用于乐器的自动演奏系统和其中用于自学的计算机程序的制作方法

专利名称：用于乐器的自动演奏系统和其中用于自学的计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于键盘乐器的自动演奏系统，具体涉及一种与键盘乐器相组合、用于在该键盘乐器上演奏乐曲的节(passage)的自动演奏系统以及在该自动演奏系统中使用的用于自学的计算机程序。
背景技术：
在以下描述中，术语“前面”指示比用术语“后面”修饰的对应位置更靠近坐在凳子上用手指弹奏的人类演奏者的位置。术语“纵向”指示在前面位置和对应的后面位置之间画的线的方向，并且“横向”以直角与纵向相交。术语“上下方向”垂直于由纵向和横向定义的平面。
原声钢琴是键盘乐器的典型示例。键盘被安装在被称为中盘(key bed)的钢琴箱体的平台上，并且动作单元、弦槌、琴弦、踏瓣和踏瓣机构被装在钢琴箱体内。三个踏瓣被称为延音踏瓣(damper pedal)、弱音踏瓣(soft pedal)和持音踏瓣(sostenuto pedal)，并且从钢琴箱体的下部沿向前的方向伸出。这三个踏瓣分别与踏瓣机构相链接，并且钢琴家通过有选择地压下这三个踏瓣来向乐曲的节赋予人为的表达(artificial expression)。
键盘具有黑键和白键，并且黑键和白键分别与动作单元相链接。动作单元分别与弦槌相链接，并且分别在弦槌的轨迹上提供琴弦。
假设钢琴家在原声钢琴上演奏乐曲。钢琴家在他或她的演奏中有选择地按下和释放黑键和白键。被按下的键促动(actuate)相关联的动作单元，并且被促动的动作单元引起相关联的弦槌向琴弦的旋转。该弦槌在旋转的终点与相关联的琴弦碰撞，并且引起琴弦的振动。这样，键运动最终引起相关联的琴弦的振动。振动的琴弦引起钢琴箱体的共鸣板的振动，并且从原声钢琴发出原声钢琴音调。
弦槌在琴弦上回弹，并且被托木(back check)捕获。当释放被按下的键时，被释放的键由于动作单元的重量而开始返回到静止位置。
钢琴家通过各种指法技巧来向乐曲的节赋予人为的表达。当人类演奏者加重音调时，他或她用力地按下相关联的键。另一方面，当人类演奏者想适当减小某些音调的响度时，他或她轻柔地按下相关联的键。
被用力按下的键以高速行进，并且使得相关联的动作单元通过迅速脱离而驱动弦槌以进行旋转。这导致高速弦槌旋转，并且使得弦槌与琴弦猛烈地碰撞。另一方面，当人类演奏者希望减小原声钢琴音调的响度时，他或她轻柔地按下相关联的键，使得相关联的动作单元驱动弦槌以进行低速旋转。弦槌与琴弦轻柔地碰撞，并且琴弦微弱地振动，以便以小响度产生原声钢琴音调。施加在黑键和白键上的力与弦槌速度成比例，弦槌速度继而与原声钢琴音调的响度成比例。这样，人类演奏者通过触动黑键和白键来控制原声钢琴音调的响度。
自动演奏器钢琴作为原声钢琴和自动演奏系统之间的混合键盘乐器而为人所知。自动演奏系统包括键致动器的阵列和连接到键致动器的控制器。在黑键后部和白键后部的下方提供键致动器的阵列，并且每个键致动器具有连接到控制器的螺线管以及可以从该螺线管伸出和收缩到该螺线管中的活塞。
当在自动演奏中要按下黑键或白键时，将驱动信号从控制器提供给与该黑/白键相关联的键致动器，并且沿向上的方向将磁力施加在活塞上。活塞向上推动黑/白键的后部，使得黑/白键表现得好像人类演奏者按下该黑/白键一样。活塞将力施加在黑/白键上，并且该力与驱动信号的电流量成比例。
已经提出了独立于钢琴的自动演奏系统以用于标准原声钢琴。该自动演奏系统使得有可能在没有任何手指弹奏的情况下欣赏在标准原声钢琴上演奏的乐曲曲调。因此，自动演奏系统向已经将原声钢琴置于其房屋内的用户提供自动演奏。
在日本专利申请公开第2005-309024号中公开了自动演奏系统的典型示例。现有技术的自动演奏系统分解为三个部分，即键驱动单元、踏瓣驱动单元和控制单元。键驱动单元、踏瓣驱动单元和控制单元被提供在可移动的框架结构(frame structure)上，并且将电磁控制的(solenoid-operated)键致动器的阵列和电磁控制的踏瓣致动器的阵列分别合并到键驱动单元和踏瓣驱动单元中。
当用户希望欣赏他或她的原声钢琴上的自动演奏时，他或她将所述框架结构移动到原声钢琴前面的位置上。然后，在黑键前部和白键前部的上方提供键驱动单元，并且在延音、弱音和持音踏瓣上方提供踏瓣驱动单元。电磁控制的键致动器和电磁控制的踏瓣致动器指向向下的方向，并且连接到活塞的推杆(pusher)处于黑键和白键前部的上表面以及所述三个踏瓣的上表面附近。
在所述框架结构和键驱动单元之间提供位置调整器，使得用户通过操作该位置调整器来将活塞的顶端相对于键盘定位到适当的位置。另一方面，在活塞和推杆之间提供万向接头，使得该万向接头减小电磁控制的踏瓣致动器和三个踏瓣之间的偏移(如果有的话)。
当在控制单元中依序处理乐曲数据代码时，有选择地将驱动信号从控制单元提供给电磁控制的键致动器和电磁控制的踏瓣致动器。电磁控制的键致动器利用推杆按下黑键和白键，并且电磁控制的踏瓣致动器将所述三个踏瓣移动到目标踏瓣位置。
在现有技术的自动演奏系统中遇到这样的问题，即用户觉得与通过自动演奏器钢琴产生的曲调相比，所再现的曲调不相似。

发明内容
因此，本发明的一个重要目的是提供一种自动演奏系统，其以高保真度再现演奏，而与原声钢琴的型号无关。
本发明的另一重要目的是提供一种在所述自动演奏系统中使用的计算机程序。
本发明人考虑到现有技术的自动演奏系统中固有的问题，并且注意到乐曲曲调是在通过对特定型号的原声钢琴进行的实验获得的控制参数的基础上再现的。存在各种时间延迟、对于组成部件运动的阻力、以及传感器中的偏移电压。例如，从控制单元中的乐曲数据代码的开始起延迟了弦槌和琴弦之间的碰撞，并且电磁控制的键致动器展现出它们自己的电流-输出力特性。某种型号的原声钢琴的弦槌在重量上与另一型号的原声钢琴的弦槌不同，并且某种型号的原声钢琴的动作单元具有它们自己的、不同于另一型号的原声钢琴的动作单元的结构。偏移电压在某些种类的电子组件中是固有的。在控制系统中准备控制参数，以便抑制时间延迟、阻力和偏移电压。
期望已经被安装在自动演奏器钢琴中的内置的自动演奏系统驱动仅仅一个原声钢琴的特定组成部件。制造商通过对相同型号的原声钢琴的实验来准备控制参数，并且将控制参数存储在控制单元的非易失性存储器中。因此，对内置的自动演奏系统准备控制参数并不困难。
另一方面，期望自动演奏系统在各种原声钢琴上演奏乐曲的节。制造商不可能指定原声钢琴的型号。在此情形下，制造商通过对自动演奏系统有可能在其上演奏乐曲曲调的某个原声钢琴的实验来准备控制参数。尽管该控制参数仅适合于所述某个原声钢琴，但是它们不总是适用于其它型号的原声钢琴。
制造商为所有可能型号的原声钢琴准备很多组控制参数是可行的。本发明人得出结论应当向控制单元提供自学功能。
