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Estimating blade stiffness through sound recording |
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arg0
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Posted: 12/02/2010 at 5:30pm |
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Hi all,
to avoid off-topics in the OSPblades Forum Testing thread, I'm opening a new thread. Without going into complex mechanical considerations like it has been done in other threads, a simple way to estimate the It goes like this (see also the attached images): 1. download and install Audacity from http://audacity.sourceforge.net/ 2. Launch Audacity, press the record button. 3. Put the bat horizontally close to the microphone, holding it lightly with one hand. 4. Let a table tennis ball drop a few times on the bat from about 10-15 cm (4-6 in) height. 5. Stop recording. 6. Select Menu Analyze -> Plot Spectrum 7. Find the frequency of the highest peak in the spectrum and report it This is Audacity showing the record button and an already recorded sound: This is the Plot Spectrum option: This is the spectrum: move the mouse (crosshair cursor) vertically close to the highest peak and read the corresponding frequency of the peak (highlighted in red): It's really simple and requires no longer than 2 minutes. (For the more technically minded, I know, this gives info only on one vibration mode, but it's nevertheless an easy way to estimate In a next post, I am going to attach a table with the frequency of quite some blades. It would be great if you could post your measurements, so I can add them to the table. I'm especially interested in new blades that are not already in the table. EDIT: changed stiffness to hardness, thanks davidz for pointing this out. EDIT: replaced hardness with stiffness after pnachtwey's post EDIT: replaced stiffness with vibration frequency of membrane mode and provided a link to further information Edited by arg0 - 07/01/2017 at 10:33am |
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arg0
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This is the table:
uploads/20417/Blade_frequencies_Nov-2010.xls I contribute to keep it updated in the tt-news.de forum, that's why the notes are in German (I only translated the headers). Short word list: lackiert, versiegelt: varnished gerade: straight dick: thick gekürzt, geschliffen: shortened Enjoy! |
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davidz
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A list of the blade's sound frequency could be very useful. Thanks!
I used the same software check the blade's spectrum with/without rubber. It helps tuning a rubber and modifying the size of my blade.
Blade frequency is just one characteristic, which tends to measure the hardness of the blade. Another characteristic is amplitude of the blade's virbration, which is related to blade's stiffness. Unfortunately, this could not be measured using software.
One thing |
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PG7 (Skyline 2, LKT XP)
YEO (Skyline 2, Skyline 3) |
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pnachtwey
Platinum Member Joined: 03/09/2010 Location: Vancouver, WA Status: Offline Points: 2035 |
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Good stuff, how about the decay? I have a 729 bomb that almost sounds like a musical instrument when hit. The 929 Bomb sound is clear and not muffled. I also have an LKT Instinct blade that is lower pitched but with an shorter/muffled sound. A clearer longer sound indicated that the wood is not damped and doesn't lose energy quickly as a blade with a shorter muffled sound and more damping. A blade with more damping would not return as much energy to the ball.
I also have wondered if the higher frequencies help. For instance if the ball has a dwell time of 2-4 milliseconds wouldn't it be best if the frequency of the paddle was lower than 1328 Hz and closer to having a period twice the dwell time of the ball on the paddle? If the paddle pushes back mach faster than the rubber then the ball will separate from the rubber on the rebound before the rubber has had a chance to return most if its energy to the ball. I do think that Arg0 has hit on something important. I think there is a best frequency for the primary mode. Everyone knows that pushing a child on a swing at the wrong rate is inefficient. |
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Vladovich
Gold Member Joined: 05/29/2008 Location: Serbia Status: Offline Points: 1720 |
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Does this measurement depends on the quality of our microphone? Can the microphone itself cut of some high frequencies?
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Tibhar Defense Plus
FH: Joola Phenix BH: Dr. Neubauer Bison 1.5mm "The dark side of the Force is a pathway to many abilities, some consider to be…unnatural." |
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Best99
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Of course it can. If you would like to record precisely all the frequencies, you would have to use a professional microphone (available on music studios, for example).
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Blade: Timo Boll ALC 92 g.
Forehand: Tenergy 05 2.1 mm. (black) Backhand: Tenergy 05 2.1 mm. (red). Perfect loops |
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Pioneer
Silver Member Joined: 06/03/2010 Location: Egypt Status: Offline Points: 866 |
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Doesn't rubber's density count here as a major factor ?
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pnachtwey
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A good microphone doesn't need to cost a lot. I have one of these
http://pro-audio.musiciansfriend.com/product/Blue-Snowball-USB-Microphone?sku=279015 Oops, that is more than a sheet of T05. I have one of these and the quality is pretty good for the price. The frequency range far exceeds what is required for testing blades audio responses.
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Best99
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Ok, but anyway, who is going to spend about 100 dollars just to buy a microphone to see how fast/stiff is a blade :P?
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Blade: Timo Boll ALC 92 g.
Forehand: Tenergy 05 2.1 mm. (black) Backhand: Tenergy 05 2.1 mm. (red). Perfect loops |
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arg0
Platinum Member Joined: 07/22/2009 Location: Germany Status: Offline Points: 2023 |
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I think the measurements should be quite consistent across user
settings, because the spectrum does not depend (much) on intensity and
microphone sensitivity (also a cheap laptop microphone should be sufficiently linear
in that range).
