唐銘澤，朱曉冬 Tang Mingze & Zhu Xiaodong

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000）

隨著社會的發(fā)展，人們的休閑娛樂活動日益豐富。在玩電腦游戲時，并不是隨便一把傳統(tǒng)的椅子都能稱之為游戲座椅，并能滿足人們的需要。此時電競椅的舒適性就顯得格外重要，本文以此為研究目的闡述電子競技椅舒適性的重要性，并揭示運用使用者的表面肌電信號進行分析研究不舒適的原因。運用EMG Sensor雙導(dǎo)肌電測量儀器對實驗志愿者進行表面肌電信號采集。對采集的不同使用時間、不同靠背傾斜角度、不同座面到地面的座高，有無扶手的四種情況下表面肌電信號進行分析研究找出電競椅不舒適的原因，并提出相關(guān)設(shè)計意見。

1 研究背景

隨著社會和科技的發(fā)展，電子競技行業(yè)逐漸走入人們的視野之中，要取得給久坐的人們緩解疲勞的效果,電子競技椅(簡稱“電競椅”)的舒適性就顯得格外重要。椅子舒適程度主要反應(yīng)人體坐著時候的感覺器官上的體感，是生理體驗和心理體驗的結(jié)合，而主觀心理感受應(yīng)該在生理評價標(biāo)準(zhǔn)上進行[1]。肌肉的緊縮樣式有等張緊縮和等長緊縮的兩種不同的表現(xiàn)形式。等長緊縮為不做任何動作，保持當(dāng)下肌肉的狀態(tài)，而等張緊縮為肌肉做趨于中心緊縮和離散中心緊縮(肌腹的中間位置)運動。通常，靜態(tài)緊縮通常為等長緊縮，而動態(tài)緊縮為等張緊縮[2-4]。本文采用基于表面肌電信號的在線肌肉疲勞的估量方式，指在靜態(tài)(等長)緊縮下部分肌肉舒適度下降的狀況測量。肌肉傳導(dǎo)從峰值數(shù)據(jù)分析角度是指一系列一維的肌電信號數(shù)據(jù)圖，表面肌電信號的特征與骨骼肌在疲勞緊縮過程中產(chǎn)生理化和生理變量有關(guān)[5]。已有研究結(jié)果表明：在肌肉萎靡的過程中，肌電信號在時域、頻域會有顯著的變形趨向，表現(xiàn)為：波幅會增長，其波幅頻帶會產(chǎn)生左移現(xiàn)象。一段典型的靜態(tài)疲勞進程中的表面肌電信號可以看出，隨著時間的增長，在肌電信號的峰值上呈現(xiàn)了顯著的信號峰值增長現(xiàn)象[6]。各類肌肉負載情況中，肌肉緊縮力或輸出峰值的變形與表面肌電信號的波幅間有著線性關(guān)聯(lián)[7-8]。本論文選取了一款價格大眾的電競椅作為實驗研究對象（圖1），采用雙導(dǎo)肌電測量儀器在不同使用時間、不同靠背傾斜角度、不同座面到地面的座高，有無扶手的情況下，對使用者肩部斜方肌、腰部豎脊肌，手臂三角肌、肱三頭肌，腿部腓腸肌、股外側(cè)肌的肌肉疲勞感反應(yīng)進行測量，分析電競椅使用舒適性的影響因素。

圖1 電子競技椅

2 實驗對象和方法

2.1 肌電圖實驗儀器

主要測試儀器有筆記本電腦、EMG Sensor雙導(dǎo)肌電測量儀器，該儀器包括主板一塊、數(shù)據(jù)采集線、電極片、電池、適配器。

2.2 實驗對象

選取實驗對象年齡平均24周歲、身高分別為188 cm、173 cm、171 cm、179 cm、174 cm，身高平均177 cm，方差37.2，小腿加足高分別為56 cm、41 cm、41 cm、45 cm、42 cm，小腿加足高平均45 cm，方差32.4。五名健康青年男性。

研究對象為一款市場常見電競椅，該電競椅采用皮質(zhì)材料，內(nèi)為海綿填充。包裝尺寸：58 cm×50 cm×90 cm 重量：25 kg 靠背高度：90 cm。

