專利名稱：使踏瓣準(zhǔn)確到達(dá)半程點的自動演奏器及其樂器和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動演奏器樂器(automatic player musical instrument)，特別涉及一種具有用于修正音調(diào)的踏瓣的自動演奏器樂器。
背景技術(shù)：
自動演奏器鋼琴是自動演奏器樂器的典型示例，并且音樂愛好者熟悉自動演奏器鋼琴。自動演奏器鋼琴是原聲鋼琴(acoustic piano)和自動演奏器之間的組合。自動演奏器具有電磁控制(solenoid-operated)的鍵致動器、電磁控制的踏瓣致動器和控制器。電磁控制的鍵致動器提供在黑和白鍵后部的下方，并且控制器有選擇地激勵電磁控制的鍵致動器，以便在沒有人類演奏者的任何手指彈奏的情況下引起鍵運動。電磁控制的踏瓣致動器被提供給諸如延音踏瓣(damper pedal)和弱音踏瓣(soft pedal)的踏瓣，并且控制器將驅(qū)動信號提供給電磁控制的踏瓣致動器，以便有選擇地向下推動踏瓣。這樣，自動演奏器引起鍵運動和踏瓣運動，并在原聲鋼琴上重演演奏。
當(dāng)人類演奏者向下推動延音踏瓣時，延音踏瓣沿踏瓣路線行進(jìn)，并且該踏瓣路線被假想地分割為3個區(qū)段(section)。第一區(qū)段是從靜止位置到踏瓣路線上的特定點，并且在第一區(qū)段中行進(jìn)期間，踏瓣鏈接機(jī)構(gòu)(linkwork)不在制音器上施加任何較大的力。在下文中，將第一區(qū)段稱為“靜止區(qū)段”。
第二區(qū)段是從該特定點到制音器開始離開弦的踏瓣路線上的另一個點。當(dāng)延音踏瓣在第二區(qū)段中行進(jìn)時，制音器的自重逐漸從弦上減小。在下文中，將第二區(qū)段稱為“半踏瓣(half pedal)區(qū)段”，并且稱延音踏瓣和制音器處于“半踏瓣狀態(tài)”。踏瓣鏈接機(jī)構(gòu)開始減小制音器自重的特定點被稱為“進(jìn)入點”，而踏瓣連接機(jī)構(gòu)將弦上的制音器自重減小為0的點被稱為“退出點”。
第三區(qū)段是從退出點到終點位置，并且在第三區(qū)段中行進(jìn)期間，不在弦上施加任何力。在下文中，將第三區(qū)段稱為“開放弦(open string)區(qū)段”，并且稱延音踏瓣和制音器處于“開放弦狀態(tài)”。這樣，延音踏瓣通過靜止區(qū)段、半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段而在靜止位置和終點位置之間移動。
制音器根據(jù)踏瓣路線上的區(qū)段而對音調(diào)產(chǎn)生不同的影響。特別地，人類鋼琴家在其演奏期間在半踏瓣狀態(tài)下明確地產(chǎn)生制音器的影響，并將人為的表現(xiàn)(artificial expression)置于其演奏中。
期望自動演奏器在重放期間準(zhǔn)確地產(chǎn)生半踏瓣狀態(tài)。然而，指定所有原聲鋼琴的半踏瓣區(qū)段，即進(jìn)入點和退出點是困難的。這是因為以下事實半踏瓣區(qū)段，即進(jìn)入點和退出點取決于原聲鋼琴的個體性。實際上，電磁控制的踏瓣致動器不會顯示出與其它電磁控制的踏瓣致動器的電流-活塞行程特性嚴(yán)格相同的電流-活塞行程特性，并且不同的游隙(play)量被引入踏瓣連接機(jī)構(gòu)。出于此原因，期望每個自動演奏器鋼琴的自動演奏器通過實驗確定半行程區(qū)段。
在日本專利第2606616號中公開了用于確定半行程區(qū)段的方法的典型示例。日本專利第2606616號基于日本專利申請第Hei 7-159700號，并且該日本專利申請被作為日本專利申請公開第Hei 8-44348號公開。在該日本專利申請的基礎(chǔ)上提交了美國專利申請，并且該美國專利申請作為美國專利第5131306號而被授權(quán)。
現(xiàn)有技術(shù)方法是在以下事實的基礎(chǔ)上開發(fā)的在半行程區(qū)段中，即使逐漸增大驅(qū)動信號的占空比，活塞行程也幾乎不增加。因此，現(xiàn)有技術(shù)自動演奏器逐步增大驅(qū)動信號的占空比，并利用合適的傳感器監(jiān)控活塞行程。其中不采用任何伺服控制。當(dāng)數(shù)據(jù)表示活塞行程的小的增量時，控制器判定延音踏瓣在半踏瓣區(qū)段中行進(jìn)。
盡管在理論上認(rèn)識到了半踏瓣區(qū)段，但是由于在相當(dāng)程度地增大占空比的半踏瓣區(qū)段中，踏瓣行程的增量是非常小的值，因此實際上難以確定驅(qū)動信號占空比的目標(biāo)值。此外，原聲鋼琴的個體性對半踏瓣狀態(tài)具有嚴(yán)重影響。例如，電磁控制的鍵致動器沒有顯示出嚴(yán)格相同的占空比-踏瓣行程特性。這意味著制造商不能唯一地確定現(xiàn)有技術(shù)自動演奏器鋼琴的所有產(chǎn)品的占空比的目標(biāo)值。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個重要目的是提供一種自動演奏器，其在自動演奏時準(zhǔn)確地再現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。
本發(fā)明的另一重要目的是提供一種樂器，其配有該自動演奏器。
本發(fā)明的另一重要目的是提供一種用于控制半踏瓣的方法。
本發(fā)明人考慮了現(xiàn)有技術(shù)自動演奏器鋼琴中固有的問題，并注意到資深鋼琴家將延音踏瓣保持在踏瓣行程中的特定區(qū)域。本發(fā)明人首先關(guān)聯(lián)了普通鋼琴家用來延長音調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)時間周期，然后將該標(biāo)準(zhǔn)時間周期與表示踏瓣行程的樂曲數(shù)據(jù)的特定值相關(guān)聯(lián)，并且最后將該特定值與對于計算機(jī)來說將區(qū)別對待的踏瓣軌跡上的唯一點相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明人得出以下結(jié)論應(yīng)通過算術(shù)和邏輯運算確定所述唯一點，并且在通過對自動演奏樂器的單個產(chǎn)品的實驗獲得的負(fù)載曲線的基礎(chǔ)上確定所述數(shù)學(xué)上唯一的點。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在樂器上重演演奏的自動演奏器，所述樂器具有多個操縱器，用于指定音調(diào)的音高；音調(diào)生成器，用于以所述音高產(chǎn)生音調(diào)；以及至少一個操縱器，用于根據(jù)距靜止位置的行程向音調(diào)施加一效果和另一效果；并且所述自動演奏器包括多個致動器，與所述多個操縱器相關(guān)聯(lián)，并被有選擇地激勵，以便在靜止位置和終點位置之間移動所述多個操縱器；致動器，與前述至少一個操縱器相關(guān)聯(lián)，并被激勵，以便在代表所述效果的樂曲數(shù)據(jù)存在時，將前述至少一個操縱器移動到終點區(qū)段，而在代表前述另一效果的另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，將其移動到半?yún)^(qū)段；前述至少一個操縱器的軌跡可分為靜止區(qū)段、半?yún)^(qū)段和終點區(qū)段；傳感器，產(chǎn)生代表前述至少一個操縱器在軌跡上的實際位置的控制數(shù)據(jù)；以及控制器，連接到所述多個致動器、所述致動器和傳感器，并響應(yīng)代表樂曲節(jié)的樂曲數(shù)據(jù)，以便有選擇地激勵所述多個致動器和所述致動器，以產(chǎn)生該樂曲節(jié)，控制器還響應(yīng)代表模擬軌跡的測試數(shù)據(jù)，以便沿著與靜止區(qū)段的至少一部分、半?yún)^(qū)段和終點區(qū)段的一部分重合的模擬軌跡，移動前述至少一個操縱器，從而收集分別與代表致動器上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)，并且控制器分析分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)，以便通過算術(shù)運算確定半?yún)^(qū)段中的數(shù)學(xué)上唯一的點，由此，在用于向音調(diào)施加前述另一效果的前述另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，控制器使前述至少一個操縱器到達(dá)該數(shù)學(xué)上唯一的點處。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂器，其包括多個操縱器，被有選擇地從各自的靜止位置移動到各自的終點位置，以指定音調(diào)的音高；音調(diào)生成器，連接到所述多個操縱器，并響應(yīng)向終點位置移動的操縱器，以便以指定的音高產(chǎn)生音調(diào)；至少一個操縱器，通過靜止區(qū)段、半?yún)^(qū)段和終點區(qū)段而在靜止位置和終點位置之間移動，并在終點區(qū)段向音調(diào)施加一效果，而在半?yún)^(qū)段向音調(diào)施加另一效果；以及自動演奏器，包括多個致動器，與所述多個操縱器相關(guān)聯(lián)，并被有選擇地激勵，以便在靜止位置和終點位置之間移動所述多個操縱器；致動器，與前述至少一個操縱器相關(guān)聯(lián)，并被激勵，以便在代表所述效果的樂曲數(shù)據(jù)存在時，將前述至少一個操縱器移動到終點區(qū)段，而在代表前述另一效果的另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，將其移動到半?yún)^(qū)段；傳感器，產(chǎn)生代表前述至少一個操縱器在靜止位置和終點位置之間的軌跡上的實際位置的控制數(shù)據(jù)；以及控制器，連接到所述多個致動器、所述致動器和傳感器，并響應(yīng)代表樂曲節(jié)的樂曲數(shù)據(jù)，以便有選擇地激勵所述多個致動器和所述致動器；控制器還響應(yīng)代表模擬軌跡的測試數(shù)據(jù)，以便沿著與靜止區(qū)段的至少一部分、半?yún)^(qū)段和終點區(qū)段的一部分重合的模擬軌跡，移動前述至少一個操縱器，從而收集分別與代表致動器上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)；并且控制器分析分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)，以便通過算術(shù)運算確定半?yún)^(qū)段中的數(shù)學(xué)上唯一的點，由此，控制器使前述至少一個操縱器到達(dá)該數(shù)學(xué)上唯一的點處，以便向音調(diào)施加前述另一效果。