完成艺术视觉表现的乐器以及结合其中的控制系统的制作方法

专利名称：完成艺术视觉表现的乐器以及结合其中的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种乐器，尤其涉及一种为用户提供各种乐趣的乐器以及结合在其中的控制系统。
背景技术：
自动演奏钢琴是自动演奏乐器中典型的例子，并且作为实施例在日本专利申请公开号平9-62255中公开。尽管通过现有技术的自动演奏钢琴不仅再现钢琴音调而且再现在琴键和键床上的敲击，标准琴键驱动技术被用于产生钢琴音调。具体地，螺线管操作的键致动器设在黑白键下，并且控制器有选择地给螺旋线供电以便引起琴键和柱塞(plunger)一起运动。所述键驱动关联的动作单元，动作单元驱动音锤脱离而旋转。音锤在旋转末端开始与关联的琴弦碰撞，并且引起琴弦振动以产生钢琴音调。在琴键上的敲击和在键床上的敲击与钢琴音调并行地电产生。
用户有两种关于现有技术自动演奏钢琴的观点。第一种观点是他们喜欢在自动演奏钢琴上的表演。另一种，他们喜欢借助自动演奏器重放。如果自动演奏钢琴给用户提供其它乐趣，自动演奏钢琴将得到更多用户的认同。
申请人在现有技术资料库查询其它用途。在美国专利US6,380,469B2中公开的一种自动演奏钢琴为用户提供其它用途。具体地，现有技术的自动演奏钢琴在自动演奏和在琴键上练习指法之间转换。当用户期望练习指法时，在用户按下黑白键之前螺旋线操作的键致动器使黑白键略微下陷。控制器分析标准电子音乐数据代码以便引导，并引起浅的键运动以便引导。由此，用户能够在自动演奏系统的引导下练习指法。
在美国专利No.6,380,472B1中公开的另一种键盘乐器设置为附有一个电辅导老师。当用户需要电辅导老师在键盘上给他指导指法时，电辅导老师通过给用户的引导动作开始提供预先提示。当控制器给用户提供预先提示时，琴键下陷至一定深度短于琴键的完整敲击。电辅导老师分析标准电子音乐数据代码以便引导，并在用户按下琴键前产生引导动作。

发明内容
由此，现有技术键盘乐器的用途限于表演、回放和指导。本发明期望提供另一种类型的用途完全不同于现有技术的键盘乐器。
本发明的另一重要目标是提供一种控制系统，其借助该乐器使用户获得一种艺术视觉表现。
根据本发明的一个方面，提供一种用于产生音调的乐器，该乐器包括多个操纵件，所述操纵件被指定有各自的操纵件编号，并且有选择地在各自的静止位置和各自的端位置之间移动以确定所述音调的属性；音调发生系统，与多个操纵件连接，并且由所述多个操纵件致动以在通过所述多个操纵件确定的属性下产生所述音调；以及控制系统，该控制系统包括多个致动器以及控制器，所述多个致动器分别与所述多个操纵件相关联并响应驱动信号以便有选择地产生所述多个操纵件的运动，该控制器与所述多个致动器连接以便有选择地将所述驱动信号提供给所述操纵件，所述控制器分析动作事件代码，所述代码至少表征不产生所述音调地被移动的操纵件速度、所述操纵件的操纵件编号和自静止位置的冲程，所述控制器将表征所述速度和冲程目标值的驱动信号提供给与要被移动的所述操纵件相关联的致动器。
根据本发明的另一个方面，提供一种控制系统，该控制系统被安装在乐器中并且有选择地使形成部分所述乐器的多个操纵件运动，所述系统包括多个致动器，分别与所述多个操纵件相关联并且响应驱动信号以便有选择地产生所述多个操纵件的运动；以及控制装置，与所述多个致动器连接，用于向所述多个致动器提供驱动信号，所述控制器分析动作事件代码，所述代码至少表征被移动而不产生音调的所述操纵件的速度、所述操纵件的操纵件编号和所述操纵件的冲程，所述控制器将表征所述速度和冲程目标值的驱动信号产生给与要被移动的操纵件相关联的致动器。


从以下结合附图的说明中所述乐器的特征和优点以及控制系统将更清楚明了，在所述附图中
图1是示出根据本发明的键盘乐器结构的侧视图，图2是示出结合在键盘乐器中的控制系统的系统构造方框图，图3是示出用于所述键盘乐器中的一套样式(formation)数据代码的视图，图4是示出用于所述键盘乐器中的一套样式数据代码的视图，图5是示出具有根据图4中那套样式数据代码的艺术图形的白键前视图，图6是示出用于所述键盘乐器的另一套样式数据代码的视图，图7是示出具有根据图6中那套样式数据代码的艺术图形的白键前视图，图8是示出又另一套成型数据代码和白键运动之间关系的视图，以及图9A至9C是示出产生在键盘乐器中的艺术视觉表现的视图。
具体实施例方式
在以下的描述中，术语“前”表示比被限定为术语“后”的位置更靠近坐在凳上弹奏的演奏者的位置，穿过前位置和相应后位置的线在“前后”方向延伸，并且前后方向与横向以直角交叉。
第一实施例乐器的结构实施本发明的键盘乐器30主要包括一声学钢琴1和控制系统3。声学钢琴1是标准大钢琴，用户在声学钢琴上演奏乐曲。控制系统3安装在声学钢琴1中，并与声学钢琴1结合。因为控制系统3可用于在声学钢琴1上回放，所以键盘乐器30可以被认为是自动演奏钢琴。因此，控制系统3作为自动演奏器在声学钢琴1上自动再次演奏，并表现一种视觉美观的图形。由此，声学钢琴使用户通过所述演奏自我享受，并且控制系统3给听众提供一种艺术视觉表现。
