ジョイント音で列車の走行速度を測定

１．はじめに

　列車に乗っていると、走行速度が気になる時があります。運転席の速度計を覗ければ
解るのは当然なのですが、車両によっては乗客が運転席を覗けない場合があります。

　そんな時の為のとっておきの方法を紹介します。

２．とっておきの方法とは・・・

　とっておきの方法とは、このページのタイトルでもわかる通り、レールの継ぎ目を
車輪が通過する時に発生するガタンゴトンという音（ジョイント音と言われる）を利用します。

　さて、その前に基礎知識。

　国内の鉄道のレールの基本長は２５ｍです。（たぶん）
（もちろんロングレールの場合や、曲線部，事情により長さを調整している部分のを除きます。）

　この２５ｍという数字が、今回の計算の為に重要なデータとなります。

　音はレールの継ぎ目で聞こえますので、レール１本当たり１回のリズムが聞こえることに
なります。逆に言うと、１回のリズムが聞こえる毎にレール１本分、すなわち２５ｍ移動している事に
なります。

　速度とは単位時間当たりの移動距離を時間で割ったものですから、リズムが聞こえる間隔（時間）を
測定することで、列車の速度が求まるのです。

３．実際に測定してみよう

　列車に乗ったら、「ゴトゴトッゴトッ　ゴトゴトッゴトッ」という音のリズムうち特定の車輪の
音にだけ注目します。

　特定の車輪の音の周期（音と音の間隔が何秒か）をストップウォッチで計ってください。
（最初に聞こえる「ゴト」の「ゴ」の音に合わせるのがタイミングを取り易いと思います。）

　音の間隔を測定したら、計算を行います。

　たとえば、音の周期が１秒間隔だったとすると、こんな計算になります。

　速度　＝　２５（ｍ）／（音の間隔（秒））　＝　２５／１　＝　２５（ｍ／秒）・・・式(1)

　２５ｍはレールの長さです。音の周期が１秒間隔なので列車は１秒間に２５ｍ移動している
ことになります。これで秒速が求まります。

　しかし単位が（ｍ／秒）では分かり難いので、式(1)の結果を（ｋｍ／時）に換算します。

　２５（ｍ／秒）　＝　０．０２５（ｋｍ）　／　（１秒　／　３６００（分／時））

　　　＝　９０（ｋｍ／ｈ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(2)

　(1)(2)の式をまとめると下記の式のように簡単に出来ます。

速度（ｋｍ／ｈ）　＝　９０／（音の間隔（秒））

　結論としては、この式さえ覚えておけば、列車の速度（ｋｍ／ｈ）を求める事が出来ます。
（単に、２５（ｍ／秒）を換算すると９０（ｋｍ／時）になるという事だけですが。）

　この式なら１秒間隔とか、２秒間隔とかある程度歯切れのいい数字なら暗算でも求まりますね。

　いちいち計算するのも面倒なので、こんな表を作ってみました。

　音の間隔　　　速度
　　（秒）　　（ｋｍ／時）
　　３．０　　　　１５
　　２．５　　　　３６
　　２．０　　　　４５
　　１．５　　　　６０
　　１．２　　　　７５
　　１．０　　　　９０
　　０．９　　　１００
　　０．８　　　１１３
　　０．７　　　１２９
　　０．５　　　１８０
　　０．３　　　３００

　あまり細かい数字を知っても仕方ないので、この程度が分かれば十分でしょう。

　なお、音の周期は速度に反比例して短くなります。従って速度が速くなると間隔が短く
（９０ｋｍ／ｈで丁度１秒周期になります。）なってきて測定誤差が大きくなってしまいます。
　この場合は、レール１０本分の音で測定すると測定し１０で割ってから計算に使用すると
測定しやすいと思います。（この場合は同じ調子でリズムが続いている場合に有効です。
途中で違った調子のリズムが入った場合は、その所のレール長が違っていると考えられるので、
再度測定します。）

