Come vibra una racchetta da tennis

Lo stato della tecnologia degli antivibrazione prima di AMbelievable™

Più di dieci anni fa (nel 2008), un gruppo di ricercatori, guidati dall'ex Direttore R&D del rinomato produttore di attrezzature sportive Head NV (Dott. Mohr), condusse uno dei primi e più completi studi scientifici sui modi di vibrazione di una racchetta da tennis. L'analisi, supportata da apparecchiature di laboratorio avanzate, ha studiato le caratteristiche di vibrazione di una racchetta — o meglio: di un "sistema racchetta", composto dal telaio della racchetta, dalle corde e, dove presente, da un antivibrazione tradizionale. Lo studio fu condotto su una HEAD Radical Pro (versione del 2007), che montava corde HEAD Ultra Tour; come antivibrazione fu usato il modello, sempre della HEAD, che oggi si chiama XDAMP -ancora molto diffuso e tra i più venduti al mondo. 

Le conclusioni portarono a tre risultati principali:

1. Gli antivibrazione tradizionali devono avere una massa minima per essere efficaci. Sotto i 2 grammi, non producono alcun effetto significativo in nessuna posizione.
2. Gli antivibrazione tradizionali devono essere regolati per fornire condizioni di smorzamento ottimizzate per le configurazioni individuali delle racchette da tennis.
3. Gli antivibrazione tradizionali non influenzano le modalità di flessione del telaio a frequenze più basse; invece, hanno effetti reali sulla risposta alle alte frequenze, andando oltre la semplice funzione estetica sulla racchetta.

Questi risultati sono diventati la base scientifica per la produzione degli antivibrazione dal 2008 a oggi (anzi ieri). Infatti, sebbene i progressi nei materiali abbiano introdotto miglioramenti estetici e lievi incrementi di prestazione, non è emersa alcuna innovazione significativa fino all'arrivo di AMbelievable™ alla fine del 2023. A seguito della pubblicazione del nostro brevetto, per dimostrare l'impatto della nostra innovazione, abbiamo chiesto ad una società di realizzare uno studio indipendente, e certificato, per confrontare i dati del 2008 con nuove misurazioni. Essendo pasasati diversi anni, questa volta sono state utilizzate tecnologie di acquisizione ancora più precise, e una configurazione sperimentale più adeguata; inoltre, ovviamente, questo nuovo studio ha valutato anche le prestazioni della nostra linea di prodotti AMbelievable™. I risultati sono davvero degni di nota, e saranno pubblicati su riviste scientifiche nei prossimi mesi.

Lo spettro di vibrazione tipico di una racchetta da tennis

Quando una racchetta da tennis vibra dopo aver colpito una palla, si muove in molti modi diversi. Questi movimenti sono chiamati, appunto, "modi" di vibrazione. Un modo è semplicemente una modalità specifica in cui la racchetta vibra (ad esempio: il telaio si flette avanti e indietro, oppure oscilla a destra ed a sinistra, ecc) e ogni modo avviene a una certa frequenza (dove per frequenza intendiamo quanto velocemente si verifica la vibrazione, che si misura in Hertz - Hz - ossia oscillazioni al secondo).

Ecco una suddivisione dei tre principali tipi di "modi di vibrazione" che si verificano dopo l'impatto:

1. Modo Flessionale del Telaio: Immagina il telaio della racchetta, che si piega leggermente avanti e indietro, un po' come un trampolino che si piega quando qualcuno ci sale o salta sopra. Questo movimento avviene a una frequenza relativamente bassa. È una vibrazione (relativamente) lenta e percepibile perché coinvolge l'intero telaio e le forze meccaniche vengono trasferite al braccio.​
2. Modo di Torsione: In questo caso, la racchetta si torce intorno al suo asse centrale. Puoi visualizzare il movimento come "strizzare un asciugamano": un'estremità ruota in una direzione e l'altra nell'altra direzione. Questo movimento di torsione avviene di solito a una frequenza più alta rispetto alla flessione.
3. Modo "del Piatto Corde": Questo modo coinvolge le corde che vibrano dopo che la palla le ha colpite, come le corde di una chitarra dopo essere state pizzicate. Queste vibrazioni sono le più veloci (alta frequenza) perché le corde sono molto più leggere e flessibili del telaio.​

Ognuo di questi "movimenti" avviene a una frequenza diversa in base a quanta massa (peso) è coinvolta e a quanto il telaio è rigido o flessibile in diverse aree, ecc. In un grafico dello spettro di vibrazione, come quello che vedete qui sotto, è possibile individuare chiaramente questi modi come picchi distinti, con la flessione del telaio che avviene a frequenze più basse, la torsione a frequenze intermedie, e il modo del piatto corde a frequenze più alte.

