自动演奏乐器、测试系统和用于指定半踏板点的方法

专利名称：自动演奏乐器、测试系统和用于指定半踏板点的方法
技术领域：
本发明涉及一种自动演奏乐器，且更特别地，涉及一种能在重放过程中产生半踏板(half-pedal)的自动演奏乐器，以及一种用于确定半踏板区域的方法，一种用于确定半踏板点(half-pedal point)的测试系统，和一种用于确定半踏板点的方法。
背景技术：
自动演奏钢琴是自动演奏乐器的典型例子，且可分解为声学钢琴和自动演奏系统。自动演奏系统包括控制器、螺线管操控的琴键作动器和螺线管操控的踏板作动器，且螺线管操控的琴键作动器和螺线管操控的踏板作动器分别设置为与并入声学钢琴的成排的黑键和白键以及声学钢琴的踏板相关联。当自动演奏系统在声学钢琴上再次演出一演奏时，控制器相继地向螺线管操控的琴键作动器提供琴键驱动信号，以便引发琴键的运动，类似于原始的演奏。控制器进一步向螺线管操控的踏板作动器提供驱动信号，以便使踏板移动的行程等于原始演奏中踏板移动的行程。由此，自动演奏系统使预定的踏板效果赋予给声学钢琴的乐音。
其中一个踏板称为“延音踏板(damper pedal)”。钢琴师可以通过该延音踏板的方式向声学钢琴乐音赋予两种踏板音效(pedals effects)。假定钢琴师使延音踏板保持在静止位置。当黑键和白键处于静止位置的状态下，制音器保持与相关联的琴弦相接触，且制音器防止琴弦振动。假定钢琴师按下白键。白键使制音器在朝向终点位置的运动中与琴弦间隔开，且制音器允许相关联的琴弦自由地振动。当相关联动作单元从弦槌上离开时，弦槌开始朝向琴弦旋转。弦槌与琴弦碰撞，并引发振动。通过琴弦的振动产生声学钢琴乐音。制音器在朝向静止位置的运动中与振动着的琴弦接触，且因此振动乃至声学钢琴乐音衰弱。由此，在延音踏板处于静止位置的状态下，制音器如通常那样起作用。任何踏板音效都不会被赋予声学钢琴乐音。使制音器完全将重量施加到琴弦上的踏板行程区域在下文中称为“限制区域”。
当钢琴师压下延音踏板至终点位置时，在释放被按下的琴键之后，制音器保持与琴弦隔开，以使得声学钢琴乐音能拖长。该踏板音效在下文中称为“全行程踏板音效”。使得制音器完全与琴弦间隔开的踏板行程区域称为“无制音区域(damper-free region)”。
如果钢琴师在延音踏板朝向终点位置运动过程中将其保持住，则制音器使其重量部分地从相关联琴弦上离开，但仍与琴弦接触。在这种情况下，按下的琴键使相关联弦槌与琴弦碰撞，且引发琴弦的振动。然而，制音器不会允许琴弦自由地振动。结果，通过很弱地振动着的琴弦以很小的响度发出声学钢琴乐音。该踏板音效在下文中称为“半踏板音效”，且能赋予半踏板音效的踏板行程的范围称为“半踏板区域”。
为了能以高的保真度产生声学钢琴乐音，声学钢琴的踏板以这种方式运动踏板音效精确地赋予声学钢琴乐音。在原始演奏被记录在结合了自动演奏系统的声学钢琴的情况下，只希望控制器将踏板移动过等于原始演奏中踏板移动行程的行程。然而，如果自动演奏系统在不同于该用于记录的声学钢琴的某一声学钢琴上重演原始演奏，则很有可能的是，赋予声学钢琴乐音的踏板音效不同于原始演奏的踏板音效，因为另外一声学钢琴的半踏板区域并不等于原始演奏所使用的声学钢琴的半踏板音效。
为了以高保真度来重现声学钢琴乐音，限制区域、半踏板区域以及全行程区域将分别通过在自动演奏之前的测试来确定。
已有测试方法披露于日本专利JP 2606616中。根据该日本专利，控制器逐级地增加驱动脉冲信号的占空比，并测量踏板行程。尽管占空比以常量增加，但踏板行程变化率会改变。尽管在限制区域中制音器的重量由琴弦承担，但在半踏板区域中琴弦上的载荷会逐渐减少，且最后，所有的载荷都由演奏者的脚来承担。由此，在半踏板区域中的变化率比限制区域中的变化率小。控制器收集踏板行程数据段并在踏板行程数据段中搜索拐点(point ofinflection)，以便确定拐点处的限制区域和半踏板区域之间的边界，该数据段表达螺线管操控的踏板作动器的柱塞的上升。
然而，拐点不能清楚地被区分。因此，已有技术的测试结果并不可靠。换句话说，通过已有技术的方法很难准确的指定半踏板区域的边界。
如本领域技术人员所熟知的，用于低音部分中的琴弦的制音器比用于高音部分中的琴弦的制音器更大且更重，且制音器排通过位于该排中点处的提升杆(lifter)支承。当延音踏板被压下时，力传递至提升杆，且提升杆向上推制音器排。尽管用于高音部分中琴弦的制音器能被迅速的提升起来，但用于低音部分中琴弦的制音器趋于留在相关联的琴弦上。相反，延音踏板回到静止位置时，用于低音部分琴弦的制音器首先与相关联的琴弦接触，且随后，用于低音部分琴弦的制音器到达相关联的琴弦。在制音器的运动中会出现不规则性，且某一制音器的拐点并不代表制音器排的运动。事实上，当在拐点处确定半踏板区域的边界时，半踏板区域的边界并不总是与通过真人调音工人所确定的半踏板区域边界相一致。

发明内容
因此，本发明的重要目的是提供一种自动演奏乐器，其通过自身就能准确地确定声学乐器的半踏板区域中的半踏板点。
本发明的另一重要目的是，提供一种测试系统，其能确定用于自动演奏乐器的半踏板点。
本发明的再一重要目的是，提供一种用于在半踏板区域中准确地确定半踏板点的方法。
为了实现该目的，本发明提出，，基于随操纵器当前位置变化的振动量值来确定操纵器的目标位置，操纵器的目标位置用于将一些音效中的一个赋予乐音，所述音效是通过操纵器赋予的。
根据本发明的一个方面，提供一种自动演奏乐器，用于在没有真人演奏者的情况下产生乐音，该自动演奏乐器包括乐器，所述乐器具有多个操纵器，可以被选择性地移动，用于指定要产生的乐音；乐音产生系统，与多个操纵器连接，并产生由操纵器所指定的乐音；另外的操纵器，与乐音产生系统连接，且根据前述另外的操纵器的当前位置，向乐音赋予从一些音效中选出的音效；自动演奏系统，与多个操纵器和前述另外的操纵器相关联地设置，以便选择性地移动用于指定乐音的多个操纵器，和移动用于向乐音赋予音效的前述另外的操纵器；和测试系统，通过试验确定用于向乐音赋予一些音效中的一个的前述另外的操纵器的目标位置，以及将目标位置通知给自动演奏系统，且测试系统包括激励器，通过在乐音产生系统中振动来引发乐音中的至少一个；驱动器，移动前述另外的操纵器，用于改变当前位置；转换器，将表达乐音中的至少一个的振动转换为试验数据段，该试验数据段表达随当前位置一起改变的振动的量值；和信息处理器，与转换器连接，并基于在表达量值和当前位置之间关系的曲线中所找到的至少一个映射点(point ofreflection)来确定目标位置。
根据本发明的另外一方面，提供一种测试系统，通过试验确定操纵器的目标位置，该操纵器用于向在自动演奏乐器中发出的乐音赋予一些音效中的一个音效，该测试系统包括激励器，通过在自动演奏乐器的乐音产生系统中振动来引发乐音中的至少一个；驱动器，移动操纵器，用于改变操纵器的当前位置；转换器，将表达前述乐音中的至少一个的振动转换为试验数据段，该试验数据段表达随当前位置一起改变的振动的量值；信息处理器，与所述转换器连接，且信息处理器基于在表达量值和当前位置之间关系的曲线中的至少一个映射点来确定目标位置。
根据本发明的另外一方面，提供一种方法，用于指定操纵器的目标位置，操纵器被合并入自动演奏乐器中以向在自动演奏乐器中产生的乐音赋予音效，该方法包括的步骤是a)在自动演奏乐器中引发至少一个乐音；b)移动操纵器，以便改变操纵器的当前位置；c)在操纵器移动期间，收集试验数据段，该试验数据段表达振动的量值与当前位置之间的关系，振动的量值代表前述至少一个乐音；d)搜索所述试验数据段以找出至少一个映射点；以及e)基于所述至少一个映射点指定目标位置。
