声音收集器、声音信号传送器和音乐演奏系统的制作方法

专利名称：声音收集器、声音信号传送器和音乐演奏系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及声音收集器、声音信号传送器和音乐演奏系统，并且更具体 地涉及将来自目标源的声音转换为电信号的声音收集器、配有该声音收集器 的声音信号传送器、具有可通过通信网络进行通信的多个音乐台的音乐演奏 系统。
背景技术：
存在对音乐中的音乐课程的需要。教师向远离该教师的学生教授远程课 程，并且通信技术使得可以用实时的方式来教授远程课程。尽管教师远离学生，但学生可通过例如因特网或LAN (局域网)的通信网络来听到教师的演奏和指令。通信技术还使得彼此远离的演奏者可以合奏音乐。为远程课程、 远程合奏等准备音乐演奏系统。该音乐演奏系统包括多个乐器、传送器、接收器和通信网络。在日本专 利申请特开No.2005-196072、日本专利申请特开No.2005-196074和日本专利 申请特开No.2005-084578中/>开了音乐演奏系统的典型示例。每个现有技术的音乐演奏系统包括多个音乐台和连接到该多个音乐台的 网络。向教师分配一个音乐台，并且在音乐台上配备乐器、麦克风、语音信 号生成器、声音系统、传送器以及接收器。学生位于另一个音乐台，并且在 该其他音乐台上也配备乐器、麦克风、语音信号生成器、声音系统、传送器 以及接收器。在每个乐器中合并有键盘、MIDI(乐器数据接口)代码生成器以 及自动弹奏器，并且音乐台上的传送器和接收器被连接到通往其他音乐台的 传送器和接收器的通信网络的信道。如下进行远程课程。首先，在音乐台之间的通信网络中建立通信信道。 教师用手指在键盘上弹奏音乐小节，并且解释如何弹奏该音乐小节。通过 MIDI代码生成器，沿着该音乐小节的音调被转换为MIDI事件代码，其表示 按下的键的键代码、释放的键的键代码、键速度、以及每个键事件和下一键事件之间经过的时间，并且将MIDI事件代码作为分組的有效负载，通过通 信信道而从教师的音乐台上的传送器传输到学生的音乐台上的接收器。将 MIDI事件代码从接收器提供给自动弹奏器，并且该自动弹奏器基于MIDI事 件代码来按下和释放键盘的键。从乐器发出音调，使得学生可听到音乐小节。另一方面，语音被通过麦克风而转换为语音信号，并且还通过通信信道 从教师的音乐台传送到学生的音乐台。通过声音系统，恢复语音信号，并且 学生听到教师的语音。当学生正在键盘上用手指弹奏音乐小节时，在教师的音乐台的键盘上， 自动弹奏器再现该手指弹奏，并且在教师的音乐台上可听到学生的问题。因此，在远程课程期间，在音乐台之间双向传输MIDI事件代码和语音消息。在现有技术的音乐演奏系统中遇到如下问题学生感到通过声音系统再 现的音调很嘈杂。具体地，当教师正向学生教授远程课程时，教师将麦克风 保持在开启状态，并且麦克风不仅将教师的声音，还将通过乐器再现的音调 转换为语音信号。即使教师是安静的，音调也转换为语音信号，并且语音数 据通过通信信道而从教师台提供到学生台。MIDI事件代码被恢复并提供给自 动弹奏系统。另一方面，表示音调的语音数据被提供给声音系统，并且通过该声音系统的扬声器产生电子音调。结果，学生同时听到电子音调和通过自 动弹奏产生的原声音调。在电子音调和原声音调之间不可避免地会产生少量的时间延迟，使得学生感到电子音调很嘈杂。 发明内容，因此，本发明的一个重要目的是提供一种声音收集器，其在目标源处生 成声音期间启动(enable)。本发明的另一重要目的是提供一种声音信号传送器，其使得可以传送从 该声音收集器输出的声音信号。