为了实现这一目的，本发明提出修改控制参数，使其对于与自动演奏系统相组合的乐器是最佳的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在一组乐曲数据代码的基础上通过乐器产生音调的自动演奏系统，并且该自动演奏系统包括致动器的阵列，其响应驱动信号，以便移动乐器的操纵器，以产生所述音调；传感器系统，用于将所述音调的属性转换为表示该属性的量的检测信号；以及控制单元，其连接到所述致动器的阵列和所述传感器系统，在自动演奏之前，在所述检测信号和被调整为测试幅度(magnitude)的所述驱动信号的基础上，准备对于乐器最佳并且定义乐曲数据和控制数据之间关系的控制参数，并且在自动演奏中，在所述乐曲数据代码和控制参数的基础上产生驱动信号，其中所述乐曲数据被存储在乐曲数据代码中，并表示要产生的音调的属性的量，所述控制数据用于将所述驱动信号调整为一幅度。
根据本发明的另一方面，提供了一种表示用于准备用于乐器的控制参数的方法的计算机程序，并且该方法包括以下步骤a)将被调整为测试幅度的驱动信号提供给与乐器的操纵器相关联地提供的致动器，以便驱动所述操纵器，以产生音调；b)分析表示所述音调的属性的检测信号，以确定该属性的量和所述测试幅度之间的关系；c)将所述驱动信号从所述测试幅度改变为另一测试幅度，以接收所述检测信号；d)重复步骤b)和c)，以便确定测试幅度和所述属性的量之间的关系；以及e)分析所述测试幅度和所述属性的量之间的所述关系，以准备对于乐器最佳并且定义乐曲数据和控制数据之间关系的控制参数，其中所述乐曲数据被存储于在自动演奏时使用的乐曲数据代码中，并且表示所述属性的量，所述控制数据用于将所述驱动信号调整为适于产生分别具有由所述乐曲数据指示的所述属性的量的音调的幅度。


根据结合附图进行的以下描述，将更清楚地理解所述自动演奏系统和其中使用的计算机程序的特征和优点，在附图中图1是示出自动演奏系统和大钢琴的示意侧视图，图2是示出MIDI消息、键移动、弦槌运动、传感器的输出信号、以及驱动脉冲信号之间的关系的时序图，图3是示出形成加载在控制单元中的计算机程序的一部分的主例程中的作业序列的流程图，图4至6是示出在自学时执行的作业序列的流程图，图7是示出音量-MIDI速度表的内容的曲线图，图8是示出驱动脉冲信号-MIDI速度表的内容的曲线图，图9是示出驱动信号-延迟表的内容的曲线图，以及图10是示出本发明的另一自动演奏系统的示意侧视图。
具体实施例方式
实施本发明的自动演奏系统用于乐器，并且主要包括致动器的阵列、传感器系统和控制单元。控制单元通过电缆连接到致动器的阵列和传感器系统，并且具有信息处理能力。该信息处理能力是通过执行计算机程序实现的。
当将自动演奏系统与乐器相组合时，致动器分别与乐器的操纵器相关联。操纵器用于顺着乐曲的节产生音调。诸如响度的音调属性根据操纵器的移动(即快速移动或缓慢移动)而变化。在自动演奏中，控制单元将驱动信号调整到适当的幅度，并且在适当的定时将该驱动信号提供给与要移动的操纵器相关联的致动器。
自动演奏系统响应一组乐曲数据代码。多种乐曲数据被存储在乐曲数据代码中。一种乐曲数据代码用于通过乐器产生音调，并且存储在其中的乐曲数据表示要移动的操纵器之一、音调属性的量(quantity)等等。当处理这种乐曲数据代码时，控制单元确定要移动的操纵器、驱动信号的幅度、适当的定时等等。然而，乐曲数据不直接表示驱动信号的幅度。因此，所述属性的量将被变换为驱动信号的幅度。控制参数用于在所述属性的量和表示驱动信号的幅度、适当的定时、或者所述幅度和适当定时二者的控制数据之间的转换。控制数据依赖于乐器的种类。在时间延迟可以忽略的情况下，没有必要定义所述属性的量和时间延迟之间的关系。类似地，在驱动信号的幅度不具有所述属性的任何推断结果(inference)的情况下，没有必要定义所述属性的量和驱动信号的幅度之间的关系。
在自动演奏之前，控制系统在传感器系统的协助下，通过自学来修改控制参数。音调属性被转换为表示所述属性的量的检测信号。由于该检测信号通过乐器的行为而变化，因此乐器的个体性对该检测信号有影响。由于这一原因，针对乐器而修改控制参数，并且因此该控制参数对于该乐器是最佳的。
在测试-学习时，控制单元将驱动信号调整为测试幅度，并且将驱动信号提供给致动器之一。致动器引起相关联的操纵器的移动，并且在乐器中产生音调，并且，在传感器系统中产生表示音调的音量(quantity)的检测信号。将该检测信号提供给控制系统，使得控制系统将测试幅度与所述属性的量配对。控制单元将驱动信号从该测试幅度改变为另一测试幅度，并且传感器系统将检测信号提供给控制单元，以便使得有可能将另一测试幅度与所述属性的量配对。这样，控制单元重复上述序列，并且积存测试幅度和所述属性的幅度的对。最后，控制单元确定在表示所述属性的乐曲数据和用于驱动致动器的控制数据之间的关系。所述控制数据表示驱动信号的幅度、适当的定时、或者所述幅度和适当定时二者。
如将从前面的描述理解的那样，通过对与自动演奏系统相组合的乐器进行的实验来准备控制参数。当将自动演奏系统与另一乐器相组合时，为新的乐器准备新的控制参数，并且将新乐器的个体性引入新的控制参数中。因此，所述控制参数对于与自动演奏系统相组合的乐器来说是最佳的。所述控制参数使得有可能以高保真度在乐器上重演演奏。
第一实施例参考附图的图1，将实施本发明的自动演奏系统1与大钢琴2相组合。
由于自动演奏系统1在物理上独立于大钢琴2，因此有可能将自动演奏系统1与其它型号的原声钢琴相组合。换言之，自动演奏系统1是便携的。利用自动演奏系统1而不是人类演奏者在大钢琴2上演奏乐曲，并且自动演奏系统1通过自学将控制参数调整到适合于大钢琴2的值。
大钢琴2包括键盘20、动作单元21、弦槌22、琴弦23、钢琴箱体24和制音器25。键盘20包括黑键20a和白键20b以及键架中板(balance rail)20c，并且黑键和白键20a和20b的总数目是88。将音名分别分配给黑键和白键20a/20b，使得钢琴家利用黑键和白键20a/20b来指定原声音调的音高。中盘(24a)形成钢琴箱体24a的一部分，并且键架中板20c在中盘24a上沿横向延伸。键架中板20c向黑键20a和白键20b提供支点，使得黑键20a和白键20b独立地上下倾斜。当钢琴家按下黑键和白键20a/20b的前部时，所述前部下降，并且黑键和白键20a/20b开始从静止位置向终点位置行进。
制音器25分别与黑键和白键20a/20b相链接，使得黑键和白键20a/20b引起制音器25的上下移动。当黑键和白键20a/20b停留在静止位置上时，制音器25保持与相关联的琴弦23相接触，并且阻止相关联的琴弦23振动。在相关联的键20a/20b前往终点位置的途中，制音器25离开琴弦23，并且允许琴弦23振动。
动作单元21分别与黑键和白键20a/20b相链接，并且由被按下的键20a/20b促动。当黑键和白键20a/20b停留在静止位置上时，动作单元21在顶杆21a的顶端保持与弦槌22相接触。当顶杆21a脱离相关联的弦槌22时，弦槌22开始向相关联的琴弦23旋转。琴弦23被设计为以相当于分配给相关联的黑键和白键20a/20b的音名的预定频率值振动。弦槌22在旋转的终点与琴弦23碰撞，并且引起琴弦23的振动。
