1

一個關於聲音分析的過去、現在與未來

報告者：劉于詮 運動競技學系

2

－源起－

一個吸引羽球隊贊助商合作的發想… 一個在Google找尋資料的好奇… 一個和國外教授的e-mail討論…

3

一個吸引羽球隊贊助商合作的發想

本人擔任本校羽球隊教練期間，廠商曾經連續四年贊助本校羽球代表隊球衣、球拍與球袋。

運動用品的贊助是學校和廠商的雙贏，如何增加彼此合作的效益才是要努力的重點。

不如幫廠商作運動器材檢測吧！

當初只是想發展一些功能性檢測，給廠商一些數據，單純的回饋廠商也好。

幫廠商檢測，至少有免費的樣品，廠商對於產品的想法也可作為研究生的研究題材。

換個角度想，在運動器材層面，廠商才是指導教授，我和學生則是研究生。

運動器材並非我博士班研究領域；但轉個彎，也許可發展成有特色的研究。

另外；人是活的，器材是死的，只要變數設定好，器材研究比較看得出結果。

4

一個在Google找尋資料的好奇

羽球線穿在球拍的穿線磅數會影響擊球表現，磅數越高，被擊出的球越快。

有沒有什麼方法可以分析球線磅數的變化？不需花費太多經費購置儀器或軟體最好！

經過一番在Google的努力搜尋，終於找到兩筆相關的資料。直接教你用免費聲音編輯軟體（Audacity）推算網球拍線磅數的文章：

Röttig, M. (2004). Measuring String Tension. Retrieved October 3, 2010, from Marc Röttig Web site: http://marc.roettig.org/tennis/freqmess.php

ROD CROSS HOME PAGE（Sydney University Professor--澳洲）：

http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/

5

一個和國外教授的e-mail討論

看完Röttig, M. (2004)的研究，了解到以聲音推算球線磅數的方式應該可行。

再和Rod Cross 教授e-mail討論後，教授給了我一個斬釘截鐵的答覆：「既然可用於推算網球線磅數，當然可用於推算羽球線磅數」。

Rod Cross教授的回覆給了我極大的信心。

Rod Cross教授的Home Page猶如寶庫，滿滿都是關於球拍、線和運動器材的研究。

由一個台灣穿線機工廠的荷蘭老闆得知， Rod Cross教授和網球用品大廠有產學合作之關係。

內心的想法：「既然Rod Cross教授可以產學合作，我也可以，至少可以試看看吧！產學合作也許是研究的另一條路」。

6

－聲音分析的原理介紹－

Cross與Bower(2001)球線張力公式。 Röttig (2004)推算網球線磅數公式。 使用Audacity聲音編輯軟體進行聲音分析的說明(劉

于詮，2010) 。

Cross, R., & Bower, R. (2001). Measurement of string tension in tennis racket. Sports Engineering, 4, 165-175.

Röttig, M. (2004). Measuring String Tension. Retrieved October 3, 2010, from Marc Röttig Web site: http://marc.roettig.org/tennis/freqmess.php

劉于詮（2010）。羽球線功能性測試之介紹。台南市，復文圖書有限公司。

7

Cross與Bower (2001) Röttig (2004)

註：f為球線振動基頻。

註：f0為球線引發周遭空氣振動（聲音）之振動基頻。

8

劉于詮(2010)