声学钢琴1包括键盘31、音锤32、动作单元33、琴弦34和制音器36。键盘31包括黑键31a和白键31b，黑键31a和白键31b按照公知的图形排布。平衡档31c横向延伸过键床31e，黑键31a和白键31b采用以直角与平衡档31c交叉的这种方式位于平衡档31c上。平衡销31d每隔一段距离从平衡档31c向上突出，并且给黑/白键31a/31b提供支点。当用户按下黑键和白键31a/31b的前端部分时，前端部分向键床31c陷入，如同一个跷跷板后部被提起。
黑/白键31a/31b分别与动作单元33连接以便被按下的键31a/31b使关联的动作单元33动作。音锤32位于顶杆上并且通过顶杆的脱离被驱动旋转，所述顶杆形成在动作单元33的相应部分。琴弦34被拉过关联的音锤32并被关联的音锤32在旋转末端敲击。音锤36被支撑为与关联的琴弦34接触，并由关联的被按下键31a/31b提起，由此允许关联的琴弦34振动以产生钢琴音调。当用户释放被按下的键31a/31b时，在关联的琴键31a/31b回到静止位置的途中音锤36开始与关联的琴弦34接触。
控制系统3包括控制器3a、一排螺线管操作键致动器20和一排键传感器37。控制器3a具有数据处理性能，并且适合的计算机程序装入其中。螺线管操作键致动器20和键传感器37与控制器3a连接。螺线管操作的键致动器20设在黑键和白键31a/31b后部的下面，控制器3a有选择地给螺线管操作的键致动器20供电。在另一方面，所述一排键传感器37设在黑键和白键31a/31b的前部下面，并将在静止位置和端位置之间的琴键当前位置提供给控制器3a。
当用户期望再现演奏时，用户指示控制器3a准备回放，表征演奏的一套MIDI(乐器数字接口)音乐数据代码载入控制器3a。控制器3a顺序处理MIDI音乐数据代码以便确定黑键和白键31a/31b移动的参照轨迹。当某一琴键31a/31b移动时，控制器3a将一驱动信号提供给所述某琴键31a/31b下面的螺线管操作键致动器20，并给所述螺线管供电。然后，柱塞38向上突出，推动所述某键31a/31b的后部。尽管在图1中未示出，内置柱塞传感器被结合在螺线管操作的键致动器20中，并向控制器3a提交当前柱塞位置。控制器3a将当前柱塞位置与参照轨迹上的相应目标柱塞位置进行比较以明确所述的某键31a/31b是否在参照轨迹上正确移动。如果结果被确认为否定，控制器3a改变驱动信号以便使柱塞38减速。另一方面，当控制器3a确定所述的某键31a/31b在参照轨迹上正确的移动，控制器3a保持所述驱动信号。由此控制器3a顺序驱动柱塞38以便引起琴键按原始演奏运动。黑键和白键31a/31b使关联的动作单元33动作，并促使音锤32在旋转末端开始撞击关联的琴弦34以产生钢琴音调。
另一方面，如果用户指示控制器3a将黑键和白键3a/3b排列在一种艺术图形上，控制器3a将驱动信号调节至适当的量值，并将所述驱动信号提供给在黑/白键31a/31b下的螺线管操作的键致动器20。如同将在以下详细说明的，驱动信号将柱塞38保持在不同的冲程，由此黑/白键31a/31b位于艺术图形上。
电子系统参照图2，控制器3a包括缩写为“CPU”的中央处理单元11、缩写为“ROM”的只读存储器12、缩写为“RAM”的随机存储器13、缩写为“MIDIIF”的MIDI接口14、总线系统15和计时器16。中央处理单元11、只读存储器12、随机存储器13、MIDI接口14和计时器16与总线系统15连接，并且中央处理单元11通过总线系统15与其它系统构件通信。
中央处理单元11是数据处理的开始，计算机程序存储在只读存储器12中。中央处理单元11顺序地从只读存储器12取出构成所述计算机程序的程序指令，并执行由程序指令表述的预定数据处理。数据处理所需的参数表和系数进一步存储在只读存储器12中。随机存储器13给中央处理单元11提供临时数据存储，并用作工作存储器。一预定存储区域被指定给标志。
MIDI接口14通过MIDI电缆与另一乐器或个人计算机系统连接，MIDI音乐数据代码从MIDI接口14输出或输入。用计时器检测时间的推移，中央处理单元11在计时器16上读出时间或时间的推移，由此确定事件发生的时间。而且，计时器16通过定时中断定期地使主程序分支到子程序。计时器可以是软件计时器。
控制器3a进一步包括显示窗口16、操作面板19、驱动电路20a，音调发生器21、效果器22、内部数据存储器24和与外部存储器18、键传感器37、音响系统23连接的接口。这些系统构件16、19、20a、21、22、24和接口也与总线系统15连接，由此中央处理单元11也能与那些系统构件16-24和接口通信。驱动电路20a可以与螺线管操作的键致动器20结合。在此情况中，中央处理单元11通过一接口将指示驱动信号量值的一控制信号提供给驱动电路20a。
显示窗口16是人机界面。状况信息和提示信息的字符映像产生在显示窗口16中，音阶/指示的字符和图像进一步产生在显示窗口16中，由此用户从显示窗口16获得表征键盘乐器当前状况的状况信息。五线谱乐谱上的音符图形进一步产生在显示窗口16上，用户在五线谱乐谱上音符的辅助下演奏多段乐曲。