共鸣板24b形成钢琴箱体24的另一部分，并且琴弦23在共鸣板24b上方延伸。当琴弦23振动时，该振动被传播到共鸣板24b，并且共鸣板24b与振动的琴弦23谐振。这样，通过共鸣板24b的谐振放大钢琴音调，并且从大钢琴2发出该钢琴音调。
自动演奏系统1包括控制单元1a、键驱动器单元12和响度传感器(即振动传感器13和14)以及麦克风15。与琴弦23和共鸣板24b相关联地提供振动传感器13和14，并且将琴弦23的振动和共鸣板24b的振动分别转换为模拟琴弦振动信号S1和模拟板振动信号S2。在钢琴箱体24的内部提供麦克风15，并且将原声钢琴音调的声波转换为模拟响度信号S3。振动传感器13/14和麦克风15连接到控制单元1a，使得将模拟琴弦振动信号S1、模拟板振动信号S2以及模拟响度信号S3提供给控制单元1a。可以从大钢琴2拆下振动传感器13/14和麦克风15，以便将它们临时安装在大钢琴1中以便进行自学。
键驱动器单元12被提供在键盘20上方，并且包括螺线管12a、活塞12b、外壳12c和调整机构12d。螺线管12a以交错的方式布置，并且由外壳12c支撑。活塞12b指向向下的方向，并且可以分别从螺线管12a伸出和收缩到螺线管12a中。活塞12b以与黑键和白键12a和12b的间距相等的间距与相邻的活塞12b间隔开，以便分别与相关联的黑键和白键20a/20b对齐。调整机构12d与外壳12c相关联，并且用户将外壳12c调整到最佳高度，其中在该最佳高度上，活塞12b处于黑键和白键20a/20b的上表面附近，如在上述日本专利申请公开中描述的那样。
控制单元1a包括信息处理器10、存储器11、脉宽调制器16、放大器17、模拟-数字转换器18和盘驱动器19。尽管未在图1中示出，但是控制单元1a还包括操纵板、平板显示器和接口。信息处理器10、存储器11、脉宽调制器16、放大器17、模拟-数字转换器18、以及诸如例如信号接口的其它系统组件被安装在电路板(未示出)上，并且信息处理器10、存储器11、脉宽调制器16、放大器17、模拟-数字转换器18、盘驱动器19以及其它系统组件通过电路板的导电图案互相连接。
信息处理器10是控制单元1a的数据处理能力的源，并且是通过单片微计算机来实现的。该单片微计算机具有中央处理单元(即算术和逻辑单元以及控制单元)、充当程序存储器的只读存储器、充当工作存储器的随机存取存储器、信号缓冲器和共享总线系统。计算机程序被存储在只读存储器中，并且在中央处理单元上运行以便完成作业。通过这些作业来实现自动演奏和自学。
以表的形式将控制参数存储在存储器单元11中。在此实例中，使用诸如快闪存储器的电可擦除和可编程存储器作为存储器11。可以将诸如半导体随机存取存储器的其它种类的存储设备用于所述表。
脉宽调制器16响应从信息处理器10提供的控制信号S4，以便将驱动脉冲信号S5调整到占空比的值，并且，将驱动信号S5提供给与要被驱动的黑/白键20a/20b相关联的螺线管12a。
将模拟琴弦振动信号S1、模拟板振动信号S2和模拟响度信号S3输入到放大器17。将混合器内置于放大器17中，并且将模拟琴弦振动信号S1、模拟板振动信号S2和模拟响度信号S3混合为模拟测试信号，并且通过放大器17来增大该模拟测试信号的幅度。放大器17连接到模拟-数字转换器18。
通过模拟-数字转换器18将模拟测试信号转换为数字测试信号，并且将该数字测试信号提供给信息处理器10的信号输入缓冲器。
在此实例中，硬盘驱动器和硬盘充当盘驱动器19。将标准MIDI(乐器数字接口)文件存储在盘驱动器19中，并且在每个标准MIDI文件的数据块中保存一组乐曲数据代码。利用一组乐曲数据代码来表示对乐曲曲调的演奏。音符开(note-on)事件和音符关(note-off)事件代表在演奏中被按下的键和被释放的键，并且利用存储在音符开数据代码中的音符开事件数据、存储在音符关数据代码中的音符关事件数据、以及存储在delta(增量)时间代码中的持续时间数据来指定音符开事件和音符关事件。
音符开数据代码包含状态字节和数据字节，所述状态字节指示音符开事件和MIDI信道号，所述数据字节指示分配给要按下的黑/白键20a/20b的键编号以及表示最终弦槌速度的速度或要产生的音调的响度。8比特的数据字节使得有可能表示128个响度等级。
音符关数据代码包含指示音符关事件和MIDI信道号的状态字节、以及指示分配给要释放的黑/白键20a/20b的键编号的数据字节。
delta时间代码指示距先前的音符开事件或音符关事件的时间经过(lapseof time)。
仅利用一个压电元件来实现振动传感器13，并且在共鸣板24b上提供该振动传感器13。在此实例中，振动传感器13利用压敏双面涂覆胶带附着在共鸣板24b上。压电元件和压敏双面涂覆胶带是经济的，使得自学的成本较低。
共鸣板的振动引起压电元件的应力，并且压电元件将该应力转换为模拟板振动信号S2。振动传感器13根据应力的量来改变板振动信号的幅度，使得模拟板振动信号S2代表共鸣板24b的振动。
利用多个电磁拾取设备来实现琴弦振动传感器14。在此实例中，为低音区的琴弦23、中音区的琴弦23和高音区的琴弦23提供3个电磁拾取设备。所述电磁拾取设备分别被提供在琴弦组附近，并且将琴弦23的振动转换为模拟琴弦振动信号S1。
在共鸣板24b的上方提供麦克风15，并且来自共鸣板24b的声波被转换为模拟板振动信号S3。尽管麦克风15是在共鸣板24b的上方提供的，但是从减小噪声的观点来看，共鸣板24b下方的麦克风可能优于共鸣板24b上方的麦克风15。
转到附图的图2，图示了MIDI消息、键运动、弦槌运动、输出信号S1、S2和S3、以及驱动脉冲信号S5之间的关系。现在假设沿着键轨迹TR1而在静止位置和终点位置之间移动黑/白键20a/20b，弦槌22被驱动以便在弦槌轨迹TR2上行进。在用弦槌22撞击琴弦23的定时上传递音符开消息，并且在使制音器25与振动的琴弦23相接触的定时上传递音符关消息。
当用弦槌22撞击琴弦23时，琴弦23开始振动，并且通过共鸣板24b与琴弦23的谐振来产生原声钢琴音调。从振动传感器13和14以及麦克风15输出板振动信号S2、琴弦振动信号S1和响度信号S3，并且信号S1至S3的包络代表原声钢琴音调的响度变化。
为了使黑/白键20a/20b沿着键轨迹TR1移动，控制单元1a利用驱动脉冲信号S5激励相关联的电磁控制的键致动器的螺线管12a。驱动脉冲信号S5改变电势电平，如图线PL所表示的那样。驱动脉冲信号S5的幅度与流过螺线管12a的电流量成比例。
驱动脉冲信号S5被划分为3个时段，其被称为“触动”、“静止”和“释放”。驱动脉冲信号S5的幅度与电流量成比例，因此与施加在黑键和白键20a/20b上的力成比例。当在“触动”时段中发现驱动脉冲信号S5时，螺线管12a周围的磁场将磁力施加在活塞12b上，并且活塞12b使黑/白键20a/20b在基准时刻、以基准键速度经过键轨迹TR1上的基准点。该键运动导致在时刻“音符开”处的、弦槌22和琴弦23之间的碰撞。由于基准键速度与最终弦槌速度成比例，所述最终弦槌速度继而与原声钢琴音调的响度成比例，因此在“触动”时段内，控制单元1a通过控制驱动脉冲信号S5而以与由乐曲数据代码表示的响度相等的响度产生原声钢琴音调。由于在“触动”时段的早期，驱动脉冲信号S5暂时变得较高，因此活塞12b克服了阻止活塞运动开始的沉重负荷。在“触动”时段中的平均幅度相当于在基准键轨迹上的键运动中施加在黑键和白键20a/20b上的力。
