Comment vibre une raquette de tennis

L'état de la technologie des antivibrateurs pour le tennis avant AMbelievable™

Il y a plus de dix ans (en 2008), un groupe de chercheurs dirigé par l'ancien directeur de la R&D du célèbre producteur d'équipements sportifs Head NV (M. Mohr) a mené l'une des premières études scientifiques approfondies portant sur les modes de vibration d'une raquette de tennis. L'analyse, appuyée par des équipements de laboratoire avancés, a étudié les caractéristiques vibratoires d'une raquette de tennis — plus précisément, d'un "système de raquette de tennis", incluant le cadre de la raquette, le tamis et un antivibrateur traditionnel.

Les conclusions indiquent trois principaux résultats :

1. Les amortisseurs traditionnels doivent avoir une masse minimale pour être efficaces. En dessous de 2 grammes, ils n'ont aucun effet significatif, quelle que soit leur position.
2. Les amortisseurs traditionnels doivent être ajustés pour fournir des conditions d'amortissement optimisées pour chaque configuration de raquette. 
3. Les amortisseurs traditionnels n'affectent pas les modes de flexion du cadre aux basses fréquences ; en revanche, ils influent sur la réponse haute fréquence, ce qui va au-delà de leur simple aspect esthétique sur la raquette.

Ces conclusions ont servi de base pour la production d’amortisseurs. Bien que les avancées en matière de matériaux aient introduit des améliorations esthétiques et de légers gains de performance, aucune innovation significative n’a émergé avant l’arrivée d’AMbelievable™. Pour démontrer l’impact de notre avancée, nous avons commandé une étude indépendante pour comparer les données de 2008 avec de nouvelles mesures. En utilisant des technologies d’acquisition améliorées et une configuration expérimentale plus précise, cette étude de suivi a également évalué les performances de notre gamme AMbelievable, confirmant sa supériorité.

Le spectre de vibration typique d’une raquette de tennis

Quand une raquette de tennis vibre après avoir frappé la balle, elle oscille de différentes façons, selon l’endroit et la manière dont la balle la touche. Ces mouvements différents sont appelés "modes" de vibration. Un mode est simplement une façon spécifique dont la raquette vibre, et chaque mode se produit à une certaine fréquence (la rapidité de la vibration).

Voici un aperçu des trois principaux types de modes de vibration :

1. Mode de flexion du cadre : Imaginez le cadre de la raquette, la partie que vous tenez, qui se plie légèrement d’avant en arrière, un peu comme une planche de plongeon. Cela se produit à une fréquence relativement basse. C’est une vibration lente et perceptible car tout le cadre est impliqué, et les forces mécaniques sont transférées dans votre bras.
2. Mode de torsion : Dans ce mode, la raquette tourne autour de son axe central. Pensez à tordre une serviette : une extrémité tourne dans une direction et l’autre dans la direction opposée. Ce mouvement de torsion se produit généralement à une fréquence plus élevée que la flexion.
3. Mode de vibration des cordes : Ce mode implique que les cordes vibrent après que la balle les ait touchées, un peu comme les cordes d’une guitare après avoir été pincées. Ces vibrations sont les plus rapides (haute fréquence) car les cordes sont bien plus légères et flexibles que le cadre.

Chaque mode se produit à une fréquence différente en fonction de la masse impliquée et de la rigidité ou de la flexibilité de la raquette dans différentes zones. Dans un graphique du spectre de vibration, comme celui que vous voyez ci-dessous, vous pouvez voir ces modes sous forme de pics distincts, la flexion du cadre se produisant aux basses fréquences, la torsion au milieu, et le mode des cordes aux hautes fréquences.

Graphique A | Spectre de fréquence d’une raquette de tennis sans antivibrateur

Ce graphique montre le comportement vibratoire naturel de la raquette sans antivibrateur. Les pics proéminents représentent différents modes de vibration : les basses fréquences correspondent à la flexion du cadre, les fréquences moyennes à la torsion, et les fréquences élevées aux vibrations des cordes. Ces pics indiquent qu'en l'absence d'amortissement, la raquette subit des vibrations importantes sur une large gamme de fréquences.

