Οδηγός μέτρησης Vibration Frequency ρακέτας
Ειπώθηκε κάπου (νομίζω από τον Simplicious) πως μια σειρά ρακετών της head, παρόλο που έχουν χαμηλό stiffness παρουσιάζουν δονήσεις κατα την πρόσκρουση με την μπάλα σε συγκεκριμένες συχνότητες, οπότε και προκαλούν tennis elbow.
Όντως κατα την κρούση η ρακέτα δονείται σε διάφορες συχνότητες με την ενέργεια να διαμοιράζεται μεταξύ τους. Σε κάθε ρακέτα, υπάρχει μια συχνότητα στην οποία συγκεντρώνεται ο κύριος κορμός της ενέργειας της δόνησης. Αυτή είναι η γνωστή στην αγγλική Vibration Frequency. Πειράματα που έχουν πραγματοποιηθεί σε ποντίκια, έχουν δείξει οτι όσο μεγαλώνει η συχνότητα αυτή, τόσο η ζημιά που προκαλείται στους ιστούς από τις δονήσεις μεγαλώνει.
Με τους περισσότερους ειδικούς στον τομέα της ρακέτας που έχω μιλήσει και από έρευνα που έχω κάνει μόνος μου, δεν υπάρχει μηχάνημα εστιασμένο στην τενιστική που να βρίσκει το Vibration Frequency μιας ρακέτας. Η μόνη πηγή που έχουμε δημόσια, είναι οι μετρήσεις που δίνει το Tennis Warehouse University. Σε ερώτηση στο αντίστοιχο forum, αντιπρόσωπος τους απάντησε πως χρησιμοποιήθηκε πιεζοηλεκτρικό στοιχείο σε ενισχυτική διάταξη, με παλμογράφο και υπολογιστή, δηλαδή συνολικά με ακριβό εξοπλισμό. Υπάρχει όμως και πιο εύκολος τρόπος, χωρίς να χρειάζεται να έχεις ηλεκτρολογικό εργαστήριο στο σπίτι σου και έχει σχετικά καλή ακρίβεια για το επίπεδο των εργαλείων που χρησιμοποιεί.
Τι χρειαζόμαστε
- Έναν υπολογιστή
- Ένα μικρόφωνο (ακόμα και το ενσωματωμένο σε ποιοτικά laptop μας κάνει).
- Το δωρεάν λογισμικό επεξεργασίας ήχου Audacity
- Ένα λεπτό σχοινί χωρίς μεγάλη μάζα (ακόμα και κλοστή)
- Ένα μικρό αντικείμενο, όχι πολύ σκληρό, που να μπορούμε να το κρατήσουμε στο χέρι
- Έναν χώρο με σχετική ησυχία
Η διαδικασία
Με τα παραπάνω αντικείμενα, θα προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε ταλάντωση στο σκελετό της ρακέτας με κρούση και να καταγράψουμε όσο πιο καθαρά μπορούμε τον ήχο της ταλάντωσης. Έπειτα θα αναλύσουμε το συχνοτικό φάσμα του ήχου, για να βρούμε το Vibration Frequency. Στο παρακάτω link παρουσιάζονται οι εικόνες που περιγράφονται στα βήματα: https://imgur.com/a/2e3dRaB
Τα βήματα
Δένουμε την κλωστή στο λαιμό της ρακέτας και την κρατάμε (την κλωστή) με το χέρι ώστε η ρακέτα να αιωρείται και να μην ακουμπάει πουθενά. Η κλωστή θα απορροφήσει κραδασμούς που θα δημιουργήσει η ρακέτα, γι'αυτό το λόγο θέλουμε να έχει μικρή μάζα, ώστε να απορροφήσει όσο το δυνατόν λιγότερους.
Κρατάμε το μικρό αντικείμενο στο άλλο χέρι καλά και χτυπάμε τη ρακέτα πάνω στο σκελετό. Το αντικείμενο δεν πρέπει να είναι πολύ σκληρό (θα χαλάσει τη ρακέτα), ούτε πολύ μαλακό γιατί ενδέχεται να απορροφήσει την ταλάντωση που θα προκληθεί στη ρακέτα (θα δράσει σαν αντικραδασμικό). Το αντικείμενο πρέπει να το κρατάμε καλά στο χέρι. Το χέρι λειτουργεί σαν αντικραδασμικό και στην περίπτωση του μικρού αντικειμένου, θέλουμε η ταλαντωση του να αποσβεστεί γρήγορα ώστε να παραμείνει μόνο ο ήχος ταλάντωσης της ρακέτας. Αν η διαδικασία γίνει σωστά, θα ακούσουμε ένα buzzing ήχο για μικρό χρονικό διάστημα, είναι η δόνηση της ρακέτας.
Αφού επαναλάβουμε μερικές φορές τη διαδικασία ώστε να φτάσουμε στο σημείο να ακούμε καλά τον ήχο της ρακέτας και αφού υπάρχει σχετική ησυχία στο χώρο, ενεργοποιούμε την καταγραφή του ήχου στο λογισμικό Audacity και επαναλαμβάνουμε την κρούση ώστε να καταγραφεί. Εάν όλα πάνε καλά, στο λογισμικό θα εμφανιστεί η κυματομορφή της εικόνας 1.
