不同勁度羽球拍之撓度及打擊感受探討

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院運動競技學系碩士學位論文. 不同勁度羽球拍之撓度及打擊感受探討. 研究生：林世哲指導教授：張家豪. 中華民國 106 年 1 月中華民國臺北市.

(2) 不同勁度羽球拍之撓度及打擊感受探討 2017 年 1 月研究生：林世哲指導教授：張家豪. 摘要目的：瞭解不同程度運動員在揮拍過程中球拍撓度的差異，並探討不同勁度羽球拍在實際擊球中對於擊球點撓度、打擊感受之影響，可做為日後羽球拍選擇的依據之一。方法：在六隻不同勁度的羽球拍中桿尾端黏上應變規、加速規黏貼於受試者持拍手的第 3 掌骨與近節指骨交接處，以 1600Hz 擷取頻率收取羽球拍在全力殺球過程中的撓度變化以及振動訊號，比較不同運動水平受試者在擊球點撓度的差異；使用無母數弗里曼二因子等級變異數(Friedman two-way ANOVA test)考驗球拍勁度對於前擺期的差異；使用魏克生符號等級檢定(Wilcoxon Signed-Rank Test)比較高水平跟一般水平的受試者在前擺期時間是否有差異，顯著水準均定為 α<.05。結果：高水平受試者皆在羽球拍撓度為負時候打到羽球，代表擊球時球拍是向後彎曲，此時球拍中桿本身彈性方向與揮拍方向同，可以使用球拍中桿的彈性來增加揮拍速度與球速。但在一般水平的受試者有 4-5 隻羽球拍是在羽球拍撓度為正時候打到羽球，代表擊球時球拍向前彎曲，這樣會減低揮拍速度與球速。而不同羽球拍勁度對於打擊感受、前擺期未達顯著差異。結論：打擊振動與打擊感受間並無相關，可加入其他因素如重量、平衡點等再作探討。勁度不影響擊球前擺期的時間，高水平的受試者在打到羽毛球時，中桿為向後偏擺，球拍的彈性速度是向前，高水平受試者較能利用到球拍中桿的彈性位能，一般水平的受試者則不一定，在挑選球拍時，若可以測量使用者擊球時的球拍撓度，可以當作是挑選球拍的依據之一。. 關鍵詞：勁度、撓度、打擊感受. I.

(3) The effect of shaft stiffness on deflection and 'feel' during badminton stokes Jan,2017 Author: Lin, Shih-che Advisor: Chang, Jia-Hao. Abstract Purpose：To understand the effect of different kind of shaft stiffness on deflection and 'feel' during badminton smash and to understand the different level athlete on shaft deflection during smash. The result of the study will be taken as indexes to select badminton racket in the future. Methods: Strain gauges stuck on the end of shaft were used to measure the deflection of the racket and an accelerometer stuck on 3rd metacarpal bone were used to measure amplitude during smash at 1600 Hz. Deflection from 6 different shaft stiffness racket were compared at ball impact. Friedman test was used to examine the difference of. 'feel' and shaft deflection .Wilcoxon Signed-Rank Test was used to examine the. difference of 'feel' and shaft deflection between elite and general athletes. The significant level was set at .05. Result：Direction movement and recovery of racket are the same when elite athletes play a smash. Elite athletes let racket bending backward at ball impact. It can use elastic strain energy to increase the swing-velocity and ball-velocity. But some of general athletes can't do it like elite athletes. No significant differences of shaft stiffness were found for 'feel' and amplitude. Conclusion：Elite athletes used elastic energy of racket more than general athletes at ball impact. No correlation between 'Feel' and vibration was noted. Shaft deflection can be used as a basis for selecting the racket.. Key words：Stiffness, Deflection, Feel. ii.

(4) 誌謝詞時間匆匆飛過，研究生的身分即將走向終點，回想這碩士之路，就像是陳之藩所說的「得知於人者太多，出之於己者太少」，要完成一篇論文，除了要踩在先輩們的肩膀上之外，還需要有很多同學、家人、老師的支持與幫助，感謝你們在這一路的陪伴。在眾多的感謝名單中，首先要感謝的是我的指導老師張家豪老師，無論是研究方向上的啟發，或是在論文撰寫期間給予的教導與督促，都對我有莫大的幫助，在我對論文徬徨無助的時候給與我一盞明燈，指引我前進的方向。而在跌跌撞撞的實驗路上，感謝各位學長姐、同學的幫助，感謝尹鑫學長的器材指導、感謝鈴雅跟瑭勻在在自己繁忙的生活中仍在實驗上給予我最大的協助以及統計方面最好的顧問，使我的實驗能夠順利完成，感謝振榮、膺喆在研究方向上的討論。感謝生物力學實驗室的每位同學，感謝身旁每位督促我完成這篇論文的朋友以及家人。. iii.

(5) 目次. 論文通過簽名表 .............................. 錯誤! 尚未定義書籤。論文授權書 .................................. 錯誤! 尚未定義書籤。摘要. ...................................................... i. Abstract. ..................................................... ii. 謝誌. ................................... 錯誤! 尚未定義書籤。. 表次. .................................................... vii. 圖次. ................................................... viii. 第壹章. 緒論 ................................................ 1. 第一節研究背景 .............................................................................................................. 1 第二節研究問題 .............................................................................................................. 2 第三節研究目的 .............................................................................................................. 2 第四節研究範圍與限制 .................................................................................................. 2 一、研究範圍 ............................................................................................................ 2 二、研究限制 ............................................................................................................ 3 第五節名詞解釋與操作性定義 ...................................................................................... 3. 第貳章. 文獻探討............................................. 6. 第一節勁度(stiffness). ..................................................................................................... 6 第二節球拍撓度變化（Deflection） ............................................................................. 6 第三節打擊感覺 .............................................................................................................. 7 第四節總結 ...................................................................................................................... 8 iv.