本发明的另 一重要目的是提供一种音乐演奏系统，通过该音乐演奏系统， 彼此远离的演奏者进行对话，和/或与乐器上的演奏一起给出讲解。为实现本发明的目的，提出在不同振动传播介质中提供多个麦克风，用 于利用基于根据另一麦克风产生的振动信号而产生的启动信号，来启动源自 该多个麦克风之一的声音信号传播路径。根据本发明的一个方面，提供了一种声音收集器，用于输出表示从声后公共壁上被每两个相邻的紧固件40的销部分41所压入的两个位置之间的 距离大于发声构件30的宽度。以图10所示为例，在共鸣箱50的中音域部 分50B中，每一个紧固件的销部分41被压入到前或后公共壁中，其所压入 的位置位于隔板53的纵轴的假想延长线上或位于经过斜板55和假想直线 Ll的交点且垂直于直线Ll的假想线上。在共鸣箱50的低音域部分50A中， 每一个紧固件40的销部分41被压入到前或后公共壁中，其所压入的位置类 似于中音域部分50B中的位置。在高音域部分50C中，紧固件的销部分41 压入到两个公共壁中，间隔稍宽于发声构件30的宽度。
在紧固件40被压入到共鸣箱50中后，共鸣箱50以其下表面朝上的方 式被翻转，且由支承绳缆44系在一起的发声构件30被放置在共鸣箱50的 开口部分上。然后，相邻的发声构件30被移开以在它们之间设置一间隙， 露在发声构件30之间的支承绳缆44被插入到每个紧固件40的槽42中，并 悬挂在绳缆容纳部分43上。这时，支承绳缆44悬挂在紧固件40的绳缆容 纳部分43中，使得每两个相邻的紧固件40之间都有一个发声构件30。在支 承绳缆44悬挂在紧固件40上后，共鸣箱50以其开口部分朝下的方式被翻 转。
图12是沿图10中的B-B线取的剖视图。如图12所示，在共鸣箱50的 开口部分朝下时或之后，支承绳缆44在共鸣箱50下方的位置上被紧固件40 的绳缆容纳部分43支承。因为支承绳缆44插入并穿过发声构件30的支承 孔36、 37,所以这些发声构件30被支承绳缆44支承，以^t于悬桂于其上并 能够在共鸣箱50开口部分下方附近的位置处振动。
接着，对置于乐音发生单元UNT下方的打击乐器IO的各个部分进行说 明。如图2-4所示，在形成打击乐器10的两相对侧面的右侧板18R和左侧 板18L之间，水平地布置有具有三个乐音输出口 14a的中盘14,从共鸣箱 50向下发出的乐音穿过这三个乐音输出口 14a。在中盘14上设置有键盘架 15,键盘架15的前面布置有键架前板(front rail) 16，键架前板16的前部 被键挡17遮盖。在键盘架15上，键架中板(balance rail) 19布置为与键盘 KB的各个白键27和黑键28分别对应。键架中板19用于支承白键27和黑 键28,并设置有圓销(balance pin) 62、 63。每一个琴键被相应的键架中板 19支承，以使得琴键的纵向端部能够绕作为支轴的圓销62、 63垂直地枢转。
在键盘架15上，用于支承动作机构20的动作支架(action bracket) 22础上产生声音。


根据以下结合附图的描述，将更清楚地理解声音收集器、声音信号传送 器和音乐演奏系统的特征和优点，附图中图1是示出用于远程课程的本发明的音乐演奏系统的框图，图2是显示出教师的前视图，该教师将近距通话式麦克风和骨传导检测 器戴在头上以进行远程^^程，图3是示出配有近距通话式麦克风和骨传导检测器的声音信号传送器的框图，图4是示出从近距通话式麦克风输出的电信号的波形和从骨传导检测器 输出的另一电信号的波形的图，图5是示出可用于音乐演奏系统的自动弹奏器钢琴的结构的示意横截面 视图，图6是示出音乐演奏系统的控制模块的电路配置的框图， 图7A是示出声音收集器的电路配置的框图， 图7B是示出语音分辨电路的电路配置的框图， 图8A到图8D是示出声音收集器的操作的时序图， 图9是示出本发明的另一音乐演奏系统的框图，以及 图IO是示出本发明的再一音乐演奏系统的框图。