按键开关、10个数字键和控制杆排列在操作面板19上。用户可选择地推和移动开关、键和控制杆，由此将他们的指令传递给控制系统3a。驱动电路20a响应表征驱动信号量值的多段控制数据，由此将驱动信号调节至目标量值。所述量值可以被给定为驱动信号的空占比或平均电流。当用户通过操作面板19指示控制器3a再现一段音乐或将黑键和白键31a/31b排列在美观的艺术图形上时，主程序分支到子程序，并且中央处理单元11顺序取出子程序的程序指令。中央处理单元11从内部数据存储器24中顺序读出MIDI音乐数据代码或样式数据代码，重现演奏或将黑/白键31a/31b排列在艺术图形上。
音调发生器21根据MIDI音乐数据代码产生电子音频信号，将数字音频信号提供给效果器22。效果器22响应表征音调效果的控制数据代码，由此数字音频信号在效果器22中被修改。一数模转换器被结合在效果器22中。数字音频信号被转换成模拟音频信号，并且所述模拟音频信号被提供到音响系统23。模拟音频信号被平衡和放大，此后转化成电子音频。由此所述键盘乐器能产生电子音频替代通过振动琴弦34产生的钢琴音调。
内部数据存储器24在数据保存容量方面比随机存储器13大得多，多套MIDI音乐数据代码和多套样式数据代码存储在内部数据存储器24中。被选择的表征著名乐段的那些多套MIDI音乐数据代码和一些样式数据代码可以存储在只读存储器12中。多套MIDI音乐数据代码和多套样式数据代码借助MIDI接口14从外部数据源或者借助所述接口从外部存储器18传送到内部数据存储器24。各种大容量存储器可用于控制器3a。外部存储器18可以是非易失便携可擦写存储器，例如闪存。
数据用于自动演奏钢琴的MIDI音乐数据代码对所述领域技术人员是公知的。表征一段音乐的一套MIDI音乐数据代码附有头数据代码，所述头数据描述标题、节拍等等。所述的那套MIDI音乐数据代码描述琴键事件，即音符开事件/音符关事件，指代要产生的音调的音符编号和速度，从前一事件开始经过的持续时间以及该段乐曲的结束。
另一方面，样式数据代码是根据本发明的键盘乐器独有的。多段数据以MIDI协议中定义的格式进行编码。图3示出用于一套样式数据代码的文件FRM的一个实施例。尽管样式数据采用和所述那段乐曲一样的格式进行编码，但是样式数据不使键盘乐器30演奏任何乐曲，而是促使控制系统3将黑键和白键31a/31b排列在艺术的图形上。
具体地，所述的一套样式数据代码也附有头数据代码HD，并包括表征动作事件的动作事件代码AE1、AE2、AE3、AE4，持续时间数据代码TD1、TD2和结束数据代码ED。持续时间代码TD1、TD2与表征从前一琴键事件开始的时间推移的持续时间数据代码相应，并且也描述从前一动作事件开始的时间推移。结束数据代码ED还表示这段样式数据代码的结束。
动作事件数据代码AE1，AE2，AE3和AE4与表征音符事件的琴键事件代码相应。然而，控制器3a没有强有力地促使关联的螺线管操作键致动器20推动黑键和白键31a/31b。键速低到黑键和白键31a/31b不能驱动音锤32旋转。换句话说音锤32未到达关联的琴弦34，由此琴弦34没有被音锤32敲击。因此，没有任何音调基于动作事件代码AE1、AE2、AE3和AE4产生。在自动键盘乐器30中临界速度V0具有10毫米每秒的数量级，在所述临界速度下音锤32几乎到达关联的琴弦34。
每个动作事件通过三个字节41、41和43表示。第一字节41是状态字节，其通过最高有效位“1”表示。另一方面，数据字节由最高有效位“0”表示。状态字节“An”被指定给动作事件。尽管状态字节“An”通常表示复调键压，复调键压在所述自动键盘乐器中是无用的，并且因此，一种空闲状态字节“An”被指定给动作事件AE1、AE2、AE3、AE4。状态字节“8n”和“9n”分别被指定给音符关事件和音符开事件，由此控制器3a能区别动作事件AE1至AE4与音符关事件和音符开事件。如果信道“0”指代键盘乐器，动作事件AE1、AE2、AE3、AE4表达为“A0”，音符开事件表达为“90”。
两个数据字节42和43在状态字节“An”后。与状态字节“9n”邻接的第一数据字节描述要产生的音调的音高，即指代黑键/白键移动的音符编号，与第一数据字节邻接的第二数据字节描述速度。尽管第一数据字节42也描述指定给要被移动的黑键/白键31a/31b的音符编号，第二数据字节43不描述所述速度。因为状态字节“An”要求控制器3a以临界速度或小于临界速度移动黑键和白键，所以不需要确定所述速度。第二数据字节43描述从静止位置开始测量的键冲程，即被按下的键到达的深度。例如，第一数据字节42是“37”以及第二数据字节43是“2C”则表示预期控制器3a将驱动信号提供给与指定为音符编号“37”的琴键关联的螺线管操作键致动器20，直到键“37”到达末端位置“2C”。类似地，第一数据字节42是“39”并且第二字节数据是“24”则表示预期控制器3a将驱动信号提供给与指定为音符编号“39”的键关联的螺线管操作键致动器20，直到键“39”到达在去往末端位置途中的深度“24”。