(6) 第參章. 材料與方法 ........................................... 9. 第一節地點 ...................................................................................................................... 9 第二節實驗對象 .............................................................................................................. 9 第三節實驗儀器與設備 .................................................................................................... 9 一、. 實驗用拍 .................................................................................................... 9. 二、. 實驗用球 .................................................................................................. 10. 三、. NI 9237C 系列模組 ................................................................................ 11. 四、. 羽球發球機 .............................................................................................. 11. 五、. Kyowa 應變規 ......................................................................................... 11. 六、. Fastec 高速攝影機 ................................................................................... 12. 七、. LABVIEW ............................................................................................... 12. 八、. 傅立葉轉換(FFT)儀 ................................................................................ 13. 九、. 加速規 ...................................................................................................... 13. 第四節實驗方法 ............................................................................................................ 14 第五節實驗場地配置圖 ................................................................................................ 15 第六節實驗步驟 ............................................................................................................ 16. 第肆章. 一、. 應變規黏貼與校正 .................................................................................. 16. 二、. 加速規 ...................................................................................................... 16. 三、. 實際擊球 .................................................................................................. 16. 四、. 資料分析與處理： .................................................................................. 17. 五、. 統計分析： .............................................................................................. 19. 六、. 實驗流程圖 .............................................................................................. 20. 結果 ............................................... 21. 第一節受試球拍資料 ...................................................................................................... 21 第三節打擊主觀感受 .................................................................................................... 25 v.

(7) 第四節前擺期 ................................................................................................................ 26 一、. 勁度的影響 .............................................................................................. 26. 二、. 不同運動水平的比較 .............................................................................. 27. 第伍章討論與結論 ........................................... 28 第一節擊球點撓度 ........................................................................................................ 28 第二節打擊主觀感受 .................................................................................................... 31 第三節前擺期 ................................................................................................................ 32 第四節結論與建議 ........................................................................................................ 33. 引用文獻 ................................................... 29 附錄一、實驗參與者同意書 .................................... 31 附錄二、實驗參與者基本資料 .................................. 32. vi.

(8) 表次. 表 3-1 受試者基本資料(Mean±SD) ........................................... 9 表 3-2 球拍規格 ................................................. 10 表 3-3 應變規規格 ............................................... 12 表 3-4 加速規規格 ............................................... 13 表 4-1 受試球拍資料. ............................................. 21. 表 4-4 擊球點球拍撓度（Deflection）. ............................... 22. 表 4-2 不同運動水平向後偏擺時間變異係數. vii. ............................ 27.

(9) 圖次. 圖 1-1 羽球拍結構名稱 ............................................ 3 圖 1-3 球拍撓度示意圖 ............................................ 4 圖 3-1 球拍撓度變化 .............................................. 7 圖 3-1 實驗用拍 ................................................. 10 圖 3-2 實驗用球 ................................................. 10 圖 3-3 NI 9237C 系列模組 ......................................... 11 圖 3-4 Trainer 羽球發球機 ........................................ 11 圖 3-5 kyowa 應變規. ............................................. 12. 圖 3-6 高速攝影機 ............................................... 12 圖 3-7 傅立葉轉換頻譜分析儀 ...................................... 13 圖 3-8 PCB 加速規 ............................................... 13 圖 4-1 應變規黏貼位置 ........................................... 14 圖 4-2 自由邊界條件懸吊. ......................................... 14. 圖 4-3 衝擊錘 .................................................. 15 圖 4-4 受試者配置 ............................................... 15 圖 5-1 實驗場地配置圖 ........................................... 16 圖 6-1 擊球位置判定 ............................................. 17 viii.

(10) 圖 6-2 球拍甜區. ................................................ 18. 圖 6-3 球拍撓度資料 ............................................. 18 圖 6-4 實驗流程圖 ............................................... 20 圖 4-1 不同水平受試者比較 ........................................ 23 圖 4-2 受試者丁的球拍撓度 ........................................ 24 圖 4-3 受試者庚的球拍撓度 ........................................ 25 圖 4-4 受試者打擊主觀的感受評分 ................................... 26 圖 4-3 球拍前擺期 ............................................... 26 圖 4-3 不同運動水平球拍的後擺期 ................................... 27 圖 5-1 不同水平受試者擊球點撓度 ................................... 30. ix.

(11) 第壹章. 緒論. 第一節研究背景羽毛球是一項兼具速度與力量的運動，根據國際羽聯在 2009 年時的統計，全球參與羽球運動的人數約為 1.5 億人，超過 2000 名運動員參加國際性比賽。其中主要發展的亞洲國家有中國、日本、南韓、馬來西亞，歐洲國家有丹麥、英國、荷蘭。相較於足球、棒球、籃球等全球流行的運動，羽球是一個較小的運動項目，但卻是亞洲人在國際性比賽中的強項，並已成為了我國日常主要的休閒活動之一。運動員在進行羽球比賽時，研究指出在三戰兩勝每局 21 分的新賽制中，無論是單打或雙打，每場比賽都會有 270 次以上的擊球(王志全, 蘇義能, 張家銘, & 林希彥, 2007; 曾敏豪 & 張家銘, 2010)，為了能夠有效的得分與阻止對方得分，無論是主動或是被動的擊球皆要能回球精準且強而有力(許樹淵, 1997)，並且改為落地得分制之後，對於擊球的質量與穩定性皆需較以往更快、更精準(徐育鈴 & 楊育寧, 2008; 涂國誠, 2007)。為了能幫助運動員在比賽中能達到此目的，除了在訓練上改變以提高擊球的穩定性與控球能力，誠如諺云：『工欲善其事，必先利其器』在運動器材的選擇上也是重要關鍵，諸如羽球拍、球鞋、網線材質與磅數、握把材質、比賽用球、比賽場地表面與燈光…等都將對運動員的運動表現造成影響，其中比賽用球、比賽場地表面與燈光，是運動員無法選擇與改變的，所以羽球拍、球鞋、網線材質與磅數、握把材質與種類的選擇，便是運動員在挑選運動工具的重點，其中羽毛球運動是屬於揮拍類運動，藉由手握羽球拍以揮擊方式碰撞羽毛球，將身體產生的能量由球拍傳至羽球上。因此揮擊運動之器材對於其運動表現有相當程度的影響，往往也是運動員在挑選時最為要求的，研究指 1.

