User:Sirogohan/VVVF

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VVVF（Variable Voltage Variable Frequency，字面意思为变压变频）是一个电机工程领域的和制英语术语，指通过调节逆变器生成交流电的电压、频率，来控制交流电机转速、扭矩的技术。

使用VVVF技术的铁道机车车辆通常会发出独特的声音（以下简称VVVF音），因而成为铁道宅的谈资。很多铁道题材的游戏作品都会尽可能还原现实铁道车辆的VVVF音，以求给玩家带来更真实的体验。但是另一方面，在动画作品中，为了不干扰角色们的对话台词，VVVF音登场的机会较为有限，也成为了动画描写的铁道与现实之间差距较为明显的一个元素。

原理

淦！本部分用一两段话根本讲不清楚。

VVVF需要依赖逆变器实现。逆变器端子在每一个瞬间只能处于“零电位”或“高电位”两种状态，但是让逆变器在以上两种状态中高速切换，并调整“零电位”和“高电位”平均时长的比例，就可以在平均的意义上实现零电位和高电位之间任意电位值的输出。让逆变器多个端子的平均电位值交替发生满足正弦曲线的变化，就生成了交流电机所需要的频率、电压可调的交流电。

但是，这种高频的电位切换也会在电机中产生高频的电流波动，谐波在电磁场的作用下产生高频变化的力，引发机械振动，从而制造出了声音被人们听到。因此，VVVF音的音调在本质上是电位切换频率（也称载波频率、开关频率）的直接反映。

逆变器输出正弦波的频率（基波频率）与电机转速密切相关，而对于不同频率的基波，对开关频率的选择也不甚相同。在低速阶段，由于开关频率远高于基波频率，因此开关频率可以比较随意地选择，例如可以保持恒定的频率，而此时对应的VVVF音就会是绵长的、定频的高音。在这一阶段，开关频率和基波频率是不同步的。而在高速阶段，开关频率和基波频率的差距缩小，如继续采用不同步的调制，会导致基波产生显著的不对称，因此通常的做法是让开关频率保持为基波频率的整数倍，称为同步调制，而VVVF音的音调也会随列车速度的提高而上升。

不同厂家对不同步调制的开关频率有不同的选择，也就产生了形形色色的VVVF音。例如，三菱电机的部分逆变器会让开关频率在一定范围内波动，以将声音分散在不同频率的分量中，让启动音变得和缓而沙哑；而东洋电机的IGBT逆变器则采用定频的开关频率，形成纯粹（三菱言刺耳）的启动音。特别值得一提的例子，是西门子制作的一款GTO逆变器在启动过程中的开关频率会呈阶梯状变化，形成如同音乐般的do-re-mi-fa音阶，而被铁道宅津津乐道。

GTO、IGBT与SiC-MOSFET

GTO、IGBT与SiC-MOSFET指的是逆变器电路使用的电力电子/功率半导体元件。三种元件虽然功能相同，但是由于结构上的差异，在性能上有本质的区别。最重要的一点是三种元件在“零电位”和“高电位”之间切换所需要的时间和能量损耗不同。

最早推广的GTO属于晶闸管，在三者中有最长的切换时间和最大的能量损耗，因此开关频率低，同时声音响度也因为电流波动大而变得很大，也因此最吸粉。一些早期的GTO逆变器在低速区也使用同步调制，但是随着速度的提升，开关频率与基波频率的倍数关系呈阶梯形降低，因此出现了类似赛车不断换挡的效果音。

IGBT在开关时间和能量损耗方面有显著的进步，支持更高的开关频率，因此在不同步调制的阶段广泛采用比GTO逆变器更高的开关频率，产生更高音调的启动音。

SiC-MOSFET则是将新型SiC材料应用于MOSFET器件，使得在硅时代无法在大电压、大电流场合中应用的MOSFET器件也能成为轨道交通领域的新宠。搭配SiC-MOSFET的逆变器常常有音调更高、响度更低的启动音，而且在高速的同步调制阶段，开关频率与基波频率的比值也可以保持较高的数值，从而产生了更尖的声音分量。

与ACG作品的联系

游戏

很多，但是爷没玩过！

（补充时同时简短评论各游戏还原VVVF音的效果孰强孰弱）

动画

虽然VVVF音在现实生活中早已不是稀罕之物，但它在动画作品中的登场并不常见。这一方面是因为噪声大而持续时间长的VVVF音会严重干扰观众的注意力，听不清楚剧中人物讲台词，另一方面也是因为车站、车厢等VVVF音的收录环境通常比较嘈杂，制作、处理音效的成本很高，使用VVVF音得不偿失。结果是，绝大多数动画作品只会为铁路机车搭配警笛、铁轨声等比较基本、且能瞬时完成的音效，而不会采用绵长的VVVF音。也因此，日本的niconico动画视频网站上一度出现了一系列“在动画中加入真实铁道音效”标签的视频投稿，在某种程度上反映了观众对动画作品缺乏VVVF音现象的吐槽。但是在这类视频中，融入吵闹不堪铁道音效的动画已经让观众无法理解剧中人物到底在干什么了，从中也可让一般民众理解动画制作团队方面的现实困难。

不过，这也不是说VVVF音在动画作品中就绝迹了。在一些特定的片场中，在环境音中插入VVVF音可以制造“以动衬静”的效果，反而有助于渲染寂静、孤单的气氛。一个典型的案例是《摇曳露营△2》第4集中各务原抚子在夜晚一个人等车时，旁边驶离的列车就加入了VVVF音，衬托出车站里安静而略显孤独的氛围。而在《citrus》蓝原柚子和蓝原芽衣送别父亲的剧情中，驶离车站的京成电铁AE型电车也使用了现实车型的VVVF音。

另外，随着越来越多的动画作品出现了高度取材于现实世界和地点的趋势，动画作品中的铁道车辆也越来越写实，相应地VVVF音也有了更多的亮相。例如京都动画在其出品的《吹响！上低音号》中，就为多次登场的京阪13000系电车也搭配了VVVF音，力求展现更为真实的效果，尽管其中有很多是并不需要制造“以动衬静”效果的普通片场。而被京都动画真实还原的京阪电铁也多次就该作品展开联合的企划，吸引ACG迷和铁道宅的关注。

当然，有时真相也可能只是因为监督也恰好是个铁道宅罢了。

使用例列表

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动画

• 除
• 以上
• 外
• 《明日のよいち》：出现了以相铁10000系为原型的电车和VVVF音。