지멘스 옥타브
1. 개요
철도차량에 쓰이는 지멘스제 SIBAS32 계열 VVVF-GTO 인버터에서 나는 구동음이 음악소리 같다고 해서 붙여진 별명. 외국에서도 지멘스의 노래하는 인버터가 유명한지 유튜브에 잔뜩 올라와 있다. 게다가 '''이 소리는 의도되었다고 한다. 지멘스사의 한 기술자가 장난삼아 만든것이 시초.'''
2. 상세
특유의 옥타브음을 가장 자주 들을 수 있는 곳은 독일의 도이치반, 오스트리아의 오스트리아 연방 철도이다. 일본의 게이큐 전철도 이것으로 유명했지만 점차 IGBT로 교체되고 있기 때문에 이제는 아무래도 본고장인 독일, 오스트리아의 오이로슈프린터가 정석으로 여겨진다. 그 외에도 북유럽 지역의 여러 철도회사, 대한민국의 한국철도공사에서도 들을 수 있다.
동영상 속 기관차는 ÖBB 1116(ES 64 U2)[1]
한 술 더떠보자. '''본격_철도_관악기.avi'''. 공전현상으로 인해서 바퀴가 헛돌아 구동음이 늘어지는 것인데, 여기에 지멘스 옥타브가 결합되면 저렇게 아름다운 화음(...)이 나온다.
이쪽은 관악기를 넘어 '''철도 아코디언'''이 탄생했다.
케이큐 1000형 전동차 (추진제어장치 교체 전)
해당 영상에 나온 차량의 소자는 이미 변경된 상태지만, 1033F는 현재도 교체되지 않고 운행중이다. (올해면 1033F 차량 마저도 바뀔 예정이다. 단류기 고장으로 기지로 입고 되었으나, 다행히도 정비 후 소자 교체 없이 잘 다니고 있다.)
케이큐 2100형 전동차 (추진제어장치 교체 전)
옥타브음을 제외하면 후술할 대구 1호선 전동차와 가장 유사한 구동음을 낸다. 현재는 전 차량이 소자 교체로 옥타브가 나오지 않는다.
JR 히가시니혼 E501계 전동차 (개조 이전)
발차시 뿐만 아니라 제동시(위 영상 0:58~)에도 옥타브음을 내는 것이 특징이며, 또한 저속부분을 제외하면 IGBT 느낌이 난다는 것도 특징.
코레일의 8200호대 전기기관차
여기서 저런 옥타브가 나는 것은, 반송자 주파수(케리어 프리퀸시)를 고정하지 않고 가변적으로 운용하는 철도전기기관차의 특성에 의해 나타나는 것이다. 저속주행시 낮은 반송자 주파수를 사용하면 출력 주파수 파형도 그럭저럭 쓸만하고 GTO 스위칭에서도 큰 이득을 볼 수 있다. 한국의 8시리즈 전기기관차는 3단계의 주파수 변경을 가지는데, 어차피 바꾼다고 해봐야 깨알같은 차이로 바뀔 뿐, 위의 영상과 같이 단수가 많지는 않다.
IGBT를 사용하는 인버터도 마찬가지로 반송자 주파수를 변조할 수 있다. 역시 같은 이유[2]에서 그런 과정을 거치는데 IGBT를 사용한 철도인버터는 20KHz 이상의 반송자 주파수를 내보내기에 들을 일은 없다.
그런데 왜 단수가 나뉘느냐면 정현파 스위칭을 할 때, 델타-시그마 변환을 응용한 PWM 제어를 하게되는데, 이 때 SAW OSC 의 주파수가 반송자 주파수가 된다. 이 osc 의 주파수는 PLL-Loopback 에 의해 Lock 되어 있으며, 이 주파수를 무단(無段) 변경[3] 하려면 비싸다. 그래서 저런 톤이 나가는 것이다.
IGBT 계열 인버터의 연속적인 캐리어 주파수 변경음을 들어보자. 모터 구동에 필요한 IF 주파수 (실제 전동기 제어 주파수) 외에 훨씬 높은 음역대에서 지나가는 소리가 있는데 그게 캐리어 주파수이다. 데모 영상에서는 다소 낮은 주파수를 사용하지만 대부분의 상용 IGBT 인버터는 국내와 같이 기술력이 떨어지지 않는 이상 높게는 20khz까지 올라간다. 또한 일정 출력 주파수 이상부터는 출력 파형의 품질을 유지하기 위해 캐리어 주파수가 따라서 상승하게 된다.
이 때 중간중간에 캐리어 주파수가 떨어지는 경우가 있는데 이는 중대형 인버터의 단수제어에 의해 발생하는 것으로, 인버터 모듈 2기가 합산동작으로 전압을 그려내므로 높은 주파수가 필요없어져 다시 캐리어 주파수가 낮아지는 현상이다. 모듈 단위로 분리되지 않고 하나의 제어계통만을 가진 인버터의 경우 한번에 쭈우우우욱 올라간다.
3. 기타
KTX-1의 발차 영상.
지멘스 옥타브와 비슷한 음을 내지만 알스톰의 기술로 만든 물건이기에 인버터도 지멘스제가 아닌 알스톰제를 쓴다.[4]
대구 도시철도 1호선에서도 지멘스 GTO 인버터를 사용하였지만, 지멘스 옥타브는 아니다.[5]
음악관 트레인 시뮬레이터 시리즈 중 하나인 트레인 시뮬레이터 리얼 게이큐편에서는 신호보고, 차량 내 기타 잡소리, 사내 안내방송까지 도입해 리믹스해서 인트로도 만들었다.(...)
4. 관련 문서
[1] 기관차 한 대가 무려 화차 38량을 끌고 가고 있다!!! [2] 스위칭 효율 증가[3] 여기서의 무단은 단수가 없다, 즉 연속적으로 가감할 수 있다의 의미. CVT한국어로 부를때 그 무단 맞다.[4] 기본적으로 사이리스터 위상제어 전류형 인버터(GTO)가 들어갔으며, 일부 차종에는 현대 로템의 능동정류 Converter-Inverter 가 내장되어, 능동 위상제어 정류부, 쵸퍼부, 인버터부 모두 IGBT가 사용되었다.[5] 1C1M 에 closed loop 컨트롤을 위해 캐리어 무단제어가 가능하다.