(12) 出大專生在購買球拍時最為在意部分是球拍的功能性（材質）(孫彩卿, 1998; 涂國誠 & 徐康良, 2006)。一支理想的球拍可以增加羽球速度或是最大的限度減少力量輸出，也是諸多羽球廠商共同追求的目標之一。為幫助消費者找到適合自己的球拍，廠商也提供球拍相關訊息，如重量、平衡點、中桿軟硬程度。以幫助消費者選購適合自己的球拍，儘管如此，消費者仍然難以確定哪一支球拍式適合自己。因此探討球拍與打擊感覺之間的關係，將有助於消費者與廠商在選擇與設計球拍時的參考依據。. 第二節研究問題基於前述研究背景，為瞭解擊球前後羽球拍中桿的撓度變化與打擊感覺，藉由不同勁度球拍的實際擊球測試。進而提供運動員在選擇球拍與羽球廠商在設計羽球拍時的方向與參考。. 第三節研究目的一、瞭解不同程度運動員在揮拍時候中桿撓度的差異。二、探討不同勁度的羽球拍，在前擺期之中桿撓度及打擊主觀感受。. 第四節研究範圍與限制一、研究範圍 (一)實驗用球拍由 VICTOR 公司提供，六支不同勁度球拍作為研究範圍。 (二)受試者為國立台灣師範大學乙組羽球代表隊隊員，受訓時間達三年以上之羽球選手。. 2.

(13) 二、研究限制 (一)本研究中分析揮擊動作為羽球殺球，並無法推估其他羽球後場動作(如高遠球、切球等)。 (二)本次研究受試者之技術水平範圍在台灣師大乙組羽球隊隊員，結果僅能推估相同水平之羽球運動員。. 第五節名詞解釋與操作性定義一、羽球拍結構名稱羽球拍各部位的結構名稱如圖 1-1 所示。. 圖 1-1 羽球拍結構名稱. 二、球拍勁度(stiffness) 勁度為物體受外力，反抗形狀改變的能力(如拉伸、彎曲、扭曲)，本研究的球拍勁度為在自由邊界條件下，自然頻率帶入公式所得數值，數字越大代表勁度越大，越能反抗外力改變。. 三、自然頻率(natural frequency) 描述結構系統本身特性之頻率。. 3.

(14) 四、打擊感覺本研究定義打擊感覺為實際擊球後，受試者對於球拍給予回饋的主觀感受。. 五、揮拍期本研究根據 Kawn(2010)研究的分期，將擊球過程分為三期：backswing(後擺期)、foreswing(前擺期)、recovery(恢復期)。後擺期為從預備動作到擊球前球拍撓度前由正轉負到擊球點的時間，前擺期為球拍撓度前由正轉負到擊球點的時間，恢復期為擊球後球拍到球拍恢復，如圖 1-2 所示. 3000. backswing. 2000. foreswing. recovery. 形變量[µm/m]. 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -0.15. -0.1. -0.05. 時間[秒]. 0. 0.05. 圖 1-2 擊球分期. 六、撓度（Deflection）本研究定義為球拍在外力影響下所造成的位移，如圖 1-3 所示。. 撓度球拍圖 1-3 球拍撓度示意圖. 4. 0.1.

(15) 七、研究重要性藉由得知球拍在擊球過程中撓度的變化情形、勁度與打擊感覺之間的關係，對於羽球拍製造商，可以當作設計羽球拍的根據，對於消費者亦可當作在選擇球拍的依據之一。. 5.

(16) 第貳章. 文獻探討. 本章將探討與本研究相關之文獻與其理論，除了探討羽球拍相關文獻外，亦將從同為揮擊類運動的網球與高爾夫球來做相關文獻的探討。. 第一節勁度(stiffness). Missavage, Baker& Putnam(1984)、Brody(1987)、蘇榮立(1996)的研究皆指出，網球拍的勁度與球速有相當的關係，勁度越高的網球拍，網球拍框會在擊球時候受力而變形，使得網球的能量損失減少，反彈的球速較快，相反的，勁度較低的網球拍，拍框受外力變形較多，因此能量損失較大，無法給予網球較多的能量，而球速較低。在羽球拍的勁度研究上，Kwan(2010)的研究將羽球拍的揮拍速度分為使用者揮擊的速度與球拍因揮動而造成的彈性速度，結果顯示，羽球拍擊球時後的揮拍速度絕大部分來自於使用者揮擊的速度，因揮動而造成的彈性速度只佔了整體揮拍速度的 4~6%。相較於網球拍，與球拍勁度的高低對於揮拍速度的影響較小。盡管羽球拍勁度在揮拍速度與球速上佔的比例較小，但中桿卻是在擊球的振動傳遞給運動員的媒介，因此探討中桿勁度對於打擊時候的變化是有必要的。. 第二節球拍撓度變化（Deflection） Kwan(2010)的研究使用應變規量測羽球拍的撓度變化，並將球拍的撓度分期為 backswing、foreswing、recovery 三期，如圖 3-1 所示。其研究結果為自然勁度較大的球拍，foreswing 時間較長，但此研究只使用了兩支球拍來比較，因此指出這種現象可能有更複雜的性質，可能球拍的變形是由於運動員的能力和球拍的質量和剛度特性相互作用所產生的，只有 2 支球拍和 2 個受試者，並無法下出明 6.

