계의 오차

기계식 시계는 대체로 일 ±20초 정도까지는 정상 범위로 봅니다. 월 오차가 아니라 일 오차입니다. 쿼츠 시계의 경우 카시오 1만원짜리 시계의 오차가 월 ±20초인 것을 생각하면, 기계식 시계의 오차가 30배는 크다는 것을 알 수 있습니다.


이와 관련해서 스위스 COSC(Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres)에서 하는 크로노미터 인증을 참고하면 좋을 것입니다. COSC는 스위스 시계 산업 부흥, 정확도 마케팅을 위해 설립된 기관입니다. 10일 간 테스트를 하는데, 일 오차 측정, 위치 변화에 따른 오차 측정 등 여러 테스트를 합니다.


COSC 크로노미터 인증 기준 중 가장 중요한 오차 허용 범위는, 20mm 이상 시계 기준으로 일 -4초~+6초입니다. 월 오차가 아니라 일 오차입니다. 정확한 시계라는 인증을 받은 기계식 시계도 평범한 쿼츠 시계에 비해 오차가 큰 것을 알 수 있습니다.


물론 운이 좋아 굉장히 정확한 시계를 만날 수도 있습니다. 하지만 기계식 시계는 쿼츠 시계에 비해 움직이는 부품이 많아서, 부품이 마모되고 윤활유가 마르는 등의 이유로 오차 범위가 빠르게 커집니다. 처음에는 정확하던 시계도 점점 부정확해질 수 있습니다. 그래서 5~10년마다 시계를 분해하여 청소하는 오버홀(overhaul)을 하는 것입니다.


이런 이유로 기계식 시계를 사용한다면 오차는 어느 정도 감수해야 합니다.


1-3. 세이코 스프링 드라이브

• 세이코의 스프링 드라이브(Spring Drive) 기술은 기계식 부품의 움직임을 쿼츠로 통제하는 기술입니다. 그래서 움직이는 것 자체는 기계식 부품이지만, 시간 측정은 쿼츠로 합니다.


• 원리를 요약하자면 다음과 같습니다.

1. 스프링에서 에너지 획득 (기계식 시계와 동일)


2. 시침·분침·초침 등 시간 표시 부품은 톱니바퀴에 설치 (기계식 시계와 동일)


3. 이 톱니바퀴를 일정하게 움직이게 하려면 일종의 브레이크가 필요함.

- 기계식 시계에서는 이 브레이크 기능을 탈진기(escapement)가 담당. 밸런스휠, 팰럿(pallet), 이스케이프휠 등으로 구성된 부품임.


4. 스프링 드라이브에서는 이 브레이크 기능을 전자석(일종의 브레이크 겸 발전기)가 담당. 전자석은 브레이크 역할을 하는 동시에 쿼츠 진동자(oscillator)와 집적회로에 전기를 공급.

- 이 쿼츠 진동자와 집적회로를 통해 브레이크의 강약을 조절하며 시계의 움직임을 통제.

- 즉 기계식 부품의 움직임을 쿼츠로 통제하는 것.


원리가 이렇기 때문에 완벽하게 물 흐르듯 움직이는 초침과 쿼츠의 정확성을 모두 가져갈 수 있습니다. 특히 초침은 기계식 시계보다 훨씬 부드럽습니다. 기계식 시계는 초당 5~10회 움직여서 부드럽게 보이는 것이지만, 스프링 드라이브는 정말 부드럽게 움직입니다. 배터리가 필요 없다는 것도 장점입니다.


반대로, 결국은 기계식 부품이 많이 들어가기 때문에 기계식 시계의 단점도 일부 가져갑니다. 부품의 마모, 윤활유 주입 등의 이유로 주기적인 점검(overhaul)이 필요합니다.


• 위 설명은 아래 영상을 기반으로 작성되었습니다. 세이코에서 직접 스프링 드라이브의 원리를 설명한 것입니다.


• 이렇게 기계식 시계의 부품을 쿼츠로 통제한다는 특징 때문에, 이것이 쿼츠 시계인지 기계식 시계인지 시계 매니아들 사이에서 논쟁이 있습니다.


둘을 섞은 것이니 그냥 혼합형 시계라고 불러도 될 것이지만 굳이 분류하자면 쿼츠 시계입니다. 결국 쿼츠(석영) 조각의 진동으로 시간을 측정하는 시계이기 때문입니다.