具体实施方式
采用本发明的音乐演奏系统大体上包括音乐台、另 一音乐台和通信信道。 教师位于所述音乐台，并且学生位于所述另一音乐台。所述音乐台和所述另 一音乐台连接到通信信道，并且音乐数据和声音数据通过该通信信道而从该 音乐台传送到另一音乐台。音乐数据表示展示性演奏中的音调，并且声音数 据表示用于解释如何弹奏音乐曲调的语音。因此，该音乐演奏系统用于远程 课程。音乐台包括乐器、控制模块和声音信号传送器。乐器具有多个操纵器， 使得教师利用多个操纵器指定要产生的音调。在展示性演奏中，教师沿着音 乐曲调，适时地操纵该操纵器。控制模块监视该多个操纵器，并且产生表示在展示性演奏中产生的音调的音乐数据。控制模块将音乐数据通过通信信道 而传输到所述另一音乐台。声音信号传送器也连接到该通信信道，以便将表示解说的声音数据通过 该通信信道而传送到所述另 一音乐台。声音信号传送器包括声音收集器和传送器模块。声音收集器将通过空气 传播给它的声波转换为声音信号。尽管声音收集器将表示教师的语音的声音 信号提供给传送器模块，但声音收集器截断表示噪声的声音信号，使得表示 噪声的声音信号不会到达传送器模块。该特征是可期望的，因为不会在所述 另 一音乐台上基于声音数据而再现音调。具体地，声音收集器具有振动检测器、麦克风和信号传播控制器。检测 器和麦克风并行地连接到信号传播控制器的控制节点和信号输入节点，并且 信号传播控制器的输出节点连接到传送器模块。检测器附连到围绕在声源周围的振动传播介质。声源是教师的声带(cord),并且教师的骨骼和皮肤充当振动传播介质。骨骼和皮肤在振动传播 性质上不同于空气。检测器将振动传播介质的振动转换为振动信号。振动信 号表示声带的振动以及由于关节处的运动和鼓膜的振动而引起的噪声，即， 通过乐器产生的音调。麦克风将从声源通过空气传播的声波转换为声音信号。语音从声带通过 空气而传播到麦克风。音调也从乐器通过空气而传播到麦克风。因此，声音 信号表示语音、音调和环境噪声。信号传播控制器检查振动信号，以查看检测器是否将声带的振动转换为 振动信号。当振动信号表示声源(即，声带)的振动时，信号传播控制器允 许声音信号经过它，使得声音信号到达传送器模块。另一方面，当振动信号 表示噪声和音调时，信号传播控制器截断声音信号，使得声音信号到达传送 器模块。由此，将声音数据从传送器模块通过通信信道而传送到所述另一音 乐台。所述另一音乐台包括另一控制模块、另一乐器和声音信号接收器。在该 另一音乐台上的乐器具有无需人类演奏者的手指弹奏的音调生成能力。音乐 数据到达该另一控制模块，并且被适时地提供给该另一音乐台，使得通过该 另 一乐器产生与展示性演奏中的音调相似的音调。声音数据到达声音信号接收器。通过声音信号接收器产生声音。如前所述，声音数据表示不将音调传送到该另一音乐台而使得仅仅再现语音。换言 之，只要教师保持安静，则不通过声音信号接收器再现任何音调。结果，学 生可将精力集中到通过该另一乐器产生的音调上。因此，本发明的音乐演奏 系统防止学生听到通过声音信号接收器再现的嘈杂的音调。 系统配置首先参照附图中的图1，采用本发明的音乐演奏系统大体上包括用于教师10的音乐台1、用于学生20的另一音乐台2以及通信网络30。音乐台1 和2连接到通信网络30,使得音乐台1可通过在通信网络30中为音乐台1 和2建立的通信信道而与音乐台2进行通信。在此实例中，因特网充当通信 网络30。教师10位于音乐台1，并且向学生20教授展示性演奏和讲解。