通过在两个映射点之间划出的连线上进行内分确定目标位置，所述两个映射点代表某一区域的边界，在该区域中所述音效被赋予所述乐音。


结合所附附图，从以下的说明中，自动演奏乐器、自动演奏系统和方法的特征和优点将更加清楚。
图1为实施本发明的自动演奏钢琴结构的示意性截面图，图2A为在音板上或上方的振动传感器平面图，图2B为在音板上或上方的振动传感器侧视图，图3为控制单元系统结构方框图，图4为用于半踏板点的子程序的工作顺序流程图，图5A为表达声学钢琴乐音的曲线的包络线和包络线被近似而成的折线的示意图，图5B为测试期间延音踏板的轨迹示意图，图6为示出测试中延音踏板上的伺服控制的方框图，图7A和7B为示出确定声学钢琴乐音波形包络线的工作顺序流程图，图8为示出表达声学钢琴乐音的曲线的包络线的示意图，图9为示出表达声学钢琴乐音的曲线的包络线的示意图，图10为用于确定半踏板点的方法的视图，图11为用于该方法的工作顺序流程图，且图12为实施本发明的自动演奏钢琴上的便携测试系统的截面图。
具体实施例方式
采用本发明的自动演奏乐器主要包括乐器，自动演奏系统和测试系统。自动演奏系统和测试系统安装在乐器内。真人演奏者在乐器上用手指演奏音乐乐曲，而不需任何自动演奏系统的辅助，且自动演奏系统用于在没有真人演奏者的演奏时产生乐音。
乐器包括多个操纵器，乐音产生器和另外的操纵器。多个操纵器选择性的通过真人演奏者或自动演奏系统来移动，用于指定所要产生的乐音。多个操纵器与乐音产生系统连接，且乐音产生系统产生由操纵器所指定的乐音。操纵器还与乐音产生系统连接，且真人演奏者或自动演奏系统向乐音赋予音效。操纵器能实现多种音效，且乐音产生系统根据当前操纵器的位置来确定出要赋予乐音的音效。
对于自动演奏系统来说重要的是，准确地将操纵器移动到用于赋予音效的目标位置，所赋予的音效与在乐器上的原始演奏中的音效相同。目标位置由测试系统通过试验来指定，且将该目标位置通知给自动演奏系统。
测试系统包括，激励器，驱动器，转换器和信息处理器。测试系统的具体特征针对在试验数据段上处理的信息，该试验数据段表达乐音振动的量值。真人演奏者和听众能通过它们的耳朵辨认出乐音的音效。类似地，测试系统根据乐音的振动指定目标位置，以使得由测试系统指定的目标位置处所赋予的音效与真人演奏者和听众所能辨认出的音效非常接近。
在试验中，激励器通过在乐音产生系统中的振动引发至少一种乐音，且驱动器在产生乐音过程中移动操纵器，用于改变当前位置。转换器将代表乐音的振动转换为试验数据段，该试验数据段表达的是与当前位置一起改变的振动的量值。信息处理器与转换器连接，以便收集试验数据段。信息处理器基于代表量值和当前位置关系的曲线中找出的至少一个映射点来确定目标位置。由此，基于乐音振动的量值来确定目标位置。由此确定的目标位置高度可靠。
在以下描述中，用语“前”代表的位置相对于用于“后”代表的位置更靠近真人演奏者，该演奏者坐在凳子上进行演奏。在前位置和后位置之间所划的线在“前后方向”上延伸，且“横向方向”以直角与该前后方向相交。“上下方向”垂直于前后方向和横向方向所确定的平面。
第一实施例实施本发明的自动演奏钢琴主要包括自动演奏系统10，大钢琴30和踏板测试系统60。真人演奏者在没有自动演奏系统10辅助的情况下在大钢琴30上演奏一段音乐。自动演奏系统10安装在大钢琴30中，且在没有真人演奏者参与的情况下在大钢琴30上重演一演奏。踏板测试系统60在大钢琴30上执行测试，且确定半踏板区域中的半踏板点。在这种情况下，由从静止位置开始的踏板行程(单位为毫米)来代表半踏板点。限制区域和半踏板区域之间的边界可作为半踏板点。半踏板区域已在上文中进行了描述，且半踏板点为延音踏板PD1移动所至的半踏板区域中的任意点，延音踏板PD1移动到该位置以便在自动演奏中赋予半踏板音效。
尽管记录系统形成了自动演奏钢琴的一部分，为了简便起见省略了对记录系统的描述。
大钢琴30包括具有黑键31a和白键31b的键盘31，弦槌32，动作单元33，琴弦34，制音器36，踏板系统71和琴箱72。在琴箱72中限定出内部空间，且动作单元33，弦槌32，制音器36和琴弦34都占据在该内部空间中。中盘72a形成琴箱72的一部分，且键盘31安装在中盘72a上。
黑键31a和白键31b以公知的形式安放，且平行于前后方向延伸。向黑键31a和白键31b分别指定音高名称。圆键销(balance key pins)31c在键架中板(balance rail)31d上为黑键31a和白键31b提供支点。卡定柱(Capstanbuttons)31e直立在黑键31a的后部和白键31b的后部，并保持与动作单元33的接触。由此，黑键31a和白键31b分别与动作单元33相连，以便在键31a/31b从静止位置朝向终点位置行进期间作动动作单元33。
当动作单元33的重量施加在黑键31a的后部以及白键31b的后部、而没有其他种类的力施加时，黑键31a和白键31b分别处于静止位置。当真人演奏者按下黑键31a的前部和白键31b的前部时，这些前部会下降，且黑键31a和白键31b从静止位置朝向终点位置行进。
动作单元33设置为与弦槌32相关联。被作动的动作单元33使真人演奏者能感觉到独特的钢琴键触感，并引发相关联的弦槌32旋转。
琴弦34在一排弦槌32和音板(sound board)28的上方拉伸，且弦槌32分别与琴弦34相对。取决于琴键的位置，制音器36从琴弦34上离开和与琴弦34接触。当黑键31a和白键31b位于静止位置时，制音器36保持与琴弦34的接触，且制音器36的重量由琴弦34承担。也就是，制音器36处于限制区域。
当黑键31a和白键31b在朝向终点位置的运动过程中到达特定点时，制音器36开始离开琴弦34。当制音器36的重量留在琴弦上时，制音器36保持与琴弦34接触，且位于半踏板区域。当制音器36的重量完全从琴弦上移走时，制音器36从琴弦34上离开，且进入无制音区域。结果，制音器36允许琴弦34振动。在进入无制音区域之后，动作单元33引发弦槌32旋转。弦槌32在旋转结束时与相关联的琴弦34碰撞，且在琴弦34上回弹。由此，弦槌32引发相关联的琴弦34振动，且振动从琴弦34传递至音板28。声学钢琴乐音通过琴弦34的振动以下述音高名产生，该琴弦34的乐音的音高名与为相关联黑键31a/白键31b所指定的音高名相同。
当真人演奏者释放黑键31a和白键31b时，黑键31a和白键31b开始朝向静止位置返回。制音器39越来越接近相关联的琴弦34，并在琴键31a/31b朝向静止位置的运动过程中与振动着的琴弦34接触。制音器36阻止琴弦34振动。结果，声学钢琴乐音衰减。
踏板系统71包括三个踏板PD1、PD2和PD3，以及三个联动装置71a、71b和71c。踏板PD1、PD2和PD3分别称为“延音踏板”，“选择踏板(sostenuto pedal)”和“弱音踏板(soft pedal)”，且联动装置71a、71b和71c分别设置在踏板PD1、PD2和PD3与提升轨(lifting rail)、选择杆和键盘架之间。当延音踏板PD1被压至终点位置时，声学钢琴乐音得以延长。选择踏板PD2用于独立地使声学钢琴乐音延长，而弱音踏板PD3被压下以便降低声学钢琴乐音的响度。
自动演奏系统10包括，带有内置的柱塞位置传感器20a的螺线管操控的琴键作动器20，带有内置的柱塞位置传感器27的螺线管操控的踏板作动器26，钢琴控制器40，运动控制器41和伺服控制器42。钢琴控制器40、运动控制器41和伺服控制器42起到控制单元10a的功能，且通过执行计算机程序的子程序来实现该功能。
