スニーカーのキュッキュッ音で『スター・ウォーズ』が流れる!? 靴底パターンの物理学

体育館でバスケをしていると、急停止のたびに「キュッキュッ」と鳴る。あの音がゴムと床の摩擦で出ているのは誰でもわかる。でも、なぜ「キュッ」という特定の高さの音になるのか。なぜ靴によって音が違うのか。そこまで説明できる人はほとんどいない。

マサチューセッツ大学アマースト校のアルフレッド・クロスビー教授らの研究チームが、この謎を解き明かした。そして調子に乗って、スター・ウォーズのテーマ曲を演奏できる靴底まで作ってしまった。

「摩擦音」では説明しきれない

ゴムが床を擦れば音が出る。それ自体は正しい。だがもしそれだけなら、どの靴でも同じ音が出るはずだ。実際には靴によって音の高さが違う。バスケットシューズとランニングシューズでは音色がまるで違う。「摩擦」だけでは、この差を説明できない。

鍵を握るのはスティックスリップ（stick-slip）現象だ。「くっつく→滑る→くっつく→滑る」を超高速で繰り返す動きのこと。バイオリンの弓が弦に「くっついては滑り」を繰り返して音を出すのと同じ原理で、靴底のゴムも床の上で1秒間に数百回から数千回のスティックスリップを起こしている。

音の高さを決めていたのは「ゴムブロックの形」だった

靴底全体ではなく、個々のブロックが振動している

研究チームが高速度カメラとレーザー振動計で観察したところ、靴底全体が振動するのではなく、個々のゴムブロック（トレッドの突起部分）が独立して振動していた。

しかもブロックの高さと幅の比率が音の高さを決める最大の要因だと判明した。背の高い細いブロックは低い音、背の低い太いブロックは高い音。パイプオルガンの管の長さで音階が変わるのと同じ原理だ。

計算式→3Dプリント→スター・ウォーズ

チームはブロック形状と周波数の関係を数式にまとめ、「この音が欲しい」に対応するブロック寸法を逆算できるようにした。

そこで遊び心を発揮。スター・ウォーズのメインテーマに必要な音階を計算し、対応するゴムブロックを3Dプリンターで作成した。異なるサイズのブロックを音階順に並べた靴底を床に滑らせると、あの「ジャーン、ジャジャジャーン♪」が鳴る。音量もブロックの接地面積で調整できる。理論上はどんなメロディーでも演奏可能だ。

シルミー

靴底のブロックの形を変えるだけで音階が作れるって、楽器みたいだね!

遊びの研究が本気の技術に変わる

グリップ力を保ったまま「静かなバッシュ」を作る

スポーツシューズメーカーにとって、靴底の音は長年の悩みだった。グリップ力を上げれば音がうるさくなり、音を消せばグリップが落ちる。今回の研究成果を使えば、音の周波数だけを人間の耳に聞こえない超音波領域（2万ヘルツ以上）にシフトできる。摩擦力は維持したまま静かな靴が実現するかもしれない。

歩行の異常を音で知らせる靴

クロスビー教授は高齢者向けの靴への応用も提案している。正常な歩行なら一定リズムの「トン、トン、トン」だが、つまずきかけると音が変わる。介護スタッフが離れた場所から歩行状態を把握できる。視覚障害者向けの点字ブロックと組み合わせて、ブロックの種類ごとに異なる音階を鳴らすアイデアもある。

EVの時代にタイヤの騒音対策

自動車タイヤへの応用も有望だ。タイヤと路面の摩擦音（ロードノイズ）は高速道路沿いの深刻な騒音問題。トレッドパターンを最適化すれば、グリップ性能を損なわず静かなタイヤが作れる可能性がある。電気自動車の普及でエンジン音が消えた今、タイヤの音はより目立つようになっており、この研究の重要性は増すばかりだ。

体育館で鳴るキュッキュッという音。その小さな振動の中に、スポーツシューズから福祉機器、都市騒音対策までを変えるかもしれない物理学が詰まっていた。

アイキャッチ画像: Photo by Karsten Winegeart on Unsplash