中央处理单元11如下处理动作事件代码。当中央处理单元11从内部数据存储器24取出动作事件代码时，状态字节41提示柱塞38以等于或小于临界速度V0的某一速度突出，并且第一数据字节42提示黑键/白键31a/31b为所述动作事件而移动。第二数据字节43通知中央处理单元11目标键冲程的最大值或目标深度的最大值。黑键/白键31a/31b开始动作的时间根据关联的期间代码确定。
当到达所述时间时，中央处理单元11确定参照轨迹，即一系列随时间变化的目标键冲程值，并确定将施加在柱塞38上的磁力。中央处理单元11使驱动电路20a获得所述磁力的原始值，驱动电路20a将驱动信号调节到与磁力原始值相等的量值。驱动信号被提供给与黑键/白键31a/31b关联的螺线管操作的键致动器20，并且螺线管在柱塞38周围产生磁场。所述目标磁力作用在处于磁场中的柱塞38上，并且柱塞38开始缓慢突出。
内置式柱塞传感器(未示出)监控柱塞38，并且将表示当前柱塞位置的柱塞位置信号或当前键冲程提供给中央处理单元11。中央处理单元11将当前键冲程与目标键冲程进行比较，以确定黑键/白键31a/31b是否正确移动到参照轨迹上。如果中央处理单元11发现当前键冲程和目标键冲程之间的差别，中央处理单元11要求驱动电路20a变化驱动信号的量值。另一方面，当中央处理单元11发现黑键/白键31a/31b在参照轨迹上正确移动时，驱动电路20a将驱动信号保持在当前量值。
当黑键/白键31a/31b达到目标键冲程的最大值时，内置柱塞传感器提示中央处理单元11已到达，中央处理单元11要求驱动电路20a将驱动信号的量值降到等于所述磁力的值，所述磁力平衡黑键/白键31a/31b、动作单元33和音锤32的自重。结果，螺线管操作的键致动器20使黑键/白键31a/31b保持在目标键冲程的最大值，直到中央处理单元要求驱动电路20a撤回柱塞38。
艺术视觉表现的第一示例在此对艺术视觉表现进行说明。图4示出一套样式数据代码FRM1。在此情况中，指代音高名称G3、A3、B3、C4、D4、E3、F4、G4、A4、B4以及C5的白键31b完成所述艺术视觉表现。十个动作事件重复发生在时间t1、时间t2、时间t3以及时间t4，并且持续时间数据代码51、52和53分别表示时间段(t2-t1)、(t3-t2)以及(t4-t3)。音符编号37、39、3B、3C、3E、41、43、45、47以及48分别指定给键G3、A3、B3、C4、D4、E3、F4、G4、A4、B4以及C5。
中央处理单元11在时间t1从内部数据存储器24中成功取出十个动作事件代码“A0 37 2C”至“A0 48 09”，并处理这些动作事件代码以产生表征琴键A3、B3、C4、D4、E3、F4、G4、A4、B4和C5运动的控制信号。第二字节“2C”表示最深琴键位置，并且第二字节“09”表示最浅琴键位置，由此中央处理单元11产生表示不同量值的控制信号。
控制信号由中央处理单元11提供给驱动电路20a，并且驱动电路20a根据控制信号确定驱动信号。驱动信号分别提供给分别与白键A3、B3、C4、D4、E3、F4、G4、A4、B4和C5关联的螺线管操作的键致动器20，由此柱塞38突起越过不同的冲程。结果，白键“G3”下沉至最深的键位置，白键“C5”下沉至最浅的键位置。其它白键“A3”至“B4”不同地下沉。结果，白键“G3”至“C5”排列在如图5中在“t1”所示的阶梯形的图形上。
中央处理单元11从内部数据存储器24中取出持续时间数据代码51，并确定处理后续样式事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”的时间。中央处理单元11定期检查计时器16以明确是否已经到时。
时间段(t2-t1)期满。然后，中央处理单元11从内部数据存储器24顺序取出后续的十个动作事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”，并处理动作事件数据以产生控制信号。如图4所示，所述十个动作事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”表示零深度。中央处理单元11要求驱动电路20a使所有的白键“C5”至“G3”复位到静止位置。驱动电路20a从与白键“C5”至“G3”关联的螺线管操作键致动器20清除驱动信号。结果，白键“C5”至“G3”恢复到静止位置，并使上表面平坦如图5中在t2所示。
中央处理单元11从内部数据存储器24中取出持续时间代码52，确定处理后续的十个动作事件代码“A0 37 09”至“A0 48 2C”的事件。中央处理单元11定期检查计时器16以明确是否已经到时。
当计时器16指向时间“t3”时，中央处理单元11从内部数据存储器24顺序取出后续十个动作事件代码“A0 37 09”至“A0 48 2C”，处理动作事件数据以产生控制信号。第二字节43在数值上彼此不同，动作事件代码“A0 37 09”和动作事件代码“A0 48 2C”分别具有最小键冲程和最大键冲程，在它们之间的动作事件代码具有从“12”至“24”阶梯式变化的各自的第二数据字节43。中央处理单元11要求驱动电路20a将白键“G3”至“C5”排列在阶梯状的视觉图形上。驱动电路20a改变驱动信号的量值以便白键“G3”至“C5”排列在如图5中在“t3”所示的阶梯状视觉图形上。