在接下来的“静止”时段中，驱动脉冲信号S5使活塞12b将黑/白键20a/20b保持在终点位置上，使得琴弦23继续振动。
“释放”时段被提供用于音符关事件。如结合制音器25描述的那样，在恢复到制音器25和振动的琴弦23之间的接触时，原声钢琴音调被衰减。因此，活塞12b控制释放之后的键运动，以便在衰减原声钢琴音调的时刻，使得黑/白键20a/20b使制音器25与振动的琴弦23相接触。
在“开始产生音调”的时刻产生原声钢琴音调，并且在弦槌25和琴弦23之间碰撞时达到“开始产生音调”的时刻。然后，琴弦振动信号S1、板振动信号S2和响度信号S3迅速上升。在恢复到制音器25与振动的琴弦23之间的接触时，琴弦振动信号S1、板振动信号S2和响度信号S3被迅速衰减。根据信号S1、S2和S3的包络，了解到幅度紧跟在弦槌22和琴弦23之间的碰撞之后达到峰值。控制单元1a保持该峰值，并且确定原声钢琴音调的响度。
在下文中，对所述计算机程序进行描述。该计算机分解为主例程和子例程。将子例程之一分配给自动演奏，并且通过执行另一子例程来实现自学。
图3图示了主例程。当用户接通控制单元1a的操纵板(未示出)上的电源开关时，主例程开始在信息处理器10上运行。在系统初始化之后，信息处理器10周期性地检查分配给操纵板(未示出)的信号接口，以便查看用户是否给出指令。当在该信号接口没有发现任何指令时，信息处理器10重复在该信号接口处的检查。
假设用户给出了指令。信息处理器10确认该指令，如步骤S1，并且解释该指令，如步骤S2或S3。
当用户指示自动演奏系统重演由一组乐曲数据代码表示的演奏时，信息处理器10认定用户指示自动演奏，如步骤S2，并且主例程开始周期性地分支到子例程S4。
将这组乐曲数据代码从存储器设备11传递到信息处理器10的随机存取存储器，并且信息处理器10在自动演奏中如下操作。信息处理器10寻找指示要立即处理的一个或多个音调的一个或多个乐曲数据代码。delta时间代码使得有可能找到所述一个或多个乐曲数据代码。
假设信息处理器10找到了表示要立即产生的音调的乐曲数据代码。然后，信息处理器分析存储在该乐曲数据代码中的乐曲数据，并且确定音符开事件的细节，例如从静止位置开始前向键运动的时刻、作为随时间变化的一系列目标键位置值的基准键轨迹、以及基准键速度。当开始键运动的时刻到来时，信息处理器10周期性地将第一目标键位置值提供给脉宽调制器16。脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5调整为与要施加到黑/白键20a/20b的目标力相对应的占空比的值。螺线管12a产生磁场，并且使活塞12b沿向上的方向伸出。活塞12b将目标力施加在黑/白键20a/20b的后部，并且引起朝向终点位置的前向键运动。黑/白键20a/20b促动相关联的动作单元21。
信息处理器10周期性地将目标位置值提供给脉宽调制器16，并且脉宽调制器16在需要时修改驱动脉冲信号的平均电流。这样，信息处理器10在脉宽调制器16和电磁控制的键致动器12a/12b的协助下，强迫黑/白键20a/20b在基准键轨迹上行进，并且使黑/白键20a/20b以基准键速度经过基准点。
黑/白键20a/20b通过相关联的动作单元21驱动弦槌22向琴弦23旋转。如上文所述，基准键速度与最终弦槌速度成比例。由于信息处理器10按照黑/白键20a/20b以基准键速度经过基准键轨迹上的基准点的方式、通过脉宽调制器16来控制电磁控制的键致动器12a/12b，因此，使弦槌22以目标值的最终弦槌速度与琴弦23碰撞，并且使得琴弦23产生与乐曲数据代码表示的音调的响度相同响度的原声钢琴音调。
自动演奏系统对于乐曲数据代码表示的原声钢琴音调重复上述控制序列，并且在大钢琴2上重演演奏。
信息处理器10继续检查信号接口以获得用户的指令，并且确定自动演奏是否完成，如步骤S7。当正在继续自动演奏时，步骤S7处的答案给出为否定“否”。对于该否定答案，信息处理器10返回步骤S4。这样，信息处理器10重复由步骤S4和S5组成的循环，并且通过执行乐曲数据代码来重演所述演奏。
当用户接通开关以完成自动演奏时，步骤S7处的答案给出为肯定“是”。然后，信息处理器10进行到步骤S8。
当用户指示自动演奏系统进行自学时，信息处理器10认定用户指示进行自学，如步骤S3，并且主例程周期性地分支到用于自学的子例程S5。当完成自测试时，信息处理器10进行到步骤S8。
当用户给出其它指令时，信息处理器10执行给定任务，如步骤S6。当完成该任务时，信息处理器10进行到步骤S8。
作为示例，在步骤S8，在用户关断电源开关的条件下，信息处理器10完成用户给出的任务，并且终止数据处理。
现在，假设工人或用户通过操纵板(未示出)指示控制单元1a自学，主例程开始周期性地分支到用于自学的子例程S5。
图4、5和6图示了子例程S5中的作业序列。通过自学准备3个控制表。在以下描述中，将在MIDI协议中定义的128个键速度等级称为“MIDI速度值”，如在上文中结合图2所述，利用驱动脉冲信号S5的幅度来表示施加在黑键和白键20a/20b上的力。在黑键和白键20a和20b在基准轨迹上进行匀速运动的情况下，触动时段内的幅度与基准键速度成比例，所述基准键速度继而与最终弦槌速度成比例，使得所述幅度与原声钢琴音调的响度成比例。在下文中，用“TD(触动数据)”来标注触动时段内的幅度。
第一表定义动态范围和MIDI速度之间的关系，并且是通过图4所示的子例程准备的。第二表定义驱动脉冲信号的幅度TD和MIDI速度之间的关系，并且是通过图5所示的子例程准备的。第三表定义驱动脉冲信号S5的幅度TD、以及在激励螺线管12a的开始时刻和使弦槌22与相关联的琴弦23碰撞的时刻之间的时间延迟，并且是通过图6所示的子例程准备的。
现在假设用户或工人指示控制单元1a通过自学来准备这三个表，主例程开始周期性地分支到子例程S5。信息处理器10首先进入图4所示的子例程，并且将表示黑键和白键20a/20b之一的键编号KN设置为1，如步骤S10，并且请求脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5调整为与标准MIDI-TD表中的MIDI速度的等级0相对应的最小值。
随后，信息处理器10请求脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5提供给与被分配了键编号“1”的白键20b相关联的螺线管12a，如步骤S12。利用驱动脉冲信号S5来激励螺线管12a，并且活塞12b使得将白键20b从静止位置向终点位置移动。该键运动通过动作单元21引起弦槌22的旋转。如果力足够大到旋转弦槌22以便进行旋转，则使得弦槌22与琴弦23碰撞，并且通过琴弦23的振动产生原声钢琴音调。然而，如果力不够大，则弦槌22没有到达琴弦23，并且不产生原声钢琴音调。