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種用于尋找數(shù)學(xué)上唯一的點的方法，其包括以下步驟a)在測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定樂器的至少一個操縱器的模擬軌跡，該模擬軌跡包含靜止區(qū)段的一部分、半?yún)^(qū)段和終點區(qū)段的一部分，b)利用致動器沿模擬軌跡移動所述至少一個操縱器，以便收集代表前述至少一個操縱器的實際位置的控制數(shù)據(jù)，所述控制數(shù)據(jù)分別與代表致動器上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)成對，以及c)分析分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)，以便通過算術(shù)運算確定半?yún)^(qū)段中的數(shù)學(xué)上唯一的點，使得使前述至少一個操縱器到達(dá)該數(shù)學(xué)上唯一的點處，以便向音調(diào)施加效果。
根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述，將更清楚地理解所述自動演奏器、樂器以及方法的特征和優(yōu)點，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的自動演奏器鋼琴的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖2是示出合并在自動演奏器鋼琴中的控制器的系統(tǒng)配置的方框圖，圖3是示出用于尋找半程點(half point)的一系列任務(wù)的流程圖，圖4是示出實驗中觀察到的平均電流-踏瓣行程特性的圖，
圖5是示出用于延音踏瓣的伺服控制環(huán)的方框圖，圖6是示出用于確定負(fù)載曲線或平均電流-踏瓣行程特性的任務(wù)序列的流程圖，圖7是示出用于在另一自動演奏器鋼琴中確定半程點的任務(wù)序列的流程圖，圖8是示出實驗中隨時間變化的踏瓣行程的圖，圖9是示出實驗中隨時間變化的平均電流量的圖，以及圖10是示出通過實驗確定的負(fù)載曲線上的估算點(evaluated point)的視圖。
具體實施例方式
在以下描述中，術(shù)語“半程點”被定義為控制器以操縱器為目標(biāo)的半踏瓣區(qū)段中的目標(biāo)點。盡管本發(fā)明適合于樂器的所有操縱器，但是由于對演奏者來說延音踏瓣較為普遍，因此對原聲鋼琴的延音踏瓣進(jìn)行描述。
鋼琴家將延音踏瓣按壓到半踏瓣區(qū)段中的各種深度值，以拉長音調(diào)。音調(diào)維持的時間周期根據(jù)在半踏瓣區(qū)段中的踏瓣行程而變化，從而鋼琴家為了他們的人為表現(xiàn)而巧妙地控制踏瓣行程。鋼琴家憑經(jīng)驗將維持時間周期與踏瓣行程相關(guān)聯(lián)，并且可以通過他們的生物反饋環(huán)來巧妙地調(diào)整踏瓣行程。然而，不可能在計算機(jī)系統(tǒng)中實現(xiàn)這種人類能力。出于此原因，安裝在鋼琴中的控制機(jī)器需要半程點。如果制造產(chǎn)生對應(yīng)于控制機(jī)器的半程點的基準(zhǔn)維持時間，則控制機(jī)器可以利用指示與基準(zhǔn)維持時間的偏差的控制數(shù)據(jù)來拉長或縮短維持時間。
本發(fā)明人用實驗的方法尋找了維持時間周期的標(biāo)準(zhǔn)值，并且發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)值是1.5秒。該標(biāo)準(zhǔn)值在延音踏瓣的全部行程下大約是維持時間的50％。出于此原因，本發(fā)明人采用了標(biāo)準(zhǔn)值即1.5秒作為基準(zhǔn)維持時間周期，并使該標(biāo)準(zhǔn)值即1.5秒對應(yīng)于表示踏瓣行程的樂曲數(shù)據(jù)的特定值。當(dāng)然，有可能使維持時間周期的另一個值對應(yīng)于踏瓣行程中的另一個點。換句話說，1.5秒的標(biāo)準(zhǔn)值和中間值不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。
隨后，本發(fā)明人將所述樂曲數(shù)據(jù)的特定值與半程點相關(guān)聯(lián)。如果控制機(jī)器顯示出與人類鋼琴家一樣高的能力，則本發(fā)明人已經(jīng)對該控制機(jī)器進(jìn)行了訓(xùn)練，以便在控制機(jī)器內(nèi)建立類生物反饋環(huán)。然而，沒有采用這種超現(xiàn)實的思想。而是，因為控制機(jī)器非常擅長算術(shù)和邏輯運算，所以本發(fā)明人將半程點放在數(shù)學(xué)上唯一的點處。
實施本發(fā)明的自動演奏器樂器主要包括原聲樂器和自動演奏器，并且自動演奏器在沒有人類演奏者的任何手指彈奏的情況下在原聲樂器上重演演奏。盡管多種原聲樂器能夠形成自動演奏器樂器的一部分，但是由于自動演奏器鋼琴為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，因此在下文中對自動演奏器鋼琴進(jìn)行描述。原聲鋼琴包括黑和白鍵、動作部件、弦槌、弦、制音器和一些踏瓣。一種踏瓣被稱為“延音踏瓣”，并且人類鋼琴家按壓延音踏瓣以拉長音調(diào)。作為示例，黑和白鍵代表所述“多個操縱器”，而延音踏瓣充當(dāng)“至少一個操縱器”。動作單元、弦槌、弦和制音器作為整體構(gòu)成“音調(diào)生成器”。自動演奏器包括控制器、用于黑和白鍵的多個致動器、用于延音踏瓣的至少一個致動器、以及用于測量踏瓣行程的傳感器。
存在各種演奏風(fēng)格(style)。例如，人類鋼琴家使延音踏瓣進(jìn)入半踏瓣狀態(tài)。該演奏風(fēng)格被稱為“半踏瓣”，以便將半踏瓣與延音踏瓣的全部行程區(qū)分開。盡管半踏瓣使音調(diào)被相當(dāng)程度地拉長，但是半踏瓣中的音調(diào)比全部行程中的音調(diào)短。這樣，人類演奏者通過使用延音踏瓣來給他或她的演奏賦予人為表現(xiàn)。
期望自動演奏器在重放時準(zhǔn)確地再現(xiàn)半踏瓣。然而，原聲鋼琴顯示出不同的個體性。換句話說，在原聲鋼琴中，半踏瓣狀態(tài)的踏瓣行程略微不同。出于此原因，應(yīng)當(dāng)通過實驗為各個原聲鋼琴確定半踏瓣區(qū)段。
如果熟練調(diào)音師進(jìn)行實驗，則他或她將準(zhǔn)確地指定每個原聲鋼琴的半踏瓣區(qū)段和半程點。然而，熟練調(diào)音師不可能在交付給所有用戶之后定期訪問所有用戶。這意味著自動演奏器本身通過實驗確定相關(guān)原聲鋼琴的半程點。
控制器首先在測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定模擬踏瓣軌跡，并激勵所述至少一個致動器，以便強(qiáng)迫延音踏瓣在模擬踏瓣軌跡上行進(jìn)。控制器通過伺服控制環(huán)強(qiáng)迫延音踏瓣在模擬踏瓣軌跡上行進(jìn)。當(dāng)延音踏瓣在模擬踏瓣軌跡上行進(jìn)時，控制器間歇地將代表提供給所述至少一個致動器的平均電流量的驅(qū)動數(shù)據(jù)存儲在其中，并間歇地從傳感器接收控制數(shù)據(jù)。該控制數(shù)據(jù)分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)配對，并且也被存儲在其中。
原聲鋼琴的個體性對控制數(shù)據(jù)具有影響，使得控制器在分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定負(fù)載曲線。然后，控制器分析負(fù)載曲線或分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)成對的控制數(shù)據(jù)?？刂破鞑荒軠y量產(chǎn)生音調(diào)的時間周期。換句話說，有必要向控制器通知半程點的具體特征，其中，控制器使延音踏瓣到達(dá)所述半程點處。由于控制器具有進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算的能力，因此通過算術(shù)和邏輯運算，所述具體特征是有區(qū)別的。
本發(fā)明人研究了負(fù)載曲線，并且發(fā)現(xiàn)大多數(shù)資深演奏者使延音踏瓣到達(dá)的半踏瓣區(qū)段中的一些數(shù)學(xué)上唯一的點。一個數(shù)學(xué)上唯一的點通過內(nèi)分(interior division)來指定，而另一個數(shù)學(xué)上唯一的點被指定為負(fù)載曲線上的拐點。再一個數(shù)學(xué)上唯一的點通過減法來確定?？刂破骺梢酝ㄟ^算術(shù)運算來實現(xiàn)內(nèi)分、對拐點的分析、以及減法。這樣，控制器可以在沒有熟練的人類調(diào)音師幫助的情況下確定半程點。
按照下面所述來確定術(shù)語“前面”、“后面”、“縱向”、“橫向”和“上下方向”。術(shù)語“前面”指示比用術(shù)語“后面”修飾的位置更靠近演奏者的位置，所述演奏者正坐在凳子上用手指彈奏。在前面位置和對應(yīng)的后面位置之間畫的線沿“縱向”延伸，并且“橫向”以直角與縱向相交?！吧舷路较颉贝怪庇谟煽v向和橫向定義的平面。
