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听声识拍速——挥拍速度与声音的关系

 火.. [复制链接]
 楼主| 发表于 2024-3-16 16:22:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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有人@zl0910 问我能不能分析下挥拍的声音(频率)和挥速的关系,空气动力学我不太懂,但信号处理是我专长啊
800.jpeg
理论依据
给了个Strouhal公式,说明声音频率和速度正相关,作为理论依据
显然挥拍声音来自拍头,那里速度最快。

WX20240420-164419@2x.jpg
我印象中,物体划过空气会产生旋涡,旋涡会忽左忽右的从物体上面脱落,产生一个波浪状的气流,最终产生了声音
一个小问题是,拍头形状各异,不是圆柱体,箱式拍框是否和流体拍框共用这个公式还不确定,这点我不够专业,先不考虑啦(经60楼#FFC125修正)


我采集了些数据,
看看多快的挥拍能产生多高的声音频率
具体是录了个慢动作视频,这样以后可以对比速度和录音


声音可以看其频谱,初步看,可以看到音量有区别,会比较亮。频谱能量分布很平坦,特征不是很明显,能看到速度提高了,频谱会变亮,最亮的位置也会略微提高
WX20240316-031355@2x.jpg
FFT看看发现基波峰值在1000Hz附近,编辑一下明显了不少,这么看还是很有把握从中提取有用信息的  
WX20240318-103108@2x.jpg
再弄下短时傅里叶变换,做个时频分析


然后就是采集速度数据了,从视频中量取2帧之间球拍跑过的距离,换算成速度(测量拍子在图像中的大小,和移动的距离,按照150帧每秒),
WX20240316-152138@2x.jpg

共采了23个数据点,做个曲线拟合可以看到挥拍速度v150 和 声音频率fff 的关系
WX20240314-093044@2x.png

那么对于我这把球拍6.2mm的拍框,麦克风采集声音,测量声音基波频率,乘与0.07再减4 就是挥速,更粗拍框的,速度按比例乘上就是


话说我挥拍速度居然到了70m/s, 也就是252km/h,没准400公里的杀球还是有点希望的




多普勒效应
上面的实验是侧面记录的,距离2米左右,可以反应整个挥拍过程的速度。最好是空旷的区域以减少回声干扰

如果从正面录制,因为多普勒效应,声音频率还会更高,式子会变得复杂。不过也许有点用,因为可以专门记录特定位置的挥拍速度
WX20240316-012230@2x copy.jpg


现在就缺个程序员了
做成一个APP还是挺有吸引力的,能够进行量化,那就能知道是不是发力集中,让速度真的上去了









本帖最后由 wanglin406 于 2024-4-20 16:45 编辑
发表于 2024-3-16 20:12:29 | 显示全部楼层
好文  帮顶 理工男!
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发表于 2024-3-16 20:57:28 来自中羽APP | 显示全部楼层
强啊哈哈哈哈
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发表于 2024-3-16 21:54:22 来自中羽APP | 显示全部楼层

本帖最后由 仁者无敌咯 于 2024-3-16 21:57 编辑
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发表于 2024-3-16 21:54:48 来自中羽APP | 显示全部楼层
不过如果击球的话,会有击球声音的干扰
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发表于 2024-3-17 00:28:27 来自中羽APP | 显示全部楼层
厉害厉害,果然高手!回头仔细拜读
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发表于 2024-3-17 05:41:17 来自中羽APP | 显示全部楼层
思考一:看来实验数据支持挥速-频率正相关的。考虑到Strouhal公式,速度频率不止是正相关,而且是正比;所以是不是采用p2=0 的一阶曲线拟合更合适?不过你算出来的p2=4,已经很接近0了。(熬夜看全英,睡不着了推公式,哈哈)
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发表于 2024-3-17 05:44:28 来自中羽APP | 显示全部楼层
思考二:挥拍方向和麦克风的相对位置的分析很厉害,我从没想到多普勒效应在这有这么强的影响。话说也是70m/s已经有声速的1/5了,不能忽视。

分析的好啊!
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发表于 2024-3-17 05:59:33 来自中羽APP | 显示全部楼层
思考三:没有想清楚为啥会有“预想的弧形”。
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发表于 2024-3-17 07:56:29 来自中羽APP | 显示全部楼层
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发表于 2024-3-17 08:38:01 来自中羽APP | 显示全部楼层
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发表于 2024-3-17 11:59:10 来自中羽APP | 显示全部楼层
这个牛啊 前排学习
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发表于 2024-3-17 11:59:26 来自中羽APP | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2024-3-18 00:15:09 来自中羽APP | 显示全部楼层
仁者无敌咯 发表于 2024-03-16 21:54
不过如果击球的话,会有击球声音的干扰

是的   
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 楼主| 发表于 2024-3-18 00:23:29 来自中羽APP | 显示全部楼层
zl0910 发表于 2024-03-17 05:59
思考三:没有想清楚为啥会有“预想的弧形”。

我是这么想的,如果速度不变,当球拍正向麦克风时频率最高,背离时最低,频谱上应该是个波浪线(正弦)
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发表于 2024-3-18 00:31:14 来自中羽APP | 显示全部楼层
不错的研究
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 楼主| 发表于 2024-3-22 15:29:53 | 显示全部楼层
仁者无敌咯 发表于 2024-3-16 21:54
不过如果击球的话,会有击球声音的干扰

WX20240322-152626@2x.jpg

嗯,最近想了一下。

虽然击球声会有干扰,但也能识别出来,时频分析可以区分不同时间与不同频率的事件,就像五线谱一样
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发表于 2024-3-22 16:59:34 来自中羽APP | 显示全部楼层
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发表于 2024-3-22 17:02:52 来自中羽APP | 显示全部楼层
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发表于 2024-3-22 17:42:44 来自中羽APP | 显示全部楼层
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