Il a été prouvé scientifiquement que les basses fréquences affectent négativement les problèmes inflammatoires. En 2019, un groupe de chercheurs de l'université de Singapour a mené une étude approfondie sur l'effet des vibrations sur les performances des joueurs de tennis, démontrant que l'utilisation d'un dispositif anti-vibrations augmentait la performance globale de 25 %. Plus important encore, l'étude a montré que le dispositif pouvait accroître la précision des frappes en phase de fatigue et retarder cette phase.

Fig. 1 Graphique A : Spectre de fréquence, mesuré en Hertz, d'une raquette de tennis sans antivibrateur (ligne bleue) et avec un antivibrateur en silicone traditionnel de 3 grammes. (Source : Test de laboratoire indépendant par HEAD Acoustics GmbH)

Graphique B | Spectre de fréquence d'une raquette de tennis avec un antivibrateur traditionnel

Ici, nous comparons les vibrations naturelles de la raquette avec l'effet d'un antivibrateur traditionnel. L’antivibrateur traditionnel réduit les pics de vibration, en particulier autour des fréquences plus élevées associées aux vibrations du tamis de cordage. Cependant, bien que les pics soient plus faibles, l'impact de l'antivibrateur est négligeable aux fréquences plus basses (c'est-à-dire, flexion du cadre et torsion), ce qui indique que les antivibrateurs traditionnels réduisent l’amplitude des vibrations, mais n’ont pas d'effet complet sur tous les modes.

Fig. 2 Graphique B : Le graphique ci-dessus montre le spectre de fréquence, mesuré en Hertz, d'une raquette de tennis sans antivibrateur (ligne bleue) et avec un antivibrateur en silicone traditionnel de 3 grammes. (Source : Test de laboratoire indépendant par HEAD Acoustics GmbH)

Il est intéressant de noter que l’effet d’un antivibrateur traditionnel est concentré sur les fréquences autour de 900 Hz et 1200-1300 Hz, où son impact est plus significatif. L'antivibrateur agit également comme un déplaceur de mode sur d'autres fréquences (par exemple, autour de 550 Hz et 1700 Hz), déplaçant ainsi la fréquence de vibration de la raquette. Ces résultats sont cohérents avec l'étude de Morh et al. (2008). Cependant, nous avons obtenu une perspective plus claire et plus large grâce à certaines améliorations de l’équipement, car le montage expérimental utilisé dans l’étude de 2008 (la raquette suspendue avec un fil de nylon) comportait certaines limites de mesure, alors que le laboratoire ayant effectué l’analyse en 2024 a utilisé une configuration plus propre.

La Technologie de l'Antivibrateur AMbelievable™ pour le Tennis

Depuis 2008, les avancées dans l'impression 3D, les métamatériaux et l'ingénierie ont considérablement redéfini les possibilités dans le domaine des équipements sportifs. Les progrès dans la fabrication de précision, la science des matériaux et la conception assistée par ordinateur nous ont permis de créer des technologies autrefois uniquement imaginées. AMbelievable™ exploite ces innovations pour vous offrir un antivibrateur de tennis qui dépasse les limites traditionnelles, assurant un contrôle des vibrations sans précédent et une expérience de jeu personnalisée.

Que sont les Métamatériaux ?

Les métamatériaux sont des matériaux artificiels conçus pour avoir des propriétés qui n’existent pas dans les substances naturelles. Presque n'importe quel matériau peut être conçu en métamatériau, car ses propriétés proviennent de l’arrangement géométrique de sa méso-structure (c’est-à-dire sa “structure plus grande”, appelée méta-cellules) plutôt que de sa microstructure (c'est-à-dire, atomes et molécules). En organisant les composants internes selon des schémas géométriques précis, les métamatériaux peuvent contrôler de manière non conventionnelle les ondes électromagnétiques, le son ou les vibrations mécaniques. Contrairement aux matériaux traditionnels, qui tirent leurs caractéristiques de leur composition chimique, les métamatériaux obtiennent leurs capacités par la façon dont leurs structures internes interagissent avec les ondes entrantes.