第一實施例首先參考附圖的圖1，實施本發(fā)明的自動演奏器鋼琴30主要包括原聲鋼琴1和自動演奏器3。當(dāng)人類鋼琴家在原聲鋼琴1上演奏樂曲時，自動演奏器3保持空閑，并且在原聲鋼琴1中沿著樂曲的節(jié)產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。自動演奏器3響應(yīng)用戶的重放指令，并在沒有人類鋼琴家的任何手指彈奏的情況下重演演奏。盡管還將記錄系統(tǒng)合并在自動演奏器鋼琴1中以便記錄原聲鋼琴1上的演奏，但是該系統(tǒng)配置和系統(tǒng)行為對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，從而為簡便起見而省略詳細(xì)描述。在下文中詳細(xì)描述原聲鋼琴1和自動演奏器3。
原聲鋼琴的結(jié)構(gòu)在此實例中，原聲鋼琴1是標(biāo)準(zhǔn)的臥式鋼琴。當(dāng)然，直立式鋼琴也可用于自動演奏器鋼琴30。原聲鋼琴1包括鍵盤31、弦槌32、動作單元33、弦34、制音器36、鋼琴箱體(cabinet)PC和踏瓣P(guān)D。鍵盤31安裝在鋼琴箱體PC的前部，并暴露給鋼琴家，所述鋼琴家正坐在鋼琴箱體PC前面的凳子(未示出)上演奏一首樂曲。動作單元33、弦槌32、弦34和制音器36裝在鋼琴箱體PC內(nèi)部，并且當(dāng)大頂蓋(未示出)被折疊起來時，內(nèi)部空間向周圍環(huán)境敞開。動作單元33和制音器36與鍵盤31鏈接，并被鋼琴家通過鍵盤31有選擇地驅(qū)動。弦槌32由動作單元33驅(qū)動，并且弦34被弦槌32撞擊，以產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。
鍵盤31包括黑鍵31a和白鍵31b，并且黑鍵31a和白鍵31b以眾所周知的模式放置。鍵架中板(balance rail)31c在定義鋼琴箱體PC底部的中盤31d上方橫向延伸，并且黑鍵31a和白鍵31b按照以直角與鍵架中板31c相交這樣的方式靜止在鍵架中板31c上。圓鍵釘31e間歇地從鍵架中板31c向上伸出，并給黑/白鍵31a/31b提供支點。當(dāng)用戶按壓黑和白鍵31a/31b的前端部時，該前端部向中盤31d下降，而后部被升高。這樣，黑和白鍵31a/31b上下傾斜，就像蹺蹺板一樣。
黑/白鍵31a/31b分別與動作單元33鏈接，使得被按壓的鍵31a/31b驅(qū)動相關(guān)的動作單元33。弦槌32靜止在頂桿(jack)33a上，所述頂桿33a與調(diào)節(jié)鈕33b一起形成動作單元33的各個部分。當(dāng)頂桿33a的尖端與相關(guān)的調(diào)節(jié)鈕33b接觸時，頂桿33a脫離相關(guān)的弦槌32，并將力施加到弦槌32上。然后，弦槌32開始向相關(guān)的弦34自由旋轉(zhuǎn)。這樣，通過頂桿33a的脫離而驅(qū)動弦槌32自由旋轉(zhuǎn)。
弦34在相關(guān)的弦槌32上方繃緊，并被相關(guān)弦槌32在自由旋轉(zhuǎn)的終點撞擊。當(dāng)黑和白鍵31a/31b停留在靜止位置時，制音器36保持與相關(guān)的弦34相接觸，并防止相關(guān)的弦34振動。在通向終點位置的途中，被按壓的鍵31a/31b使相關(guān)的制音器36與弦34隔開。然后，弦34準(zhǔn)備好振動。
每個制音器36包括制音桿36a、制音塊(damper block)36b、制音絲36c和制音頭(damper head)36d。制音桿36a由制音軸架36e可旋轉(zhuǎn)地支撐，并具有位于相關(guān)的黑/白鍵31a/31b后端部上方的前端部。當(dāng)鋼琴家在相關(guān)的黑/白鍵31a/31b的前部施加力時，后端部上升，并向上推動制音桿36a的前端部。這樣，所按壓的黑/白鍵31a/31b引起制音桿36a繞制音軸架36e的旋轉(zhuǎn)。
制音塊36b用樞軸連接到制音桿36a的中部，并且制音絲36c的下端嵌入制音塊36b。制音絲36c豎立在制音塊36b上，并經(jīng)過導(dǎo)軌36f。制音絲36c在其上端連接到制音頭36d，并且形成制音頭36d的一部分的制音平板氈保持與弦34相接觸。制音平板氈彼此高度并不嚴(yán)格相等。
當(dāng)所按壓的黑/白鍵31a/31b向上推動制音桿36a時，力通過制音絲36c從制音桿36a傳送到制音頭36d，使得制音頭36d與弦34隔開。當(dāng)鋼琴家釋放所按壓的黑/白鍵31a/31b時，黑/白鍵31a/31b的后部由于制音器36的自重而下降，并使制音頭36d再次與弦34相接觸。這樣，制音器36防止相關(guān)的弦34振動、以及允許相關(guān)的弦34振動以產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。
踏瓣P(guān)D被提供在中盤31d下方，并通過相關(guān)的鏈接機(jī)構(gòu)PL連接到制音塊36h、持音撥桿(sostenuto rod)和鍵盤31。在演奏期間，人類演奏者踩在踏瓣P(guān)D上，以便將人為表現(xiàn)加入鋼琴音調(diào)中。
一種踏瓣P(guān)D稱為“延音踏瓣”，并使鋼琴音調(diào)被拉長。另一種踏瓣P(guān)D稱為“弱音踏瓣”，并使鋼琴音調(diào)響度減小。另一種踏瓣P(guān)D稱為“持音踏瓣(sostenuto pedal)”，并使特定音調(diào)被拉長。延音踏瓣、弱音踏瓣和持音踏瓣分別驅(qū)動制音塊36h、鍵盤31和持音撥桿。當(dāng)鋼琴家在原聲鋼琴1上演奏一首樂曲時，他或她不僅將延音踏瓣P(guān)D按壓到終點位置以拉長音調(diào)，還踩在延音踏瓣P(guān)D上以實現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。制音器36經(jīng)過靜止區(qū)段和半踏瓣區(qū)段，并進(jìn)入開放弦區(qū)段。
當(dāng)制音器36在靜止區(qū)段中行進(jìn)時，對踏瓣運動的負(fù)載僅略微增大。如上文所述，制音平板氈彼此高度并不嚴(yán)格相等，并且，出于此原因，制音平板氈不會同時離開弦34。換句話說，在制音器36中，半踏瓣區(qū)段長度不同。這意味著當(dāng)制音器36在半踏瓣區(qū)段中行進(jìn)時，鋼琴家感覺延音踏瓣P(guān)D上的負(fù)載確實增大。鋼琴家可以使延音踏瓣P(guān)D停止在半程點處，所述半程點落在半踏瓣區(qū)段的預(yù)定范圍內(nèi)。否則，他或她進(jìn)一步按壓延音踏瓣P(guān)D，并使制音器36進(jìn)入開放弦區(qū)段。在開放弦區(qū)段中，對踏瓣運動的負(fù)載僅略微增大。
自動演奏器的功能自動演奏器3包括控制器3a、電磁控制的鍵致動器20的陣列以及電磁控制的踏瓣致動器26?？刂破?a具有數(shù)據(jù)處理能力，并且合適的計算機(jī)程序被安裝在其中。電磁控制的鍵致動器20和電磁控制的踏瓣致動器26連接到控制器3a。
電磁控制的鍵致動器20被提供在黑和白鍵31a/31b后部的下方，并且控制器3a有選擇地激勵電磁控制的鍵致動器20，以便在沒有人類演奏者的任何手指彈奏的情況下驅(qū)動相關(guān)的黑和白鍵31a/31b。另一方面，電磁控制的踏瓣致動器26被提供在踏瓣P(guān)D后部的上方，并在沒有人類演奏者的任何踩踏的情況下向下推動相關(guān)的踏瓣P(guān)D。期望電磁控制的踏瓣致動器26驅(qū)動的踏瓣系統(tǒng)PD/PL/36的總重量比期望電磁控制的鍵致動器20驅(qū)動的鍵/動作單元/每個制音器36/每個弦槌32的總重量更重。因而，期望螺線管28產(chǎn)生比由電磁控制的鍵致動器20的螺線管產(chǎn)生的磁場更強(qiáng)的磁場。
電磁控制的鍵致動器20具有各自的內(nèi)置活塞傳感器20a、各自的螺線管(未示出)和各自的活塞20b，并且活塞20b具有各自的位于黑和白鍵31a/31b后部下方的頂端。電磁控制的踏瓣致動器26也具有各自的活塞傳感器27、各自的螺線管28和各自的活塞29(參見圖2)?；钊?9被插入到鏈接機(jī)構(gòu)PL中，并驅(qū)動制音塊36h、鍵盤31和持音撥桿，就像人類演奏者踩在踏瓣P(guān)D上一樣。
當(dāng)用戶希望再現(xiàn)演奏時，用戶命令控制器3a準(zhǔn)備好重放，并且代表演奏的一組MIDI(樂器數(shù)字接口)樂曲數(shù)據(jù)代碼被加載到控制器3a中?？刂破?a按順序處理該MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼，以便確定黑和白鍵31a/31b將在其上行進(jìn)的基準(zhǔn)鍵軌跡?；鶞?zhǔn)鍵軌跡是隨時間變化的一系列目標(biāo)鍵位置值。如果黑和白鍵31a/31b準(zhǔn)確地沿基準(zhǔn)鍵軌跡行進(jìn)，則黑和白鍵31a/31b以基準(zhǔn)鍵速度的目標(biāo)值經(jīng)過各個基準(zhǔn)鍵點。由于基準(zhǔn)鍵速度與撞擊弦34之前瞬間的弦槌速度成比例，因此以目標(biāo)響度值產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。這樣，基準(zhǔn)鍵軌跡上的黑和白鍵31a/31b將弦槌32引導(dǎo)到目標(biāo)弦槌速度，以便以目標(biāo)響度產(chǎn)生音調(diào)。
當(dāng)要移動特定鍵31a/31b的定時到來時，控制器3a將驅(qū)動信號uk(t)提供給該特定鍵31a/31b下方的電磁控制的鍵致動器20，并用驅(qū)動信號uk(t)激勵螺線管(未示出)。然后，活塞20b向上伸出，并推動特定鍵31a/31b的后部。內(nèi)置的活塞傳感器20a通過活塞位置信號yk向控制器3a報告幾乎與當(dāng)前鍵位置相同的當(dāng)前活塞位置。控制器3a將當(dāng)前活塞位置和等于當(dāng)前鍵速度的當(dāng)前活塞速度與基準(zhǔn)鍵軌跡上的對應(yīng)目標(biāo)鍵位置和目標(biāo)鍵速度相比較，以查看特定鍵31a/31b是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。如果答案給出為否定，則控制器3a改變驅(qū)動信號uk(t)的平均電流，以便使活塞20b加速或減速。另一方面，當(dāng)控制器3a確認(rèn)特定鍵31a/31b準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)鍵軌跡上行進(jìn)時，控制器3a將驅(qū)動信號u(k)保持為該平均電流。這樣，控制器3a按順序驅(qū)動活塞20b，以便引起與原演奏中的鍵運動相同的鍵運動。黑和白鍵31a/31b驅(qū)動相關(guān)的動作單元33，并使弦槌32在自由旋轉(zhuǎn)的終點與相關(guān)的弦34碰撞，以產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。