Επιλέγουμε και το τέλος της κρούσης (Εικόνα 2) και την διαγραφουμε καθώς στο σημείο αυτό, η ταλάντωση της ρακέτας έχει εξασθενήσει αισθητά και η έντασή της είναι εφάμιλλη του θορύβου του μικροφώνου και του περιβαλλοντικού ήχου.
Επιλέγουμε την αρχή της κρούσης (Εικόνα 3) και την διαγράφουμε (delete) γιατί περιλαμβάνει μεταβατικά φαινόμενα που δεν θέλουμε να τα μετρήσουμε.
Το αποτέλεσμα που παραμένει, αν το κάνουμε zoom χρονικά, θα είναι η κυματομορφή της εικόνας 4, όπου παρατηρούμε μια ταλάντωση που εξασθενει με το χρόνο. Αν φτάσαμε σε αυτό το σημείο, έχουμε κάνει το 90% της δουλειάς, που είναι η σωστή καταγραφή χωρίς την εισχώρηση παρασιτικών συχνοτήτων.
Πάνω δεξιά επιλέγουμε το βελάκι δίπλα στο βΚομμάτι Ήχουβ και επιλέγουμε Φασματογράφημα. Η εικόνα της κυματομορφής αλλάζει και μετατρέπεται σε αυτήν της εικόνας 5. Στον οριζόντιο άξονα απεικονίζεται ο χρόνος ενώ στον κατακόρυφο σε λογαριθμική κλίμακα απεικονίζονται οι συχνότητες. Η ένταση της ταλάντωσης σε κάθε συχνότητα εμφανίζεται στο χρώμα, όπου μπλέ είναι σχεδόν μηδενική ενέργεια, το κόκκινο υψηλή και το άσπρο υπερβολική υψηλή.
Από μια πρώτη ματιά φαίνεται οτι πολύ χαμηλά στις συχνότητες, το χρώμα ασπρίζει, άρα κάπου εκεί είναι μαζεμένη η περισσότερη ενέργεια. Για να δούμε τις συχνότητες σε μεγάλη ανάλυση, επιλέγοντας πάλι βΚομμάτι ήχουβ, επιλέγουμε Ρυθμίσεις Φάσματος (ο όρος μπορεί να είναι διαφορετικός σε άλλες εκδόσεις της εφαρμογής). Στις ρυθμίσεις που ανοίγουν, επιλέγουμε ελάχιστη συχνότητα τα 100Hz και μέγιστη τα 200Hz.
Συμπεράσματα
Προκύπτει η τελευταία εικόνα της λίστας, όπου φαίνεται χαρακτηριστικά, οτι ο όγκος της ενέργειας ταλάντωσης της ρακέτας μου (Yonex Ezone DR98) είναι συγκεντρωμένος κοντά στα 138Hz. Απ’όσο θυμάμαι το Tennis Warehouse University δίνει 141Hz μέτρηση που είναι αρκετά κοντά.
Από την τελευταία εικόνα, φαίνεται ακόμα οτι υπάρχει μια δευτερεύουσα συχνότητα ταλάντωσης γύρω στα 175Hz, αισθητή μεν, αλλά όχι συγκρίσιμη με την ενέργεια της κύριας συχνότητας.
Η κύρια συχνότητα δόνησης μιας ρακέτας, λέει πολύ περισσότερα από το stiffness καθώς είναι μέτρηση πραγματικών συνθηκών και όχι ελεγχόμενης κάμψης. Η ανάλυση του φάσματος για την εύρεση δευτερευόντων συχνοτήτων, δίνει ακόμα περισσότερες πληροφορίες από την βασική συχνότητα, και εξηγεί αρκετά πως δυο ρακέτες μπορεί να συμπεριφέρονται διαφορετικά στο χέρι, παρόλο που έχουν όχι μόνο ίδιο stiffness αλλά και ίδιο Main Vibration Frequency.
Σε γενικές γραμμές, συχνότητες κάτω από 130Hz αντιστοιχούν σε πολύ μαλακές ρακέτες, πάνω από 170Hz σε πολύ σκληρές, και αντίστοιχα διαβαθμίσεων στο ενδιάμεσο.
Η μέθοδος δεν είναι πολύ δύσκολη, αλλά θέλει μεγάλη προσοχή στην καταγραφή του ήχου, να μην γίνει καταγραφεί περιβαλλοντικών ήχων ή θορύβου που θα αλλοιώσει τα αποτελέσματα. Η σωστή πραγματοποίηση της καταγραφής είναι το 90% της δυσκολίας όπως σε όλες τις σύνθετες μετρήσεις. To υπόλοιπο 10% είναι ο εντοπισμός της αρχής και του τέλους ώστε να διαγραφούν πριν την φασματική ανάλυση. Ειδικά επειδή είναι και διαδικασία ερασιτεχνική, χωρίς εξειδικευμένο εξοπλισμό, θέλει και λίγη μαεστρία μέσα, όπως όταν μετράς το swingweight χωρίς μηχανή Racquet Diagnostic Center, αλλά έχει πολύ καλή ακρίβεια δεδομένου οτι μιλάμε για ρακέτες.
Εικόνες:
https://imgur.com/a/2e3dRaB