以游標選取一段撞擊聲音訊號，接著將訊號進行傅利葉轉換(Fourier Transform)。

-120

-100

-80

-60

-40

-20

00 500 1000 1500 2000 2500

Hz

dB

羽球頭撞擊球拍面聲音基頻

9

－聲音分析在相關領域之應用－

傳統上農民判別蔬果的品質。 進階以聲音或振動等非破壞性檢測分析農作物品質。 運動器材檢測分析。 醫學檢測應用。

10

傳統上農民判別蔬果的品質

http://m.zhiweinong.net/article/detail/623

職業驗瓜師日敲3000個西瓜 入行時手指關節皮開裂（ 2017-05-21 07:27:46 來源：北京青年報）

近日，一段視頻在網上熱傳，一位職業驗瓜師通過敲打和觀察，就能辨別出一個西瓜味道如何，精准到瓜皮多厚、含糖量多少、籽多不多等，許多網友表示，如果自己有這手藝就好了，而實際上，練就這門手藝，需要付出大量的時間積累大量的經驗。

http://news.xinhuanet.com/local/2017-05/21/c_1121007764.htm

11

進階以聲音或振動等非破壞性檢測分析農作物品質

聲音測試 衝擊測試

艾群（1996）。利用音波檢測西瓜內部品質-成熟度、空洞之存在與方位，農業機械學刊5(4)，54-71。

Jarén, C.; García-Pardo, E. (2002). Using non-destructive impact testing for sorting fruits. Journal of Food Engineering, 53, 89-95.

12

運動器材檢測分析

高爾夫球桿聲音特性分析

撞擊測試

鍾志邦（2005）。高爾夫球桿聲音特性分析。未出版碩士論文，國立高雄應用科技大學模具工程系碩士班。

劉于詮、黃守正、涂瑞洪、陳家祥（2010）。檜木與H.S.J. 新材質桌球拍底板第一振動模態自然頻率之比較。2010台灣生物力學學會及台灣運動生物力學學會聯合年會暨學術研討會，台南市：國立成功大學。

13

醫學檢測應用

李振榮（2015）。麥克風機構於膝關節聽診聲音訊號之分析比較。未出版碩士論文，崑山科技大學電子工程研究所。

聽診器。

膝關節聲音訊號分析（髕骨軟化為運動傷害之一種，患者髕骨軟骨表面粗糙，膝關節活動時髕骨會有捻髮聲）。

14

－過去－ 除了前述提及的聲音分析外，也以研究和發表投入球拍、

線功能性檢測之技術發展，包括： 恢復係數分析。 球線延展分析。 球線振動分析。 拍線張力測量器。 拍擊力量分析。 球線試打問卷調查。 球拍檢測（包括：應變分析、勁度分析、振動響應分析、

阻尼比分析）。

15

恢復係數分析 恢復係數（COR）定義： COR=h/H，h為碰撞後球彈起的

垂直高度，H為球落下的高度。此數值越大意味球拍面球線能以更快速度將球擊出。

自製之鋼球撞擊平台

劉于詮（2010）。羽球線功能性測試之介紹。台南市，復文圖書有限公司。

16

球線延展分析 在業界中球線延展測試均以萬能測試機進行，由於萬能測試機所費不貲

，所以發展了簡易羽球線拉伸測試模組來分析羽球線的延展性。

簡易羽球線拉伸測試模組

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔（2011）。簡易羽球線檢測(一) —在固定拉力下以相同球線進行重複拉伸測試。2011年國際運動生物力學研討會暨臺灣運動生物力學年會，桃園線：國立體育大學。

17

羽球線拉伸次數和長度變化關係

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔（2011）。簡易羽球線檢測(一) —在固定拉力下以相同球線進行重複拉伸測試。2011年國際運動生物力學研討會暨臺灣運動生物力學年會，桃園縣：國立體育大學。

y = -2.7443Ln(x) + 10.988R2 = 0.76

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6第幾次拉伸測試

長度

變化

量(c

m)

y = 5.639Ln(x) - 7.021R2 = 0.9313

8

9

10

11

12

13

18 20 22 24 26 28 30 32球線承受拉力(pl)

球線

延展

性數

值(c

m)

羽球線承受拉力拉和延展性關係

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔、黃全成（2011）。以簡易量測方式分析羽球線在不同拉力下的延展性。2011年兩岸運動訓練科學研討會，台南市：長榮大學。