There is some dependency on other factors, too, e.g. how firmly you hold the blade etc. Some time ago I have tried with my crappy laptop microphone and, some time later, with a better one and the difference I got was compatible with variations due to other factors (about 20-30 Hz if I remember well). So there's no need to buy expensive equipment (microphones and tenergys ;-) ). These numbers should not be read as exact values, but as approximations to about 50 Hz. I mean, a difference of 30 Hz is quite negligible and may depend on setup, a difference of 100 Hz is surely due to the blade characteristics. @Pioneer, I'm testing only the blade, there's no rubbers on it. Edited by arg0 - 12/03/2010 at 2:19am |
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vvu.tee
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thanks arg0, really useful info, I've got 2-3 Korbels FL, I will test it on next weekend - that will be fun... what is the relation between the stiffness and the peak sound/vibration. also, how would you differentiate between the effects on vibration by the stiffness (elasticity) and hardness (plasticity). btw, non-destructive testing is not really my cup of tea, but what do you thing, can you extend the test to compare stiffness of different designs/wood types, i.e totally different blades, or just test for variation within the same model? some engineering insight will be helpful...? |
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(1) BTY T64 - BTY M.MAZE - BTY T05
(2) BTY T64 - BTY M.MAZE - DHS H3 Neo Provincial |
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arg0
Platinum Member Joined: 07/22/2009 Location: Germany Status: Offline Points: 2023 |
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One day I will dig into the physics of table tennis, but for now I will just limit myself to empirical considerations: with a ball bounce test, the ball has not much energy, so the bat only undergoes tiny elastic deformations. What is not true is that in this case only the outer layer contributes: otherwise, say, all hinoki blade would have similar frequencies, which is definitively not the case.
PS: for in-depth discussions about the mechanics involved, see these threads: http://mytabletennis.net/forum/forum_posts.asp?TID=26762 http://www.tabletennisforum.gr/forum_posts.asp?TID=11262 I prefer to keep it simple here. However, if you spot something there that can contribute to this discussion, please post it. |
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atv
Gold Member Joined: 03/18/2011 Location: Shanghai China Status: Offline Points: 1136 |
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Digging this thread out from reading arg0's post in Calix review, interesting method, i want to use it on a table our club recently purchased, I found this table biting off significant speed and spin from the ball but have no objective evidence, my friend has a set of professional piano calibration devices i could borrow.
So the harder a surface is the higher pitch it will provide? Will it also apply to something as big as a table? |
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YEO
FH: 729 08 ES BH: Focus III Snipe Senkoh-1 FH: H3 Comm BH: 755 |
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arg0
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In principle, yes, although I'm no material science specialist and one year later I still haven't had the time to read the technical posts I referred to.
What is clear is that with tiny ball bounces as I used to make for measurements, one tests the blade's response at slow speeds. However, not only the outer layers are involved, because I tested several wood with kiso hinoki outer layers and got frequencies from 1300 to 1800 Hz. I wish I had a way to launch balls at a predetermined speed to see if the first resonance frequency changes at higher speeds. Maybe for a first test I could simply block the blade handle between books and manually throw balls at it. Speed won't be consistent but at least I'll be able to see if there's a frequency shift. |
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pnachtwey
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I am bothered about the assertion that blade hardness is determined by frequency.
I like to do my absurdity tests and if the assertion can't pass that then the assertion is wrong or there is more to it than what is stated. So why do marimba keys sound different if they are made of the same kind of wood? The answer is size not hardness. Now I do believe that if one were to try to bend a larger marimba key it would flex more than a shorter one. So why was stiffness replaced by hardness? Arg0, an object will vibrate at its natural frequency but that can be changed by damping. Rubbers are good dampers and will reduce the frequency of oscillation http://en.wikipedia.org/wiki/Damping Anther thing I find interesting is that the period of oscillation is much shorter than the dwell time. This would mean the blade would oscillate a cycle to two times while the ball is in contact with the rubber. That would be like push a child on a swing at a rate faster than the natural frequency. I would test this out on a hard bat or even a bare wood slow paddle. |
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arg0
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You've got a point there, so I put stiffness back. Actually I believe is that what I am measuring is frequency of the fundamental bending mode of the blade, which is fixed at one end (the handle). So it is rather related to flexibility, rather than hardness.