在原演奏中，人類演奏者有時候拉長鋼琴音調(diào)。當(dāng)在重放中要再現(xiàn)拉長的鋼琴音調(diào)的定時到來時，控制器3a還確定延音踏瓣P(guān)D的基準(zhǔn)踏瓣軌跡、以及驅(qū)動信號up(t)的平均電流。驅(qū)動信號up(t)被提供給螺線管28，使得在活塞29周圍產(chǎn)生磁場。磁力被施加在活塞29上，使得活塞29引起踏瓣運動。盡管由于大時間常數(shù)而發(fā)生時間延遲，但驅(qū)動信號up(t)使活塞29迅速加速，使得踏瓣P(guān)D可以在活塞運動的初期趕到基準(zhǔn)踏瓣軌跡上的目標(biāo)位置。當(dāng)活塞29移動踏瓣P(guān)D和相關(guān)的鏈接機(jī)構(gòu)PL時，踏瓣傳感器27通過活塞位置信號yp向控制器3a報告當(dāng)前活塞位置，即當(dāng)前踏瓣位置?？刂破?a與提供給電磁控制的鍵致動器20的驅(qū)動信號UK(t)類似地改變或保持驅(qū)動信號up(t)的平均電流。
利用延音踏瓣P(guān)D上的負(fù)載來平衡磁力。如上文所述，制音平板氈并不同時離開弦34。換句話說，在半踏瓣區(qū)段中，負(fù)載逐步增大，并且驅(qū)動信號up(t)的平均電流量或占空比逐漸增大。負(fù)載曲線CA的斜率比較大。當(dāng)所有制音平板氈都離開了弦34時，所有自重都被施加到延音踏瓣P(guān)D上。即使制音器36被電磁控制的踏瓣致動器26進(jìn)一步升高，平均電流量或占空比也不會那么大地增大，并且負(fù)載曲線CA的斜率非常小。
當(dāng)樂曲數(shù)據(jù)請求控制器3a使延音踏瓣P(guān)D進(jìn)入半踏瓣狀態(tài)時，電磁控制的踏瓣致動器26將延音踏瓣P(guān)D移動到半程點。
計算機(jī)程序在控制器3a上運行，并且控制器3a通過執(zhí)行程序指令來完成上述任務(wù)。控制器3a的功能分解為鋼琴控制器40的功能、運動控制器41的功能和伺服控制器42的功能。
鋼琴控制器40從合適的數(shù)據(jù)源中按順序取出MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼，并在所述定時將MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼提供給運動控制器41，以再現(xiàn)每個鋼琴音調(diào)。一組MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼包含定義鍵運動和踏瓣運動的樂曲數(shù)據(jù)、以及代表一事件和下一事件之間的時間間隔的持續(xù)時間數(shù)據(jù)。鋼琴控制器40在持續(xù)時間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定所述定時，并將代表鍵位置和/或踏瓣運動的一個或多個樂曲數(shù)據(jù)提供給運動控制器41。
運動控制器41分析該樂曲數(shù)據(jù)，并確定基準(zhǔn)鍵軌跡。如上文所述，基準(zhǔn)鍵軌跡是指隨時間變化的一系列目標(biāo)鍵位置，而基準(zhǔn)踏瓣軌跡是指也隨時間變化的一系列目標(biāo)踏瓣位置。運動控制器41將代表目標(biāo)鍵位置rk的鍵位置數(shù)據(jù)和代表目標(biāo)踏瓣位置rp的踏瓣位置數(shù)據(jù)以固定的間隔提供給伺服控制器42。
伺服控制器42連接到電磁控制的鍵致動器20、內(nèi)置的活塞傳感器20a、電磁控制的踏瓣致動器26和活塞傳感器27。伺服控制器42分別在鍵位置數(shù)據(jù)和踏瓣位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定將鍵31a/31b移動到下一目標(biāo)鍵位置所需的驅(qū)動信號UK(t)的平均電流、以及將踏瓣P(guān)D移動到下一目標(biāo)踏瓣位置所需的驅(qū)動信號up(t)的平均電流，并將驅(qū)動信號UK(t)和驅(qū)動信號up(t)調(diào)整到等于平均電流的占空比和等于平均電流的占空比。為了將驅(qū)動信號UK(t)和up(t)調(diào)整到目標(biāo)平均電流，將脈沖寬度調(diào)制器42a(參見圖2)合并在伺服控制器42中。
當(dāng)活塞20b和29在磁場中移動時，內(nèi)置的活塞傳感器20a和27確定當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前踏瓣位置，并周期性地將當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前踏瓣位置作為鍵位置信號yk和踏瓣位置信號yp報告給伺服控制器42。
伺服控制器42將當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前踏瓣位置與對應(yīng)的目標(biāo)鍵位置和對應(yīng)的踏瓣位置相比較，以查看鍵31a/31b和踏瓣P(guān)D是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)鍵軌跡和基準(zhǔn)踏瓣軌跡上行進(jìn)。如果答案給出為否定，則伺服控制器42改變驅(qū)動信號UK(t)的平均電流和驅(qū)動信號up(t)的平均電流。另一方面，如果答案給出為肯定，則伺服控制器42將平均電流保持在當(dāng)前值。
假設(shè)樂曲數(shù)據(jù)請求控制器3a實現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。運動控制器間歇地把將延音踏瓣P(guān)D引導(dǎo)到半程點處的一系列目標(biāo)踏瓣位置提供給伺服控制器42，并且伺服控制器42強(qiáng)迫延音踏瓣P(guān)D在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)，以實現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。然而，原聲鋼琴1的個體性對半程點具有嚴(yán)重影響。為了準(zhǔn)確地實現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)為原聲鋼琴1單獨確定半程點。出于此原因，控制器3a在自動演奏之前通過計算機(jī)程序?qū)ふ野氤厅c。將在下文中詳細(xì)描述用于確定半程點的方法。
控制器的系統(tǒng)配置轉(zhuǎn)到圖2，控制器3a包括被簡寫為“CPU”的中央處理單元11、被簡寫為“ROM”的只讀存儲器12、被簡寫為“RAM”的隨機(jī)存取存儲器13、被簡寫為“MIDI/IF”的MIDI接口14、總線系統(tǒng)15和計時器16。中央處理單元11、只讀存儲器12、隨機(jī)存取存儲器13、MIDI接口14和計時器16連接到總線系統(tǒng)15，并且中央處理單元11通過總線系統(tǒng)15與其它系統(tǒng)組件通信。
中央處理單元11是數(shù)據(jù)處理能力的源，并且計算機(jī)程序存儲在只讀存儲器12中。中央處理單元11從只讀存儲器12中按順序取出組合起來形成計算機(jī)程序的程序指令，并執(zhí)行由這些計算機(jī)指令表示的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理所需的參數(shù)表和系數(shù)也存儲在只讀存儲器12中。隨機(jī)存取存儲器13向中央處理單元11提供臨時數(shù)據(jù)存儲，并充當(dāng)工作存儲器。有選擇地在中央處理單元11上運行的計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)鋼琴控制器40、運動控制器41和伺服控制器42的功能。
此外，代表模擬踏瓣軌跡的測試數(shù)據(jù)存儲在只讀存儲器12中，并且中央處理單元11通過實驗使用測試數(shù)據(jù)來確定半程點。在下文中將對所述實驗進(jìn)行詳細(xì)描述。
MIDI接口14通過MIID電纜連接到另一樂器或個人計算機(jī)系統(tǒng)，并且從MIDI接口14輸出MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼、或者向MIDI接口14輸入MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼。利用計時器16測量時間間隔，并且中央處理單元11讀取計時器16上的時間或時間間隔，以便確定事件要發(fā)生的定時。此外，計時器16通過計時器中斷，周期性地使主例程程序分支到子例程。計時器16可以是軟件計時器。
控制器3a還包括顯示單元17、操縱板19、脈沖寬度調(diào)制器42a、音調(diào)生成器21、效果器(efector)22、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器25和連接到外部存儲器18的接口、鍵傳感器37、活塞傳感器20a/27以及聲音系統(tǒng)23。這些系統(tǒng)組件17、19、42a、21、22、25和接口還連接到總線系統(tǒng)15，使得中央處理單元也可以與這些系統(tǒng)組件17-25和接口通信。脈沖寬度調(diào)制器42a可以與電磁控制的鍵致動器20集成。在此實例中，中央處理單元11將指示驅(qū)動信號的目標(biāo)占空比的控制信號通過接口提供給脈沖寬度調(diào)制器42a。
顯示單元17是人-機(jī)界面。在此實例中，顯示單元包括液晶顯示板。在顯示單元17中產(chǎn)生狀態(tài)消息和提示消息的字符圖像，并且還在顯示單元17中產(chǎn)生音階(scale)/指示符的符號和圖像，使得用戶從顯示單元17獲取代表自動演奏器鋼琴30的當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)信息。還在顯示單元16上產(chǎn)生五線譜樂譜上的音符的圖像，并且用戶在五線譜樂譜的音符的幫助下演奏樂曲。