信息处理器10检查信号输入缓冲器，以查看数字测试信号是否超过指示生成原声钢琴音调的阈值，如步骤S14。如果尚未产生原声钢琴音调，则答案给出为否定“否”。然后，信息处理器10将幅度TD增大1，如步骤S14，并且返回步骤S12。这样，信息处理器10重复由步骤S12、S13和S14组成的循环，以便发现超过所述阈值的数字测试信号。
当信息处理器10发现超过所述阈值的数字测试信号时，信息处理器10确认电磁控制的键致动器12a/12b使得白键20b和相关联的动作单元21使弦槌22与琴弦23碰撞，并且步骤S13处的答案改变为肯定“是”。
对于该肯定答案，信息处理器10检查分配给幅度TD的寄存器，以查看幅度TD的当前值是否小于先前的值(即最小值TDmin)，如步骤S15。如果步骤S15处的答案为肯定“是”，则信息处理器10将当前值储存在分配给最小幅度TDmin的寄存器中。当完成步骤S16处的作业时，在步骤S14，信息处理器10增大幅度TD，并且返回步骤S12。这样，信息处理器10重复由步骤S12至S16组成的循环，以便确定最小幅度TDmin，其中在所述最小幅度TDmin上，电磁控制的键致动器12a/12b使弦槌22与琴弦23碰撞。
另一方面，当幅度TD的当前值等于或大于最小幅度TDmin时，步骤S15处的答案给出为否定“否”。然后，信息处理器10将幅度TD的当前值与最大幅度TDmax进行比较，以查看驱动脉冲信号S5是否达到最大幅度TDmax，如步骤S17。在电磁控制的键致动器12a/12b的规范(specification)中，最大幅度TDmax被定义为保证稳定操作而不出现问题的最大电流量。
如果幅度TD的当前值小于最大幅度TDmax，则步骤S17处的答案给出为否定“否”，并且信息处理器10在步骤S14增大幅度TD之后返回步骤S12。这样，信息处理器10重复由步骤S12至S17组成的循环，以便确认电磁控制的键致动器12a/12b响应驱动脉冲信号S5，以便驱动弦槌22产生原声钢琴音调。
当幅度TD的当前值达到最大值TDmax时，步骤S17处的答案改变为肯定“是”。然后，信息处理器10将最大幅度TDmax写入被分配给最大幅度TDmax的寄存器中，如步骤S19。这样，信息处理器10确定用于电磁控制的键致动器12a/12b的动态范围，即TDmin和TDmax。
随后，信息处理器10将最小幅度TDmin和最大幅度TDmax之间的动态范围划分为127个区段，并且将128个幅度值分配给128个MIDI速度等级，如步骤S19。这样，对于被分配了键编号“1”的白键20b，确定了所述动态范围和MIDI速度之间的关系。
随后，信息处理器10检查被分配给键编号KN的寄存器，以查看是否对所有黑键和白键20a/20b确定了所述关系，如步骤S20。当步骤S20处的答案给出为否定“否”时，信息处理器20将键编号KN增大1，如步骤S21，并且重复步骤S11至S20处的作业，以便确定所述动态范围和MIDI速度之间的关系。
当键编号“88”被存储在寄存器中时，已经对所有黑键和白键20a/20b确定了所述关系，并且步骤S20处的答案给出为肯定“是”。对于该肯定答案，信息处理器10完成子例程中的作业，并且返回子例程S5。这样，通过执行图4所示的子例程而准备了第一表。
信息处理器10通过执行图5所示的子例程来准备第二表。当信息处理器10进入该子例程时，信息处理器10将“1”写入被分配给键编号KN的寄存器，如步骤S22。
随后，信息处理器10将驱动脉冲信号S5调整为最小幅度TDmin，如步骤S23，并且请求脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5提供给与最低音高处的白键20a相关联的螺线管12a，如步骤S24。从第一表读出最小幅度TDmin。最小幅度TDmin上的驱动脉冲信号使螺线管12a在活塞12b周围产生最弱的磁场，使得活塞12b轻柔地向上推动白键20b的后部。该键运动通过动作单元21的促动而引起弦槌22的旋转。弦槌22在旋转的终点与琴弦23碰撞，并且，从共鸣板24b发出原声钢琴音调。
将琴弦振动信号S1、板振动信号S2和响度信号S3从振动传感器14/13和麦克风15提供给放大器17。放大器17增大那些输入信号S1/S2/S3的幅度，并且输出模拟测试信号。该模拟测试信号被转换为数字测试信号，并且由信息处理器10提取该数字测试信号的峰值，如步骤S25。
随后，信息处理器10查阅音量-MIDI速度表，并且确定MIDI速度等级，如步骤S26。音量-MIDI速度表已经由制造商准备好，并且被存储在信息处理器10的只读存储器中。制造商通过使用配备有高精度传感器的标准大钢琴来进行实验，并且将实验结果制成表。音量-MIDI速度表定义原声钢琴音调的响度和MIDI速度之间的关系，并且图7示出了音量-MIDI速度表的内容。当信息处理器以数字测试信号的峰值访问音量-MIDI速度表时，从音量-MIDI速度表读出对应的MIDI速度等级。
随后，信息处理器10使驱动信号的幅度TD与MIDI速度等级配对，并且将MIDI速度等级与驱动信号的幅度TD一起存储在随机存取存储器中，如步骤S27。
信息处理器10检查分配给幅度TD的寄存器，以查看是否已经利用最大幅度TDmax驱动了白键20a，如步骤S28。当答案给出为否定“否”时，信息处理器10将幅度TD增大1，如步骤S29，并且返回步骤S24。信息处理器10重复由步骤S24至S29组成的循环，并且使驱动信号S5的幅度TD与MIDI速度等级配对。
在步骤27已经将最大幅度TDmax与MIDI速度等级配对。步骤S28处的答案改变为肯定“是”。对于该肯定答案“是”，信息处理器10检查分配给键编号KN的寄存器，以查看是否已经对于所有黑键和白键20a和20b而将驱动脉冲信号S5的幅度与MIDI速度等级配对，如步骤S30。
当步骤S30处的答案给出为否定“否”时，信息处理器10将键编号KN增大1，如步骤S31，并且重复在步骤S23至S31的作业。当在步骤S27对于被分配了键编号“88”的白键而将最大幅度TDmax与MIDI速度等级配对时，步骤S30处的答案改变为肯定“是”。信息处理器10完成该子例程的作业，并且返回子例程S5。这样，最小幅度TDmin到最大幅度TDmax分别被与MIDI速度等级配对，并且被制表成为第二表。图8示出了第二表的内容。
信息处理器10还将驱动脉冲信号S5的幅度TD与时间延迟之间的关系制成表，所述时间延迟是提供驱动脉冲信号和在弦槌22与琴弦23的碰撞之间的时间延迟。信息处理器10首先将“1”写入被分配了键编号KN的寄存器，如步骤S32，并且请求脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5调整为通过执行步骤S12至S16处的作业而确定的最小幅度TDmin，如步骤S33。