Grafico A | Spettro di frequenza di una racchetta da tennis senza antivibrazione

Questo grafico mostra il comportamento di vibrazione della racchetta senza antivibrazione. I picchi prominenti rappresentano diversi modi di vibrazione: le frequenze più basse corrispondono alla flessione del telaio, le frequenze medie alla torsione, e le frequenze più alte alle vibrazioni delle corde. L'ampiezza dei picchi equivale all'energia totale della vibrazione, ed indicano chiaramete che, senza smorzamento, la racchetta subisce vibrazioni significative su un ampio intervallo di frequenze.

È stato scientificamente provato che le frequenze più basse hanno effetti negativi sui problemi infiammatori, ed era noto (fino a prima dell'introduzione di AMbelievbale™) che gli antivibrazione non potessero essere d'aiuto nel ridurle. Inoltre, nel 2019, un gruppo di ricercatori della Singapore University ha condotto uno studio approfondito su come le vibrazioni influenzano le prestazioni dei giocatori di tennis e ha dimostrato che l'uso di un dispositivo di smorzamento delle vibrazioni aumentava le prestazioni complessive di un sorprendente 25%. Ancora più importante, lo studio ha mostrato prove evidenti che un antivibrazione potrebbe aumentare la precisione dei colpi durante la fase di affaticamento e ritardare quest’ultima.

Fig. 1 Grafico A: Spettro di frequenza, misurato in Hertz, di una racchetta da tennis senza antivibrazione (Fonte: Test di laboratorio indipendente di HEAD Acoustics GmbH)

Grafico B | Spettro di frequenza di una racchetta da tennis con un antivibrazione tradizionale

Qui, confrontiamo le vibrazioni della racchetta con l'effetto di un antivibrazione tradizionale. Un dispositivo tradizionale riduce i picchi di vibrazione soprattutto nelle frequenze più alte, associate alle vibrazioni del piatto corde. Tuttavia, l’impatto dell’antivibrazione è trascurabile alle basse e medie frequenze (cioè la flessione del telaio e la torsione). Inoltre, è da notare che i dispositivi tradizionali riucono sì l'ampiezza dei picchi ad alta frequenza, ma hanno un impatto limitato sulle frequenze (la loro funzione prevalente non è, quindi, quella di fare da "mode shifter" –come si dice in inglese).

Fig. 2 Grafico B: Il grafico sopra mostra lo spettro di frequenza, misurato in Hertz, di una racchetta da tennis senza antivibrazione (linea blu) e con un antivibrazione tradizionale in silicone da circa 3 grammi. (Fonte: Test di laboratorio indipendente di HEAD Acoustics GmbH)

È interessante notare, inaftti, che l’effetto di un antivibrazione tradizionale si concentra solo su frequenze intorno ai 900 Hz e 1200-1300 Hz, ossia i picchi dove il suo impatto è più significativo. L'effetto di spostamento delle vibrazioni o “mode shifting” su altre frequenze (ad esempio, intorno a 550 Hz e 1700 Hz) è trascurabile, e non cambia quindi il "modo di vibrazione". In parole meno tecniche: l'antivibrazione riduce alcune frequenze ma non modifica il modo in cui la racchetta si "muove" dopo l'impatto con la palla. Questi risultati sono coerenti con lo studio di Morh et al. (2008), ma si è ottenuta una visione più chiara grazie ai miglioramenti nel setup sperimentale, merito della società che ha condotto lo studio.

La tecnologia dell’antivibrazione AMbelievable™

Dal 2008, i progressi della stampa 3D, lo sviluppo dei metamateriali e gli avanzamenti nelle tecniche di ingegneria hanno drasticamente cambiato lo scenario tecnologico –impattando anche nel modo in cui si può progettare e produrre l’attrezzatura sportiva. I progressi nella precisione di produzione, nella scienza dei materiali e nella progettazione assistita da computer (CAD/CAE) ci hanno permesso di raggiungere risultati prima solo immaginabili nei romanzi di fantascienza. AMbelievable™ sfrutta queste innovazioni per offrirti un antivibrazione per il tennis che va oltre i limiti tradizionali, garantendo un controllo delle vibrazioni senza precedenti e un'esperienza di gioco personalizzata.

Cosa sono i Metamateriali?