Structures en Treillis et Absorption des Vibrations

Les structures en treillis sont un type de métamatériau particulièrement efficace dans l’absorption des vibrations grâce à leur réseau géométrique complexe de cellules répétées. Ces cellules peuvent être conçues pour maximiser la dissipation d'énergie en se déformant de manière spécifique lorsqu'elles sont soumises à des vibrations. Grâce à leur géométrie soigneusement étudiée, les structures en treillis peuvent décomposer les vibrations entrantes, distribuer l'énergie et en réduire l'impact. Cela les rend extrêmement efficaces pour atténuer l'énergie mécanique indésirable, ce qui est particulièrement bénéfique dans des applications comme les équipements sportifs, où la réduction des vibrations peut améliorer le confort et les performances.​

Ajustement des Métamatériaux pour des Fréquences Spécifiques

Un des avantages les plus intéressants des métamatériaux est leur capacité à être “ajustés” pour manipuler certaines fréquences. En modifiant la forme, la taille ou l'arrangement de leur structure interne, les métamatériaux peuvent être conçus pour amplifier ou réduire des fréquences spécifiques. Cela signifie qu'ils peuvent être configurés pour diffuser, concentrer ou bloquer les vibrations en fonction des exigences de conception. Cette capacité d'ajustement permet la création de solutions sur mesure pour atténuer ou même renforcer les vibrations dans une plage de fréquences précise, offrant un niveau de contrôle que les matériaux conventionnels ne peuvent pas atteindre. L'impact de cette innovation appliquée aux antivibrateurs de tennis est remarquable, et les données recueillies lors de l'étude de suivi de 2024 en sont la preuve.

Graphique C | Spectre de fréquence d'une raquette de tennis avec un antivibrateur AMbelievable™

Ce graphique montre la comparaison entre "sans antivibrateur" et l’antivibrateur "AMbelievable Universal v1". L’antivibrateur Universal v1 réduit significativement les pics de vibration sur toutes les plages de fréquences, de la flexion du cadre à la torsion et aux modes du tamis. Cela démontre son efficacité à minimiser les vibrations à basse et haute fréquence, offrant ainsi au joueur un meilleur confort et une stabilité accrue pendant le jeu. La réponse vibratoire plus fluide suggère une amélioration notable de la sensation générale de la raquette.

Quel est le secret (ou plutôt, le brevet) ? L’antivibrateur Universal v1 d’AMbelievable utilise les métamatériaux, une technologie avancée qui permet un contrôle précis des fréquences de vibration. Les métamatériaux peuvent être conçus pour amplifier ou réduire des fréquences spécifiques, permettant ainsi une manipulation fine des modes de vibration. Dans ce cas, l’antivibrateur Universal v1 d’AMbelievable réduit efficacement les vibrations sur l’ensemble des basses et hautes fréquences.

Plus intéressant encore, comme le note l'étude de Morh et al., une masse de seulement 1 gramme (comme celle de l’antivibrateur AMbelievable) était auparavant considérée comme insuffisante pour créer des effets d'atténuation mesurables sur les hautes fréquences. De plus, la masse d’un antivibrateur traditionnel (>3 grammes) était jugée insuffisante pour réduire de manière mesurable les vibrations à basse fréquence. Cependant, la conception en métamatériaux permet une réduction significative des vibrations même en dessous du seuil de 1 gramme, démontrant que des ajustements de conception précis peuvent compenser la légèreté. En conclusion, en utilisant le pouvoir des métamatériaux, l’antivibrateur d’AMbelievable peut surpasser considérablement les modèles conventionnels en ciblant et en atténuant plus efficacement certaines fréquences.

Ces découvertes représentent une véritable avancée dans le domaine de la réduction des vibrations.