在中盘72a中、黑键31a和白键31b的后部形成槽72b，且该槽72b在横向方向上延伸。螺线管操控的琴键作动器20排列在槽72b内部，且每个螺线管操控的琴键作动器20具有柱塞20b和螺线管20c。
螺线管20c平行地与伺服控制器42连接，并选择性地由驱动信号uk(t)所激励，以便产生各自的磁场。柱塞20b设置在该磁场中，以使得磁力作用在柱塞20b上。磁力促使柱塞20b在向上的方向上突出，且黑键31a和白键31b的后部由相关联螺线管操控的琴键作动器20的柱塞20b推动。结果，黑键31a和白键31b在没有任何真人演奏者手指演奏的情况下提起或压下。伺服控制器42改变驱动信号uk(t)的平均电流，以便控制磁力。在这种情况下，驱动信号uk(t)作为脉冲串被提供给螺线管20c，且改变占空比以便控制磁力。换句话说，驱动信号uk(t)为脉宽调制信号。
内置柱塞位置传感器20a分别监测柱塞20b，且将代表当前柱塞位置的柱塞位置信号yk提供给伺服控制器42。黑键31a和白键31b与柱塞20b一起移动，以使得当前柱塞位置与当前琴键位置相当。由此，内置柱塞位置传感器20a间接地监测黑键31a和白键31b。
螺线管操控的踏板作动器26分别与延音踏板PD1、选择踏板PD2和弱音踏板PD3相关联地设置，且在没有任何真人演奏者踩踏的情况下移动踏板PD1，PD2，PD3。踏板作动器26的螺线管26a平行地与伺服控制器42连接，且驱动信号up(t)被选择性地提供给螺线管操控的踏板作动器26。驱动信号up(t)在螺线管操控的踏板作动器26的柱塞26a周围产生磁场，并且踏板PD1，PD2，PD3被柱塞26b推下。踏板行程取决于磁场的强度，从而伺服控制器42通过改变驱动信号up(t)的平均电流量来控制踏板的行程。内置柱塞位置传感器27监测柱塞26b，并将柱塞位置信号yp提供给伺服控制器42。在这种情况下，伺服控制器42改变驱动信号up(t)的占空比，以便控制踏板行程。换句话说，驱动信号up(t)为脉宽调制信号。
由音乐数据段来表达演奏，且该音乐数据段以音乐数据代码的形式被提供给钢琴控制器40。在这种情况下，根据MIDI(乐器数字接口)协议作出音乐数据代码。
钢琴控制器40可以与数据存储器通信，音乐数据文件保存在该数据存储器中。在自动演奏过程中，钢琴控制器40周期性地在音乐数据文件中搜索当前要处理的音乐数据代码。当钢琴控制器40找到当前要被处理的音乐数据代码时，钢琴控制器40将这个或这些音乐数据代码提供给运动控制器41。
运动控制器41确定目标琴键位置rk的一系列值以及目标踏板位置rp的一系列值。目标琴键位置rk和目标踏板位置rp随时间变化。目标琴键位置rk和目标踏板位置rp适时地从运动控制器41提供给伺服控制器42。
伺服控制器42将目标琴键位置rk和目标踏板位置rp与当前琴键位置yk和当前踏板位置yp相比较，这些当前位置分别从内置柱塞位置传感器20a和内置柱塞位置传感器27提供，且伺服控制器42通过比较确定驱动信号uk(t)的平均电流量或占空比以及驱动信号up(t)的平均电流量或占空比。如果发现当前琴键位置yk和当前踏板位置yp位于目标琴键位置uk(t)和目标踏板位置up(t)之后，则伺服控制器42增加驱动信号uk(t)和up(t)的占空比，以使得黑键31a、白键31b和踏板PD1、PD2和PD3加速。另一方面，如果发现当前琴键位置yk和目标踏板位置yp位于目标琴键位置uk(t)和目标踏板位置up(t)的前方，则伺服控制器42减少驱动信号uk(t)和up(t)的占空比，以使得黑键31a和白键31b以及踏板PD1、PD2、PD3减速。由此，伺服控制器42使黑键31a、白键31b以及踏板PD1、PD2、PD3加速和减速，以便促使黑键31a、31b和踏板PD1、PD2、PD3能追踪目标琴键位置的一系列值和目标踏板位置的一系值。
踏板测试系统60包括伺服控制器42、运动控制器41、钢琴控制器40和振动传感器51、由此，伺服控制器42、运动控制器41和钢琴控制器40共用于自动演奏系统10和踏板测试系统60之间。振动传感器51、钢琴控制器40、运动控制器41和伺服控制器42与振动传感器51互相协作，并通过试验确定半踏板区域中的半踏板点。
振动传感器51将琴弦34的振动转换为代表振动强度的检测信号ys。在这种情况下，在音板28上的压电元件51a、在音板28上方的麦克风52以及在预定琴弦34附近的三个电磁拾取单元53，通过以上装置的组合来实现振动传感器51。在这种情况下，分别从低音部分、中音部分和高音部分中选出预定的琴弦34。振动传感器51输出检测信号ys，且将检测信号ys提供给伺服控制器42。在这种情况下，三种振动至电信号的转换器51a、52和53产生模拟信号，且检测信号ys代表这三种模拟信号。模拟检测信号ys在数据处理前被转换为数字检测信号ys，下文结合控制单元10a的系统结构进行描述。
回到图1，一排琴键位置传感器37a设置在黑键31a和白键31b的前部下方，且分别监测黑键31a和白键31b。一排弦槌位置传感器37b设置在弦槌32的上方，并监测弦槌32。琴键位置传感器37a和弦槌位置传感器37b形成记录系统的部件，且通过该记录系统来记录在大钢琴30上的演奏。
弦槌止动器80设置在一排弦槌32的上方，且电动机81与弦槌止动器80连接。弦槌止动器80在横向方向上延伸，且在自由位置和阻挡位置之间变换。当弦槌止动器80位于自由位置时，弦槌32在没有弦槌止动器80的任何干扰的情况下与琴弦34相碰撞，且在弦槌34上回弹。当电动机81将弦槌止动器80从自由位置旋转至阻挡位置时，弦槌止动器80进入弦槌的轨道中。在这种情况下，弦槌32在不与琴弦34碰撞的情况下在弦槌止动器80上回弹，且不会产生任何声学钢琴乐音。尽管未在图1中示出，电子乐音产生器和音效器合并于控制单元10a中，并根据从琴键位置传感器37a和弦槌位置传感器37b提供的信号来产生音乐数据代码。该音乐数据代码通过音响系统的扬声器最终转换为电子乐音。
图3为控制单元10a的系统结构。控制单元10a包括脉宽调制10b/10c、模拟-数字转换器10d/10e/10f，简称为“CPU”的中央处理器11，简称为“ROM”的只读存储器12，简称为“RAM”的随机存取存储器13、MIDI接口14、共用总线系统15、计时器16、显示驱动器17、外部存储装置18、操纵板19、电子乐音产生器21、音效器22和闪速存储器25。中央处理单元11与共用总线系统15连接，且可以通过共用总线系统15与其他的系统部件10b、10c、10d、10e、10f、12、13、14、16、17、18、19、21和22连接。
中央处理单元11为控制单元10a的信息处理能力的来源，且能通过执行指令代码来完成给定的任务。
指令代码与测试数据段、图像数据段和其他控制参数一起、以非易失的方式存储在只读存储器12中，并形成计算机程序。计算机程序表达任务，并在中央处理单元11上运行。下文中详细描述该计算机程序。
随机存取存储器13和扩展存储器19为信息处理器10提供暂时的数据存储，且在预定的存储器位置定义标志位。例如，测试数据段和音乐数据段，例如，以暂时数据存储而存储在随机存取存储器22中，而在执行用于半踏板区域的子程序的过程中在随机存取存储器13中收集试验数据段。
MIDI接口14设置为用于与在MIDI协议上指定的另外的乐器通信。可以通过MIDI接口14在乐器和控制单元10a之间提供音乐数据。