2.3 肌電圖實驗測試肌肉部位選取

本實驗主要測試肌肉疲勞狀態(tài)下的信號波幅，用電極片鏈接雙導(dǎo)肌電測量儀器并將電極片貼在測試肌肉處（圖2）。

圖2 人體肌肉分布圖

2.4 電競椅實驗數(shù)據(jù)測量

（1）電競椅靠背角度實驗數(shù)據(jù)測量

在久坐使用電競椅三小時的情況下，在不改變使用電競椅時間且具有頭枕和腰墊的情況下，通過改變電競椅靠背與座面角度（90°、120°和135°）進行肌電圖分析測試實驗。

（2）電競椅使用時間實驗數(shù)據(jù)測量

在電競椅靠背與座面為120°夾角時且具有頭枕和腰墊的情況下，通過改變使用電競椅時間（1小時、2小時、3小時）進行測試。

（3）電競椅座高實驗數(shù)據(jù)測量

在不改變電競椅靠背與座面為120°夾角時且具有頭枕和腰墊的情況下使用1小時，通過改變電競椅座面與地面的座高（根據(jù)楊震等人研究普通座椅的座面高度為370 mm - 400 mm等[9]，因此電競椅坐高實驗取中間值38 cm±5 cm即33 cm、38 cm、43 cm為實驗測試高度）進行肌電圖分析測試實驗。

（4）電競椅有無扶手實驗數(shù)據(jù)測量

在不改變電競椅靠背與座面為120°夾角，座高為43 cm時且具有頭枕和腰墊的情況下使用1小時，增添或去除電競椅的扶手進行測試。

3 結(jié)果與討論

在不同使用時間、不同靠背傾斜角度、不同座面到地面的座高，有無扶手的情況下，對使用者的肌肉疲勞感進行檢測，表面肌電實驗測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實驗數(shù)據(jù)主要參數(shù)（肌電信號采集均值 單位為Hz）

3.1 電競椅座面設(shè)計分析

電競椅是一種符合人體曲線配合游戲、辦公等一種長時間的使用座椅，因此人長時間使用座椅易產(chǎn)生疲勞影響人體舒適感，其中影響人體舒適感最大的兩個因素是座面材料、使用時間。

影響人體舒適感其中很重要的因素之一是座面材料，海綿厚薄的增長會導(dǎo)致人體熱度的增長。當(dāng)超出人體生理本能可以接受的熱度范圍時，它會使人體背部、臀部、下肢等部位的皮層的透氣性能下降，散熱效果降低，引發(fā)人體部分不舒適，以致人體舒適感減退[10]。

影響人體舒適感的另一個因素是使用時間，在不考慮材料影響舒適性的情況下，在電競椅靠背與座面為120°夾角時且具有頭枕和腰墊的情況下，通過改變使用電競椅的時間進行肌電圖分析測試實驗，測量得出的數(shù)據(jù)可以看出，使用電競椅時間越長肩部斜方肌（1480Hz、1520 Hz、1630Hz）和腰部豎脊肌（1339Hz、1499Hz、1661Hz）肌電反應(yīng)信號采集時間越長，肌電反應(yīng)信號采集均值越大。肌肉萎靡情況越顯著，舒適性越低。在不改變電競椅靠背與座面夾角時且具有頭枕和腰墊的情況下，肌肉疲勞度：1小時＜2小時＜3小時。疲勞以及疼痛是在久坐的狀態(tài)下，脊柱疲勞所產(chǎn)生的正常狀況，脊柱肌肉彼此之間相互擠壓（拉或壓）就會作用在筋腱，從而增大肌肉運動所發(fā)生的疲勞甚至疼痛[11]。電競椅的用戶使用時間往往很長，所以座面應(yīng)采用柔軟透氣的材料來緩解久坐時疲勞的感覺，不規(guī)范的使用時間易使人產(chǎn)生疲勞從而影響人體舒適感，因此座面設(shè)計更應(yīng)符合人體工程學(xué)，使用時間更應(yīng)合理規(guī)劃。