中央处理单元11从内部数据存储器24中取出持续时间数据代码53，并确定处理后续样式事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”的时间。中央处理单元11定期检查定时器16以明确是否已经到时。
当时间段(t4-t3)期满，中央处理单元11从内部数据存储器24顺序取出后续的十个动作事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”，并处理动作事件数据以产生控制信号。所述十个动作事件代码“A0 48 00”至“A0 37 00”表示零深度。中央处理单元11要求驱动电路20a使所有的白键“C5”至“G3”复位到静止位置。驱动电路20a从与白键“C5”至“G3”关联的螺线管操作键致动器20清除驱动信号。结果，白键“C5”至“G3”恢复到静止位置，并使上表面平直如图5中在t4所示。
如同将被理解的，白键“G3”和“C5”定期改变深度，并且形成好象键盘31是波浪形的。这即是所述艺术视觉表现。如前所述，螺线管操作键致动器20使柱塞38缓慢推动琴键31b，并且不引起音锤32旋转到琴弦34。换句话说，在所述动作执行期间不产生任何钢琴音调。
尽管所述键盘乐器没有装备任何阻止琴弦被音锤撞击的音锤止动器，状态字节“An”致使驱动电路20a将驱动信号调节至与临界速度相等的量值。尽管新的计算机程序安装在控制器3a中，那套样式数据代码可用于所有的标准自动键盘乐器，例如没有任何改型工作的自动演奏钢琴。
艺术视觉表现的第二示例驱动电路20a和螺线管操作键致动器20结合音调发生器21、效果器22和音响系统23执行艺术视觉表现的第二示例。换句话说，白键G3、B3、D4、F4、A4和C5跳动形成曲调。
图6示出一套样式数据代码，其用于针对对一个或多个鼓演奏的模拟视觉表现，图7示出在所述艺术视觉表现中的白键G3、B3、D4、F4、A4和C5。用户被假定为指示中央处理单元11以鼓声执行所述艺术视觉表现。中央处理单元11访问内部数据存储器24，并顺序取出样式数据代码FRM2用于数据处理。
当计时器16指向时间“t11”时，中央处理单元从内部数据存储器24中顺序取出动作事件代码An1，并要求驱动电路20a将白键G3、B3、D4、F4、A4和C5移动到“1F”深度。驱动电路20a将驱动信号调节至等于“1F”深度的量值，并提供给螺线管操作的键致动器20，由此移动白键G3至C5到“1F”深度，如图7中在“t11”所示。
一旦完成白键G3至C5的数据处理，中央处理单元11从内部数据存储器24取出表征“鼓声响起”的MIDI音乐数据代码61，并将所述MIDI音乐数据代码61提供给音调发生器21。音调发生器21根据MIDI音乐数据代码产生表征鼓声响起的数字音频信号，并通过效果器22将所述音频信号提供给音响系统23。音响系统将音频信号转化成鼓声。由此，白键G3至C5与鼓声同步地移动。
其后，中央处理单元11从内部数据存储器24取出持续时间代码62，确定处理后续样式数据代码的时间。当计时器16指向时间“t12”，中央处理单元11从内部数据存储器24取出表征“鼓声结束”的MIDI音乐数据代码63，并将MIDI音乐数据代码63提供给音调发生器21。音调发生器21衰减所述音频信号，鼓声停止。
此后，中央处理单元从内部数据存储器24取出持续时间代码64，确定处理后续样式数据代码的时间。当计时器16指向时间“t13”时，中央处理单元随后从内部数据存储器24取出动作事件代码An3，并且要求驱动电路20a将白键G3、B3、D4、F4、A4和C5移动到静止位置，即深度“00”。驱动电路20a将驱动信号调节到等于深度“00”的量值，并且提供给螺线管操作键致动器20以便将白键G3至C5移动到静止位置，如图7中在时间“t13”所示。
一旦白键G3至C5的数据处理完成，中央处理单元11从内部数据存储器24取出表征“鼓声响起”的MIDI音乐数据代码65，并将MIDI音乐数据代码61提供给音调发生器21。音调发生器21根据MIDI音乐数据代码65产生表征鼓声的数字音频信号，并通过效果器22将所述音频信号提供给音响系统23。所述音响系统将音频信号转化成鼓声。由此，白键G3至C5再次与鼓声同步移动。
随后，中央处理单元11从内部数据存储器24取出后续的持续时间代码，并确定处理后续样式数据代码的时间。当计时器16指向时间“t14”时，中央处理单元11从内部数据存储器24取出表征“鼓声结束”的后续的MIDI音乐数据代码，并将所述MIDI音乐数据代码63提供给音调发生器21。音调发生器21衰减音频信号，鼓声停止。由此，白键G3至C5与鼓声同步移动。
中央处理单元11在时间“t15”时处理白键A3、C4、E4、G4、B4和D5的动作事件代码An3以及表征“鼓声响起”的MIDI音乐数据代码，白键A3至D5与鼓声同步地下沉至深度“1F”，如图7中在“t15”所示，所述鼓声在时间t16时衰退。