计时器16独立地测量时间的流逝。其中一个计时器16分配为测量音符开始事件/音符结束事件和前次音符开始事件/前次音符结束事件之间的时间段。另外一个计时器16为定时器中断给出时刻。
显示驱动器17与诸如液晶显示面板这样的面板显示单元(未示出)连接，并在面板显示单元上显示图像。通过面板显示单元将自动演奏钢琴的当前状态以及即时消息传送给使用者。在中央处理单元11的控制之下，基于图像数据段，将乐谱图像产生在面板显示单元上。
外部存储装置18具有以非易失方式的巨大的数据保持能力。软盘驱动器和软盘，或光盘驱动器和光盘都可作为外部存储器18。在自动演奏之前，音乐数据文件可以从外部存储装置18传送到随机存取存储器13。
各种开关可设置在操纵板19上。其中一个开关为电源开关，且使用者通过打开电源开关来启动控制单元10a。使用者通过操纵板19向控制单元10a给出指令。使用者通过一些开关在自动演奏、静音演奏、测试等中转换自动演奏钢琴的模式，并从音乐文件中选择要演奏的乐曲。
电子乐音产生器21包括波形存储器、多个读出电路(read-out circuits)和琴键分配器，琴键分配器将音乐数据代码所代表的音符开始事件分配给读出电路，且读出电路制作从波形存储器读出的波形数据段。数字音频信号从这些波形数据段产生。一定的音乐数据代码代表踏板PD1、PD2、PD3的音效，且该一定的数据代码出现时，通过音效器22来修正数字音频信号。通过在键盘31上的演奏来产生音乐数据代码，或从静音钢琴的外部提供音乐数据代码。
音效器22改变决定于当前踏板PD1、PD2、PD3位置的电子乐音。当延音踏板PD1-例如-位于限制区域时，不会赋予电子乐音任何音效。音效器22在半踏板区域向电子乐音赋予半踏板音效，通过这种音效乐音在响度上降低，并在无制音位置向电子乐音赋予延音音效，通过这种音效乐音得以延长。
电子乐音产生器21直接或通过音效器22与音响系统23连接。音响系统23包括数字-模拟转换器、初级放大器、主放大器和扬声器，该扬声器还包括耳机扬声器。数字音频信号转换为模拟音频信号，且电子乐音从音响系统23的扬声器发出。
闪速存储器25具有大的数据保持能力，且音乐数据文件以非易失的方式存储在闪速存储器25中。
分别为螺线管操控的踏板作动器26和螺线管操控的琴键作动器20设置脉宽调制器10b和10c。从中央控制单元11向脉宽调制器10b和10c提供代表目标占空比的控制数据段。随后，脉宽调制器10b和10c将驱动信号uk(t)和up(t)调整为目标占空比，并将驱动信号uk(t)和up(t)提供给螺线管操控的琴键作动器20的螺线管20c和螺线管操控的踏板作动器26的螺线管26a，以便引发指定琴键31a/31b的运动以及指定踏板PD1、PD2和PD3的运动。
模拟-数字转换器10d、10e和10f连接在柱塞位置传感器27/20a、振动传感器51和弦槌传感器/琴键传感器37a/37b和共用数据总线15之间。模拟柱塞位置信号yk/yp、模拟检测信号ys、模拟琴键位置信号和弦槌位置信号被周期地取样，并转换为数字柱塞位置信号、数字检测信号ys、数字琴键位置信号和数字弦槌位置信号。这些数字信号在下文中以与代表相应模拟信号的参考标记相同的那些参考标记来表示。由于数据缓冲器合并于模拟-数字转换器10d、10e和10f中，所以中央处理单元11周期性地从数据缓冲器取出数字信号，并将柱塞位置数据段，由检测信号ys所代表的响度数据段、琴键位置数据段和弦槌位置数据段存储在随机存取存储器13中。
随后，对计算机程序进行描述。计算机程序分为主程序和子程序。当主程序在中央处理单元11上运行时，使用者可以通过操纵板19与中央处理单元11通信。主程序周期性地跳转到子程序。
中央处理单元11周期性地通过执行其中一个子程序取出代表当前踏板位置的踏板位置数据段、代表声学钢琴乐音响度的响度数据段、代表当前琴键位置的琴键位置数据段和代表当前弦槌位置的弦槌位置数据段，并将它们存储到随机存取存储器13中。
为自动演奏设定另外一子程序。当使用者指示自动演奏系统10在大钢琴30上演奏乐曲时，中央处理单元设立代表自动演奏的标志。当进入用于自动演奏的子程序时，中央处理单元11检查该标志，以查看使用者是否对自动演奏系统10指示了自动演奏。如果答案为否定，则中央处理单元11立即返回主程序。另一方面，如果答案为肯定，则通过执行用于自动演奏子程序的其余指令代码来实现钢琴控制器40、运动控制器41和伺服控制器42。
通过执行另外一子程序来确定半踏板点，下文中将作详细描述。由于进入半踏板区域的踏板行程在各声学钢琴中并非恒定的，所以测试系统60通过在大钢琴30上进行试验来确定半踏板点。当调音师、工人或使用者通过操纵板19要求测试系统60确定半踏板点时，中央处理单元11设立代表测试的标志，且开始周期地进入用于半踏板点的子程序。
图4为用于半踏板点的子程序的工作顺序。假定工人通过操纵板19指示测试系统60确定半踏板点。中央处理单元11获知该指令，并设立代表对半踏板点进行确定的标志。当主程序跳转到子程序时，中央处理单元11处理如图4所示的工作顺序。
通过相关联的螺线管操控的琴键作动器20，中央处理单元11使脉宽调制器10c驱动黑键31a或白键31b，用于通过敲击琴弦34来产生声学钢琴乐音。此后，通过相关联的螺线管操控的踏板作动器26，中央处理单元11使脉宽调制器10b驱动延音踏板PD1，用于使该延音踏板PD1从终点位置行进至静止位置，并启动测量时间流逝的计时器。
中央处理单元11周期性地获取代表声学钢琴乐音响度的数字检测信号ys以及代表时间流逝的计时器输出信号，以及收集响度数据段和时间数据段，作为试验数据段。中央处理单元11通过步骤S101确定代表波形峰值的曲线的包络线CA，该波形代表声学钢琴乐音。包络线数据段代表曲线CA的包络线，且图5A显示了该包络线CA。为了收集试验数据段，延音踏板PD1以一致的运动从终点位置移动到静止位置，以使得踏板位置或踏板行程如图5B中曲线CB所指示的那样变化。
为了使延音踏板PD1以一致的运动来移动，钢琴控制器40从只读存储器12中读取代表参考踏板轨迹的测试数据段，并将该测试数据段传递给运动控制器41。参考踏板轨迹为随时间变化的目标踏板位置的一系列值。延音踏板PD1以高速在参考踏板轨迹上移动。踏板速度足够大，以能使延音踏板PD1与振动着的琴弦34接触，用于限制振动。在本例中，从踏板运动的起始开始到与振动着的琴弦34接触的时间段为2.5秒左右。
运动控制器41从计时器16读取当前时间，并确定在当前时间的目标位置rp的值。目标踏板位置rp的值从运动控制器41提供给伺服控制器42。
伺服控制器42从模拟-数字转换器10d的数据缓冲器获取代表当前柱塞位置和当前踏板位置yp的柱塞位置数据段，且将目标踏板位置rp与当前踏板位置yp进行比较，以查看在目标踏板位置rp和当前踏板位置yp之间是否存在行程差ep。如果当前踏板位置yp与目标踏板位置rp一致，则伺服控制器42保持驱动信号up(t)的占空比。当在当前踏板位置yp和目标踏板位置rp之间发现存在行程差ep时，伺服控制器42通过将该行程差ep进行放大来确定目标占空比up。确定该目标占空比up，以便使行程差ep最小化。
脉宽调制器10b将驱动信号up(t)调整为目标占空比，并将驱动信号up(t)提供给螺线管26a。在延音踏板PD1的行进期间重复上述控制循环，以便促使延音踏板PD1在参考踏板轨迹上行进。