４．この方法の問題点

４－１．リスニングポイントによる違い。

　上記の計算は車両に乗っている場合に聞こえる音を前提にしています。
　従って車外にいる時に聞こえる音は、別計算になります。

　これは、車内で聞こえる音の場合は自分に対してレールが移動している状態で発生する音なので、
レール長である２５ｍを元に計算しますが、車外で聞こえる音の場合は自分に対して車両が
移動している状態で発生する音なので、車軸の間隔に関係する音になってしまうので、車両の長さを
計算のベースにする必要があるからです。

　従って車外にいる場合でも、各車両の特定の車輪（たとえば、後部台車の車両中寄りの車輪）の音に
だけ注目し、レール長でなく車両長を計算に入れて求めれば測定可能でしょう。

４－２．ジョイント音が聞こえる事が前提

　またこの方法はジョイント音がする事が前提なので、ロングレールでジョイント音がしないと
計算出来ません。

４－３．誤差

　厳密にはレールの継ぎ目や、温度によるレールの伸びを考慮しなければならないの
でしょうけど、音の間隔を測定するにも誤差がつきものですので、その辺は大目に見て
下さい。

４－４．まぎらわしい音

　車輪にフラットポイント（ブレーキングの際に車輪がロックして、車輪の一部に平坦な
部分が出来る）が出来て、走行時車輪の回転につれ「コト　コト　コト」（ひどくなると
「ダン　ダン　ダン」と激しい音がする。）といった音のする場合があります。
　このような状態の車両では、本来のジョイント音が聞きにくくなり、周期を求めにくくなります。

　この場合も、車輪の外周寸法（在来線車両の場合直径８６ｃｍが多いと思いますが、この場合の
外周はおおよそ２７０ｃｍです。）とフラットポイントの音の周期から速度を測定出来そうですが、
速度が速いと音の間隔が短すぎて人間の耳では無理そうです。マイクロフォンにオシロスコープを
接続すれば測定可能かも知れませんが、そこまでやる人はまずいないでしょうね。

５．おまけ

　車両によってジョイント音のリズムが違うのにお気付きでしょうか。

　国内の鉄道車両のうち客車（電車，ディーゼルカー）の大半はボギー台車という、
１つの台車に２軸・４輪の車輪がついたものが１両に２台ついています。

　例外は、小田急線特急で使用されている連接台車構造のもの、それから機関車や貨車等
軸数が異なるものです。（貨車の中でも、コンテナ車やタンク車等で客車同様なボギー台車構造の
ものもあります。）

　台車の構造（車輪の数），台車間の距離，台車内の車輪の距離（固定軸距），車両の長さ，
レールの長さ等のパラメータが絡み合って、独特なリズムが生まれるのです。

５－１．在来線一般車両の例

　国内の在来線で標準的に聞こえるリズムは、「ゴトゴトッゴトッ　ゴトゴトッゴトッ」という
リズムですが、このリズムは車両長が２０ｍ，レール長が２０ｍの２軸ボギー台車を使用した客車
または電車のリズムです。

　この音も車両に乗車した位置で聞こえる音が違っています。

　１）車両の前方に乗車した場合（先頭車両の場合を除く）

　　　ゴト　　：乗車した車両の後側台車の車輪の音
　　　ゴトッ　：乗車した車両の前の車両の後側台車の車輪の音
　　　ゴトッ　：乗車した車両の前側台車の車輪の音

　２）車両の後方に乗車した場合（最後尾車両の場合を除く）

　　　ゴト　　：乗車した車両の後側台車の車輪の音
　　　ゴトッ　：乗車した車両の後の車両の前側台車の車輪の音
　　　ゴトッ　：乗車した車両の前側台車の車輪の音

　３）デッキに乗車した場合（説明上、２両中前側車両のデッキとします。）

　　　ゴト　　：乗車した車両の後側台車の車輪の音
　　　ゴトッ　：乗車した車両の後の車両の前側台車の車輪の音

　　という具合に音が聞こえるのがわかります。

　同じ車両長が２０ｍ，レール長が２０ｍという条件でも、台車間の距離や台車内の車軸間の
距離が車両によって多少異なっており、たとえば電車系、客車系と、キハ２８／５８等の旧型
ディーゼルカーの場合はちょっと違ったリズムが聞こえます。