18

球線振動分析 在分析球線聲音之前，本來是直接分析球線的振動。

控制球線拉力模組

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔（2011）。簡易羽球線檢測(二)—測量在不同拉力下球線之振動基頻。2011年國際運動生物力學研討會暨臺灣運動生物力學年會，桃園縣：國立體育大學。

19

加速規所測得之球線振動訊號 球線振動訊號經傅利葉轉換結果

球線振動訊號基頻和球線承受拉力關係

20

球線測試的另類成果

突然想到釣魚線…

有產學合作廠商真的把釣魚線當作羽球線穿到球拍上…

實際上釣魚線的利潤也很高，該如何檢測呢？

21

拍線張力測量器

TOURNA拍線張力測量器

劉于詮（2010）。羽球線功能性測試之介紹。台南市，復文圖書有限公司。

y = -0.4824Ln(x) + 30.127R2 = 0.65

26.527.0

27.528.028.5

29.029.5

30.030.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

時間(小時)

羽球

拍線

張力

(磅

)

以TOURNA拍線張力測量器分析球線自然退磅

劉于詮（2011）。以拍線張力測量器和羽球頭撞擊球拍面聲音基頻探討羽球線自然退磅。屏東教大體育，14，317-330。

22

拍擊力量分析GOTECH測量儀

韓洪敏、馮勝杰、劉于詮（2010）。不同球線和拍擊位置對羽球拍拍擊力量之影響。屏東教大體育，13，126-131。

羽球球頭與感應器

撞擊力量數值（單位：kgf ）

23

球線試打問卷調查球線試打問卷

說明：填寫本問卷，可讓我們能夠了解使用者對於此球線的使用心得。也麻煩您在使用時能夠將球線以您最常用的磅數穿至您最常使用的球拍，並在使用本球線進行兩個星期試打後，填寫以下的問卷題目，□□□在此感謝您！一、姓名： 二、性別： 三、年齡： 歲 四、填寫日期：民國 年 月 日。五、身分（請勾選）：□羽球教練、□羽球現役球員、□羽球退役球員、□羽球運動從事者、□其他（請註明） 。六、屬於甲組或乙組球員（屬於羽球教練、羽球現役球員與羽球退役球員請勾選，其餘身分者不用）：□甲組、□乙組。七、本身曾經獲得之最佳羽球比賽成績（無比賽成績者不用填寫）： 。八、球齡或者從事羽球運動的時間： 年。九、您所慣用的球線（請註明品牌與型號）： 。十、使用哪一支球拍進行測試（請註明品牌與型號）： 。十一、現在正在使用球拍的穿線磅數： 磅。十二、控球力（Control：控球能力，此分數越高則在技巧的發揮能較得心應手）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。十三、耐用程度（Durability，此分數越高代表您覺得它可以打越久）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。十四、手感（Feeling，此分數越高代表您在打球時覺得球線越硬）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。十五、擊球時所發出的聲音（Hitting Sound，此分數越高代表聲音越大）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。十六、反彈力量（Repulsion Power，即所謂的彈性，此分數越高回擊力量越大）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。十七、吸震效果（Shock Absorption，此分數越高則吸震能力越好，但是在反彈力量上會較差）：原來用的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。您所測的球線：□5分、□4分、□3分、□2分、□1分。

