听力学和奥运会：声音助力游泳竞赛

在菲尔普斯在2016年里约奥运会上获得了23枚金牌新闻热传时，人们开始对这位传奇式运动员产生极大兴趣，想知道他是如何实现重新书写奥运会游泳史的秘诀！同时也在想，这位游泳冠军是否还会继续提高。中国听力学网获悉，德国研究人员已经研究出一套新的声音系统，可以让菲尔普斯和其他游泳运动员游得更快。比勒菲尔德大学认知互动技术课题组（CITEC）的研究人员宣布，他们开发出一套“游泳听觉化”系统，可以帮助游泳运动员提高游泳技巧。据中国听力学网在欧洲记者报道，这套系统能扩大运动员的感知范围，运动员会实时听到流经身体的水压，从而改变运动方式，提高成绩。游泳运动员可以通过这种方式改进游泳技巧，从而获得其他人所不具备的优势，即通过听来监测游泳。

菲尔德大学的“科研TV”节目对这套新系统做了介绍：所有的运动员都会看到自己手的动作，感觉到水滑过手面，这帮助他们了解自己的移动速度。但是在获得听觉化培训后，游泳运动员在游泳时会获得更多与速度和敏捷性有关的信息。

                            图1.一位游泳运动员在测试游泳听觉化系统，该系统由德国研究人员开发，

                            用于帮助运动员提高竞技水平。照片：CITEC/比勒菲尔德大学

     “多数游泳运动员会忽略一个非常重要的因素：身体周围水流的压力会发生变化。”CITEC的托马斯·赫曼博士说。这位声学研究人员正在研究如何将数据转变为声音，让听到声音的人受益。这种技术被称作“听觉化”，一种将精确数据系统地转化为能听得到的声音和噪音的过程。“在这个项目中，我们将水流压力作为数据源，” CITEC环境智能研究小组主任赫曼说。“我们将游泳时水流压力的变化实时地转化为声音，然后通过运动员佩戴的耳机播放，这样他们就可以根据听到的信息改变运动方式。”

对于游泳听觉化研究项目，赫曼正在与来自心理学和运动科学系的波多·乌根勒支博士合作。作为一名生物机械学家，乌根勒支主要研究人类如何控制自己的运动方式，尤其是游泳时的运动方式。

    “如果一名游泳运动员能够‘听到’水流压力的变化，就能做出更好的判断，比如，如何在消耗近似能量的情况下产生更多的冲力，”乌根勒支说，“这一系统让游泳运动员有更多的方式感知自己在水中的运动。”

乌根勒支本人也测试了游泳听觉化系统。“听觉化系统良好地与水流效果相呼应，这让我非常吃惊，”他同时表示该系统简单易懂。“播放开始后，立刻就会听到声音，这包括伸开手掌或改变手的位置所产生的声音。这套系统会为运动员带来新的培训方式。”

图2. 托马斯·赫曼（左）、波多·乌根勒支（右）和丹尼尔·契沙里尼共同

开发了一套通过声音扩大游泳运动员水中感知方式的系统。照片：CITEC/比勒菲尔德大学

乌根勒支表示，这套系统可以帮助游泳运动员开发出与他们的最高技巧相应的谐音或旋律。比如说，如果一位游泳运动员高速完成一个折返，就可以使用游泳产生的旋律重新想象和回顾这一段成功的折返。这种精神培训可能会使游泳运动员在比赛中取得好成绩。2015年9月举行了一次现场试验，专业运动员在测试后确认这套系统能够提高他们的游泳技巧。

      “我们的耳朵非常善于识别节奏和节奏的变化，通过这种方式，游泳运动员能找到他们自己的节奏，并通过这种节奏提高自己的游泳技巧。”托马斯·赫曼说。

游泳听觉化系统包括带有细管套的两只手套，管套固定在手指之间，用于感应压力。运动员在训练时需要戴上手套。细管套连接一个测量装置，该装置在游泳时通过数据线与运动员连接在一起。测量装置把水流压力相关的数据传输到一台笔记本电脑，一个专门定制的软件将数据听觉化——把信息转化成声音。“举例来说，对于重复的手部运动，系统可以将上升和下降水流的压力转化为上升或下降音高，”赫曼说。其他听觉化设置，如对称性和稳定性等，如果需要的话同样可以激活。

声音通过耳机实时传输给游泳运动员。运动员调整一个动作后，就会实时听到随后的声音变化。通过水流压力听觉化系统，游泳运动员可以尝试不同的游泳姿势并做出相应的调整。因为教练也会通过扬声器听到声音，所以不仅可以通过观察，还可以通过运动员产生的声音和声音节奏给出指导（比如“挥动你的手臂，这样音高才能快速上升”）。

赫曼和乌根勒支正在与丹尼尔·契沙里尼教授合作，契沙里尼是意大利比萨大学信息工程系的一名研究人员，他发明了用于分析水流压力数据的测量装置。研究人员想要继续完善现有的原始模型，他们正在研究一种可供游泳运动员穿戴的独立系统。根据研究人员的计划，他们将会与游泳俱乐部合作，将新的听觉化系统应用到长期的培训项目中去。