(17) 確的結論。. 3000. backswing. forceswing. recovery. 2000. Strain[µm/m]. 1000 0. -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -0.15. -0.1. -0.05. 0. 0.05. 0.1. Time[s]. 圖 3-1 球拍撓度變化. 第三節打擊感覺對於揮拍類的運動而言，握把是在擊球過程中唯一接觸到人體的部位，因此拍框的振動藉由握把傳至人體，對人體直接影響(Brody, 1995)，產生擊球的感覺，而球拍的振動也直接的影響到人體的安全與舒適感(張世聰 & 相子元, 1998)，直接的影響到對於在擊球時與擊球後的感覺。人體對於球拍帶來的振動訊息由本體接受器(proprioceptors)接收，本體接受器如高爾肌腱器與肌梭，負責接收或提供個體肌肉間的相對關係。擊球時產收的振動使肌纖維的長度變化，肌梭偵測到肌纖維變動，影響到本體感覺。本體感覺對於揮拍類運動的運動表現有一定的影響。 Osis & Stefanyshyn (2010)研究三種勁度的高爾夫球桿在有無本體感覺時的揮擊表現，將振動馬達貼於前臂上，以干擾與降低本體感覺，發現對於揮擊速度與下桿速度有顯著差異。*(Karlsen & Nilsson, 2007)研究三種不同重量的高爾夫球桿對於推桿的準確性與主觀感覺，結果顯示運動員可以覺察推桿時重量的改變。 7.

(18) *(Bower & Cross, 2008)研究專業的網球運動員是否對於能球線磅數差異的敏感度，表明只有少數的運動員(11%)能分別細微磅數差異(張力 25 牛頓)，但大多數能感覺分別磅數差異大(75 牛頓)的球拍。J.R. Roberts et al(2004)研究高爾夫球選手在打擊的聲音與打擊感受的關係，結果指出聲音對於高爾夫球選受在判斷打擊的好壞上有影響，同樣是 J.R. Roberts et al(2005)的研究，比較了高爾夫球擊球的振動與打擊感受的關係，結果顯示振動與打擊感受是有相關性的。羽球比賽的過程中，選手必須依照體力的消耗、對手的打球風格、比賽用球的不同、場地的燈光與風向，修正打擊的力量、角度、速度等，已使擊球的落點與弧度更為完美。而好的打擊回饋可以幫助運動員迅速修正下一次擊球內容，增加擊球的質量與威脅性。. 第四節總結綜合以上的文獻與相關理論的探討，球拍的揮重與勁度是有可會影響到球拍振動與打擊的感覺。除了器材本身之外、場地的燈光、空間、擊球的聲音都是會影響到打擊的感受。本研究將以器材為主，探討在不動輝重、勁度是否度對於打擊的感受有影響，並藉由探討擊球過程中球拍撓度的變化，作為廠商或消費者設計、購買球拍的參考。. 8.

(19) 第參章. 材料與方法. 第一節地點國立台灣師灣大學公館校區室內田徑場。. 第二節實驗對象徵招 7 名國立台灣師範大學乙組羽球代表隊隊員，受訓時間達 3 年以上之羽球選手，其中三名曾於全國大專運動會羽球項目奪牌，且受訓時間較長，受試前先了解整個的實驗流程，研究者告知受試者在實驗過程之中的注意事項。受試者完全了解之後簽署「受試者須知及參與同意書」，再進行實驗。7 名受試者基本資料如下。. 表 3-1 受試者基本資料(Mean±SD) 受試者. 年齡(歲). 球齡(年). 身高(公分). 體重(公斤). 全部. 22±1.4. 7.4±2.7. 173±4.7. 68.1±5.3. 高水平. 23±1.0. 9±2.5. 177±3.7. 73±2.8. 一般水平. 21±1.25. 5.75±1.5. 170±1.6. 64.2±1.7. 第三節實驗儀器與設備本研究所使用的器材與軟體如下：. 一、實驗用拍為避免球拍重量影響打擊感覺，本次實驗球拍重量皆為 4U(81-85 公克)的球拍，本實驗使用勝利羽球公司提供外觀一致的六支球拍，如圖 3-1 所示，球拍規格如表 3-2 所示。. 9.

(20) 圖 3-1 實驗用拍. 表 3-2 球拍規格球拍代碼. 重量. 平衡點. (g). (cm). 1 2 3 4 5. 80.5 82.5 81 83 84.5. 31.8 31.6 32.5 32.3 32.8. 81.4 82.4 85.6 86.5 89.8. 6. 83.5. 32.6. 89.8. 二、實驗用球本實驗使用勝利公司的比賽級用球，如圖 3-2。. 圖 3-2 實驗用球. 10. 揮重 (c. ).

(21) 三、類比訊號輸入模組 (National Instruments ,NI 9237 系列模組) 本實驗使用 NI 9237C 系列模組收取黏貼於羽球拍上應變規的形變資訊以及第 3 掌骨加速規訊息上，如圖 3-3 所示。. 圖 3-3 NI 9237C 系列模組. 四、羽球發球機 (Knight Trainer) 使用 Knight Trainer 羽球發球機進行實驗，如圖 3-4 所示。. 圖 3-4 Trainer 羽球發球機. 五、應變規 (Kyowa) 本實驗使用 Kyowa 應變規如圖 3-5 所示，黏貼於羽球拍中桿底端處，應變. 11.

(22) 規之規格如表 3-3 所示。表 3-3 應變規規格型號. KFG-1-120-C1-11L3M2R. 應變係數內電阻電阻長度容許的熱膨脹. 2.07±1.0% 120.4±0.4Ω 3 mm 11.7 PPM/℃ ＋0.008%/℃. 應變規放大圖 3mm. 圖 3-5 kyowa 應變規. 六、高速攝影機 (Fastec Imaging, HiSpec Lite) 使用 Fastec 高速攝影機拍攝每次揮擊時的擊球位置，如圖 3-6 所示。. 圖 3-6 高速攝影機. 七、 LABVIEW (National Instruments, 2012 專業版) 使用 LABVIEW 圖形化程式收取 NI 9237 C 模組擷取的應變規形變的資訊。 12.