在图7中更详细地显示了步骤S101的工作。在步骤S201，中央处理单元11从只读存储器12获取测试数据段。测试数据段代表参考踏板轨迹。
中央处理单元11将代表延音踏板PD1向终点位置运动的控制数据段提供给脉宽调制器10b，且脉宽调制器10b将驱动信号up(t)提供给与延音踏板PD1相关联的螺线管操控的踏板作动器27。随后，在步骤S202，螺线管操控的踏板作动器26使柱塞26b向下突出，且延音踏板PD1移动至终点位置。
随后，中央处理单元11将代表预定琴键31a/31b向终点位置运动的控制数据段提供给脉宽调制器10c。脉宽调制器10c将驱动信号uk(t)提供给与预定琴键31a/31b相关联的螺线管操控的琴键作动器20。驱动信号uk(t)使柱塞20b从螺线管20c向上突出，以使得预定琴键31a/31b朝向终点位置运动。相关联动作单元33被预定琴键31a/31b作动，且使弦槌32朝向琴弦34转动。弦槌32在转动结束时与琴弦34碰撞，并引发琴弦34振动。由此，在步骤203，中央处理器11使脉宽调制器10c驱动螺线管操控的琴键作动器20，以用弦槌32敲击琴弦34。弦槌速度足够大，以保持琴弦34的振动，直到制音器36吸收琴弦34的振动。
从低音部分、中音部分和高音部分分别选择三个琴键31a/31b，作为预定琴键31a/31b。较理想的是，将至少三个声学钢琴乐音形成一个和弦。
中央处理单元11检查踏板位置数据段，以查看延音踏板PD1是否开始返回静止位置。当答案为否定时，中央处理单元11行进到步骤S206。当答案为肯定时，在步骤S204，中央处理单元11启动计时器26，以便测量时间的流逝。中央处理单元11启动计时器，一次(once)。在时间流逝测量开始之后，中央处理单元行进至步骤S205，而不执行步骤S204。
在步骤S205，中央处理单元11周期性地检测另外一计时器26，以查看是否超过了预定的取样时间段。在这种情况下，该预定时间段为4毫秒。当计时器26向中央处理器11给出否定答案“否”，中央处理器11等待预定取样时间段的超过。
当超过预定时间段时，在步骤S205处的答案为肯定“是”，且中央处理单元11从模拟-数字转换器10d获取代表当前踏板位置yp的踏板位置数据段。在步骤S206，中央处理器11确定在参考踏板轨迹上的目标踏板位置rp。
在步骤S207，中央处理单元11比较当前踏板位置yp和目标踏板位置rp，以便通过计算确定行程差ep。在之前的执行循环，即从步骤S204到步骤S211期间，当前踏板位置yp被存储。
随后，在步骤S208，中央处理单元11将行程差乘以增益，并通过相乘或放大来确定目标占空比。
中央处理单元11将目标占空比通报给脉宽调制器10b。在步骤209，中央处理单元11使脉宽调制器10b将驱动信号up(t)调整到目标占空比，且将驱动脉冲信号up(t)提供给螺线管操控的踏板作动器26。螺线管操控的踏板作动器26保持、加速或减速柱塞26b的运动。
随后，在步骤210，中央处理单元11从模拟-数字转换器10e获取代表检测信号ys量值的响度数据段，并从踏板运动一开始，将该响度数据段与当前踏板位置以及代表时间流逝的时间数据段一起存储到随机存取存储器13中，作为试验数据段。中央处理单元11将计时器26重置为0，用于测量预定取样时间段。
在步骤S211，中央处理单元11检查测试数据段，以查看延音踏板PD1是否达到参考踏板轨迹的终点。如果发现延音踏板PD1位于到达参考踏板轨迹终点的途中，则答案为否定，且中央处理单元11返回步骤S204。由此，中央处理单元11重新启动步骤S204到S211的循环，直到延音踏板PD1到达参考踏板轨迹的终点。
当延音踏板PD1到达参考踏板轨迹的终点时，在步骤S211的答案变为肯定。随后，在步骤S212，中央处理单元在随机存取存储器13中搜索响度数据段，该数据段代表声学钢琴乐音波形或振动波形的峰值，并确定能够在其上找到峰值的包络线。
由此，中央处理单元11通过执行步骤S201至S212，完成在步骤S101的工作。
回到图4、5A和5B，对步骤S101之后的工作来进行描述。当中央处理单元11行进至步骤S102时，中央处理单元11将代表包络线CA的曲线估计为折线(polygonal line)L1和L2。折线L1和L2如下确定。相邻的两曲线从包络线CA中选出，且中央处理单元11计算相邻的两曲线的检测信号ys量值之间的差值，以查看该差值是否小于预定临界值。如果答案为肯定，则在相邻的两曲线之间绘制一条线。从朝向静止位置的踏板运动的开始和曲线点(plot)pS执行上述工作，且检测信号ys的量值在该曲线点pS处为0。在这种情况下，包络线CA被近似为两条直线L1和L2，两直线在曲线点pE处相交。
随后，在步骤S103，中央处理单元11分析包络线CA，并确定限制区域，半踏板区域和无制音区域。详细地，包络线的梯度在曲线点pE处最小。这是因为，制音器36在朝向静止位置运动的途中与琴弦34碰撞，以及因为制音器在朝向终点位置运动的途中与琴弦34间隔开。以后，检测信号ys的量值减小到在曲线点pS处的零。这是因为，制音器36对抵抗琴弦34的振动变得有效。换句话说，制音器PD1经过曲线点pS时，制音器36逐渐失去在琴弦34上的压力。
从上述分析来看，限制区域和半踏板区域之间的边界可确定在图5B中的踏板行程stS上，且半踏板区域和无制音区域的边界确定在踏板行程stE处。由此，踏板轨迹分为三个区域，即从踏板行程为0的静止位置至踏板行程stS的限制区域，从踏板行程stS至踏板行程stE的半踏板区域，和从踏板行程stE至终点位置的无制音区域。
最后，在步骤S104，中央处理单元11确定半踏板点。该半踏板点位于半踏板区域中的某一踏板行程处(a certain pedal stroke)，且中央处理单元11控制延音踏板PD1，使其到达半踏板点，用于将半踏板音效赋予声学钢琴乐音。在这种情况下，中央处理单元11通过内分(internal division)来确定半踏板点。以2∶1来分割踏板行程stS和踏板行程stE之间的差值。2∶1的内分点位于踏板行程stH处。由此，半踏板点确定在踏板行程stH处。半踏板点stH等于MIDI代码“64”处的延音踏板深度。
当自动演奏系统10重演演奏时，伺服控制器42响应代表半踏板音效的音乐数据代码将延音踏板PD1移动至半踏板点stH。
从上述描述可以理解，测试系统60收集试验数据段，该试验数据段代表声学钢琴乐音的响度和踏板行程之间的关系，并基于响度的变化率来确定限制区域和半踏板区域之间的边界，以及半踏板区域和无制音区域之间的边界。即使一排制音器36由于制音器36重量上的不同而在横向方向上倾斜，不规则性的影响被纳入声学钢琴乐音的响度，且测试系统60在考虑了不规则性的影响的情况下确定半踏板区域。由于钢琴师和听众能通过其耳朵辨别出半踏板音效，所以由此确定的半踏板区域接近由真人调音师确定的半踏板区域，且半踏板点被确实地指定在半踏板区域。自动演奏系统控制延音踏板PD1使其到达半踏板区域中的半踏板点stH，以使得半踏板音效确实地在自动演奏中再现。
第二实施例除了步骤S102、S103和S104的工作有所不同，实施第二实施例的另外一测试系统与实施第一实施例的自动演奏钢琴的测试系统60相同。实施第二实施例的测试系统也并入到自动演奏系统中，且由此，自动演奏系统的部件带有指代实施第一实施例的自动演奏钢琴相应部件的标记，这里不对其进行详细描述。
图8为表达通过琴弦34的振动而产生的声学钢琴乐音波形的曲线的包络线CAA。在该实施例中，中央处理单元11将半踏板点stHA确定在检测信号ys量值的预定值ysH处。