원리 설명에서 기계식 부품을 쿼츠로 통제한다고 하였지만, 쿼츠 시계의 배터리와 스텝퍼 모터를 스프링으로 대체한 것이라고 볼 수도 있습니다. 석영 조각, 즉 쿼츠로 측정한 시간을 표시하는데 기계식 부품을 이용하는 것입니다.


세이코 스프링드라이브

▲ 세이코 스프링 드라이브 무브먼트

사진=세이코 공식 사이트 [링크]


1-4. 물 흐르듯 움직이는 초침

• 물 흐르듯 움직이는 초침을 기계식 시계의 매력으로 언급하시는 분들이 많이 있습니다. 흔히 스윕 세컨 핸드(Sweep Second Hand)라고 부릅니다. 반대로 딱딱 끊어지게 움직이는 초침을 데드비트 세컨 핸드(Deadbeat Second Hand)라고 부릅니다.


• 기계식 시계의 부드러운 움직임은 사실 초당 5~10회씩 끊어서 움직이는 것으로, 0.1~0.2초마다 움직여서 부드럽게 보이는 것입니다. 일종의 브레이크 역할을 하는 탈진기(escapement)라는 부품의 움직임 때문에 그렇습니다.


• 기계식 시계에서도 데드비트 세컨 핸드를 구현할 수 있습니다. 하지만 시간의 정확성 등 문제가 발생하기도 하고, 많이 판매되지 않기 때문에 보기 어려운 것입니다.


• 위의 세이코 스프링 드라이브는 원리상 탈진기가 아니라 전자석으로 브레이크를 잡기 때문에 정말 물 흐르듯 움직이는 초침을 구현할 수 있습니다.


• 한편 일반적인 쿼츠 시계도 끊어서 움직이는 방식으로 스윕 세컨 핸드를 구현할 수 있습니다. 아래는 Bulova Precisionist 시리즈의 96B158 시계입니다. 초당 12회 움직이니, 기계식 시계의 하이비트 모델과 같은 움직임을 보여 줍니다.


• 쿼츠 스윕 세컨 핸드는 이미 여러 회사에서 사용하고 있습니다. '무소음 벽시계'로 검색하면 저렴하게 판매되는 제품도 많다는 것을 알 수 있습니다.


손목 시계의 경우, 위에서 본 Bulova가 Precisionist 시리즈라는 이름으로 초당 10회 이상 움직이는 쿼츠 시계를 판매하고 있고, 세이코와 시티즌에서 크로노그래프(초시계) 초침에 한해 초당 5회 움직이는 쿼츠 시계를 다수 출시하여 판매 중이며, 카시오에서도 초침이 초당 4회 움직이는 시계를 출시한 적이 있습니다.


• 이렇게 쿼츠 시계에서도 스윕 세컨 핸드를 구현할 수 있는데도 별로 만들지 않는 것은 ①부드럽게 만들수록 배터리 소모가 커지는 점, ②수요자가 적어서 수익이 크지 않은 점 등이 있습니다.

● 실용적인 측면에서는 배터리 소모가 문제입니다. 부드럽게 만들수록 배터리 소모가 커집니다. 위의 Bulova Precisionist 시리즈는 초당 12회 움직이는 것을 대가로 CR2016 등 큰 배터리를 사용하는데도 배터리 수명이 3년 정도입니다. 참고로 같은 배터리를 쓰는 카시오 디지털 시계의 배터리 수명이 7~10년입니다. 수명이 절반 넘게 줄어든다고 보시면 됩니다.


● 그런데 배터리가 커지면 그에 따라 시계도 커져야 합니다. 그래서 작은 시계는 만들기 어렵습니다. 부드러운 초침 움직임을 좋아하는 시계 매니아들이 대체로 작은 다이얼을 선호하는 점을 감안하면 이는 꽤 큰 단점입니다.


벽시계의 경우 큰 배터리를 사용해도 문제가 없습니다. 그래서 '무소음 벽시계'라는 별명으로 많은 제품이 저렴하게 판매되고 있습니다.


● 그렇게 해서 많이 팔린다면 별로 상관 없겠지만 수요자도 별로 없습니다. 대부분의 사람들은 초침이 1초에 한 번 움직여도 상관 없다고 느끼기 때문입니다. 오히려 배터리 수명이 짧아지는 점을 단점으로 느낄 사용자가 더 많을 것입니다.


1-5. 기타 분류

● 원자 시계

원자의 진동으로 시간의 경과를 측정합니다. 세슘, 수소, 암모니아, 루비듐 등이 이용됩니다. 쿼츠 시계는 석영 조각으로 시간을 측정하는데, 원자 시계는 더 작은 것으로 시간을 측정하는 것입니다.