I have not considered rubbers, as blades alone are already complex enough for me to understand. Do you have any estimate on how much dwell time is in table tennis shots? |
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pnachtwey
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1 millisecond seems a like a reasonable number. If the ball spends half of its time decelerating and have accelerating again then the deceleration time would be about 0.5 seconds. If we assume the paddle to be stopped and the ball is hitting the paddle at 10 m/s the average speed during decal will be 5 m/s. Multiply this by 0.5 milliseconds and the result is 2.5mm deceleration distance. This means the ball deforms, the rubber deforms and the blade deforms about 2.5 mm during the impact and this is not a fast impact. If the dwell time were longer the deformation would need to be proportionately greater. It seems to me that a blade that vibrates too fast would vibrate out of phase. I should do a simulation with two springs and make one spring much stiffer than the other just to see what would happen. I know a TT ball will deform a lot. I wish I had a good high speed camera. Not the 500 Casio toys. I mean a good 10,000 FPS camera. It is only $100K. If any body chips in I may buy one just to answer these questions. BTW, what do you think the average force between the paddle and the ball during impact if the relative speed is 10 m/s? It isn't hard to calculate but you have to assume a dwell time that makes sense. Assume 1 millisecond. I am amused at those that talk about extra dwell time on the paddle. The differences can probably be measured in microseconds. |
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arg0
Platinum Member Joined: 07/22/2009 Location: Germany Status: Offline Points: 2023 |
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I've decided to contribute the data that I've collected. The majority of
data comes from the table in the German forum I mentioned above. I
have added the data for all the blades that I've measured over the last
years. Enjoy!
If you have measured frequencies for any blade not on the list, or found frequencies that significantly differ from the ones listed, please report.
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arg0
Platinum Member Joined: 07/22/2009 Location: Germany Status: Offline Points: 2023 |
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Just wanted to cross-link this with another thread, dealing with the same subject.
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adyy
Member Joined: 11/21/2018 Location: in the Lab Status: Offline Points: 25 |
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I have read this thread and the other thread and I measured a blade that I have just built. And I have some questions, if someone can help me.
I have made the Spectral Analiser analyse and Audacity recording at the same time.
Here is the data obtained with Vuche Spectral Analiser: and here is what I recorded with Audacity: So, the data obtained is close (in the 50 hz range quoted above), respectively 1442Hz@-84dB and 1489Hz@-22dB. But why the decibel value is so different, since it is the same blade and the measurements/recording with these 2 tools what made simultaneous? The phone was placed near the blade and the "laptop" microfone was some Logitech headset microphone placed around 15 cm away from the blade. Here is also the MP3, attached: Is it normal or I may have made some mistake? Thanks!!! Edited by adyy - 11/22/2018 at 4:53am |
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zeio
Premier Member Joined: 03/25/2010 Status: Offline Points: 10833 |
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The units are different. dB ≠ dBFS(decibels relative to full scale).
https://www.audiomasterclass.com/newsletter/what-is-the-difference-between-0-db-and-0-dbfs
Edited by zeio - 11/22/2018 at 5:45am |
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Viscaria FL - 91g
+ Neo H3 2.15 Blk - 44.5g(55.3g uncut bare) + Hexer HD 2.1 Red - 49.3g(68.5g 〃 〃) = 184.8g |
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adyy
Member Joined: 11/21/2018 Location: in the Lab Status: Offline Points: 25 |
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Thanks Zeio! The Lightbulb is brighter now!
And I suppose the difference between the 1442Hz (Huawei P10) and the 1489Hz (Logitech mic + laptop sound chip) is caused by the different hardware used. And it is in the 50 Hz normal "variation" range. So, no measurement mistakes. |
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adyy
Member Joined: 11/21/2018 Location: in the Lab Status: Offline Points: 25 |
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Now there is a new question, for the more experienced than me.
I just measured another 3 blades: 1) Yinhe T8s - 1593Hz @ 84db 2) Nittaku Flyatt Carbon - 1378Hz @ 76db 3) *another blade made by me - 1335Hz @ 82db Between 1) and 2) there is a clear difference. Yinhe is faster than the Nittaku in real life too. But the 2) and 3) have the frequency in the 50hz range, so they should be very close one to the other in speed. But what might the dB difference mean? My first tought is that because they have different COR, the 3rd returns more energy, louder! But it returns the energy to the ball or it dissipates to the environment as sound energy? I would tend to think the second. Or that db values should be totally ignored because they mean nothing? * this is a mahogany-fiberglass-ayous-fiberglass-mahogany blade of 5.5mm tickness, 91.8 grams. * it is built for a colleague at work and was not tested yet (he is waiting for the rubbers), so I have no idea how it plays. But I estimate it to be somewhere around an ALL+ rating.
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simone
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I posted something like yours, something like 3 years ago, i thought i was the first to have this idea... so similar |
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simone
Beginner Joined: 02/03/2018 Location: Rome Status: Offline Points: 14 |
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for some reason the link to the manuscript I wrote seems not to work. however ... for those who are interested in here are two videos I have uploaded on youtube three years ago in this second one the test is not affected by the kind of playing ball used if someone is interested in I can upload the manuscript again With a smartphone it is easier....
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simone
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for those who are interested in comparing the manuscript I wrote to the topic in this post you can copy the following URL in the address bar... so similar Edited by stiltt - 03/20/2021 at 12:27pm |
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stiltt
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Hi Simone I took the freedom to edit your links here and in your original post in 2018. They work now. I am not sure what happened.
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stiltt
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There is that thread that h0n1g started after being inspired by slevin's thread who got himself inspired by I do not know who
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stiltt
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here's slevin's thread
we know who started it all here tho, arg0!!!
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stiltt
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There is that study linked in many places:
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