中央处理单元11在代表包络线CAA的包络线数据段中搜索最接近预定值ysH的检测信号ys量值。当中央处理单元11找到最接近预定值ysH的值时，中央处理单元11确定产生ysH值的时刻tH，并读取时刻tH处的踏板行程stH。中央处理单元11踏板行程stH处确定半踏板点。
通过在等同于大钢琴30型号的大钢琴上进行试验，由制造者确定预定值ysH，并将该预定值ysH存储在只读存储器12或闪速存储器25中。黑键31a和白键31b被驱动，琴键行进速度等于试验中的琴键速度。为此，中央处理单元11可以找到声学钢琴乐音衰减之前的踏板行程。在预定时间段内检测信号ys量值没有达到ysH值的情况下，中央处理单元停止试验，并以小于之前琴键速度的琴键速度来执行试验。
第二实施例的自动演奏钢琴能获得第一实施例的所有优点。而且，第二实施例所用的试验比第一实施例所用的试验更简单。
第三实施例除了试验数据的形成有所不同，实施第三实施例的又一测试系统与实施第一实施例的自动演奏钢琴的测试系统60相同。实施第三实施例的测试系统也并入到自动演奏系统中，且由此，自动演奏系统的部件带有指代了实施第一实施例的自动演奏钢琴相应部件的标记，这里不对其进行详细描述。
图9为表达通过琴弦34的振动而产生的声学钢琴乐音波形的曲线的包络线CC。中央处理单元11使检测信号ys量值与踏板位置或踏板行程相关联，并分析曲线CCB以便确定半踏板位置stH。在这种情况下，替代步骤S210和S212的工作，中央处理单元11通过以下数据处理来确定半踏板点。
在测试中，中央处理单元11使表达检测信号ys量值的响度数据段与表达当前踏板位置的踏板位置数据段互相配对。成对的响度数据段和踏板位置数据段作为试验数据由曲线CCB所表达。曲线CCB接近曲线CA。曲线CCB具有拐点pE2和曲线点pS2，在曲线点pS2处检测信号ys量值降低为0。类似于pE和pS那样来确定拐点pE2和曲线点pS2。曲线点pE2和pS2代表踏板行程stE和stS。通过内分，将半踏板点stHB确定在表达stE和stS之间行程差的线上。
实施第三实施例的测试系统可以实现第一实施例的所有优点。而且，用于确定半踏板点stHB的方法比第一实施例更简单。
第四实施例除了确定半踏板点的方法有所不同，实施第四实施例的再一测试系统与实施第一实施例的自动演奏钢琴的测试系统60相同。实施第四实施例的测试系统也并入到自动演奏系统中，且由此，自动演奏系统的部件带有指代了实施第一实施例的自动演奏钢琴相应部件的标记，这里不对其进行详细描述。
第四实施例的测试系统不使用折线近似的方法来确定映射点stE和pS2。在图10中，CAD代表包络线的一部分，该包络线表达声学钢琴乐音的波形。中央处理单元通过图11所示的处理来确定半踏板点。
在步骤S301，中央处理单元11确定峰值的包络线CAD。如前所述，以4毫秒的时间间隔t1对检测信号ys的量值取样，并在对应了所有取样点的曲线点A上计算梯度差。第一曲线点A比终点位置的曲线点晚400毫秒。当中央处理单元11确定曲线点A处的梯度差时，中央处理单元11指定比曲线点A晚预定时间t2的曲线点A1和A2，该预定时间t2为400毫秒，以及在步骤S302确定梯度差。梯度差D存储在随机存取存储器13中，且由下式表达。
D＝{(检测信号ys在A2的量值)-(检测信号ys在A的量值)/t2}-{(检测信号ys在A的量值)-(检测信号ys在A1的量值)/t2}随后，在步骤S303，中央处理单元11检查随机存取存储器13，以查看是否在包络线CAD上的所有曲线点A上计算了梯度差D。如果中央处理单元11找到了另一曲线点A，则在步骤S303的答案为否定“否”，且中央处理单元11返回到步骤S302。由此，中央处理单元重复由步骤S302至S304构成的循环，以使得在包络线CAD上的所有曲线点A上的梯度差D被计算。
中央处理单元11最后将梯度差D存储在随机存取存储器13中，该梯度差D是在比最后的取样点早400毫秒的最后曲线点A处计算的。随后，在步骤S303的答案变为肯定“是”，且在步骤S305中央处理单元11在随机存取存储器13中搜索梯度差D为最小的曲线点pE2，以及检测信号ys量值降低为0的另外一曲线点pS2。梯度差D在曲线点pE2处具有最大负值。
最后，类似于步骤S104的工作那样，中央处理器11通过内分确定半踏板点。
实施第四实施例的测试系统能获得第一实施例的所有优点。
第五实施例回到附图的图12，实施本发明的便携测试系统60E安装在自动演奏钢琴的键盘31E上。自动演奏钢琴包括自动演奏系统10E和大钢琴30E。大钢琴30E的组成部件以及自动演奏系统10E的系统部件类似于大钢琴30和自动演奏系统10的部件。由此，这些组成部件和系统部件带有指代了大钢琴30的相应组成部件和自动演奏系统10的相应系统部件的标记，这里不对其进行详细描述。
便携测试系统60E包括振动传感器51E，具有内置传感器的螺线管操控的琴键作动器61，具有内置传感器的螺线管操控的踏板作动器62以及控制单元63。振动传感器51E与振动传感器51相同。螺线管操控的琴键作动器的数量与在测试中要移动的黑键31a和白键31b的数量相同。螺线管操控的踏板作动器62结合了踏板PD1、PD2和PD3中的任何一个。
控制单元63具有数据处理能力，且在控制单元63上运行用于确定半踏板点的上述子程序。当半踏板点被确定时，控制单元63将表达半踏板点的位置数据信号Dp提供给钢琴控制器40，且钢琴控制器40将表达半踏板点的踏板数据段存储在闪速存储器25中。
便携测试系统60E能实现第一实施例的所有优点。而且，便携测试系统60E可与没有测试系统的自动演奏钢琴相结合，以便使自动演奏系统10E能在大钢琴30E上以高的保真度来重演演奏。
尽管已经对本发明的具体实施例进行了显示和描述，当本领域技术人员应理解，可以在不脱离本发明精神和范围内做各种改变和修改。
用于确定半踏板点的子程序可从外部程序源通过通信网络提供给控制器。
而且，外部测试系统可以独立于自动演奏系统10。在这种情况下，用于确定半踏板点的程序在外部测试系统中的微处理器上运行。外部测试系统可与自动演奏钢琴10进行通信，且测试数据段和试验数据段在伺服控制器42和外部测试系统之间传递。
压电元件51、麦克风52和电磁拾取单元53的组合不对振动传感器51构成任何限制。三种振动-电信号转换器中的任何一个都可以从组合中省略。在通过麦克风将声学钢琴乐音转换为检测信号ys的情况下，由于很差的麦克风噪声-信号比，弦槌速度将被增加。在通过电磁拾取器将声学钢琴乐音转换为检测信号ys的情况下，需增加要被弦槌32击打的琴弦34的数量，以便使通过数据处理确定的半踏板点接近由真人工人确定的半踏板点。诸如光电断路器这样的其他种类的振动-电信号转换器也可加入到组合之中。
多于一个的压电元件51和/或多于一个的麦克风可以合并到该组合中。在音板28上方设置多个麦克风52的情况下，多个麦克风52可以在横向方向上互相间隔开。另一方面，多个电磁拾取器53可以在前后方向上间隔开。
在步骤S203，被驱动的黑键31a和白键31b可以多于三个。乐音可能不会形成任何和弦(chord)。在步骤S203中可只产生一种乐音。
不需要任何弦槌32的运动，就可以直接激励琴弦34。例如，琴弦可以被电磁激励。在这种情况下，从图7A和7B所示的工作顺序中省略步骤S203。
当中央处理单元11指示脉宽调制器10b将驱动信号up(t)提供给螺线管操控的踏板作动器26时，中央处理单元11可启动计时器26。中央处理单元11可以通过驱动脉冲信号up(t)明了(acknowledge)延音踏板PD1的运动。