I metamateriali sono materiali artificiali progettati per avere proprietà che non si trovano nelle sostanze naturali. Quasi ogni materiale può essere ingegnerizzato come metamateriale, poiché le sue proprietà derivano dall’arrangiamento geometrico della sua meso-struttura (cioè la sua "struttura più grande") piuttosto che dalla microstruttura (cioè atomi e molecole). Questa "meso-struttura" è solitamente ottenuta progettando delle celle elementari (o meta-celle), che vengono poi ripetute all'interno del metamateriale. Ed è proprio dalla geometria e dalla disposizione di questi componenti interni che prendono vita i metamateriali, ed è grazie a questi arrangiamenti geometrici che possono controllare in modo non convenzionale le onde elettromagnetiche, il suono o le vibrazioni meccaniche. Diversamente dai materiali tradizionali, che derivano le loro caratteristiche dalla composizione chimica o atomica, i metamateriali ottengono le loro capacità dal modo in cui la loro macro-geometria interagisce con l'ambiente circostante. 

Strutture Reticolari e Assorbimento delle Vibrazioni

Le strutture reticolari sono un tipo di metamateriale particolarmente efficace nell’assorbire vibrazioni grazie alla loro rete geometrica intricata di celle ripetute. Anche in questo caso, i reticoli sono costituiti da celle elementari (le meta-celle di cui parlavamo prima). Queste celle possono essere progettate -ad esempio- per massimizzare la dissipazione dell'energia, flettendosi in modi specifici quando sono sottoposte a vibrazioni. Grazie alla loro geometria attentamente progettata, le strutture reticolari possono frammentare le vibrazioni in arrivo, distribuendo l'energia e riducendone l'impatto. Questo le rende altamente efficienti nel ridurre l’energia meccanica indesiderata, particolarmente utile in applicazioni come le attrezzature sportive, dove ridurre le vibrazioni può migliorare il comfort e le prestazioni.

Sintonizzazione dei Metamateriali per Frequenze Specifiche

Uno dei vantaggi più interessanti dei metamateriali è la possibilità di "sintonizzarli" per manipolare determinate frequenze. Regolando la forma, la dimensione o l’arrangiamento della loro struttura interna, i metamateriali possono essere progettati per amplificare o ridurre frequenze specifiche. Ciò significa che possono essere creati per diffondere, concentrare o bloccare le vibrazioni a seconda dei requisiti di progettazione. Questa capacità di sintonizzazione permette la creazione di soluzioni su misura per smorzare o persino amplificare le vibrazioni in un intervallo di frequenze preciso, fornendo un livello di controllo che i materiali convenzionali non possono raggiungere. L’impatto di questa innovazione applicata agli antivibrazione per il tennis è straordinario, e i dati raccolti durante lo studio di follow-up del 2024 parlano da soli.

Grafico C | Spettro di frequenza di una racchetta da tennis con un antivibrazione AMbelievable™

Questo grafico mostra il confronto tra la racchetta senza antivibrazione e con l’antivibrazione "AMbelievable Universal v1". L’antivibrazione Universal v1 riduce significativamente i picchi di vibrazione su tutte le gamme di frequenza, dalla flessione del telaio alla torsione (i picchi a c.a. 150 Hz e c.a. 400 Hz sono annullati!) e ai modi del piatto corde (anche qui, il picco a c.a. 900 Hz è annullato, non ridotto!). Questo dimostra la sua efficacia nel minimizzare sia le vibrazioni a bassa che ad alta frequenza, offrendo al giocatore maggiore comfort e stabilità durante il gioco. La risposta di vibrazione più uniforme suggerisce un miglioramento sostanziale nella sensazione complessiva della racchetta.

Qual è il segreto (o meglio, il brevetto)? L’antivibrazione Universal v1 di AMbelievable sfrutta i metamateriali, una tecnologia avanzata che consente un controllo preciso delle frequenze di vibrazione. I metamateriali possono essere progettati per amplificare o ridurre frequenze specifiche, consentendo una manipolazione fine dei modi di vibrazione. In questo caso, l’antivibrazione Universal v1 di AMbelievable riduce efficacemente le vibrazioni su tutte le frequenze, sia basse che alte.

Più interessante ancora, come notato nello uno studio di Morh et al. già citato prima, una massa di 1 grammo (come quella dell’antivibrazione AMbelievable™) era precedentemente considerata insufficiente per ottenere effetti di smorzamento misurabili sulle alte frequenze. Inoltre, dallo stesso studio emerge che un antivibrazione con massa anche oltre i 3 grammi non era sufficiente per ridurre le vibrazioni a bassa frequenza. Questa realtà scientifica, come si evince, è stata ampiamente superata da AMbelievable™ -la cui massa di 1 grammo ha effetto sia sulle alte che sulle basse frequenze. In conclusione, sfruttando la potenza dei metamateriali, i nostri prodotti miglirano significativamente lo stato dell'arte.