劉于詮（2010）。羽球線功能性測試之介紹。台南市，復文圖書有限公司。

24

球拍檢測--應變分析

蘇宣輔（2013）。不同撞擊點、撞擊速度與穿線磅數對羽球拍功能性表現之影響。未出版碩士論文，長榮大學運動競技學系碩士班。

實驗場景

扭轉應變角度 橈曲應變角度

25

球拍檢測--勁度、振動響應、阻尼比分析

蘇宣輔（2013）。不同撞擊點、撞擊速度與穿線磅數對羽球拍功能性表現之影響。未出版碩士論文，長榮大學運動競技學系碩士班。

自製發射器

實驗場景

26

蘇宣輔（2013）。不同撞擊點、撞擊速度與穿線磅數對羽球拍功能性表現之影響。未出版碩士論文，長榮大學運動競技學系碩士班。

球拍受撞擊後所產生之振動訊號

實驗場景

球拍振動訊號經傅利葉轉換結果

阻尼比計算公式

27

－現在－

產學合作投入。 產學合作心得。

28

產學合作投入計畫名稱 擔任職位 計畫日期 計畫編號 補助單位

羽球線功能性檢測 主持人 2017/11 ~ 2018/01 K106020 明佳運動用品有限公司

球拍量測機台製作 主持人 2016/10 ~ 2016/10 105101702 銓穎國際有限公司

羽毛球用品圖面開發設計 共同/協同主持人 2016/07 ~ 2017/06 105072001 台灣紐恩格國際股份有限公司

柏頓運動器材有限公司羽球線與羽球拍之整合研發測試 主持人 2016/05 ~ 2016/10 10510113

經濟部工業局—「中小企業即時技術輔導計畫」(經濟部工業局/柏頓運動器材有限公司)

塑膠羽毛球功能性檢測 主持人 2016/03 ~ 2016/04 105030301 侑隆塑膠工業有限公司

Berton不同延展特性羽球線之試用與功能性測試 共同/協同主持人 2015/05 ~ 2015/10 PS104160296

經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷跨域整合計畫」

百弘體育用品有限公司羽球線之研發測試 主持人 2015/04 ~ 2015/09 10410723

經濟部工業局—「中小企業即時技術輔導計畫」（經濟部工業局/百弘體育用品有限公司）

WINMAN不同粗細中管羽球拍之功能性檢測 主持人 2012/05 ~ 2012/10 PS101160171

經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

百弘羽球拍、羽球線功能性檢測 主持人 2012/04 ~ 2012/08 01042501

長榮大學產學合作計畫(百弘體育用品有限公司出資,補助經費中的52000元由廠商以提供耗材的形式支付)

百弘專利羽球拍之功能性檢測 主持人 2011/07 ~ 2011/12 PS100160589

經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

含Pena-Tetra物料羽球線之表現測試 主持人 2009/11 ~ 2010/04 PS098160107

經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

29

產學合作心得 非政府標案，真正深入業界的合作（曾經跟我合作的廠商

分佈在桃園市、台中市、雲林縣、台南市、高雄市）。 產學合作並非要大案，小額產學合作也可深耕地方，讓業

者知道長榮大學的存在，發揮學研能量在業界的影響力。 和廠商相處並非一定要簽到案子，可當交朋友、募集物資

、募款、甚至可幫忙招生（已有3位經廠商介紹的學生來本校就讀；產值：1位-4年-40萬，3位共120萬；這樣算就對了）。

與廠商合作非一次性，長長久久的合作，持續申請案子，規模由小到大。

持續申請產－官－學合作案創造三贏。

30

－未來－

如何保持熱情？ 研究成果投稿。 將研究成果轉換成教材。 開發新的研究領域。

31

如何保持熱情？因為…自己眼睛開始老花了！

有聽過開飛機找案子的美國教授。 Rod Cross教授的研究歷程，將自身與其對照，還真

的有點異曲同工，自己還是持續提起熱情吧！

Rod Cross教授的簡要履歷（http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/）

Brief CV

Born 1943. Lived in Berry, NSW until age 14 then moved to Forbes. B.Sc. Dip. Ed at Sydney University. PhD in plasma physics in 1968. From 1968 to 1996 I worked in the Plasma Physics Department at Sydney University, specialising in Alfven wave studies in the TORTUS tokamak. I retired in 2003 as an Honorary member of staff, to continue work on the physics of sport and forensic physics.