세계표준시(UTC, Universal Time Coordinated)는 바로 이 원자 시계의 측정 값에 윤초(閏秒) 보정을 한 것입니다. 위에서 '정확한 시간'이라는 용어를 사용하였는데 그 기준이 바로 원자 시계로 계산한 세계표준시입니다.


인공위성 등 정확한 시간이 아주 중요한 경우에 이용됩니다. 한국에도 한국표준과학연구원 등에 원자 시계가 있고, 이것을 기준으로 한국표준시간을 안내하고 있습니다.


● 해·달·별자리 등 자연을 이용한 시계, 모래 시계처럼 남은 물질의 양으로 시간을 측정하는 시계도 있습니다.


가장 어려운 부분을 지나왔습니다. 아래의 내용은 정말 쉽습니다.


2. 시간을 표시하는 방식에 따른 분류

● 디지털(Digital) 시계

시간 표시를 숫자로 하는 시계입니다.


▼ 전형적인 디지털 시계

Casio, DW-5600E

Casio DW-5600E


▼ 독특한 방식의 아날로그+디지털 시계

시간·분 표시는 디지털 방식, 초 표시는 아날로그 방식

 A. Lange & Söhne, Zeitwerk Minute Repeater, 147.025

A. Lange & Söhne, Zeitwerk Minute Repeater


▼ 일반적인 방식의 아날로그+디지털 시계

디지털 디스플레이는 날짜, 요일, 초시계 등으로 활용

Casio, AQ-230A-7D

Casio AQ-230A-7D



● 아날로그(Analog, Analogue) 시계

디지털 시계가 아닌 시계입니다. 일반적으로 시침·분침으로 시간을 표시하는 시계를 아날로그 시계로 부릅니다.


▼ 전형적인 아날로그 시계

Rolex, Submariner Date, Oyster 41mm, O126610LN

Rolex Submariner Date



▼ 독특한 방식의 아날로그 시계

날짜는 디지털 방식으로 표시하지만, LCD에 아날로그 방식으로 시분초를 표시.

Casio, AE12 LCA

Casio AE12 LCA


아날로그 형식과 디지털 형식을 섞은 시계도 많이 있습니다.


3. 기타 분류

● 특별한 용도가 있는 시계는 용도별로 따로 분류하기도 합니다.


• 드레스워치

정장에 어울릴 만한 깔끔한 시계를 말합니다. 단순한 디자인, 얇은 두께, 작은 크기를 특징으로 합니다. 다만 최근에 와서는 엄격하게 다루지는 않는 추세입니다.


• 다이버 시계

잠수부들을 위한 시계입니다. 검증된 방수 기능, 어두운 물 속에서 시간을 확인하기 위한 야광 기능이 가장 큰 특징입니다.


실용적인 목적으로는 다이빙 컴퓨터에 밀려서 별로 사용되지 않지만, 취미 생활 정도의 얕은 물 잠수에는 여전히 사용됩니다. 그리고 방수 기능이 좋기 때문에 야외 활동 전반에 활용하기에도 좋습니다.


• 수능시계

대한민국에서 가장 엄격하게 시행되는 시험, 대학수학능력시험에서 사용할 수 있는 시계입니다. 시침, 분침(초침)이 있는 아날로그 시계로 통신․결제 기능(블루투스 등) 및 전자식 화면표시기(LCD, LED 등)가 모두 없는 시계를 말합니다.


• 파일럿 시계

비행기를 조종하는 파일럿을 위한 시계입니다. 간단한 계산 기능, 여러 시간대를 표시하는 기능을 포함하는 경우도 있습니다. 


하지만 현대에 와서는 좋은 전자 장비가 많이 있기 때문에, 진지하게 비행을 위해 사용하는 경우는 없다고 보아도 될 것입니다.


● 크기나 형태에 따라 분류하는 방법도 있습니다.

• 벽시계

• 탁상시계

• 회중시계

'회(懷)'는 '품다, 품, 가슴'을 의미합니다. '품'은 '두 팔을 벌려서 안을 때의 가슴'이라는 뜻입니다.

'중(中)'은 '가운데, 속'을 의미합니다.

→ '회중(懷中)'은 가슴 속을 의미합니다. 즉 회중시계는 주머니에 넣는 시계라는 의미입니다. 휴대전화를 시계로 활용하는 것도 일종의 회중 시계라고 할 수 있습니다.

• 손목시계

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