在时间t17时，中央处理单元11处理白键A3至D5的动作事件代码An4以及表征“鼓声响起”的MIDI音乐数据代码，白键A3至D5返回至静止位置，即深度“00”，如图7中在“t17”所示。鼓声在时间t18时撤销。
如将被理解的，在鼓声的同时白键G3至C5和白键A3至D5交替下沉至深度“1F”。由此艺术视觉表现以鼓声完成。
艺术视觉表现的第三示例在第三示例中，在声波中，白键3b顺序下沉至深度“2C”，随后回到静止位置，即深度“00”。图8示出再另外一套样式数据代码FRM3以及波形的艺术视觉表现。在图8中，“C8开”至“C1开”意味着指定音调名称“C8”至“C1”的白键下沉至深度“2C”，以及“C8关”至“F1关”意味着白键“C8”至“F1”回到静止位置或深度“00”。术语“声音响起”意味着音响系统23开始产生声波，术语“声音停止”意味着音响系统23停止所述声波。尽管持续时间数据代码插入相邻的动作事件代码之间，但是持续时间数据代码从图8中被删去。
白键C8首先被下沉至深度“2C”，声波从音响系统23中放出。随后白键B7、A7、G7顺序下沉至深度“2C”，由此波形与声波同步从键盘31的右侧开始如箭头AR11表示的。
随后，白键31b交替下沉至深度“2C”以及回到在“00”的静止位置。柱塞运动足够缓慢以表现如箭头AR12所示向键盘31的左侧传播的波形。声波从音响系统23顺序产生。
当所述波形到达键盘31右侧时，白键31b依次返回静止位置，如箭头AR13所示。最后，最右侧白键1F返回静止位置，音响系统23停止产生声波。
在最右侧白键回到静止位置时声波可以不停止，而是在琴键运动从最右侧白键C8至最左侧白键F1循环期间继续。
如将被理解的，所述一套样式数据代码FRM3使螺线管操作键致动器20引起所述波形在声波中穿过键盘31。由此，艺术视觉表现在键盘31上动态执行。
艺术视觉表现的第四示例图9A再示出由控制系统3产生的另一种艺术视觉表现。一套样式数据代码不仅包含动作事件代码而且包含表征音效的MIDI音乐数据代码。所述音效与艺术视觉表现适时同步产生。
当螺线管操作键致动器20使键盘31中央的白键31b下沉，如艺术图形AP11所表示的，音响系统23产生雨点拍打声。此后，控制器3a停止该音效。螺线管操作的键致动器20开始依次从键盘31中央至两侧压低白键31b，如艺术图形AP12所表示的波纹形。如艺术图形AP13所示深度逐渐减小。最后，波纹形从键盘31移去。由此一系列艺术图形AP11至AP13和音效使听众联想起池塘表面的波纹。
艺术视觉表现的第五示例又另一套样式数据代码包含表征产生在显示窗口17上的视觉图像的视频数据代码。视觉图像与动作事件代码混合，持续时间数据代码可选择地插入一系列动作事件代码和视频数据代码中。在此情况中，当键盘31中央的白键31b下沉时，雨点的图形在显示窗口17上再现，如图9B中AP21所表示的。当白键31b顺序下沉至给定深度时，波纹图形产生在显示窗口17上，如AP22和AP23所示。波纹形图像朝两侧继续，如箭头AR20所示，并且恰好与图9A所示的琴键运动同步。
艺术视觉表现的第六示例图9C示出在音调衰减同时运动的琴键运动。首先，音调以最大音量产生，并且白键31b下沉至最大深度，如图9C中艺术图形AP31所示。当所述音调逐渐衰减，压下的琴键朝静止位置浮起，如艺术图形AP32和AP33所示。当所述琴键到达静止位置，音调停止。
如同从前述说明中可理解的，根据本发明的键盘乐器装备有控制器3a，其正确解析以MIDI协议的空闲格式编码的动作事件数据。控制器3a使螺线管操作的键致动器20引起琴键运动而不产生任何钢琴音调。结果，听众欣赏在键盘31上的艺术视觉表现。由此，根据本发明的键盘乐器为用户和听众提供第三种选择。尽管本发明的具体实施方式
已经被示出和说明，对于所述领域技术人员显而易见的是可以进行各种变化和修改而不脱离本发明的精神和范围。
声学钢琴1对本发明的技术范围不构成任何限制。控制系统3可以安装在管风琴、大键琴或电子键盘中。而且，本发明可应用于装备有自动演奏系统的任何种类的乐器。此外，控制系统可以被改型成为具有多个操纵件的乐器。例如控制系统可以被准备用于具有多个键的管乐器。此外，控制系统可以安装在打击乐器中，例如钢片琴。
在自动键盘乐器30中代表空闲的另一状态字符可以被指定给动作事件。由此状态字节“An”不构成对本发明技术范围的任何限制。
当雨滴的图形滴到池塘水面时，音响系统23可以产生音效。在此情况中，视频数据代码和表征音效MIDI音乐数据代码混入动作事件数据代码和持续时间代码中。
雨滴图形和音效对本发明的技术范围不构成任何限制。任何种类的声音或任何音乐片段可以用于所述键盘乐器。例如，黑键/白键31a/31b可以移动，好像黑键/白键31a/31b在风中摇曳。在此情况中，所述音效使听众联想起风。另外，黑键/白键31a/31b可以移动好像舞者在键盘31上行走。在此情况中，一段音乐通过音响系统产生。
键盘31可以分成两部分，一部分用于通过钢琴音调演奏，另一部分用于艺术视觉表现。