3.2 電競椅靠背與座面綜合分析

電競椅的靠背比普通椅子要高，一般高于頭部。所以椅子的靠背將更符合背部曲線，這樣就會極大地提高舒適感[12]。本次實驗中，在不改變使用電競椅時間且具有頭枕和腰墊的情況下，通過改變電競椅靠背與座面角度進行肌電圖分析測試實驗，靠背形成135°的坐姿讓椎間盤所受的壓力較小。不過135°的靠背角度易從椅子上滑下來，所以將靠背調(diào)制向后傾斜120°左右為佳[13]，測量得出數(shù)據(jù)可以看出久坐使用電競椅三小時的情況下，靠背與座面為120°夾角時，肩部斜方?。?20°：1430Hz＜90°：1568Hz＜135°：1613Hz）和腰部豎脊肌（120°：1467Hz＜90°：1604Hz＜135°：1634Hz）肌電反應(yīng)信號采集均值越小，肌肉疲勞情況明顯低于靠背與座面夾角為90°和135°時，肌肉疲勞情況越不明顯，其舒適性越好。

椅子可以幫助人體達成固定坐姿，應(yīng)從人的坐姿需要去控制椅子的靠背傾斜角。在不改變使用電競椅的時間為一小時且具有頭枕和腰墊的情況下，肌肉疲勞度：120°＜90°＜135°。

電競椅靠背更應(yīng)增加頭部支點以緩解肩部肌肉疲勞感，根據(jù)程文達等人研究使用座椅時頸部與脊柱保持2～4°的角度，為較放松的觀察位置。這個姿勢可以保持較長時間，而不會出現(xiàn)疲勞感，并對頸椎損傷較小。這就要求在使用電競椅時，需要有座椅頭枕使頸部保持放松的位置。如果沒有頭部支撐會導(dǎo)致頭部不太穩(wěn)定，需要更多的肌肉活動來保持靜態(tài)姿勢。研究發(fā)現(xiàn)，在高級客艙飛機座椅、汽車座椅、家里、影院中觀看屏幕時，為使用者提供頭部支撐，會提高用戶的舒適度，頭枕的使用對使用者的長期舒適度感受都有積極的影響。經(jīng)實驗測試發(fā)現(xiàn)夾角為120°時使用舒適度最佳，建議電競椅可設(shè)計成出場默認120°夾角以給用戶最便捷的使用體驗。

3.3 電競椅扶手與座高綜合分析

根據(jù)肌電圖實驗數(shù)據(jù)分析，在電競椅靠背與座面為120°夾角，座高為43cm時且具有頭枕和腰墊的情況下使用一小時，有扶手與無扶手相比，手臂三角肌和肱三頭肌肌電反應(yīng)信號采集均值更小，肌肉疲勞情況更不明顯。

在座高方面，接受測試者小腿加足高平均45cm，實驗測試的33cm、38cm、43cm的座高對腿部腓腸?。?689Hz、1655Hz、1595Hz）和股外側(cè)?。?672Hz、1659Hz、1612Hz）肌電反應(yīng)信號采集均值中，43cm為信號峰值較低的高度，其腿部股外側(cè)肌和腓腸肌肌電反應(yīng)信號采集均值越小，肌肉疲勞情況越不明顯。

4 結(jié)語

電競椅僅是辦公用椅中的一個種類，但卻是與電子競技用戶聯(lián)系最為密切的一種家具，其舒適性直接影響到用戶體驗。通過對電競椅不同使用時間、不同靠背傾斜角度、不同座面到地面的座高，有無扶手四種情況下的研究結(jié)果表明：在不改變電競椅靠背與座面夾角時且具有頭枕和腰墊的情況下，不同使用時間的肌肉疲勞度的結(jié)果為1小時＜2小時＜3小時；在不改變使用電競椅時間且具有頭枕和腰墊的情況下，不同靠背傾斜角度的肌肉疲勞度結(jié)果為120°＜90°＜135°；靠背與座面夾角為120°時更加舒適，有扶手的手臂舒適性要大于無扶手的電競椅，座高為43 cm時腿部更加舒適。