使用者:Sirogohan/VVVF

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VVVF（Variable Voltage Variable Frequency，字面意思為變壓變頻）是一個電機工程領域的和製英語術語，指通過調節逆變器生成交流電的電壓、頻率，來控制交流電機轉速、扭矩的技術。

使用VVVF技術的鐵道機車車輛通常會發出獨特的聲音（以下簡稱VVVF音），因而成為鐵道宅的談資。很多鐵道題材的遊戲作品都會儘可能還原現實鐵道車輛的VVVF音，以求給玩家帶來更真實的體驗。但是另一方面，在動畫作品中，為了不干擾角色們的對話台詞，VVVF音登場的機會較為有限，也成為了動畫描寫的鐵道與現實之間差距較為明顯的一個元素。

原理

淦！本部分用一兩段話根本講不清楚。

VVVF需要依賴逆變器實現。逆變器端子在每一個瞬間只能處於「零電位」或「高電位」兩種狀態，但是讓逆變器在以上兩種狀態中高速切換，並調整「零電位」和「高電位」平均時長的比例，就可以在平均的意義上實現零電位和高電位之間任意電位值的輸出。讓逆變器多個端子的平均電位值交替發生滿足正弦曲線的變化，就生成了交流電機所需要的頻率、電壓可調的交流電。

但是，這種高頻的電位切換也會在電機中產生高頻的電流波動，諧波在電磁場的作用下產生高頻變化的力，引發機械振動，從而製造出了聲音被人們聽到。因此，VVVF音的音調在本質上是電位切換頻率（也稱載波頻率、開關頻率）的直接反映。

逆變器輸出正弦波的頻率（基波頻率）與電機轉速密切相關，而對於不同頻率的基波，對開關頻率的選擇也不甚相同。在低速階段，由於開關頻率遠高於基波頻率，因此開關頻率可以比較隨意地選擇，例如可以保持恆定的頻率，而此時對應的VVVF音就會是綿長的、定頻的高音。在這一階段，開關頻率和基波頻率是不同步的。而在高速階段，開關頻率和基波頻率的差距縮小，如繼續採用不同步的調製，會導致基波產生顯著的不對稱，因此通常的做法是讓開關頻率保持為基波頻率的整數倍，稱為同步調製，而VVVF音的音調也會隨列車速度的提高而上升。

不同廠家對不同步調製的開關頻率有不同的選擇，也就產生了形形色色的VVVF音。例如，三菱電機的部分逆變器會讓開關頻率在一定範圍內波動，以將聲音分散在不同頻率的分量中，讓啟動音變得和緩而沙啞；而東洋電機的IGBT逆變器則採用定頻的開關頻率，形成純粹（三菱言刺耳）的啟動音。特別值得一提的例子，是西門子製作的一款GTO逆變器在啟動過程中的開關頻率會呈階梯狀變化，形成如同音樂般的do-re-mi-fa音階，而被鐵道宅津津樂道。

GTO、IGBT與SiC-MOSFET

GTO、IGBT與SiC-MOSFET指的是逆變器電路使用的電力電子/功率半導體元件。三種元件雖然功能相同，但是由於結構上的差異，在性能上有本質的區別。最重要的一點是三種元件在「零電位」和「高電位」之間切換所需要的時間和能量損耗不同。

最早推廣的GTO屬於晶閘管，在三者中有最長的切換時間和最大的能量損耗，因此開關頻率低，同時聲音響度也因為電流波動大而變得很大，也因此最吸粉。一些早期的GTO逆變器在低速區也使用同步調製，但是隨著速度的提升，開關頻率與基波頻率的倍數關係呈階梯形降低，因此出現了類似賽車不斷換擋的效果音。

IGBT在開關時間和能量損耗方面有顯著的進步，支持更高的開關頻率，因此在不同步調製的階段廣泛採用比GTO逆變器更高的開關頻率，產生更高音調的啟動音。

SiC-MOSFET則是將新型SiC材料應用於MOSFET器件，使得在矽時代無法在大電壓、大電流場合中應用的MOSFET器件也能成為軌道交通領域的新寵。搭配SiC-MOSFET的逆變器常常有音調更高、響度更低的啟動音，而且在高速的同步調製階段，開關頻率與基波頻率的比值也可以保持較高的數值，從而產生了更尖的聲音分量。

與ACG作品的聯繫

遊戲

很多，但是爺沒玩過！

（補充時同時簡短評論各遊戲還原VVVF音的效果孰強孰弱）

動畫

雖然VVVF音在現實生活中早已不是稀罕之物，但它在動畫作品中的登場並不常見。這一方面是因為噪聲大而持續時間長的VVVF音會嚴重干擾觀眾的注意力，聽不清楚劇中人物講台詞，另一方面也是因為車站、車廂等VVVF音的收錄環境通常比較嘈雜，製作、處理音效的成本很高，使用VVVF音得不償失。結果是，絕大多數動畫作品只會為鐵路機車搭配警笛、鐵軌聲等比較基本、且能瞬時完成的音效，而不會採用綿長的VVVF音。也因此，日本的niconico動畫視頻網站上一度出現了一系列「在動畫中加入真實鐵道音效」標籤的視頻投稿，在某種程度上反映了觀眾對動畫作品缺乏VVVF音現象的吐槽。但是在這類視頻中，融入吵鬧不堪鐵道音效的動畫已經讓觀眾無法理解劇中人物到底在幹什麼了，從中也可讓一般民眾理解動畫製作團隊方面的現實困難。

不過，這也不是說VVVF音在動畫作品中就絕跡了。在一些特定的片場中，在環境音中插入VVVF音可以製造「以動襯靜」的效果，反而有助於渲染寂靜、孤單的氣氛。一個典型的案例是《搖曳露營△2》第4集中各務原撫子在夜晚一個人等車時，旁邊駛離的列車就加入了VVVF音，襯托出車站裡安靜而略顯孤獨的氛圍。而在《citrus》藍原柚子和藍原芽衣送別父親的劇情中，駛離車站的京成電鐵AE型電車也使用了現實車型的VVVF音。

另外，隨著越來越多的動畫作品出現了高度取材於現實世界和地點的趨勢，動畫作品中的鐵道車輛也越來越寫實，相應地VVVF音也有了更多的亮相。例如京都動畫在其出品的《吹響！上低音號》中，就為多次登場的京阪13000系電車也搭配了VVVF音，力求展現更為真實的效果，儘管其中有很多是並不需要製造「以動襯靜」效果的普通片場。而被京都動畫真實還原的京阪電鐵也多次就該作品展開聯合的企劃，吸引ACG迷和鐵道宅的關注。

當然，有時真相也可能只是因為監督也恰好是個鐵道宅罷了。

使用例列表

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動畫

• 除
• 以上
• 外
• 《明日のよいち》：出現了以相鐵10000係為原型的電車和VVVF音。