而且表征音符开/音符关的MIDI音乐数据代码被混入动作事件数据代码中。当中央处理单元11从内部数据存储器取出表征键事件的MIDI音乐数据代码，中央处理单元11要求驱动电路10a引起琴键以预定的速度运动以产生钢琴音调。如果，另一方面，中央处理单元11从内部数据存储器24取出动作事件代码，中央处理单元11要求驱动电路20a引起琴键处于或低于临界速度运动，由此键31a/31b运动而不产生任何钢琴音调。在此情况中，值得推荐的是将处于或低于临界速度运动的琴键31a/31b与为产生钢琴音调运动的琴键31a/31b隔开。
黑键/白键31a/31b对本发明的技术范围不构成任何限制。在脚踏板附有踏板致动器的情况中，控制器可以引起用于艺术视觉表现的踏板运动。
MIDI协议不构成对本发明技术范围的任何限制。可用于乐器的任何协议对艺术视觉表现都是可用。例如动作事件代码可以用24位数据代码或在另一协议中的另一种多位数据代码。
多套样式数据代码可以由音乐设计者制定。然而，用户可以通过键盘31上用指触摸设计新的艺术视觉表现。
内置柱塞传感器不构成对本发明技术范围的限制。驱动信号量值和柱塞冲程之间的关系很清晰以致控制器3a能够无反馈信号地使柱塞在冲程特定值运动。
权利要求的语言与如下实现所述实施方式的键盘乐器构成部件有关。黑键/白键31a/31b用作“操纵件”，音调的音高相应于音调的“属性”。动作单元33、音锤32、琴弦34和制音器36作为整体构成“音调发生系统”。
状态字节，第一数据字节和第二数据字节分别作为“第一位串”、“第二位串”和“第三位串”。复调键压相应于“另一信息”。音调发生器21、效果器22和音响系统23作为一个整体“电子音调发生系统”。持续时间代码作为“时间数据代码”。显示窗口17作为“显示单元”。
权利要求
1.一种用于产生音调的乐器(30)，包括多个操纵件(31a，31b)，所述操纵件被指定有各自的操纵件编号，并且有选择地在各自的静止位置和各自的端位置之间移动以确定所述音调的属性；音调发生系统(32，33，34，35)，与多个操纵件(31a，31b)连接，并且由所述多个操纵件(31a，31b)致动以在通过所述多个操纵件(31a，31b)确定的属性下产生所述音调；以及控制系统(3)，包括多个致动器(20)，分别与所述多个操纵件(31a，31b)相关联并响应驱动信号以便有选择地产生所述多个操纵件(31a，31b)的运动，控制器(3a)，与所述多个致动器连接以便有选择地将所述驱动信号提供给所述操纵件(31a，31b)，其特征在于，所述控制器(3a)分析动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)，所述代码至少表征不产生所述音调地被移动的操纵件速度、所述操纵件的操纵件编号和自静止位置的冲程，所述控制器(3a)将表征所述速度和冲程目标值的驱动信号提供给与要被移动的所述操纵件(31a/31b)相关联的致动器(20)。
2.如权利要求1所述的乐器，其中各个所述动作事件代码具有第一位串(41)，其表征通过不产生运动地被移动的所述操纵件(31a，31b)运动实现的动作事件，第二位串(42)，其表征所述编号中的一个，以及第三位串(43)，其表征所述冲程的数值。
3.如权利要求2所述的乐器，其中所述第一位串表征未用于所述乐器并在预定协议中限定的另一信息(An)。
4.如权利要求3所述的乐器，其中乐器数字接口协议用作所述预定协议。
5.如权利要求1所述的乐器，其中所述控制器(3a)进一步分析表征产生其它驱动信号的音符事件的音乐数据代码，并且所述多个致动器(20)进一步响应所述其它驱动信号以便有选择地移动所述多个操纵件(31a，31b)以产生所述音调。
6.如权利要求5所述的乐器，其中所述音乐数据代码被在预定的协议中限定，并且所述动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)作为不发生在所述乐器中的另一类型的事件被在预定协议中限定。
7.如权利要求6所述的乐器，其中乐器数字接口协议用作所述预定协议。
8.如权利要求1所述的乐器，进一步包括与所述控制系统(3)连接的电子音调发生系统(21，22，23)，其中所述控制器(3a)进一步分析表征声音的声音数据代码以便将所述声音数据代码提供给电子音调发生系统(21，22，23)，用于产生所述声音和由所述操纵件(31a，31b)完成的艺术视觉表现(AP11，AP12，AP13；AP31，AP32，AP33)。
9.如权利要求8所述的乐器，其中基于混入一系列所述动作事件代码和所述声音数据代码中的时间数据代码(TD1，TD2)，所述声音与所述艺术视觉表现(AP11，AP12，AP13；AP31，AP32，AP33)同时产生。
10.如权利要求1所述的乐器，进一步包括与所述控制系统(3)连接的显示单元(17)，其中所述控制器(3a)进一步分析表征视频图像(AP21，AP22，AP23)的视频数据代码，从而将所述视频数据代码提供给所述显示单元(17)，用于在所述显示单元(17)上产生所述视频图像(AP21，AP22，AP23)以及由所述操纵件(31a，31b)完成的艺术视觉表现。
11.如权利要求10所述的乐器，其中基于混有一系列所述动作事件代码和所述视频数据代码的时间数据代码(TD1，TD2)，所述视频图像与所述艺术视觉表现(AP21，AP22，AP23)同时产生。