(23) 八、傅立葉轉換 (FFT)儀. 圖 3-7 傅立葉轉換頻譜分析儀. 九、加速規 (PCB) 本研究使用之加速規為 PCB 單軸加速規(圖 3-8)，表 3-4 為其規格。. 圖 3-8 PCB 加速規. 表 3-4 加速規規格型號. PCB352a24. 測量方式靈敏度測量範圍最大承載最大測量頻率. 壓電材料(piezoelectric). 工作電壓輸出電壓外觀尺寸感測器重量. 100mV/g ±50g(peak) ±5000g(peak) 8000Hz 18 至 30 直流伏特 8 至 12 直流伏特 0.5*1.3*0.8 公分 1 公克以下. 13.

(24) 第四節實驗方法一、應變規黏貼將兩片應變規平行於拍面，黏著於羽球拍的中桿底端處距離前套 2 公釐處(如圖 4-1 所示)，以半橋方式(half-bridge)連接於 NI9237 系列模組，收取擊球時球拍的撓度變化。. 圖 4-1 應變規黏貼位置. 二、球拍勁度測量方式使用可攜式震動頻譜分析儀(圖 3-7)測量球拍自然頻率，以自然邊界條件懸吊球拍(圖 4-2)，經衝擊錘(圖 4-3)，敲擊所得到之振動由 RT pro signal analysis software 分析軟體進行快速傅立葉轉換，每支球拍敲擊 5 次平均為該球拍之自然頻率，將自然頻率代入公式即為球拍勁度。. 圖 4-2 自由邊界條件懸吊. 14.

(25) 圖 4-3 衝擊錘. 三、受試者配置受試者配置如圖 4-4，應變規電線及加速規沿手臂向後固定，以不干擾揮拍動作為目的。. 圖 4-4 受試者配置. 第五節實驗場地配置圖實驗場地配置圖如圖 5-1 所示。高速攝影機配置於受試者正後方 2 米處，羽球發球機放置於受試者前方 6 米處。. 15.

(26) 羽球發球機. 高速攝影機. 受試者. 圖 5-1 實驗場地配置圖. 第六節實驗步驟一、應變規黏貼與校正（一）. 於六支羽球拍中桿尾端據前套 2mm 處，平行於拍面黏貼兩片應變. 規，注意應變規上下位置必須一樣（二）. 黏貼完應變規後將球拍立放，連接 NI 9237 模組，收取無負重時球. 拍的形變值，做為應變規校正使用。（三）. 二、. 擷取頻率為 1600Hz，使用 20 Hz 低通濾波過濾。. 加速規加速規黏貼於受試者持拍手的第 3 掌骨與指骨關節處。. 三、. 實際擊球. （一）. 場地佈置與補光燈，架設高速攝影機，確認高速攝影機擷取頻率，. 確認應變規、加速規、高速攝影機同步（二）. 向受試者說明實驗流程與注意事項與填寫受試者同意書 16.

(27) （三）. 受試者進行十分鐘熱身與熟悉實驗流程. （四）. 依據平衡次序原則決定球拍測驗的先後次序. （五）. 每支球拍以最大努力擊球五次，利用高速攝影機確認擊球位置. 四、資料分析與處理： (一). 擊球位置由高速攝影機拍攝擊球點，使用 HiSpec 軟體確認祈求位. 置如圖 6-1。. 圖 6-1 擊球位置判定. (二). 甜區判定. 由五次的擊球中挑選三次出擊球點最落於球拍中心(甜區)位置，分析球拍揮拍過程的撓度。甜心位置為由寬度距離為球拍中間豎線算起，向左右的第六條線，長為球拍橫線由上算起第 7 條到第 18 條之間，大約位於 LOGO 處，如圖 6-2 所示。. 17.

(28) 甜區. 圖 6-2 球拍甜區. (三). 球拍撓度：. 應變規收取球拍的資料作為球拍撓度變化，使用高速攝影機確認擊球時間點，將擊球時間點定為 0 秒。如圖 6-3 所示。. 3000 2000. 形變量[µm/m]. 1000 0. 擊球點. -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 -6000 -0.15. -0.1. -0.05. 時間(秒). 0. 圖 6-3 球拍撓度資料. 18. 0.05. 0.1.

(29) (四). 球拍勁度分析：球拍勁度，經由可攜式震動頻譜分析儀所得到的公式，帶入質量計. 算其勁度。公式如下。. =自然頻率 k=勁度 m=質量. (五) 1.. 統計分析：. 使用無母數弗里曼二因子等級變異數(Friedman two-way ANOVA test)分析考驗六種勁度在前擺期的差異情形，顯著水準均定為 α<.05，達顯著者再進行事後比較. 2.. 比較高水平跟一般水平的受試者在球拍擊球前擺期時間是否有差異，使用魏克生符號等級檢定(Wilcoxon Signed-Rank Test) 顯著水準均定為 α<.05. 3.. 使有皮爾遜績差相關檢驗在擊球後加速度振福與打擊感受是否有關係，顯著水準均定為 α<.05. 4.. 統計軟體使用 IBM SPSS Statistics 23.0. 19.

(30) (六). 實驗流程圖. 場地布置與儀器架設. 實驗流程說明填寫受試者同意書. 受試者熱身調整高速攝影機高度. 依據平衡次據原則進行資料收集美隻球拍以最大能力擊球 5 次，每次間隔 3 分鐘. 1 號球拍. 2 號球拍. 3 號球拍. 4 號球拍. 收取應變規訊號收取加速規訊號. 資料分析圖 6-4 實驗流程圖. 20. 5 號球拍. 6 號球拍.

(31) 第肆章. 結果. 研究結果將分成以下四節，第一節為受試球拍的各項資料、第二節為擊球點球拍撓度、第三節為打擊主觀感受。第四節為球拍的前擺期。. 第一節受試球拍資料使用快速傅立葉轉換頻譜分析儀表得到球拍的自然頻率後代入勁度公式，球拍的勁度如表 4-1 所示，可以看出勁度最大的球拍為 K1、最小的為 K6。. 表 4-1 受試球拍資料球拍代碼 K1 K2 K3 K4 K5 K6. 重量. 平衡點. 拍身長. 勁度. (g). (cm). (cm). (K). 82.5 80.5 83 81 83.5 84.5. 31.6 31.8 32.3 32.5 32.6 32.8. 47.8 47.8 48 47.8 47 47.6. 5336.8 4705.8 4694.5 4432.6 4237.1 4110.4. 21.