　ちなみに台車間の距離は、電車系で１３ｍ台後半（１３．８ｍ前後）、旧型ディーゼルカー
では１４ｍ台前半で、前者の場合「ゴトゴトッゴトッ」と割ときれいな？リズムが聞こえますが、
後者は「ゴトッ　ゴトゴトッ」というちょっと間延びしたリズムが聞こえます。

５－２．４００系「つばさ」の場合

　４００系「つばさ」は車両長が２０ｍなので、在来区間や東北新幹線区間内の２５ｍレール上を
走る時のリズムは、２０ｍ長の在来線電車が在来線区間を走る時のそれと基本的には同じです。
　しかし、東北新幹線区間ではその速度が最高２４０ｋｍ／ｈまで上昇しますので、リズムの周期は
在来線車両の半分以下・・・１秒間に２．５回程度の周期・・・になり、大変せわしい音になります。）

　もちろん奥羽線内の１３０ｋｍ／ｈ走行でも、従来の在来線の感覚からいけば結構速い周期です。

　実は４００系は旧型ディーゼルカーに近い台車間寸法（１４．１５ｍ）ですが、台車内の車軸間の
距離が在来線車両(2100mm)より長い(2250mm)為か、間延びしたリズムにならないようです。

５－３．フル規格新幹線車両の場合

　フル規格新幹線車両のような２５ｍ車が、２５ｍレール区間を走っている時は、
「カカッ　カカッ　カカッ」という非常に単調なリズムになります。

５－４．その他の車両

　ローカル線や一部私鉄等で使用される１８ｍ車とかいった車両長の短い車両では、いままでの場合とまた違ったリズムが聞こえます。
　さらに、小田急線の特急電車のような連接台車の場合、単軸の貨車、軸数が極端に多い
機関車の場合はどんなリズムになるのでしょうね。
（小田急線の特急は私自身は未体験です。外から聞いただけでも全然違ったリズムなのは
解っていますが。また、貨車や機関車は乗車できないだけに想像を絶するリズムなのでしょうね。）

５－５．レールの長さでリズムが変わる

　車両の違い以外に、レールの長さが変わっても異なったリズムになります。

　ロングレールの場合、ジョイント部の構造にもよりますが、新幹線で使用されるような伸縮構造の
ショイントでは、ジョイント音が聞こえず面白くありません。
（騒音防止には非常に役立っているのですが。）
　山形線（奥羽本線　福島－山形間）内のロングレールの場合、現場溶接によるロングレールの為か、
かすかに２５ｍ毎のジョイント音が残っているのが幸いです。

　在来線で長大トンネル内のロングレールの場合、継ぎ目のあるジョイント構造なので、
ジョイント部がくると前の方から「タタタタッ　　　　ゴトゴトッ」という感じで、ドップラー
効果で音の音色が変わりながら移動していくのが面白いです。

　踏切の前後の場合、踏切内にジョイントがこないように半分の長さのレールを
使って調整されているようです。このようなレールを通過する時のリズムも独特です。

　ポイントを通過する時の音は、継ぎ目が多数ある為かゴトゴト激しくいっており、表現の
難しい音になります。

　またサウンドが変わる要因としては、レールの継ぎ目の間隔によって音の大きさが変わる
こと（レールの継ぎ目の間隔は温度によっても変わる）、積雪時は雪で音が吸収されてしまう
こと、等といった要因でも変わってきます。

６．さいごに

　列車に乗って聞こえるこの独特のジョイント音って、ただの騒音だと言う人もいれば、
心地よいリズムだと言う人さまざまだと思います。
　もちろん沿線住民にすれば騒音の原因となっているのは言わずと知れたことですが。

　でも、私はこの音がないと列車に乗っているという感覚がせず、物足りない人種です。
　ところでジョイント音にここまでこだわった人って私以外にいるのでしょうか？

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