按鈕開關(guān)、10個鍵和控制桿排列在操縱板19上。用戶有選擇地推動和移動開關(guān)、鍵和控制桿，以便將他們的指令賦予控制系統(tǒng)3a。脈沖寬度調(diào)制器42a響應(yīng)代表驅(qū)動信號UK(t)/up(t)的平均電流的控制數(shù)據(jù)，以便將驅(qū)動信號UK(t)/up(t)調(diào)整到目標(biāo)占空比。
音調(diào)生成器21在MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上產(chǎn)生數(shù)字音頻信號，并將該數(shù)字音頻信號提供給效果器22。效果器22響應(yīng)代表要施加到音調(diào)上的效果的控制數(shù)據(jù)代碼，使得在效果器22中修正該數(shù)字音頻信號。數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器被合并在效果器22中。數(shù)字音頻信號被轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，并且該模擬音頻信號被提供給聲音系統(tǒng)23。模擬音頻信號被均衡和放大，并隨后被轉(zhuǎn)換為電子音調(diào)。這樣，鍵盤樂器可以產(chǎn)生電子音調(diào)，而不是通過振動的弦34生成的鋼琴音調(diào)。
內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器25的數(shù)據(jù)保存能力比隨機(jī)存取存儲器13大得多，并且多組MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼存儲在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器25中。在此實例中，將快閃存儲器用作內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器25。將多組MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼通過MIDI接口14從外部數(shù)據(jù)源或通過所述接口從外部存儲器18傳遞到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器25。各種大容量存儲器均可用于控制器3a。
在此實例中，利用盤驅(qū)動器和諸如例如柔性盤(flexible disk)或光盤的便攜式存儲設(shè)備來實現(xiàn)外部存儲器18。鍵傳感器37被提供在黑和白鍵31a/31b前部的下方，并形成記錄系統(tǒng)的一部分。鍵傳感器37分別與黑和白鍵31a/31b相關(guān)聯(lián)，并向控制器3a報告相關(guān)的黑和白鍵31a/31b的當(dāng)前鍵位置?？刂破?a分析該當(dāng)前鍵位置，以便確定鍵運動。控制器3a將表示鍵運動的樂曲數(shù)據(jù)編碼為在MIDI協(xié)議中定義的格式。這樣，鍵盤31上的演奏被記錄在一組MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼中。
用于尋找半程點的計算機(jī)程序如上文所述，由于原聲鋼琴的個體性，所述半程點與其它自動演奏器鋼琴的半程點并不嚴(yán)格相同。為了以高保真度重演演奏，有必要通過實驗準(zhǔn)確地指定原聲鋼琴1的半程點。在此實例中，半程點被表示為距靜止位置的踏瓣行程。
圖3示出了通過計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的任務(wù)序列。當(dāng)請求中央處理單元11確定半程點pH時，主例程分支到圖3示出的子例程。中央處理單元11首先進(jìn)行實驗，以便獲得延音踏瓣P(guān)D的負(fù)載曲線，即相關(guān)的電磁控制的踏瓣致動器26的平均電流-活塞行程特性曲線，如步驟S101。曲線CA指示平均電流-活塞行程特性曲線(參見圖4)?；钊谐痰扔谔ぐ晷谐蹋瑥亩鴻M坐標(biāo)代表距靜止位置的踏瓣行程(st)，而縱坐標(biāo)軸指示平均電流up(st)的量。
更詳細(xì)地描述步驟S101處的任務(wù)。圖5示出了合并在自動演奏器中的伺服控制環(huán)，而圖6示出了步驟S101處的任務(wù)序列。如圖5所示，伺服控制器42、電磁控制的踏瓣致動器26和內(nèi)置的活塞傳感器27組合起來形成用于延音踏瓣P(guān)D的伺服控制環(huán)，并且運動控制器間歇地將目標(biāo)踏瓣位置rp的值提供給伺服控制器42。盡管運動控制器41在自動演奏時在基準(zhǔn)踏瓣軌跡的基礎(chǔ)上提供代表目標(biāo)踏瓣位置的踏瓣位置數(shù)據(jù)，但是運動控制器41在模擬踏瓣軌跡的基礎(chǔ)上確定踏瓣位置，其中，在實驗中通過所述模擬踏瓣軌跡來模擬半踏瓣狀態(tài)。將測試數(shù)據(jù)從鋼琴控制器40提供給運動控制器41，并且運動控制器41間歇地向伺服控制器42給出目標(biāo)踏瓣位置值。模擬踏瓣軌跡引起延音踏瓣P(guān)D的勻速運動，并且伺服控制器42通過伺服控制環(huán)強(qiáng)迫延音踏瓣P(guān)D在模擬踏瓣軌跡上行進(jìn)。在此實例中，一直到模擬踏瓣軌跡的終點為止，延音踏瓣P(guān)D花費4秒鐘。
更詳細(xì)地說，假設(shè)運動控制器41接收到代表模擬踏瓣軌跡的測試數(shù)據(jù)，如步驟S601。為了實現(xiàn)伺服控制，以固定的間隔將代表隨時間變化的目標(biāo)踏瓣位置的踏瓣位置數(shù)據(jù)提供給伺服控制器42，其中所述固定間隔等于對踏瓣位置信號yp的采樣時間周期。在下文中，將每個固定時間間隔稱為“空閑時間周期”。在此實例中，空閑時間周期是4毫秒。出于此原因，運動控制器41檢查計時器16，以查看空閑時間周期是否到期，如步驟S602。如果答案給出為否定“否”，則運動控制器41重復(fù)步驟S602，直到答案改變?yōu)榭隙橹埂?br>
當(dāng)答案給出為肯定“是”時，運動控制器41將代表目標(biāo)踏瓣位置rp的踏瓣位置數(shù)據(jù)提供給伺服控制器42，如步驟S603。將由踏瓣位置數(shù)據(jù)yp表示的實際踏瓣位置與目標(biāo)踏瓣位置rp同時從內(nèi)置的活塞傳感器27提供給伺服控制器42。
然后，伺服控制器42比較實際踏瓣位置和目標(biāo)踏瓣位置，以查看確定目標(biāo)踏瓣位置和實際踏瓣位置之間的偏差值ep，如步驟S604。伺服控制器42將偏差值ep乘以特定增益，并通過放大來確定平均電流的目標(biāo)值up，如步驟S605。伺服控制器42通過放大將偏差值ep，即目標(biāo)踏瓣位置和實際踏瓣位置之間的差，轉(zhuǎn)換為驅(qū)動信號up(st)的平均電流或占空比的目標(biāo)值up。
隨后，伺服控制器42通過脈沖寬度調(diào)制器42a將驅(qū)動信號up(st)調(diào)整到目標(biāo)占空比up，如步驟S606。將驅(qū)動信號up(st)從脈沖寬度調(diào)制器42a提供給電磁控制的踏瓣致動器26的螺線管。活塞29從螺線管28向下伸出，并按壓延音踏瓣P(guān)D，并且當(dāng)空閑時間周期到期時，將從內(nèi)置的活塞傳感器27向伺服控制器42報告當(dāng)前踏瓣位置或?qū)嶋H踏瓣位置。
伺服控制器42將平均電流或占空比的目標(biāo)值作為驅(qū)動信號up(st)的當(dāng)前值存儲在工作存儲器13中，如步驟S607，并檢查踏瓣位置數(shù)據(jù)，以查看延音踏瓣P(guān)D是否到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點，如步驟S608。
當(dāng)步驟S608處的答案給出為否定的“否”時，控制返回步驟S602，并重復(fù)從S602到S608的控制序列。這樣，運動控制器41和伺服控制器42重復(fù)由步驟S602至S608組成的循環(huán)，直到延音踏瓣P(guān)D到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點為止，并將根據(jù)實際踏瓣位置的驅(qū)動信號up(st)的一系列當(dāng)前值積存在工作存儲器13中。
當(dāng)延音踏瓣P(guān)D到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點時，步驟S608處的答案改變?yōu)椤翱隙ā?，并且中央處理單?1在根據(jù)實際踏瓣位置的一系列當(dāng)前值的基礎(chǔ)上確定負(fù)載曲線CA，如步驟S609。當(dāng)完成步驟S609處的任務(wù)時，中央處理單元11返回圖3示出的計算機(jī)程序。
隨后，中央處理單元11將負(fù)載曲線CA逼近為折線，如步驟S102。在此實例中，負(fù)載曲線CA被逼近為3條線性線L1、L2和L3，如圖4所示。在步驟S102采用了適當(dāng)?shù)木€性逼近技術(shù)。第一線性線L1的斜率與第二線性線L2不同，而第二線性線L2的斜率與第三線性線L3不同。第一線性線L1在pS處與第二線性線L2相交，而第二線性線L2在pE處與第三線性線L3相交。
當(dāng)完成步驟S102處的任務(wù)時，中央處理單元11試圖確定進(jìn)入點和退出點。如上文所述，踏瓣運動的負(fù)載在靜止區(qū)段和半踏瓣區(qū)段之間的邊界處增大，而在半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段之間的邊界處減小。第二線性線L2的斜率比第一線性線L1的斜率和第三線性線L3的斜率大。根據(jù)上述前提，進(jìn)入點和退出點應(yīng)當(dāng)在靜止區(qū)段和半踏瓣區(qū)段之間以及半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段之間的邊界處。出于此原因，中央處理單元11分別在pS和pE處發(fā)現(xiàn)進(jìn)入點和退出點，如步驟S103。線性線L1、L2和L3分別表示靜止區(qū)段、半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段。