32

Rod Cross教授研究運動物理的成果（http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/）

33

Rod Cross教授研究法醫物理的成果（http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/FORENSIC-PHYSICS/FALLING-FATALITIES.htm）

34

研究成果投稿 產學合作案仍會有「具實用價值」的學術發現，還是值得

投稿。

http://www.physics.usyd.edu.au/~cross/ http://www.abc.net.au/news/2017-03-07/professor-rod-cross/8333320

當初Rod Cross教授鼓勵支持我針對球線聲音進行研究，有空就把握時間找Rod Cross教授分享和討論吧。

35

－自身關於聲音分析和球線的研究成果－

產學合作計畫。 專書。 期刊論文。 研討會論文。 獲獎。 指導研究生論文。 指導學生參與計畫。

36

產學合作計畫（8件）

計畫名稱 擔任職位 計畫日期 計畫編號 補助單位

羽球線功能性檢測 主持人 2017/11 ~ 2018/01 K106020 其他：明佳運動用品有限公司

柏頓運動器材有限公司羽球線與羽球拍之整合研發測試

主持人 2016/05 ~ 2016/10 10510113其他：經濟部工業局—「中小企業即時技術輔導計畫」(經濟部工業局/柏頓運動器材有限公司)

Berton不同延展特性羽球線之試用與功能性測試 共同/協同主持人 2015/05 ~ 2015/10 PS104160296

其他：經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷跨域整合計畫」

百弘體育用品有限公司羽球線之研發測試 主持人 2015/04 ~ 2015/09 10410723

其他：經濟部工業局—「中小企業即時技術輔導計畫」（經濟部工業局/百弘體育用品有限公司）

WINMAN不同粗細中管羽球拍之功能性檢測 主持人 2012/05 ~ 2012/10 PS101160171

其他：經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

百弘羽球拍、羽球線功能性檢測 主持人 2012/04 ~ 2012/08 01042501

其他：長榮大學產學合作計畫(百弘體育用品有限公司出資,補助經費中的52000元由廠商以提供耗材的形式支付)

百弘專利羽球拍之功能性檢測 主持人 2011/07 ~ 2011/12 PS100160589

其他：經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

含Pena-Tetra物料羽球線之表現測試 主持人 2009/11 ~ 2010/04 PS098160107

其他：經濟部規劃科技專案計畫—「學界協助中小企業科技關懷計畫」

37

專書（1本）

劉于詮（2010）。羽球線功能性測試之介紹。台南市，復文圖書有限公司。ISBN：978-986-6368-44-8

38

期刊論文（7篇）陳冠廷、劉于詮、方介民, '不同粗細羽球線對球拍振動響應之影響,' 屏東大學體育, Vol. 3 , Sep. 2017, pp.189-201.(體育運動學術期刊)

陳宥安、劉于詮、呂裕雄、蘇宣輔, '羽球拍連續拍擊力量之分析,' 長榮運動休閒學刊, Vol. 9, Jun. 2015, pp. 23-32.(體育運動學術期刊)

蘇宣輔、劉于詮*、吳季龍, '羽球拍中心點、3 點鐘與9 點鐘位置撞擊聲音基頻之比較,' 華人運動生物力學期刊, 7, Oct. 2012, pp. 52-55. (體育運動學術期刊 )

劉于詮、韓洪敏、張家源, '不同球線品牌與穿線磅數對羽球拍拍擊力量之影響,' 屏東教大體育, Vol. 14, Feb. 2011, pp. 343-354. (國科會體育領域三級期刊 )

劉于詮, '以拍線張力測量器和羽球頭撞擊球拍面聲音基頻探討羽球線自然退磅,' 屏東教大體育, Vol. 14, Feb. 2011, pp. 317-330. (國科會體育領域三級期刊 )

劉于詮、張家源、吳季龍, '球拍拍擊點與穿線方式對羽球拍拍擊力量影響之研究,' 屏東教大體育, Vol. 13, Feb. 2010, pp.147-154. (國科會體育領域三級期刊 )

韓洪敏、馮勝杰、劉于詮, '不同球線和拍擊位置對羽球拍拍擊力量之影響,' 屏東教大體育, Vol. 13, Feb. 2010, pp.126-131. (國科會體育領域三級期刊 )

39

研討會論文（7篇）陳宥安、劉于詮、陳淑利、林信佑 ,'網球拍面不同撞擊點撞擊聲音基頻之比較', 2013年兩岸運動訓練科學研討會論文集 , Nov. 2013 ,台南市.