随后，信息处理器10请求脉宽调制器16利用处于TDmin的驱动脉冲信号S5来驱动螺线管12a，如步骤S34，并且开始测量时间的经过(the lapse oftime)。处于最小幅度TDmin的驱动脉冲信号S5使螺线管12a在活塞12b周围产生最弱的磁场，使得活塞12b轻柔地向上推动白键20b的后部。该键运动通过动作单元21的促动而引起弦槌22的旋转。弦槌22在旋转的终点与琴弦23碰撞，并且从共鸣板24b发出原声钢琴音调。
将琴弦振动信号S1、板振动信号S2和响度信号S3从振动传感器14/13和麦克风15提供给放大器17。放大器17增大那些输入信号S1/S2/S3的幅度，并且输出模拟测试信号。该模拟测试信号被转换为数字测试信号，并且由信息处理器10提取该数字测试信号的峰值，如步骤S35。
当数字测试信号超过所述阈值时，信息处理器10结束时间经过(the lapseof time)的测量，并且确定从提供驱动脉冲信号S5到弦槌22和琴弦23之间的碰撞的时间经过，如步骤S36。该时间经过等于从“开始按下键”的时刻到“开始产生音调”的时刻的时间延迟(参见图2)。
信息处理器使最小幅度TDmin与该时间经过配对，并且将它们存储在随机存取存储器中，如步骤S37。
随后，信息处理器10检查分配给幅度TD的寄存器，以查看是否已经利用处于最大幅度TDmax的驱动脉冲信号驱动了黑/白键，如步骤S38。当步骤S38处的答案给出为否定“否”时，信息处理器10将幅度TD增大1，如步骤S39，并且返回步骤S34。这样，信息处理器10重复由步骤S34至S39组成的循环，以便对于黑键和白键20a和20b中的每一个确定幅度TD和时间经过之间的关系。
在步骤S37，将最大幅度TDmax与所述时间经过配对。因此，步骤S38处的答案改变为肯定“是”。对于步骤S38处的肯定答案，信息处理器10检查分配给键编号KN的寄存器，以查看是否已经对于所有黑键和白键20a和20b而将幅度TD与所述时间经过配对，如步骤S40。当步骤S40处的答案给出为否定“否”时，信息处理器10将键编号KN增大1，如步骤S41，并且重复步骤S33至S41处的作业。
在步骤S37，对于被分配了键编号“88”的白键，将幅度TD与所述时间经过配对。然后，步骤S40处的答案给出为肯定“是”。这样，信息处理器10使最小幅度TDmin到最大幅度TDmax与所述时间经过配对，并且将幅度TD与所述时间经过之间的关系制成表，作为第三表。图9示出了第三表的内容。
对于步骤S40处的肯定答案，信息处理器10完成所述作业，并且返回子例程S5。当完成第一到第三表时，信息处理器10将第一到第三表的内容传递到存储设备11中。
在自动演奏时如下使用第二和第三表。假设用户指示控制单元1a通过原声大钢琴2上的自动演奏来重演由一组乐曲数据代码表示的演奏。信息处理器依序处理该乐曲数据代码，并且，在适当的定时将驱动脉冲信号S5提供给与要驱动的黑键和白键20a/20b相关联的螺线管12a。
假设信息处理器10开始处理音符开事件代码。表示键编号KN和MIDI速度的乐曲数据被存储在音符开事件代码中。然后，信息处理器10访问第二表，并且从第二表读出与MIDI速度相对应的幅度TDx。信息处理器10进一步访问第三表，并且从第三表读出与幅度TDx相对应的时间延迟。
脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5调整为幅度TDx。当等于所述时间延迟的时间经过到期时，信息处理器10请求脉宽调制器16将驱动脉冲信号S5提供给螺线管12a。螺线管12a利用处于幅度TDx的驱动脉冲信号S5来产生磁场，并且使活塞12b推动黑/白键20a/20b的后部。这样，控制单元1a强迫黑/白键20a/20b在基准键轨迹上行进，并且使弦槌22以与原始演奏的强度相等的强度来与琴弦23碰撞。
如将从前面的描述理解的那样，对于大钢琴2，控制单元1a确定驱动信号的幅度和MIDI速度之间的关系、以及驱动信号的幅度和时间延迟之间的关系。即使将自动演奏系统与另一原声钢琴相组合，控制单元1a也针对新的原声钢琴而修改所述表。这样，本发明的自动演奏系统以高保真度重演键盘乐器上的演奏，而与键盘乐器的个体性无关。
自学所需的组件较为简单和便宜。由于这一原因，在自动演奏系统中经济地提供自学功能。
第二实施例图10图示了实施本发明的另一自动演奏系统。该自动演奏系统用于改型(retrofitting)。当用户希望将他或她的原声钢琴改型为自动演奏器钢琴时，用户向自动演奏系统的制造商下达对于自动演奏系统的订单。工人访问该用户，并且将原声钢琴改型为自动演奏器钢琴。在此情形下，有必要为自动演奏系统准备所述三个表。
附图标记100A表示用户已经拥有的大钢琴。大钢琴100A包括其中合并有黑键101a和白键101b的键盘101、动作单元102、弦槌103、琴弦104、制音器105和钢琴箱体106。键盘101、动作单元102、弦槌103、琴弦104和制音器105分别与键盘20、动作单元21、弦槌22、琴弦23和制音器25相似。由于这一原因，为简单起见，在下文中不加入对于那些组件101、102、103、104和105的进一步描述。
钢琴箱体包括中盘106a和共鸣板106b。共鸣板106b与共鸣板24b相同。然而，在改型工作期间，工人在中盘106a中形成槽106c。槽106c在黑键和白键101a/101b后部的下方横向延伸。
利用附图标记100B来表示要安装在大钢琴100A中的自动演奏系统。自动演奏系统100B包括信息处理器107、存储设备108、键驱动器单元109、PWM(脉宽调制器)驱动器110、振动传感器111/112、麦克风113、放大器114、被简写为“A/D”的模拟-数字转换器115、以及盘驱动器116。这些系统组件107、108、110、111、112、113、114、115和116与信息处理器10、存储设备11、脉宽驱动器16、振动传感器13/14、麦克风15、放大器17、模拟-数字转换器18和盘驱动器19相似，并且，由于这一原因，为了避免重复而不描述那些系统组件107、108、111、112、113、114、115和116。信息处理器107、存储设备108、PWM驱动器110、放大器114、模拟-数字转换器115和盘驱动器116被装配在外壳中，并且那些系统组件107、108、110、114、115和116以及外壳形成控制单元117。
将具有图3至6所示的主例程和子例程的计算机程序安装在信息处理器107中，使得信息处理器107能够通过自学来为大钢琴100A准备所述第一、第二和第三表。
键驱动器单元109悬挂在中盘106a上，并且包括螺线管109a和活塞109b。螺线管109与黑键和白键101a/101b相关联，并且被驱动脉冲信号S5激励，以便在活塞109b周围产生磁场。活塞109b从相关联的螺线管109a向上伸出，并且向上推动相关联的黑键和白键101a/101b的后部。
如上文所述，在改型工作中，在中盘106a中形成槽106c。按照下面所述来继续进行改型工作。工人将键驱动器单元109挂在中盘106a上，并且将活塞109分别与黑键和白键101a/101b的后部对齐。工人将控制单元117安装到钢琴箱体106中，并且将振动传感器111/112和麦克风113相对于共鸣板106b和琴弦104而放置在适当位置上。最后，工人利用电缆将控制单元117连接到键驱动器单元109、振动传感器111/112、和麦克风113。