隨后，中央處理單元11尋找半程點。在此實例中，采用了內(nèi)分。因為2∶1的比率使半程點確定地落在臥式鋼琴1的模型的所有產(chǎn)品中的預(yù)定范圍內(nèi)，所以半程點pH以2∶1的比率分割線性線L2。分別在stS的踏瓣行程和stE的踏瓣行程處發(fā)現(xiàn)進(jìn)入點pE和退出點pE，使得中央處理單元11確定半程點pH位于stH的踏瓣行程處，如步驟S104。在關(guān)閉工作(shut-down work)中，中央處理單元11將半程點pH存儲在工作存儲器13以及內(nèi)部存儲器25或外部存儲器18中。當(dāng)完成步驟S104處的任務(wù)時，中央處理單元11返回主例程。
當(dāng)中央處理單元11遇到表示半踏瓣狀態(tài)的樂曲數(shù)據(jù)時，中央處理單元11使表示“64”的踏瓣行程的MIDI數(shù)據(jù)等于半程點pH處的踏瓣行程stH，并控制電磁控制的踏瓣致動器26再現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)，其中“64”的踏瓣行程約等于表示全部踏瓣行程的“127”的中間值。
如將理解的那樣，通過實驗，為形成自動演奏器鋼琴一部分的臥式鋼琴1的每個單獨的產(chǎn)品確定半程點pH，并且在樂曲重放期間，所有制音器36在半程點pH處無誤地進(jìn)入半踏瓣狀態(tài)。盡管臥式鋼琴1顯示出其自己的個體性，但是內(nèi)分使半程點落在所有制音器36在其中進(jìn)入半踏瓣狀態(tài)的半踏瓣區(qū)段中的預(yù)定范圍內(nèi)。因此，在重放時，自動演奏器3無誤地再現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)，并以高保真度重演演奏。
在實驗中，通過勻速運動將延音踏瓣P(guān)D從靜止位置緩慢移動到終點位置。出于此原因，中央處理單元11可以準(zhǔn)確地繪出根據(jù)驅(qū)動信號up(t)的平均電流量的踏瓣行程，并將負(fù)載曲線CA正確地逼近為3條線性線L1、L2和L3。因此，在負(fù)載曲線CA上準(zhǔn)確地確定進(jìn)入點pS、退出點pE，從而準(zhǔn)確地確定半程點pH。
第二實施例實現(xiàn)第二實施例的自動演奏器鋼琴在結(jié)構(gòu)上與圖1、2和5示出的自動演奏器鋼琴類似。用于尋找半程點pH的方法與圖3和6示出的方法不同。出于此原因，在下文中，用指定已經(jīng)描述的自動演奏器鋼琴的對應(yīng)組成部件的附圖標(biāo)記來標(biāo)記實現(xiàn)第二實施例的自動演奏器鋼琴的組件，并參考圖7將描述集中于在第二實施例中采用的方法。
當(dāng)請求中央處理單元11確定半程點時，主例程分支到圖7示出的子例程。當(dāng)進(jìn)入該子例程時，中央處理單元11完成與步驟S601至S606處的任務(wù)(參見圖6)相同的任務(wù)，以便將驅(qū)動信號調(diào)整到目標(biāo)值up。中央處理單元11在測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定延音踏瓣P(guān)D的模擬踏瓣軌跡，并控制脈沖寬度調(diào)制器42使延音踏瓣P(guān)D在大約4秒鐘之內(nèi)到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點。中央處理單元11將踏瓣行程st與平均電流量的目標(biāo)值或當(dāng)前值up(st)存儲在工作存儲器13中，如步驟S701。
隨后，中央處理單元11檢查踏瓣行程st，以查看延音踏瓣P(guān)D是否到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點，如步驟S702。當(dāng)延音踏瓣P(guān)D在模擬踏瓣軌跡上行進(jìn)時，步驟S702處的答案給出為否定“否”，并且中央處理單元11返回步驟S602。這樣，中央處理單元11重復(fù)由步驟S602至S606、S701和S702組成的循環(huán)，并收集表示踏瓣行程st的踏瓣數(shù)據(jù)和表示平均電流量或占空比的控制數(shù)據(jù)。中央處理單元11以4毫秒的間隔重復(fù)該循環(huán)，使得將大量踏瓣數(shù)據(jù)與對應(yīng)的控制數(shù)據(jù)一起存儲在工作存儲器13中。
當(dāng)延音踏瓣P(guān)D到達(dá)模擬踏瓣軌跡的終點時，步驟S702處的答案改變?yōu)榭隙ā笆恰?，并且中央處理單?1在表示實際踏瓣軌跡的踏瓣數(shù)據(jù)和表示隨踏瓣行程st一起變化的平均電流量的控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定負(fù)載曲線CC，如步驟S703。
如圖8和9示出的CB和CC所示，繪出了踏瓣行程和平均電流up(st)的量。在下文中，將曲線CC稱為“負(fù)載曲線”。
隨后，中央處理單元11確定每個估算點A處的斜率差，如步驟S704。以4毫秒的間隔在負(fù)載曲線CC上確定每個估算點A，并且第一估算點A與實驗的起始時間隔開400毫秒。這意味著第二估算點A是起始時刻之后的404毫秒。每個估算點A處的斜率差D計算如下。
D＝{(A2的up(st))-(A的up(st))}/t2-{(A的up(st))-(A1的up(st))}/t2其中A1表示比當(dāng)前時刻早t2的時刻，A2表示比當(dāng)前時刻晚t2的時刻，t2是400毫秒的固定時間周期，而t1表示每個4毫秒的時間間隔，如圖10所示。
當(dāng)計算了差D時，中央處理單元11將差D存儲在工作存儲器13中，并比較時間間隔(t)和要花費的時間周期，直到模擬踏瓣軌跡的終點為止，以查看是否在所有估算點處計算了差D，如步驟S705。
如果時間間隔比大約4秒短，則步驟S705處的答案給出為否定“否”，并且中央處理單元11計算下一估算點A處的斜率差D，如步驟S706。這樣，中央處理單元11重復(fù)由步驟S704至S706組成的循環(huán)，直到存儲了最后一個估算點A的斜率差D為止。
當(dāng)存儲了最后一個估算點A的差D時，步驟S705處的答案改變?yōu)榭隙ā笆恰?，并且中央處理單?1前進(jìn)到步驟S707。中央處理單元11在工作存儲器中搜索具有差D的最小負(fù)值的估算點A。最小負(fù)值是指具有負(fù)號的最大絕對值。當(dāng)中央處理單元11發(fā)現(xiàn)點pC為具有最小負(fù)值D的估算點A時，中央處理單元11指定對平均電流量進(jìn)行采樣的時刻tH(參見圖9)，并確定踏瓣行程stH為半程點(參見圖8)。當(dāng)完成步驟S707處的任務(wù)時，中央處理單元11返回主例程。
如將理解的那樣，中央處理單元11在負(fù)載曲線CC上尋找增長率減小得最劇烈的特定拐點pC，并將該特定拐點pC確定為半程點pB。在特定拐點pC處，平均電流up(st)的增長率減小得最劇烈，并且在該特定拐點pC處，斜率差D具有最小負(fù)值。在該特定拐點pC周圍的負(fù)載曲線部分形狀像向上的凸起一樣。
半程點pC對應(yīng)圖4示出的負(fù)載曲線CA上的退出點pE處的踏瓣行程。換句話說，在以10∶1分割半踏瓣區(qū)段L2的點處發(fā)現(xiàn)半程點pC。
如將從上文中的描述意識到的那樣，根據(jù)本發(fā)明的自動演奏器預(yù)先在踏瓣軌跡上確定半程點，使得在重放時無誤地再現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。這使得自動演奏器鋼琴在表示原演奏的樂曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以高保真度重演原演奏。
盡管示出和描述了本發(fā)明的特定實施例，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將清楚的是，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種改變和修改。
盡管運動控制器41和伺服控制器42完成了圖6示出的任務(wù)一次以確定負(fù)載曲線CA，但它們可以多次重復(fù)這一系列的任務(wù)，并在所述多組當(dāng)前值的基礎(chǔ)上確定負(fù)載曲線CA?；蛘?，中央處理單元11計算所述多組當(dāng)前值的平均值，并在平均值的基礎(chǔ)上確定負(fù)載曲線CA。
可以用直立式鋼琴來代替臥式鋼琴1。原聲鋼琴，即臥式鋼琴和直立式鋼琴不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。可以將本發(fā)明施加到在諸如例如靜音鋼琴、用于練習(xí)用途的鍵盤或鋼片琴的另一樂器基礎(chǔ)上制造的另一種自動演奏器樂器。
2∶1的比率不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。諸如5∶3、7∶3或7∶4的另一比率可適用于臥式鋼琴或直立式鋼琴的另一模型。
內(nèi)分不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。即使在產(chǎn)品中退出點pE不同，退出點pE和所述預(yù)定范圍內(nèi)的特定點之間的距離也是恒定的，并且制造商可以使該特定點充當(dāng)半程點。在此實例中，中央處理單元11從踏瓣行程stE中減去所述距離，以便確定半程點pH。此外，可以通過外分來定義數(shù)學(xué)上唯一的點。
逼近為折線不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。中央處理單元11可以在負(fù)載曲線CA上尋找多于一個拐點中的一個，以便確定半程點pH。
在第二實施例中，中央處理單元11計算可能檢查的所有估算點處的斜率差D。然而，中央處理單元11上的負(fù)載太重。在另一實施例中，中央處理單元可以計算可能發(fā)現(xiàn)特定拐點的負(fù)載曲線上的狹窄區(qū)段中的斜率差D。
中央處理單元11可以重復(fù)所述計算。在此實例中，在負(fù)載曲線上發(fā)現(xiàn)半程點pC的多個候選者，并且中央處理單元11從所述多個候選者中選擇最合適的一個。如果踏瓣行程的差處于最遠(yuǎn)候選者和最近候選者之間，則中央處理單元11通知用戶失敗，并建議他或她再次進(jìn)行實驗。