劉于詮、程峻彥、林郁捷、蘇宣輔 ,'羽球拍使用調查問卷參數相關性之研究', 2012年兩岸運動訓練科學研討會 , Feb. 2012 ,台南市：長榮大學.

蘇宣輔、劉于詮、吳季龍、黃全成 ,'以簡易量測方式分析羽球線在不同拉力下的延展性', 2011年兩岸運動訓練科學研討會論文集 , Dec. 2011 , pp. 117-120 ,台南市：長榮大學.

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔 ,'簡易羽球線檢測(一) —在固定拉力下以相同球線進行重複拉伸測試', 2011國際運動生物力學研討會暨臺灣運動生物力學年會, Oct. 2011 , 再確認 ,桃園縣：國立體育大學.

劉于詮、吳季龍、蘇宣輔 ,'簡易羽球線檢測(二)—測量在不同拉力下球線之振動基頻', 2011國際運動生物力學研討會暨臺灣運動生物力學年會 , Oct. 2011 ,桃園縣：國立體育大學.

劉于詮、吳佳蓉、黃全成 ,'不同羽球拍面位置撞擊聲音基頻之比較', 2010年台灣生物力學學會及台灣運動生物力學學會聯合年會暨學術研討會 , Oct. 2010 , 再確認 ,台南：成功大學.

劉于詮、黃慶勳、楊素冠 ,'含Pena-Tetra物料羽球線恢復係數之測試', 2009亞太國際運動生物力學研討會暨台灣運動生物力學年會論文集 , Nov. 2009 , pp.147-148 ,台北：中國文化大學.

40

獲獎（2件）

長榮大學100學年教師創作獎助獎助內容：羽球線功能性測試之介紹（專書創作）獲獎時間： 2011年 11月。

2011年兩岸運動訓練科學研討會海報發表優秀論文獲獎文章：以簡易量測方式分析羽球線在不同拉力下的延展性獲獎時間： 2011年 12月。

41

指導研究生論文（4篇）

年度 姓名 學位 論文名稱

2017 陳冠廷 碩士 在不同量測時間或撞擊點下探討不同穿線方式與磅數對羽球撞擊球拍線聲音基頻之影響2015 陳宥安 碩士 羽球線在持續拍擊下之拍擊力量分析

2012 蘇宣輔 碩士 不同撞擊點、撞擊速度與穿線磅數對羽球拍功能性表現之影響

2010 韓洪敏 碩士 不同球線、穿線磅數對羽球拍拍擊力量影響之研究

42

指導學生參與計畫（6人次）

姓名 學位 計劃名稱 執行期限

陳冠廷 碩士 柏頓運動器材有限公司羽球線與羽球拍之整合研發測試2016/05/27 ~ 2016/10/26

陳冠廷 學士 百弘體育用品有限公司羽球線之研發測試2015/04/24 ~ 2015/09/23

蘇宣輔 碩士 WINMAN不同粗細中管羽球拍之功能性檢測2012/05/01 ~ 2012/10/31

蘇宣輔 碩士 百弘羽球拍、羽球線功能性檢測 2012/04/01 ~ 2012/08/31

蘇宣輔 碩士 百弘專利羽球拍之功能性檢測 2011/07/01 ~ 2011/12/31

蘇宣輔 學士 含Pena-Tetra物料羽球線之表現測試 2009/11/01 ~ 2010/04/30

43

報告完畢，感謝聆聽！