步骤S101可以重复预定次数，在这种情况下，中央处理单元11计算峰值的平均值，以便确定包络线。
内分和2∶1的比例不对本发明的技术范围构成任何限制。可以在半踏板区域指定半踏板点。半踏板点可以指定在限制区域和半踏板区域之间的边界上，或在半踏板区域和无制音区域之间的边界上。半踏板点stH可以通过诸如加法或减法这样的简单的算术运算来确定。例如，半踏板点stH可以确定在一踏板行程处，该踏板行程以预定的距离与限制区域和半踏板区域之间的边界间隔开，或与半踏板区域和无制音区域之间的边界间隔开。
延音踏板PD1可以从静止位置朝向终点位置移动。在这种情况下，可以从图7A和7B所示的工作顺序中省略步骤S202。
第四实施例中所采用的方法可用于第三实施例中的数据处理。
第四实施例中，可仅基于曲线点pE2来确定半踏板点，且可针对包络线CAD的一部分来计算梯度差D，中央处理器11预期在包络线CAD的该部分中将找到半踏板点。
在第一至第四实施例中，中央处理单元11多次确定半踏板点，且最终通过诸如取平均值这样的适当算术运算来指定半踏板点。
一致的运动不对本发明的技术范围构成任何限制。延音踏板PD1可以以另外类型的运动来移动，只要踏板行程按照时间是可确定的。
螺线管操控的踏板作动器26并不是测试系统必不可少的特征。踏板可通过电动机的方式或超声电机的方式来移动，这些电机可以与合适的运动转换器组合，例如齿轮齿条。
延音踏板PD1不会对本发明的技术范围构成任何限制。本发明的测试系统可确定弱音踏板PD2的半踏板点。
大钢琴不对本发明的技术范围构成任何限制。本发明的测试系统可以安装在基于直立钢琴制造的自动演奏钢琴上。
自动演奏钢琴不对本发明的技术范围构成任何限制。测试系统可以安装在任何一种自动演奏乐器上，只要乐器的操纵器能改变到在静止位置和终点位置之间的中间位置即可。一些自动演奏管乐器会需要这种测试系统。
表达用于确定半踏板点的方法的子程序可以作为信息存储介质提供给使用者，子程序存储在该信息存储介质中。信息存储介质的例子是软盘(商标)、硬盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW、一段磁带、非易失存储卡和记忆棒。子程序可通过通信网络从程序源下载。
在子程序中的某些工作通过执行操作系统的一部分来完成的情况下，操作系统的该部分应被认为是为子程序的一部分。
在子程序被写在与计算机系统连接的扩展板或扩展单元的存储器上的情况下，扩展板或扩展单元中的微处理器与计算机系统的中央处理单元互相协作，且微处理器应被认为是中央处理单元的一部分。
这些实施例的组成部件和系统部件与权利要求用语的关系如下。
声学钢琴乐音对应于“乐音”，且大钢琴30和30E作为“乐器”。黑键31a和白键31b对应于“多个操纵器”，且动作单元33、弦槌32、琴弦34、音板28、制音器36和联动装置71a、71b和71c作为一个整体构成“乐音产生系统”。踏板PD1、PD2和PD3中的一个作为“另外的操纵器”。使乐音延长是其中一种“音效”，且使乐音响度减小是另外一种“音效”。半踏板点stH对应于“目标位置”。中央处理单元11、用于步骤S203的指令代码和具有内置柱塞传感器20c的螺线管操控的琴键作动器20，相结合形成“激励器”；且中央处理单元11、用于步骤S202和S204至S209和S211的指令代码以及具有内置柱塞位置传感器27的螺线管操控的踏板作动器26，作为一个整体构成“驱动器”。中央处理单元11、步骤S210、S102的工作和振动传感器51和51E，作为“转换器”；且音板28的振动、电动力的振动(electricmotive force)和空气的压缩波，可认作是“表达乐音的振动”。中央处理单元11和用于步骤S101至S104或S301至S306的工作的指令代码，作为一个整体构成“信息处理器”。包络线CA/CAA/CAD和曲线CB/CCB代表“试验数据段”，且曲线点pE、pS、pE2和pS2为“至少一个映射点”的例子。
权利要求
1.一种自动演奏乐器，用于在没有真人演奏者的手指动作的情况下产生乐音，包括乐器(30；30E)，所述乐器具有多个操纵器(31a，31b)，选择性地被移动，用于指定要产生的乐音，乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)，与所述多个操纵器(31a，31b)连接，且产生用所述操纵器(31a，31b)指定的所述乐音，另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)，与所述乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)连接，且根据所述另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)的当前位置，向所述乐音赋予从一些音效中选出的音效；自动演奏系统(10；10E)，与所述多个操纵器(31a，31b)和所述另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)相关联地设置，以便选择性地移动用于指定所述乐音的所述多个操纵器(31a，31b)，和移动用于向所述乐音赋予所述音效的所述另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)；和测试系统(60；60E)，通过试验确定用于向所述乐音赋予所述一些音效中的一个的所述另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)的目标位置(stH；stHB)，以及将所述目标位置(stH；stHB)通知给所述自动演奏系统(10；10E)，其特征在于所述测试系统(60；60E)包括激励器(11，S203，20)，通过在所述乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)中振动来引发所述乐音中的至少一个，驱动器(11，S202，S204-S209，S211，26)，移动所述另外的操纵器(PD1，PD2，PD3)，用于改变所述当前位置，转换器(11，S102，S210，51，51a，52，53；51E)，将表达所述乐音中的所述至少一个的振动转换为试验数据段(CA，CB；CAA；CCB；CAD)，所述试验数据段表达随所述当前位置一起改变的所述振动的量值，和信息处理器(11，S101-S104；11，S301-S306)，与所述转换器(11，S102，S210，51，51a，52，53；51E)连接，并基于在表达所述量值和所述当前位置之间关系的曲线(CA，CB；CAA；CCB；CAD)中找到的至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)来确定所述目标位置(stH；stHB)。
2.如权利要求1所述的自动演奏乐器，其中在一区域中确定所述目标位置(stH；stHB)，在该区域中，所述乐音产生系统(28，32，34，36，71a，71b，71c)将所述音效中的所述一个赋予所述乐音，且所述至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)位于在所述区域的边界。
3.如权利要求2所述的自动演奏乐器，其中通过在所述区域的长度上进行内分来确定所述目标位置(stH；stHB)。