可以將第二實施例中采用的方法施加到實現(xiàn)第一實施例的自動演奏器。詳細(xì)地說，中央處理單元11通過該方法在負(fù)載曲線CA上發(fā)現(xiàn)進(jìn)入點pS和退出點pE。進(jìn)入點pS將在斜率差D具有最大正值的拐點處發(fā)現(xiàn)。當(dāng)要尋找進(jìn)入和退出點pS和pE時，中央處理單元在表示這些點pS和pE的斜率差D的絕對值的曲線上搜索局部最大值。
模擬踏瓣軌跡上的勻速運動不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。要采用的運動種類取決于伺服控制技術(shù)。
電磁控制的踏瓣致動器26不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。在自動演奏器中可以采用液體致動器和力矩馬達(dá)。
內(nèi)置的活塞傳感器27不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。由于活塞行程等于踏瓣行程，因此有可能將內(nèi)置的活塞傳感器27替換為直接監(jiān)控踏瓣26的合適的電位計。
盡管為了尋找半程點而進(jìn)行了通過伺服控制沿模擬踏瓣軌跡移動延音踏瓣P(guān)D的動態(tài)實驗，但是對于負(fù)載曲線CA或CC，延音踏瓣P(guān)D靜態(tài)地改變踏瓣位置。換句話說，逐步增大平均電流up(st)，以便將活塞帶到預(yù)定行程，并繪出將需要的平均電流up(st)的量。
在第一和第二實施例中，在模擬踏瓣軌跡上將延音踏瓣P(guān)D從靜止位置移動到終點位置。在另一實施例中，可以沿模擬踏瓣軌跡將延音踏瓣從終點位置移動到靜止位置?；蛘?，可以沿模擬踏瓣軌跡在靜止位置和終點位置之間往復(fù)移動延音踏瓣P(guān)D，并且對于負(fù)載曲線CA和CC，計算平均電流值的平均值。
延音踏瓣P(guān)D可以在靜止區(qū)段的一部分、整個半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段的一部分上行進(jìn)。換句話說，模擬踏瓣軌跡不與靜止位置和終點位置之間的整個踏瓣軌跡重合。
在通過勻速運動將延音踏瓣P(guān)D從終點位置移動到靜止位置的情況中，發(fā)現(xiàn)半程點處于增大得最劇烈的平均電流up(st)的減小率處。在理想的自動演奏器鋼琴中，在前向運動中發(fā)現(xiàn)的半程點與反向運動中的半程點一致。
在圖4和9/10中，縱坐標(biāo)軸指示由踏瓣位置信號yp代表的實際踏瓣行程st。然而，縱坐標(biāo)軸可以指示模擬踏瓣軌跡上的目標(biāo)踏瓣行程、或記憶在MIDI樂曲數(shù)據(jù)代碼中的對應(yīng)踏瓣行程值。類似地，橫坐標(biāo)可以指示表示施加在活塞29上的磁力的另一物理量。
延音踏瓣不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。本發(fā)明可應(yīng)用到任何操縱器上，其中，演奏者在演奏期間將所述操縱器帶到通向終點位置途中的點。例如，在直立式鋼琴的基礎(chǔ)上制造自動演奏器鋼琴的情況中，本發(fā)明可適用于弱音踏瓣。當(dāng)然，本發(fā)明可適用于在臥式鋼琴基礎(chǔ)上制造的自動演奏器鋼琴的弱音踏瓣。
可以將計算機(jī)程序從信息存儲介質(zhì)加載到合并在控制器3a中的合適的存儲設(shè)備中，或者通過通信網(wǎng)絡(luò)將其從合適的程序源提供給該存儲器。所述合適的存儲設(shè)備可以是軟盤(商標(biāo))、硬盤、諸如CD-ROM、CR-R、CD-RW的光盤、光-電-磁盤、磁帶、非易失性存儲卡和諸如DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW的DVD(數(shù)字多用途盤)。
可以將用于尋找半程點的子例程與用于自動演奏的子例程的新版本一起安裝。在此實例中，用于尋找半程點的子例程和用于自動演奏的子例程在合適的操作系統(tǒng)的控制下有選擇地在中央處理單元11上運行。
可以從合適的信息存儲介質(zhì)將包括用于尋找半程點的子例程的計算機(jī)程序加載到擴(kuò)展板或擴(kuò)展單元上的存儲器中。如果還將微處理器安裝在該擴(kuò)展板或擴(kuò)展單元上，則該微處理器可以執(zhí)行用于尋找半程點的子例程的指令代碼，并且表示半程點的控制數(shù)據(jù)被寫入合并在控制器3a內(nèi)的存儲器中。
權(quán)利要求語言按照下面所述關(guān)聯(lián)到實施例的組成部件。黑和白鍵31a/31b充當(dāng)“多個操縱器”，并且弦槌32、動作單元33、弦34和制音器36作為整體組成“音調(diào)生成器”。電磁控制的鍵致動器20對應(yīng)“多個致動器”，并且電磁控制的踏瓣致動器26充當(dāng)“致動器”。靜止區(qū)段、半踏瓣區(qū)段和開放弦區(qū)段分別對應(yīng)“靜止區(qū)段”、“半?yún)^(qū)段”和“終點區(qū)段”。代表踏瓣行程(st)的控制數(shù)據(jù)充當(dāng)“控制數(shù)據(jù)”，而平均電流量相當(dāng)于“驅(qū)動數(shù)據(jù)”。半程點pH和pC/pB對應(yīng)“數(shù)學(xué)上唯一的點”。
權(quán)利要求
1.一種用于在樂器(1)上重演演奏的自動演奏器(3)，該樂器(1)具有多個操縱器(31a/31b)，用于指定音調(diào)的音高；音調(diào)生成器(32/33/34/36)，用于以所述音高產(chǎn)生所述音調(diào)；以及至少一個操縱器(PD)，用于依靠距靜止位置的行程，向所述音調(diào)施加一效果和另一效果，所述自動演奏器(3)包括多個致動器(20)，與所述多個操縱器(31a/31b)相關(guān)聯(lián)，并被有選擇地激勵，以便在所述靜止位置和所述終點位置之間移動所述多個操縱器(31a/31b)，致動器(26)，與所述至少一個操縱器(PD)相關(guān)聯(lián)，并被激勵，以便在代表所述效果的樂曲數(shù)據(jù)存在時，將所述至少一個操縱器(PD)移動到終點區(qū)段(L3)，而在代表所述另一效果的另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，將其移動到半?yún)^(qū)段(L2)，所述至少一個操縱器(PD)的軌跡可分為靜止區(qū)段(L1)、所述半?yún)^(qū)段(L2)和所述終點區(qū)段(L3)，傳感器(27)，產(chǎn)生代表所述至少一個操縱器(PD)在所述軌跡上的實際位置的控制數(shù)據(jù)，以及控制器(3a)，連接到所述多個致動器(20)、所述致動器(26)和所述傳感器(27)，并響應(yīng)代表樂曲節(jié)的樂曲數(shù)據(jù)，以便有選擇地激勵所述多個致動器(20)和所述致動器(26)，以產(chǎn)生所述樂曲節(jié)，其特征在于所述控制器(3a)還響應(yīng)代表模擬軌跡的測試數(shù)據(jù)，以便沿著與所述靜止區(qū)段(L1)的至少一部分、所述半?yún)^(qū)段(L2)和所述終點區(qū)段(L3)的一部分重合的所述模擬軌跡，移動所述至少一個操縱器(PD)，從而收集分別與代表所述致動器(26)上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)，并且在于所述控制器(3a)分析分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)，以便通過算術(shù)運算確定所述半?yún)^(qū)段(L2)中的數(shù)學(xué)上唯一的點(pH、pC/pB)，由此，在用于向所述音調(diào)施加所述另一效果的所述另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，所述控制器(3a)使所述至少一個操縱器(PD)到達(dá)所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH、pB/pC)。
2.如權(quán)利要求1所述的自動演奏器，其中，所述算術(shù)運算產(chǎn)生內(nèi)分，使得所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pS)以預(yù)定比率分割所述半?yún)^(qū)段(L2)。
3.如權(quán)利要求2所述的自動演奏器，其中，所述預(yù)定比率是2∶1。
4.如權(quán)利要求2所述的自動演奏器，其中，分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)被逼近為在所述半?yún)^(qū)段(L2)的進(jìn)入點(pS)和所述半?yún)^(qū)段(L2)的退出點(pE)處彼此相交的線性線(L1/L2/L3)，并且通過所述內(nèi)分而在所述進(jìn)入點(pS)和所述退出點(pE)之間畫的所述線性線之一(L2)上指定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH)。
5.如權(quán)利要求1所述的自動演奏器，其中，分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)被逼近為具有至少一個拐點(pC)的負(fù)載曲線(CC/CB)，并且在所述至少一個拐點(pC)處確定數(shù)學(xué)上唯一的點(pB)。
6.如權(quán)利要求5所述的自動演奏器，其中，所述控制器(3a)間隔地確定負(fù)載曲線(CC)上的斜率差(D)，并且所述斜率差(D)在所述至少一個拐點(pC)處減小得最劇烈。
7.如權(quán)利要求1所述的自動演奏器，其中，通過伺服控制技術(shù)強(qiáng)迫所述至少一個操縱器(PD)在所述模擬軌跡上行進(jìn)，以便引起勻速運動。