Questi risultati rappresentano un vero e proprio progresso nel campo della riduzione delle vibrazioni delle racchette da tennis.

Fig. 3 Grafico C: Il grafico sopra mostra lo spettro di frequenza, misurato in Hertz, di una racchetta da tennis senza antivibrazione (linea blu) e con un antivibrazione AMbelievable™ stampato in 3D da 1 grammo. (Fonte: Test di laboratorio indipendente di HEAD Acoustics GmbH)

Se desideri approfondire i dettagli tecnici, vai alla fine della pagina e iscriviti per ricevere il documento scientifico completo sull'argomento. Nel documento, approfondiremo l'analisi modale (cioè come la racchetta si muove e vibra con e senza il nostro antivibrazione e cosa ci dice lo spettro di frequenza riguardo a un colpo potente o a una racchetta più "controllabile"). Spiegheremo anche come la tecnologia dei metamateriali ci consente di manipolare finemente le frequenze di vibrazione, aprendo la strada al primo antivibrazione per il tennis personalizzato al mondo.

L'importanza della personalizzazione

Come abbiamo introdotto prima, la personalizzazione degli antivibrazione per il tennis è cruciale poiché ogni racchetta e configurazione di corde produce profili di vibrazione unici. L'efficacia di un antivibrazione dipende da fattori specifici come il telaio della racchetta, il tipo di corde, la tensione e lo stile di gioco del giocatore. Un approccio "taglia unica" è limitato, evidenziando la necessità di soluzioni personalizzate per ottimizzare il controllo delle vibrazioni e migliorare le prestazioni. Gli antivibrazione personalizzati possono mirare a frequenze specifiche, aumentando comfort, controllo e riducendo i rischi di lesioni.

Per supportare meglio questo concetto, pubblichiamo per la prima volta un set di dati riguardante la frequenza naturale di vibrazione di varie racchette da tennis.

Grafico E | Intervalli di Frequenza Relativi alla Vibrazione del Telaio delle Racchette da Tennis per Marca

Curioso di sapere come vibra la tua racchetta da tennis? Il grafico qui sotto mostra le frequenze naturali di vibrazione del telaio per ciascuna marca, con ogni racchetta che possiede una frequenza unica. Alcune marche coprono un’ampia gamma di frequenze a causa della varietà di modelli che offrono, mentre altre si concentrano su un intervallo più ristretto.

Il nostro database include oltre mille modelli di racchette, ciascuno testato per la propria frequenza naturale, rigidità e peso. Questi dati ci aiutano a creare antivibrazione personalizzati per ogni modello specifico. Stiamo anche analizzando vari tipi di corde, livelli di tensione ed effetti dello swing, come rotazione, forza e angolo di impatto. È un progetto importante, e prevediamo di completarlo nei prossimi mesi.

Fig. 4 Grafico E: Frequenza naturale di vibrazione del telaio (solo modalità di flessione) per tutti i modelli di racchette, raggruppati per marca. (Fonte: Fonti multiple)

Conclusioni

Secondo questo studio comparativo, la tecnologia AMbelievable emerge come chiaramente vincente. Siamo tuttavia solo all'inzio del nostro percorso (alla data di pubblicazione di qusta pagina, la nostra startup ha soltanto un anno di vita!). Presto vi daremo dettagli anche sugli altri modelli (qui si siamo concentrarti sul flagship product, il Modello Universale v1), ma possiamo anticiparvi che anche i modelli TUNED hanno avuto dei ristulati notevoli -se vi interessa travate un grafico interattivo qui sotto. Gli antivibrazione tradizionali, di cui continuamo ad avere molto rispetto, pur offrendo un certo sollievo dalle vibrazioni, si collocano comunque su un livello diverso, poiché lavorano su una gamma di vibrazioni molto pià limitata, e lo fanno comunque in maniera meno effettiva ed efficace. 
Quello che qui non abbiamo ancora raccontato con la giusta dovizia di particolari, è come la personalizzaione permetta di ottenere risutlati ancora migliori, e davvero mirati sull'atleta e la sua attrezzatura. Pur paralndo di un picoolo accessorio, come l'antvibrazione, stiamo portando avanti un grande rivoluzione tecnologica!

Se sei un giocatore professionista o un appassionato dedicato, ti invitiamo a unirti al nostro early access program. 

Fig. 4: Una vista semplificata degli spettri di vibrazione di una racchetta da tennis senza antivibrazione (linea nera), con un antivibrazione tradizionale (grigia), e con il Modello Universal v1 di AMbelievable (blu) e il Modello Tuned v1 (giallo). (Fonte: Elaborazione interna semplificata del test di laboratorio di HEAD Acoustics GmbH)

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