Fig. 3 Graphique C : Le graphique ci-dessus montre le spectre de fréquence, mesuré en Hertz, d’une raquette de tennis sans antivibrateur (ligne bleue) et avec un antivibrateur AMbelievable™ imprimé en 3D de 1 gramme. (Source : Test de laboratoire indépendant par HEAD Acoustics GmbH)

Si vous souhaitez plonger dans les détails techniques, rendez-vous en bas de page et abonnez-vous pour recevoir le document scientifique complet sur le sujet. Dans ce document, nous approfondirons l'analyse modale (c’est-à-dire comment la raquette bouge et vibre avec et sans notre antivibrateur et ce que le spectre de fréquence nous apprend sur un coup puissant ou une raquette plus “contrôlable”), et nous expliquerons également comment la technologie des métamatériaux nous permet de manipuler finement les fréquences de vibration — ouvrant la voie au tout premier antivibrateur de tennis personnalisé au monde.

Le besoin de personnalisation

Comme nous l'avons mentionné précédemment, la personnalisation des antivibrateurs de cordage pour le tennis est cruciale, car chaque configuration de raquette et de cordage produit des profils de vibration uniques. L'efficacité d'un antivibrateur dépend de facteurs spécifiques tels que le cadre de la raquette, le type de cordage, la tension et le style de jeu du joueur. Une approche “taille unique” est limitée, ce qui souligne la nécessité de solutions personnalisées pour optimiser le contrôle des vibrations et améliorer les performances. Les antivibrateurs personnalisés peuvent cibler des fréquences spécifiques, augmentant le confort, le contrôle et réduisant les risques de blessures.

Pour mieux illustrer ce concept, nous publions pour la première fois un ensemble de données concernant la fréquence naturelle de vibration de plusieurs modèles de raquettes de tennis.

Graphique E | Intervalles de Fréquence de Vibration Liés au Cadre des Raquettes de Tennis par Marque

Curieux de savoir comment vibre votre propre raquette de tennis ? Le graphique ci-dessous montre les fréquences naturelles de vibration du cadre pour chaque marque, chaque raquette ayant une fréquence unique. Certaines marques couvrent un large éventail de fréquences en raison de la diversité de leurs modèles, tandis que d'autres se concentrent sur une gamme plus restreinte.

Notre base de données comprend plus de mille modèles de raquettes, chacun testé pour sa fréquence naturelle, sa rigidité et son poids. Ces données nous aident à créer des antivibrateurs personnalisés pour chaque modèle spécifique. Nous analysons également divers types de cordages, niveaux de tension et effets de frappe, tels que la rotation, la force et l’angle d’impact. C'est un projet important, et nous prévoyons de le finaliser dans les prochains mois.

Fig. 4 Graphique E : Fréquence naturelle de vibration du cadre (mode de flexion uniquement) pour tous les modèles de raquettes, regroupés par marque. (Source : Sources multiples)

Conclusion

D'après cette étude comparative, l'AMbelievable Universal v1 se classe comme l’antivibrateur le plus efficace, suivi de l'AMbelievable Tuned Balance v1. Les antivibrateurs traditionnels, bien qu'ils offrent un certain soulagement des vibrations, arrivent en troisième position en raison de leur portée limitée d'efficacité. Les données mettent en évidence l'importance de nos antivibrateurs innovants pour améliorer le confort et le contrôle de la raquette en réduisant les vibrations indésirables sur tous les modes.

Si vous êtes un joueur professionnel ou un amateur passionné, nous vous invitons à rejoindre notre programme d'accès anticipé. 

Fig. 4 : Une vue simplifiée des spectres de vibrations d'une raquette de tennis sans antivibrateur (ligne noire), avec un antivibrateur traditionnel (gris), et avec le Modèle Universal v1 d'AMbelievable (bleu) et le Modèle Tuned v1 (jaune). (Source : élaboration interne simplifiée du test de laboratoire de HEAD Acoustics GmbH)

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