8.一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂器，包括多個操縱器(31a/31b)，被有選擇地從各自的靜止位置移動到各自的終點位置，以指定所述音調(diào)的音高；音調(diào)生成器(32/33/34/36)，連接到所述多個操縱器(31a/31b)，并響應(yīng)向所述終點位置移動的操縱器(31a/31b)，以便以指定的音高產(chǎn)生音調(diào)；至少一個操縱器(PD)，通過靜止區(qū)段(L1)、半?yún)^(qū)段(L2)和終點區(qū)段(L3)而在靜止位置和終點位置之間移動，并在所述終點區(qū)段(L3)中向所述音調(diào)施加一效果，而在所述半?yún)^(qū)段(L2)中向所述音調(diào)施加另一效果；以及自動演奏器(3)，包括多個致動器(20)，與所述多個操縱器(31a/31b)相關(guān)聯(lián)，并被有選擇地激勵，以便在所述靜止位置和所述終點位置之間移動所述多個操縱器(31a/31b)，致動器(26)，與所述至少一個操縱器(PD)相關(guān)聯(lián)，并被激勵，以便在代表所述效果的樂曲數(shù)據(jù)存在時，將所述至少一個操縱器(PD)移動到所述終點區(qū)段(L3)，而在代表所述另一效果的另一樂曲數(shù)據(jù)存在時，將其移動到所述半?yún)^(qū)段(L2)，傳感器(27)，產(chǎn)生代表所述至少一個操縱器(PD)在所述靜止位置和所述終點位置之間的軌跡上的實際位置的控制數(shù)據(jù)(st)，以及控制器(3a)，連接到所述多個致動器(20)、所述致動器(26)和所述傳感器(27)，并響應(yīng)代表樂曲節(jié)的樂曲數(shù)據(jù)，以便有選擇地激勵所述多個致動器(20)和所述致動器(26)，其特征在于所述控制器(3a)還響應(yīng)代表模擬軌跡的測試數(shù)據(jù)，以便沿著與所述靜止區(qū)段(L1)的至少一部分、所述半?yún)^(qū)段(L2)和所述終點區(qū)段(L3)的一部分重合的所述模擬軌跡，移動所述至少一個操縱器(PD)，以收集分別與代表所述致動器(26)上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)，并且在于所述控制器(3a)分析分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)，以便通過算術(shù)運算確定所述半?yún)^(qū)段(L2)中的數(shù)學(xué)上唯一的點(pH、pC/pB)，由此，所述控制器(3a)使所述至少一個操縱器(PD)到達(dá)所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH、pC/pB)，以便向所述音調(diào)施加所述另一效果。
9.如權(quán)利要求8所述的樂器，其中，所述算術(shù)運算產(chǎn)生內(nèi)分，使得所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH)以預(yù)定比率分割所述半?yún)^(qū)段(L2)。
10.如權(quán)利要求9所述的樂器，其中，所述預(yù)定比率是2∶1。
11.如權(quán)利要求9所述的樂器，其中，分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)被逼近為在所述半?yún)^(qū)段(L2)的進(jìn)入點(pS)和所述半?yún)^(qū)段(L2)的退出點(pE)處彼此相交的線性線(L1、L2、L3)，并且通過所述內(nèi)分在所述進(jìn)入點(pS)和所述退出點(pE)之間畫的所述線性線之一(L2)上指定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH)。
12.如權(quán)利要求8所述的樂器，其中，分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)被逼近為具有至少一個拐點(pC)的負(fù)載曲線(CC/CB)，并且在所述至少一個拐點(pC)處確定數(shù)學(xué)上唯一的點(pB)。
13.如權(quán)利要求12所述的樂器，其中，所述控制器(3a)間隔地確定負(fù)載曲線(CC)上的斜率差(D)，并且所述差(D)在所述至少一個拐點(pC)處減小得最劇烈。
14.如權(quán)利要求8所述的樂器，其中，通過伺服控制技術(shù)強(qiáng)迫所述至少一個操縱器(PD)在所述模擬軌跡上行進(jìn)，以便引起勻速運動。
15.如權(quán)利要求8所述的樂器，其中，黑和白鍵(31a/31b)，動作單元(33)、弦槌(32)、弦(34)和制音器(36)的組合，以及延音踏瓣(PD)充當(dāng)所述多個操縱器、所述音調(diào)生成器和所述至少一個操縱器。
16.如權(quán)利要求15所述的樂器，其中，所述延音踏瓣(PD)在接近于所述延音踏瓣(PD)的靜止位置的靜止區(qū)段(L1)中，使所述制音器(36)被完全按壓到所述弦(34)，在延續(xù)到所述靜止位置(L1)的半踏瓣區(qū)段(L2)中，減小所述弦(34)上的力，并逐步與相關(guān)的弦(34)隔開，并且在接近于所述延音踏瓣(PD)的終點位置的開放弦區(qū)段(L3)中，從所述弦(34)上完全移除所述力。
17.如權(quán)利要求16所述的樂器，其中，所述控制器(3a)將所述靜止區(qū)段(L1)中分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的控制數(shù)據(jù)(st)、所述半踏瓣區(qū)段(L2)中分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的控制數(shù)據(jù)(st)、以及所述開放弦區(qū)段(L3)中分別與驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的控制數(shù)據(jù)(st)逼近為3條線性線，并通過內(nèi)分在用于所述半踏瓣區(qū)段的線性線(L2)上確定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pH)。
18.如權(quán)利要求16所述的樂器，其中，所述控制器(3a)將分別與所述半踏瓣區(qū)段的驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的控制數(shù)據(jù)(st)逼近為負(fù)載曲線(CC/CB)，并間隔地計算所述負(fù)載曲線(CC)上的斜率差(D)，以便在所述差(D)減小得最劇烈的拐點(pC)處確定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pB)。
19.一種用于尋找數(shù)學(xué)上唯一的點(pH、pB)的方法，包括以下步驟a)在測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，確定樂器的至少一個操縱器(PD)的模擬軌跡，該模擬軌跡包含靜止區(qū)段(L1)的一部分、半?yún)^(qū)段(L2)和終點區(qū)段(L3)的一部分；b)利用致動器(26)，沿所述模擬軌跡移動所述至少一個操縱器(PD)，以便收集代表所述至少一個操縱器(PD)的實際位置的控制數(shù)據(jù)(st)，所述控制數(shù)據(jù)(st)分別與代表所述致動器(26)上的負(fù)載的驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對；以及c)分析分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)，以便通過算術(shù)運算在所述半?yún)^(qū)段(L2)中確定數(shù)學(xué)上唯一的點(pC/pB)，使得所述至少一個操縱器(PD)到達(dá)所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pC、pB)，以向所述音調(diào)施加效果。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述步驟c)包括以下子步驟c-1)將分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)逼近為3條線性線(L1、L2、L3)，其分別對應(yīng)所述靜止區(qū)段、所述半?yún)^(qū)段和所述終點區(qū)段，以及c-2)指定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pC)，其中，在該點處以預(yù)定比率分割所述半?yún)^(qū)段的線性線(L2)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述步驟c)包括以下子步驟c-1)將分別與所述驅(qū)動數(shù)據(jù)(up(st))成對的所述控制數(shù)據(jù)(st)逼近為負(fù)載曲線(CC/CB)，c-2)間隔地計算所述負(fù)載曲線(CC)上的斜率差(D)，c-3)在所述差(D)的值中搜索所述斜率差(D)減小得最劇烈的點(pC)，以及c-4)在所述點(pC)處確定所述數(shù)學(xué)上唯一的點(pB)。
全文摘要
自動演奏器(3)，在沒有人類演奏者的任何手指彈奏的情況下在原聲鋼琴(1)上重演樂曲的節(jié)；電磁控制鍵致動器(20)和電磁控制踏瓣致動器(26)與鍵(31a/31b)和延音踏瓣(PD)相關(guān)聯(lián)地提供；自動演奏器(3)使延音踏瓣(PD)沿模擬踏瓣軌跡行進(jìn)，中央處理單元(11)將表示踏瓣行程的控制數(shù)據(jù)(st)與提供給電磁控制踏瓣致動器(26)的驅(qū)動信號的平均電流(up(st))量一起存儲；中央處理單元(11)分析控制數(shù)據(jù)(st)，以確定半踏瓣區(qū)段(L2)的進(jìn)入點(pS)和半踏瓣區(qū)段(L2)和開放弦區(qū)段(L3)之間的邊界處的退出點(pE)，并在半踏瓣區(qū)段(L2)中指定目標(biāo)半程點(pC)；重演樂曲的節(jié)時，自動演奏器(3)使延音踏瓣(PD)到達(dá)半程點(pC)，以再現(xiàn)半踏瓣狀態(tài)。
文檔編號G10F1/00GK1728232SQ20051008486
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月27日
發(fā)明者藤原佑二, 石崎公一 申請人:雅馬哈株式會社