4.如权利要求2所述的自动演奏乐器，其中通过将某一距离加到至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)上来确定所述目标位置(stH；stHB)。
5.如权利要求1所述的自动演奏乐器，其中所述转换器(11，S102，S210，51/51E)包括至少一个装置(51，51E)，所述至少一个装置是从包括麦克风(52)、振动传感器(51a)和电磁拾取器(53)的一组中选出的。
6.如权利要求5所述的自动演奏乐器，其中所述装置(51；51E)转换所述乐音中的所述一个的所述振动和所述乐音中的其他乐音的其它振动，所述乐音中的所述其它乐音是与所述乐音中的所述一个同时产生的。
7.如权利要求6所述的自动演奏乐器，其中所述乐音的所述一个和所述乐音的所述其它乐音形成和弦。
8.如权利要求1所述的自动演奏乐器，其中所述乐器为声学钢琴(30；30E)，该声学钢琴具有作为所述多个操纵器的琴键(31a；31b)，作为所述另外的操纵器的踏板(PD1，PD2，PD3)，和作为所述乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)部件的琴弦(34)。
9.如权利要求8所述的自动演奏乐器，其中所述踏板(PD1，PD2，PD3)在被分为三个区域的轨迹上移动，其中所述乐音在所述三个区域中的一个之中延长，而通过所述乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)的制音器(36)所述乐音在所述三个区域中的另外一个之中被降低响度。
10.如权利要求8所述的自动演奏乐器，其中所述目标位置(stH；stHB)位于所述三个区域中的所述另外一个之中，以使得所述自动演奏系统(10；10E)在自动演奏中将所述踏板(PD1，PD2，PD3)移动至所述目标位置，用于降低所述乐音的所述响度。
11.一种测试系统，通过试验确定操纵器(PD1，PD2，PD3)的目标位置(stH；stHB)，所述操纵器用于向在自动演奏乐器中产生的乐音赋予一些音效中的一个音效，所述测试系统包括激励器(11，S203，20)，通过在所述自动演奏乐器的乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)中振动来引发所述乐音中的至少一个；驱动器(11，S202，S204-S209，S211，26)，移动所述操纵器(PD1，PD2，PD3)，用于改变所述操纵器(PD1，PD2，PD3)的当前位置；和信息处理器(11，S101-S104；11，S301-S306)，用于确定所述目标位置(stH；stHB)其特征在于，进一步包括转换器(11，S102，S210，51/51E)，与所述信息处理器(11，S101-S104；11，S301-S306)连接，并将表达所述乐音中的所述至少一个的振动转换为试验数据段(CA，CB；CAA；CCB；CAD)，所述试验数据段表达随所述当前位置一起改变的所述振动的量值，且在于，所述信息处理器(11，S101-S104；11，S301-S306)基于在表达所述量值和所述当前位置之间关系的曲线(CA，CB；CAA；CCB；CAD)中的至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)来确定所述目标位置(stH；stHB)。
12.如权利要求11所述的测试系统，其中在一区域中确定所述目标位置(stH；stHB)，在该区域中，所述乐音产生系统(28，32，33，34，36，71a，71b，71c)将所述音效中的所述一个赋予所述乐音，且所述至少一个映射点(CA，CB；CAA；CCB；CAD)位于在所述区域的边界。
13.如权利要求12所述的测试系统，其中通过在所述区域长度上进行内分来确定所述目标位置(stH；stHB)。
14.如权利要求12所述的测试系统，其中通过将某一长度加到至少一个映射点上来确定所述目标位置(stH；stHB)。
15.如权利要求11所述的测试系统，其中所述转换器(11，S102，S210，51/51E)包括至少一个装置(51，51E)，所述至少一个装置是从包括麦克风(52)、振动传感器(51a)和电磁拾取器(53)的一组中选出的。
16.如权利要求15所述的测试系统，其中所述装置(51；51E)转换所述乐音中的所述一个的所述振动和所述乐音中的其他乐音的其它振动，所述乐音中的所述其它乐音是与所述乐音中的所述一个同时产生的。
17.如权利要求16所述的测试系统，其中所述乐音的所述一个和所述乐音的所述其它乐音形成和弦。
18.一种方法，用于指定操纵器(PD1，PD2，PD3)的目标位置(stH；stHB)，所述操纵器被合并入自动演奏乐器中以向在所述自动演奏乐器中产生的乐音赋予音效，所述方法包括的步骤是a)在所述自动演奏乐器中引发至少一个乐音；b)移动所述操纵器(PD1，PD2，PD3)，以便改变所述操纵器(PD1，PD2，PD3)的当前位置；c)在所述操纵器(PD1，PD2，PD3)移动期间，收集试验数据段(CA，CB；CAA；CCB；CAD)，该试验数据段表达振动的量值与所述当前位置之间的关系，所述振动的量值代表所述至少一个乐音；d)搜索所述试验数据段(CA，CB；CAA；CCB；CAD)以找出至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)；以及e)基于所述至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)指定所述目标位置(stH；stHB)。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述步骤d)包括的子步骤是d-1)确定所述振动的所述量值的峰值的包络线(CA；CAA；CCB)，d-2)将所述包络线近似为折线(L1，L2)，d-3)在所述折线的组成线(L1，L2)的交点确定所述至少一个映射点(pE，pS；pE2，pS2)。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述步骤d)包括的子步骤是d-1)确定所述振动的所述量值的峰值的包络线(CAD)，d-2)计算在所述包络线的一曲线点(A)两侧的梯度差，d-3)计算在所述包络线的另外的曲线点(A)两侧的所述差值，d-3)重复所述子步骤d-3)，直到在所述包络线(CAD)上一定数目的曲线点(A)处的梯度差被计算出来，以及d-4)将所述至少一个映射点确定在所述梯度差最小的曲线点上。
全文摘要
一种测试系统(60)，并入自动演奏钢琴中，用于确定延音踏板(PD1)的半踏板点(stH)，在该半踏板点处乐音的响度被减小，且自动演奏器(10)将延音踏板(PD1)移动至半踏板点(stH)，以便在自动演奏中减小乐音的响度；该测试系统(60)收集试验数据段(CA，CB)，该试验数据段表达乐音响度与延音踏板(PD1)的当前踏板位置之间的关系，并在试验数据段中搜索映射点(pE，pS)；且测试系统(60)通过在映射点(pE，pS)之间的线上进行内分来确定半踏板点(stH)。
文档编号G10F1/02GK101064100SQ20071010123
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月24日 优先权日2006年4月24日
发明者村松繁 申请人:雅马哈株式会社