(32) 第二節擊球點球拍撓度表 4-4 顯示不同運動受試者在六支羽球拍打擊到羽球甜區時候的球拍撓度（Deflection）、標準差跟變異係數，每隻球拍取 3 次擊中甜區作分析。圖 4-1 為 7 位受試者在揮拍過程的球拍撓度圖，撓度為正表示為羽球拍向前彎曲，撓度為負表示羽球拍向後彎曲，時間為 0 時表示羽球拍擊中羽球的時刻，將 3 位高水平受試者(甲、乙、丙)與一般水平受試者(丁、戊、己、庚)分開，比較不同水平運動員在擊球點球拍撓度的差異。丁、庚兩位受試者在擊球點撓度平均為正，且其變異數大，因此將丁、庚兩位受試者的不同隻球拍揮擊的撓度圖做比較，如圖 4-2、4-3。. 表 4-4 擊球點球拍撓度（Deflection）受試者. 平均(Mean±SD) 單位：µm/m. 變異係數. 甲. -1064.7±314.3. 29.5%. 乙. -718.8±354.9. 49.4%. 丙. -663.0±241.9. 36.5%. 丁. 530.6±498.0. 93.9%. 一般水平受. 戊. -647.5±389.3. 60.1%. 試者. 已. -652.5±941.4. 59.3%. 庚. 202.4±1003.7. 495.9%. 高水平受試者. 22.

(33) 4000. 高水平受試者. 形變量[µm/m]. 2000 0 -2000 -4000. 擊球時間. -6000 -0.1. 0 時間[秒]. 0.05. 0.1. 一般水平受試者. 4000 形變量[µm/m]. -0.05. 2000 0 -2000 -4000. 擊球時間. -6000 -0.1. -0.05. 0 時間[秒]. 圖 4-1 不同水平受試者比較. 23. 0.05. 0.1.

(34) 圖 4-2 受試者丁的球拍撓度(縱軸中桿形變量、橫軸時間). 24.

(35) 圖 4-3 受試者庚的球拍撓度(縱軸中桿形變量、橫軸時間). 第三節打擊主觀感受比較不同球拍勁度在擊球後受試者對於打擊主觀感受的影響，以弗里曼二因子等級變異數分析，結果顯示未達顯著水準(P=.34)，如圖 4-4 所示。在擊球後加速度振幅與打擊主觀感受做皮爾遜積差相關，相關性為-0.03(低相關)，P=.87。. 25.

(36) 10.0. 自評分數. 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0. K1. K2. K3 K4 球拍代碼. K5. K6. 圖 4-4 受試者打擊主觀的感受評分. 第四節前擺期一、. 勁度的影響. 比較不同勁度球拍對前擺期的影響，以弗里曼二因子等級變異數分析，結果顯示未達顯著水準(P=.274) 140. 時間(毫秒). 120 100 80 60 40 20 0. K1. K2. K3 K4 球拍代碼圖 4-3 球拍前擺期. 26. K5. K6.

(37) 二、. 不同運動水平的比較. 比較高水平跟一般水平受試者在的球拍前擺期是否有差異，使用魏克生符號等級檢定(Wilcoxon Signed-Rank Test)，結果未達顯著(Z=-1.782 P=.075)，表 4-3 顯示球拍前擺期在不同運動水平的變異係數。. 表 4-2 不同運動水平向前擺期變異係數 K1. K2. K3. K4. K5. K6. 高水平受試者. 10.1%. 9.5%. 4.6%. 2.1%. 5.0%. 5.9%. 一般水平受試者. 9.4%. 6.5%. 1.9%. 4.1%. 20.3%. 5.8%. 140 120 時間(毫秒). 100 80 高水平. 60. 一般水平. 40 20 0 K1. K2. K3. K4. K5. K6. 球拍代碼. 圖 4-3 不同運動水平球拍的後擺期. 27.

(38) 第伍章討論與結論過去的研究指出，在揮擊類的運動上，器材對於運動表現有顯著的影響，本研究針對球拍在相似的重量下，比較不同球拍勁度，了解羽球揮擊過程中球拍撓度的差異情形。. 第一節擊球點撓度圖 4-1 顯示兩種運動的水平受試者在擊球過程的球拍撓度變化，從球拍的後擺期、前擺期到恢復期，整個的揮拍時間大約為 0.15 秒(-0.1 到 0.05 秒)，時間點在 0 時為羽球拍擊球的時刻，從結果的表 4-4 來看，在高水平的三為受試者當中，羽球拍撓度皆在在 0 以下，而不同球拍勁度在擊球點撓度的改變程度不大，這與先前的研究結果相似，Kawn(2009)收取 6 位羽球專業選手的擊球撓度，其中 3 位為世界排名前 50 的選手，該研究雖未探討擊球點撓度，但其在擊球點的撓度皆落在 0 以下，且撓度差異不大。一般水平受試者擊球點撓度的變異係數皆大於高水平的受試者，代表無論勁度的大小，高水平的受試者能在擊球時候，比較能讓球拍保持一定的彎曲度，而一般水平的受試者較難在每次的擊球維持球拍一定的彎曲度，這也代表一般水平受試者每次揮擊的動作差異性較大，所擊出的球在角度跟速度上的穩定性上會不如高水平得受試者。揮拍速度的組成的不同也可能是其中一項因素，過去研究指出，羽球拍的速度來自於球拍與使用者揮擊所產生的旋轉速度(rotational speed)與平移速度(translational speed) (Kawn,2010)， Kawn(2010)指出專業運動員揮拍速度的組成多來自於旋轉速度，平移速度占全部揮拍速度約 8%，而非羽球訓練者的平移速度占全部球速的 20%，並且整體的揮拍速度低於專業運動員。從材料力學的角度，可將羽球拍當作一個懸臂樑結構，當懸臂樑從最大撓度恢復直線之間，此時樑的恢復方向與彈性方向相同，當懸臂樑從直線到其最大撓 28.