在完成改型工作以后，工人接通电源开关，并且指示信息处理器107准备第一、第二和第三表。信息处理器107在S3确认对于自学的指令，并且主例程开始周期性地分支到如图3所示的子例程S5。
如将从前面的描述理解的那样，当完成改型工作时，信息处理器107为大钢琴100A准备诸如第一到第三表的控制参数表。由于在改型工作之后修改了该控制参数表，因此大钢琴100A的个体性被反映到控制参数表的内容上，并且自动演奏系统100b以高保真度再现乐曲。
此外，与光学键传感器和光学弦槌传感器相比，振动传感器111/112和麦克风113更加经济。由于这一原因，改型的成本较低。
尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。
可以利用具有大数据保存能力的另一种存储器驱动器(例如软盘驱动器、诸如CD-ROM驱动器的光盘驱动器、磁光盘驱动器或存储卡)来代替硬盘驱动器。
所述计算机程序可被存储在盘驱动器19中，并且在系统初始化之后被传递给存储器11。
振动传感器13/14或111/112和麦克风15或113之间的组合不对本发明的技术范围设置任何限制。可以将振动传感器和麦克风之一安装在原声钢琴中。另外，可以将光学键传感器的阵列和光学弦槌传感器的阵列安装在原声钢琴中。可以将压力传感器用于本发明的自动演奏系统。
所述第一、第二和第三表不对本发明的技术范围设置任何限制。自动演奏系统可以只准备第二表或第三表。所需要的一个或多个控制参数取决于乐曲数据协议。由于在实现本发明的自动演奏系统中采用了MIDI协议，因此驱动脉冲信号的幅度与MIDI速度相关联。如果在另一种乐曲协议中将响度表示为声压，则驱动信号的幅度与声压相关联。类似地，在利用步进电机代替电磁控制的键致动器的情况下，MIDI速度与驱动脉冲信号的占空比相关联。在将驱动信号S5转换为诸如例如PWN信号的电流信号的情况下，占空比与MIDI速度相关联。
还可以将外部声压计连接到控制单元1a或117。工人利用该声压计来测量钢琴箱体外部的声压，并且，基于在钢琴箱体外部测量的声压来校正控制参数表。
可以从三个输入信号(即模拟板振动信号S2、模拟琴弦振动信号S1和模拟响度信号S3)中选择模拟测试信号。
本发明可适合用于具有多个踏瓣的乐器自动演奏系统的踏瓣驱动单元。
大钢琴2和100A不对本发明的技术范围设置任何限制。本发明的自动演奏系统可以在直立式钢琴、电子键盘或静音钢琴上再现演奏。静音钢琴是配备有弦槌阻挡器和电子音调生成系统的原声钢琴。可以将另一自动演奏系统设计用于另一种乐器，例如诸如钢片琴的打击乐器、诸如萨克斯管的管乐器。
自动演奏系统1和100B的组成部件与权利要求语言相关如下。大钢琴2/100A对应于“乐器”，并且黑键和白键20a/20b或101a/101b充当“操纵器”。振动传感器13/14或111/112和麦克风15或113共同形成“传感器系统”。响度是“音调的属性”，并且数字测试信号对应于“检测信号”。第二和第三表的内容是“控制参数”。由MIDI速度表示的数据对应于“乐曲数据”，并且驱动脉冲信号的幅度TD以及从提供驱动脉冲信号到弦槌22/103与琴弦23/104之间的碰撞的时间经过充当“控制数据”。
脉宽调制器16/110以及执行步骤S10至S18、S20和S21处的作业的信息处理器10/107充当“第一实验器(experimenter)”，并且执行步骤S10、S19、S20和S21处的作业的信息处理器10/107充当“分配器”。脉宽调制器16/110以及执行步骤S22至S26和S28至S31处的作业的信息处理器10/107充当“第二实验器”，并且执行步骤S22、S27、S30和S31处的作业的信息处理器10/107充当“第一确定器”。脉宽调制器16/110以及执行步骤S32至S35和38至41处的作业的信息处理器10/107充当“第三实验器”，并且执行步骤S36的信息处理器10/107充当“定时器”。执行步骤S37、S40和S41的信息处理器10/107充当“第二确定器”。
动作单元21/201、弦槌22/104、琴弦23/104、共鸣板24b/106b以及制音器25/105共同组成“机械音调生成系统”，并且琴弦23/104充当“特定组成部件”。
权利要求
1.一种用于在一组乐曲数据代码的基础上通过乐器(2；100A)产生音调的自动演奏系统，包括致动器(12；109)的阵列，其响应驱动信号(S5)，以便移动所述乐器(2；100A)的操纵器(20a/20b；101a/101b)，以产生所述音调；传感器系统(13/14/15；111/112/113)，用于将所述音调的属性转换为表示所述属性的量的检测信号(S1/S2/S3)；以及控制单元(1a；117)，其连接到所述致动器(12；109)的阵列和所述传感器系统(13/14/15；111/112/113)，并且在自动演奏中，在所述乐曲数据代码和控制参数的基础上产生所述驱动信号(S5)，其特征在于在所述自动演奏之前，所述控制单元(1a，117)在所述检测信号和被调整为测试幅度的所述驱动信号的基础上，准备对于所述乐器(2；100A)最佳并且定义乐曲数据和控制数据之间关系的所述控制参数，其中所述乐曲数据被存储在所述乐曲数据代码中，并表示要产生的音调的所述属性的量，所述控制数据用于将所述驱动信号(S5)调整为一幅度。
2.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述致动器(12；109)的阵列、所述传感器系统(13/14/15；111/112/113)、以及所述控制单元(1a；117)是便携的，以便能够与另一乐器相组合。
3.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述致动器(12；109)分别移动所述操纵器(20a/20b；101a/101b)，以指定要产生的所述音调的音高。
4.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述致动器(12；109)中的每一个能够引起在速度上彼此不同的所述操纵器(20a/20b；101a/101b)中的相关联的一个的运动，并且所述操纵器(20a/20b；101a/101b)的速度导致所述属性的所述量的差别。
5.如权利要求4所述的自动演奏系统，其中，分别向所述操纵器(20a/20b；101a/101b)分配不同的音名，使得利用所述操纵器(20a/20b；101a/101b)中的所述每一个的运动同时指定所述音调的音高和所述属性的所述量，以产生所述音调。
6.如权利要求5所述的自动演奏系统，其中，所述属性是所述音调的响度。