12.如权利要求1所述的乐器，其中黑键和白键(31a，31b)用作所述多个操纵件，并且所述音调发生系统包括分别与所述黑键和白键(31a，31b)连接的动作单元(33)、与所述黑键和白键(31a，31b)连接的制音器(36)、被所述动作单元(33)驱动以旋转的音锤(32)和被所述音锤(32)敲击的琴弦(34)。
13.如权利要求12所述的乐器，其中所述动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)促使所述致动器(20)以低键速移动所述黑键和白键(31a，31b)，所述低键速防止所述琴弦(34)被所述音锤(32)敲击。
14.一种控制系统(3)，该控制系统被安装在乐器(1)中并且有选择地使形成部分所述乐器(1)的多个操纵件(31a，31b)运动，所述系统包括多个致动器(20)，分别与所述多个操纵件(31a，31b)相关联并且响应驱动信号以便有选择地产生所述多个操纵件(31a，31b)的运动；以及控制装置(3a)，与所述多个致动器(20)连接，用于向所述多个致动器(20)提供驱动信号，其特征在于，所述控制器(3a)分析动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)，所述代码至少表征被移动而不产生音调的所述操纵件(31a，31b)的速度、所述操纵件(31a，31b)的操纵件编号和所述操纵件(31a，31b)的冲程，所述控制器(3a)将表征所述速度和冲程目标值的驱动信号产生给与要被移动的操纵件(31a，31b)相关联的致动器(20)。
15.如权利要求14所述的控制系统，其中每个所述动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)具有第一位串(41)，其表征通过不产生运动地被移动的所述操纵件(31a，31b)运动实现的动作事件，第二位串(42)，其表征所述编号中的一个，以及第三位串(43)，其表征所述冲程的数值。
16.如权利要求15所述的控制系统，其中所述第一位串(41)表征未用于所述乐器并在预定协议中限定的另一信息。
17.如权利要求16所述的控制系统，其中乐器数字接口协议用作所述的预定协议。
18.如权利要求14所述的控制系统，其中所述控制器(3a)进一步分析表征产生其它驱动信号的音符事件的音乐数据代码，并且所述多个致动器(20)进一步响应所述其它驱动信号以便有选择地移动所述多个操纵件(31a，31b)以产生所述音调。
19.如权利要求18所述的控制系统，其中所述音乐数据代码被在预定的协议中限定，并且所述动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)作为不发生在所述乐器中的另一类型的事件被在预定协议中限定。
20.如权利要求19所述的控制系统，其中乐器数字接口协议用作所述预定协议。
21.如权利要求14所述的控制系统，其中所述控制器(3a)进一步分析表征声音的声音数据代码以便将所述声音数据代码提供给电子音调发生系统(21，22，23)，用于产生所述声音和由所述操纵件(31a，31b)完成的艺术视觉表现(AP11，AP12，AP13；AP31，AP32，AP33)。
22.如权利要求21所述的控制系统，其中基于混有一系列所述动作事件代码和所述视频数据代码的时间数据代码(TD1，TD2)，所述视频图像与所述艺术视觉表现(AP21，AP22，AP23)同时产生。
23.如权利要求14所述的控制系统，其中所述控制器(3a)进一步分析表征视频图像(AP21，AP22，AP23)的视频数据代码，从而将所述视频数据代码提供给所述显示单元(17)，用于在所述显示单元(17)上同时产生所述视频图像(AP21，AP22，AP23)以及由所述操纵件(31a，31b)完成的艺术视觉表现。
24.如权利要求23所述的控制系统，其中基于混有一系列所述动作事件代码和视频数据代码的时间数据代码(TD1，TD2)，所述视频图像与所述艺术视觉表现(AP21，AP22，AP23)同时产生。
全文摘要
一套样式数据代码(FRM1)被载入自动演奏钢琴(30)，所述样式数据代码包括动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)和持续时间代码(TD1，TD2)，控制器(3a)解析动作事件代码(AE1，AE2，AE3，AE4)以驱动螺线管操作的键致动器(20)；由于螺线管操作的键致动器(20)缓慢推动关联的琴键(31a，31b)，所以音锤(32)不接触琴弦(33)，不产生任何钢琴音调；柱塞(38)使琴键(31a，31b)下沉不同深度，由此琴键(31a，31b)以艺术图形排列；控制器(3a)顺序改变艺术图形，并为听众提供一种艺术视觉表现。
文档编号G10H1/34GK1641743SQ200510004469
公开日2005年7月20日 申请日期2005年1月12日 优先权日2004年1月13日
发明者村松繁, 大场保彦, 藤原佑二 申请人:雅马哈株式会社