(39) 度時候，此時樑的恢復方向與彈性方向相反。當擊球時後球拍撓度落在 0 以下，代表擊球時後球拍中桿為向後彎曲，此時中桿正從彎曲恢復到直線，可將球拍中桿向前的彈性能量轉化為揮拍速度與球速。而在一般水平的受試者中，擊球有部分是在球拍撓度為正時，也就是在球拍中桿為向前彎曲的時刻擊球，如圖 5-1 所示，此時球拍揮拍方向向前，但是中桿彈性受力方向向後，受力方向與揮拍方向相反，除了無法使用球拍中桿的彈性來增加揮拍速度與球速，也會抵消掉部分的球速，在高水平受試者中，皆無在撓度大於 0 時擊球。在一般受試者當中，丁、庚兩位受試者在擊球時後的球拍撓度為正，因此將丁、庚兩位受試者不同隻球拍揮擊的撓度圖分別做比較，如圖 4-2、4-3，可以看出在六隻球拍當中，並非所有的球拍都是在撓度為正的時候擊球，丁受試者在 K3 球拍的擊球點撓度為負，庚受試者在 K5、K6 的擊球點撓度為負，代表對於丁受試者來說，K3 球拍在揮擊時候可以提供向前的彈性位能，庚受者者則是 K5、K6 球拍在揮擊時候可以提供向前的彈性位能，增加部分的揮拍速度與球速，盡管球拍中桿的彈性位能所增加的球速佔整體球速並不多，約只有 4~6%(Kwan,2010)，但相較於其他撓度為正的球拍，是比較適合的。對於一般水平的受試者而言，若單純從擊球時的撓度來選擇球拍，可以選擇擊球時撓度為負的球拍，使中桿的彈性能量能當作擊球時後的助力，而非阻力。羽球運動的球路有很多種，本研究中收取殺球動作的揮拍撓度，並未研究其他種動作，如高遠球、切球、挑球、平推球等動作，這些不同的球路是否會有一致的結果，因此結論並不能推論到其他種球路，但可以當作是選擇球拍的中桿勁度的參考依據之一。. 29.

(40) 球拍彈性方向. 球拍彈性方向. 揮拍方向. 揮拍方向. 圖 5-1 不同水平受試者擊球點撓度. 30.

(41) 第二節打擊主觀感受本研究實驗結果在不同勁度下的揮擊下，受試者對於打擊的感受未達顯著，表示在 4U 重量(80-85 公克)下，並沒有一種勁度是所有受試者所偏愛的。而在羽球拍振動與打擊感覺關係的結果為低相關(-0.3)，這與先前高爾夫球研究結果不同，推測原因為 J.R. Roberts &R.Jones(2005)將除了整體的打擊感覺(feel)外，再細分為 impact、vibration、solid、dead &live，在其中的 impact、vibration 項目上有與手部的振動有相關性。另一種原因推測為羽球拍與羽球重量較高爾夫球拍與高爾夫球輕許多(羽球拍重量大約為高爾夫球拍重量的三分之一、羽毛球重量越為高爾夫球重量的十分之一)，因此羽毛球的揮擊振動相對於高爾夫球較小，因次受試者並無法在幾次的擊球中藉由手部的振動感受出此級距(球拍重量 4U， 80-85 公克)振動的出差異性。可能需要長時間使用或是不同球路多次的測試才能對球拍有整體的打擊感受。在網球的研究上，只有少數專業運動員能分辨出球線細微磅數的差異(Bower & Cross, 2008))，因此若需要達到顯著差異，在球拍在重量與勁度上差異需要更大。從運動回饋(feedback)的角度來看，打擊感覺是由擊球時後的振動回饋與擊球聲音，兩者交互作用所產生的一個整體評價，這在高爾夫球對於打擊感覺的研究中有發現，專業選手對於高爾夫球擊球的聲音與打擊感覺間有強相關(J.R. Roberts&R.Jones,2005)，顯示高爾夫球選手可以用聲音來判斷打擊的感覺好與壞。同樣是 J.R. Roberts & R.Jones(2005)在另一篇研究高爾夫球打擊感覺與手部振動的研究中，發現打擊感覺與振動是有相關性存在的。而本實驗中球拍振動對於打擊感覺並無顯著差異，另一種推測可能是受試者對於羽球打擊感覺的好壞，在擊球聲音的部分影響程度多於擊球的振動，因此單靠擊球振動並無法準確對打擊感受做評分，這也是可以再另外做研究的部分。. 31.

(42) 第三節前擺期比較不同球拍勁度對前擺期的影響，結果顯示未達顯著水準(P=.274)，表示不同勁度的羽球拍並不影響前擺期的時間這與 KWAN 在 2010 年所做的研究結果有所不同，KWAN(2009)使用兩隻重量為 96、97 公克，但勁度不同大小的羽球拍，該研究結果為勁度較大的羽球拍其球拍的前擺期時間較短，但該研究僅使用兩位受試者以及兩支羽球拍做比較，並無法完全做出勁度較大的羽球拍揮拍時間較短的結論，前擺期代表羽球拍在擊球前球拍的加速時間，可以從前擺期來比較羽球拍撓度的差異，由自然頻率經由公式轉換成的勁度，越大代表越不容易受外力影響而彎曲，從圖 4-2、4-3 可以看出，勁度越小的羽球拍在前擺期的撓度越小，表示勁度小的羽球拍在揮拍過程中彎曲程度較大，這結果撓度與物理性質一致，而因為不同勁度並不影響前擺期的時間，因此勁度越小的羽球拍可以在球拍回彈時候產生較大的彈性速度。 KWAN(2009)的研究資料中有四位專業運動員同一支球拍的前擺期時間，前擺期介於 93-99.8 毫秒間，但該研究並未指出是否有在統計上的差異。在不同受試者運動水平方面，同樣未達顯著水準，顯示前擺期時間與受試者的運動水平並無關係。這代表者羽球拍揮拍的加速時間並不會因為運動水平差異，此推論雖與 KWAN(2009)的結果相似，但可能是因為該研究與本研究所徵招的受試者運動水平差異性不夠大。本研究針對受試者運動水平為大專乙組運動員，，若針對大專甲組運動員與乙組運動員或是非羽球訓練者做比較，在揮拍速度與技巧有明顯的差異情況之下，或許會有不同的結果。. 32.