7.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述控制单元(1a；117)包括第一实验器(16/110，10/107，S10-S18，S20-S21)，其连接到所述致动器(12；109)和所述传感器系统(13/14/15；111/112/113)，并且在最小测试幅度和最大测试幅度之间改变所述驱动信号(S5)，以便确定所述乐器(2；100A)在其中产生所述音调的所述幅度的范围，分配器(10/107，S10，S19-S21)，其连接到所述第一实验器(16/110，10/107，S10-S18，S20-S21)，并且将所述范围内的值分配给由所述乐曲数据表示的所述属性的不同量，第二实验器(16/110，10/107，S22-S26，S28-S31)，其连接到所述致动器(12；109)和所述传感器系统(13/14/15；111/112/113)，并且在所述范围内的最小幅度和所述范围内的最大幅度之间改变所述驱动信号(S5)，以便确定由所述检测信号代表的所述属性的量和存储在所述乐曲数据代码中的所述属性的所述不同量之间的关系，以及第一确定器(10/107，S22，S27，S30，S31)，其连接到所述第二实验器(16/110，10/107，S22-S26，S28-S31)，并且确定表示所述驱动信号的幅度的所述控制数据和存储在所述乐曲数据代码中的所述属性的量之间的所述关系。
8.如权利要求7所述的自动演奏系统，其中，所述控制单元(10；107)还包括第三实验器(16/110；10/107，S32-S35，S38-S41)，其连接到所述致动器(12；109)和所述传感器系统(13/14/15；111/112/113)，并且在所述范围内的最小幅度和所述范围内的最大幅度之间改变所述驱动信号(S5)，以便确定产生所述音调的时刻，定时器(10/107，S32，S36)，其连接到所述第三实验器(16/110；10/107；S32-S35，S38-S41)，并且测量在将所述驱动信号(S5)提供给所述致动器(12；109)和产生所述音调的所述时刻之间的时间经过，以及第二确定器(10/107，S37，S40，S41)，其连接到所述第三实验器(16/110；10/107，S32-S35，S38-S41)和所述定时器(10/107，S32，S36)，并且确定在表示所述驱动信号(S5)的幅度的所述控制数据和所述时间经过之间的所述关系。
9.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述传感器系统包括将所述音调转换为所述检测信号(S3)的麦克风(15；113)。
10.如权利要求9所述的自动演奏系统，其中，所述检测信号(S3)表示作为所述属性的所述音调的响度。
11.如权利要求1所述的自动演奏系统，其中，所述乐器还包括机械音调生成器(21/22/23/24b/25；102/103/104/105/106b)，其响应所述操纵器(20a/20b；101a/101b)的运动，并且通过所述机械音调生成器的特定组成部件(23；104)的振动来产生所述音调。
12.如权利要求11所述的自动演奏系统，其中，所述传感器系统包括至少一个振动传感器(14；112)，其监控所述特定组成部件(23；104)，以便将所述振动转换为所述检测信号(S1)。
13.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，利用电磁拾取设备来形成所述至少一个振动传感器(14；112)。
14.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，所述传感器系统还包括将所述音调转换为另一检测信号(S3)的麦克风(15；113)。
15.如权利要求14所述的自动演奏系统，其中，所述另一检测信号(S3)被合并到所述检测信号(S1)中。
16.如权利要求11所述的自动演奏系统，其中，所述机械音调生成器包括动作单元(21；102)，其分别与所述操纵器(20a/20b；101a/101b)相链接，并且当移动所述操纵器(20a/20b；101a/101b)时被促动，弦槌(22；103)，当所述动作单元(21；102)被促动时，其分别被所述动作单元(21；102)驱动以进行旋转，以及琴弦(23；104)，其被提供在所述弦槌(22；103)的轨迹上，并且在所述旋转的终点被所述弦槌(22；103)撞击，以便振动以产生所述音调。
17.一种表示准备用于乐器(2；100A)的控制参数的方法的计算机程序，所述方法包括以下步骤a)将被调整为测试幅度的驱动信号(S5)提供给与所述乐器(2；100A)的操纵器(20a/20b；101a/101b)相关联地提供的致动器(12；109)，以便驱动所述操纵器(12a/12b；101a/101b)，以产生音调；b)分析表示所述音调的属性的检测信号(S1/S2/S3)，以确定所述属性的量和所述测试幅度之间的关系；c)将所述驱动信号(S5)从所述测试幅度改变为另一测试幅度，以接收所述检测信号(S1/S2/S3)；d)重复所述步骤b)和c)，以便确定测试幅度和所述属性的所述量之间的关系；以及e)分析所述测试幅度和所述属性的所述量之间的所述关系，以准备对于所述乐器(2；100A)最佳并且定义乐曲数据和控制数据之间关系的所述控制参数，其中所述乐曲数据被存储于在自动演奏时使用的乐曲数据代码中，并且表示所述属性的量，所述控制数据用于将所述驱动信号(S5)调整为适于产生分别具有由所述乐曲数据指示的所述属性的量的音调的幅度。
18.如权利要求17所述的计算机程序，其中，所述操纵器是与其它键(20a/20b；101a/101b)一起形成键盘(20；101)的键(20a/20b；101a/101b)。
19.如权利要求18所述的计算机程序，其中，所述键和所述其它键连接到机械音调生成器(21/22/23/24b/25；101/103/104/105/106b)，所述机械音调生成器(21/22/23/24b/25；101/103/104/105/106b)通过所述机械音调生成器(21/22/23/24b/25；101/103/104/105/106b)的特定组成部件(23；104)的振动来产生所述音调。
20.如权利要求17所述的计算机程序，其中，从麦克风(15；113)提供所述检测信号(S3)。
全文摘要
一种自动演奏系统，独立于原声钢琴(2)，并且被设计用来在原声钢琴(2)上演奏由一组MIDI乐曲数据代码表示的乐曲曲调；由于原声钢琴(2)具有它们自己的个体性，因此通过对标准钢琴的实验准备的控制参数表由于该个体性而对于大多数钢琴不是最佳的；所述自动演奏系统能够在自动演奏前针对每种原声钢琴修改控制参数表，其中所述控制参数表定义驱动信号(S5)的幅度和MIDI速度之间的关系、以及驱动信号(S5)的幅度和从提供驱动信号(S5)到弦槌(22)与琴弦(23)之间的碰撞的时间延迟之间的关系，使得所述自动演奏系统以高保真度再现乐曲曲调，而与原声钢琴的种类无关。
文档编号G10F3/00GK101042861SQ200710006259
公开日2007年9月26日 申请日期2007年2月7日 优先权日2006年3月22日
发明者村松繁 申请人:雅马哈株式会社