新知|你知道高尔夫球杆中所蕴含的声学设计吗?

文章摘要:2007年一种新型材质的高尔夫球杆席卷了市场。然而,它确有一个缺点,击中球时,一个响亮的声音穿透整个高尔夫球场。这个声音不亚于“饼干托盘砸中车顶的声音”,球场上此起彼伏的这种声音,让人烦躁得直竖眉毛。

电影《霍比特人》中,甘道夫说起高尔夫运动的起源:“比尔博·巴金斯的曾曾曾祖叔“吼牛”图克在绿地战役对战半兽人军队,猛挥棒棍把兽人王的脑袋抡了下来,那头直接飞了几百米掉到兔子洞里。于是赢了那场战役,也由此发明了高尔夫球比赛!”。电影中这段戏说高尔夫起源,笑翻了电影院的不少观众。高尔夫运动真正起源于何时何地笔者并不知道,但笔者知道高尔夫运动如今已经成为一项风靡全球、备受喜爱的贵族运动。

穿着白色的T恤漫步在宽旷的草坪上,拿起高尔夫球杆,优美的抡起姿势,高尔夫球在一声敲击下划破天际,满杆进洞。这是许多人幻想中的高尔夫球场的场景,然而,真的像我们想象的那么美好吗?

2007年一种新型材质的高尔夫球杆席卷了市场,杆头的质量分布使其不易产生扭曲形变,即使偏离中心的击打也不会使球偏离轨道,一时间受到大众的广泛喜爱,迅速占领市场。然而,它确有一个缺点,击中球时,一个响亮的声音穿透整个高尔夫球场。这个声音不亚于“饼干托盘砸中车顶的声音”,球场上此起彼伏的这种声音,让人烦躁得直竖眉毛。

宾夕法尼亚州立大学声学教授Daniel Russell的研究团队长期从事运动器材的声学研究,这其中包括棒球,网球和曲棍球等。Russell教授介绍声音是许多职业运动员们选择购买器材装备的主要考量因素之一,运动员们也会听听声音,然后从声音的反馈中判断衡量器材的质量,这就跟中国人买西瓜,喜欢敲敲西瓜,通过听声音来判断西瓜的好坏一样。

Russel教授和他的研究生Peter Kerria针对高尔夫球场的这种噪音展开了相关研究,并在今年5月份盐湖城召开的美国声学学会171次会议上展示了他们的研究成果。

Russel教授的团队分析了近年来一些因噪音闻名遐迩的高尔夫俱乐部的噪音情况,以确定噪声来源,最终矛头指向高尔夫杆头部的震动。高尔夫球杆的杆头主要分为以下几个部分:杆颈(链接杆头与杆身)、杆面(实际击球位置)、杆底(最接近地面的部分)和杆背(位于杆面的另一侧)。罪魁祸首是杆头的哪个部位呢?

为了得到大量的高尔夫俱乐部球场噪音的数据,Russel教授的团队求助了宾夕法尼亚州立大学的高尔夫社团,研究人员在俱乐部观察运动员击球,并通过仪器记录下了相应的噪音数据。通过将俱乐部的振动模式与记录的声音相匹配,他们发现这个恼人的声音主要来自于杆头杆底位置的固有振动。据Kerria称,该振动产生的噪声的峰值在2-3KHz范围,人类的耳朵对这个频率范围的声音十分敏感。这个频段的声音到底有多恼人?把这种噪音与铝质棒球棍击打的声音比较,运动员可能会更愿意接受后者。

既然找到了源头,研究人员开始尝试改善这一问题,将声学设计融合到高尔夫球杆产品设计中,即保证不牺牲去中心化击打的前提下,重新设计以抑制刺耳的噪音。研究人员将不同的材料加以整合,吸收峰值频率,实验测试结果表明噪声抑制明显。

Russel教授的团队开始寻求与高尔夫俱乐部生产厂商合作,推广使用新型复合材料来制作的高尔夫球杆。在少数勇于尝鲜的俱乐部开始试用,然而,新的问题又出现了,就是新的高尔夫球杆击球声太安静了,运动员难以根据以往的声音来判断击中高尔夫球的力量,失去了从声音中感受一击进洞的快感。

未来Russel教授的团队将要在两种极端的方案中寻找到新的平衡,即不牺牲去中心化击打的前提下,保证抑制掉击球恼人的声音,又要保留一定的声音效果,让运动员感受到高尔夫击打的乐趣。高尔夫作为一项日益流行的贵族运动,关于其装备的设计研究将会获得更多的关注。随着品质生活的推进,声学分析在未来运动设备发展中起到的重要作用,也将备受关注。

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