(43) 第四節結論與建議高水平的受試者在打到羽毛球時，中桿撓度為負，代表擊球時後球拍為向後彎曲，此時球拍的彈性速度是向前，有助於整體的揮拍速度與球速，一般水平的受試者則不一定，有 4-5 隻球拍在打擊到羽毛球時，中桿撓度為正，代表擊球時後球拍為向前彎曲，會抵消掉部分揮拍速度與球速，本次研究中受試者並無對哪一種勁度的球拍有一致性的打擊感受，或是加大球拍的差異。球拍勁度的大小並不影響擊球前擺期的時間。若可以快速測量出揮拍的撓度曲線，有助於一般消費這選擇球拍。在打擊感覺的研究上建議可以從擊球聲音方面作探討或是可以加大技術水平的差異來探討差異情形。. 33.

(44) 引用文獻王志全, 蘇義能, 張家銘, & 林希彥. (2007). 國內優秀羽球男子雙打比賽時間結構與擊球拍數分析-以 2006 全國第二次羽球排名賽為例. 嘉大體育健康休閒期刊, 6(2), 70-77. 孫彩卿. (1998). 大專男子羽球選手購買羽球拍決策過程之差異研究. 大專體育 (40), 109-114. 徐育鈴, & 楊育寧. (2008). 羽球女子單打新賽制戰術之淺析 . 臺中學院體育 (5), 150-155. 涂國誠. (2007). 羽球新規則的實施對單打競賽時間結構及技術使用率的影響. 體育學報, 40(3), 129-141. 涂國誠, & 徐康良. (2006). 羽球拍行銷計畫之研究~ 以大專羽球運動員需求調查為例. 成大體育, 39(1), 12-27. 張世聰, & 相子元. (1998). 網球正, 反拍擊球振動對手臂之影響. 體育學報 (26), 257-264. 許樹淵. (1997). 運動生物力學. 曾敏豪, & 張家銘. (2010). 我國羽球男子甲組單打比賽時間結構與擊球拍數分析. 運動知識學報(7), 101-110. Baker, J. A. W., & Putnam, C. A. (1979). Tennis Racket and Ball Responses during Impact under Clamped and Freestanding Conditions. Research Quarterly, 50(2), 164-170. Bower, R., & Cross, R. (2008). Elite tennis player sensitivity to changes in string tension and the effect on resulting ball dynamics. Sports Engineering, 11(1), 31-36. Brody, H. (1995). How would a physicist design a tennis racket? Physics Today, 48, 26. J.R. Roberts, R. Jones, N.J. Mansfield, S.J. Rothberg(2005). Evaluation of vibrotactile sensations in the ‘feel’of a golf shot. Journal of Sound and Vibration 285, 303– 319 29.

(45) J.R. Roberts, R. Jones, N.J. Mansfield, S.J. Rothberg(2005). Evaluation of impact sound on the ‘feel’ of a golf shot. Journal of Sound and Vibration 287, 651–666 Karlsen, J., & Nilsson, J. (2007). Club shaft weight in putting accuracy and perception of swing parameters in golf putting. Perceptual and motor skills, 105(1), 29-38. Kwan, M., Cheng, C. L., Tang, W. T., & Rasmussen, J. (2010). Measurement of badminton racket deflection during a stroke. Sports Engineering, 12(3), 143-153. doi: 10.1007/s12283-010-0040-5 Kwan, M., & Rasmussen, J. (2009). The importance of being elastic: deflection of a badminton racket during a stroke. Comparative Study Research Support, Non-U.S. Gov't].J Sports Sci, 28(5), 505-511. doi: 10.1080/02640410903567785 Osis, S. T., & Stefanyshyn, D. J. (2010). Vibration at the wrist and elbow joints during the golf swing reveals shaft-specific swing kinematics. Procedia Engineering, 2(2), 2637-2642.. 30.

(46) 附錄一、實驗參與者同意書. 本人已詳細閱讀實驗參與者須知內容，且輕過研究者解說後，已完全了解實驗內容、步驟，以及實驗期間可能發生的狀況。本人同意參加此實驗「不同勁度羽球拍之撓度及打擊感受探討」，且在實驗期間全力配合，並盡自己最大努力來完成此實驗. 實驗名稱：不同勁度羽球拍之撓度及打擊感受探討. 參與者保護說明. 一、您將具有隱私權和匿名的權力. 二、實驗者在實驗內容和實驗目的有告知您的責任. 三、您可以隨時要求解答有關實驗的各種問題. 四、您有隨時退出實驗的權利. 參與者：. (簽名). 日期：. 臺灣師範大學運動科學研究所研究生林世哲敬上 31.

(47) 附錄二、實驗參與者基本資料. 在您瞭解本實驗並且願意參與本實驗後，請填寫下列各項基本資料，讓實驗者了解您的生理狀況及運動背景，讓實驗可以潤利進行。而您所填寫的各項資料將會受到嚴格保密，不會有公開的危險。. 參與者姓名：. 出生日期：. 身高：. 公分. 體重：. 公斤. 專長年資：. 年. 感謝您如實的填寫. 臺灣師範大學運動科學研究所研究生林世哲敬上. 32.

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