当教师 IO正弹奏作为展示性演奏的音乐曲调时，将手指弹奏转换为音乐数据，并且 将该音乐数据从音乐台1通过通信网络30中的通信信道而传送到音乐台2。 另一方面，当教师IO正在解说如何用手指弹奏该音乐曲调时，教师的语音被 转换为语音数据，并且该语音数据也被从音乐台l传送到音乐台2。学生20位于音乐台2。基于所述音乐数据而在音乐台2上再现所述展示 性演奏，并且语音数据被转换为电语音，以便可以听到该解说。如下文将具体描述的，当教师IO正保持安静时，不从音乐台1向音乐台 2产生或传送任何语音数据。为此原因，不将展示性演奏中的音调转换为任 何语音数据。在音乐台1中并入有乐器11、控制模块12和声音信号传送器13,并且 在该另一音乐台2中并入有乐器21、控制模块22和声音信号接收器23。乐 器ll具有数据生成能力，使得乐器11上的演奏被存储为一组音乐数据。乐 器11通过线缆而连接到控制模块12，使得将音乐数据从乐器11提供给控制 模块12。控制模块12将同步数据添加到音乐数据，并且将音乐数据与同步 数据一起封装为分组P。控制模块12连接到通信网络30，并且将分组P放到 通信信道上。通信网络30还连接到控制模块22，使得分组P到达控制模块22。乐器 21具有自动弹奏能力。在控制模块22中，从分组P中解开(unload)音乐数据 和同步数据，并且控制模块22周期性地检查同步数据，以查看是否要通过乐 器21再现一个音调或多个音调。当要再现一个音调或多个音调的时刻来临时，将一个或多个音乐数据从控制模块22提供到乐器21，并且通过乐器21 再现该一个音调或多个音调。如前所述，控制模块22顺序地将音乐数据提供 到乐器21，使得通过乐器21再现该展示性演奏。由此，即使学生20远离教 师10,教师10也能通过本发明的音乐演奏系统而向学生20教授展示性演奏。 声音信号传送器13包括声音收集器13a和传送器模块13b。尽管始终将 教师10的语音转换为语音信号Sl,但声音收集器13a在教师10的语音产生 期间将语音信号Sl提供到传送器模块13b，并在安静时停止语音信号S1。为 此原因，当教师IO正向学生20教授展示性演奏而不说话时，不将表示通过 乐器ll产生的音调的语音信号Sl放到通信信道上。另一方面，当教师IO正 解说如何用手指弹奏该音乐曲调时，将语音转换为语音信号Sl,并且将语音 信号Sl提供到传送器模块13b。传送器模块13b将模拟语音信号Sl转换为 数字声音信号S2,并且将该数字声音信号S2 (其上承载了语音数据)输出到通信信道上o声音信号接收器23包括接收器模块231和声音系统232。通信信道连接 到接收器模块231，使得数字声音信号S2到达接收器模块231。接收器模块 231从数字声音信号S2中再现模拟语音信号Sl，并且，将该模拟语音信号 Sl从接收器模块231提供到声音系统232。声音系统232具有放大器、扩音 器和耳机式扬声器。通过声音系统232，将模拟语音信号S1转换为对应于教 师的语音的电子声。学生20通过扩音器和/或耳机式扬声器听到教师的语音。声音收集器13a包括近距通话式麦克风131、骨传导麦克风132和信号 传播控制器133。近距通话式麦克风131和骨传导麦克风132并行地连接到 信号传播控制器133。如图2所示，耳夹131a将近距通话式麦克风131保持在教师10的嘴部 附近S，并且近距通话式麦克风131呈现出对通过教师IO嘴部的语音的高灵 敏度。在方向性、频率特性以及在S处拾取语音的灵敏度方面优化近距通话 式麦克风131。近距通话式麦克风131将通过空气从声带传播来的声波转换 为语音信号S1。尽管近距通话式麦克风131对通过嘴部的声波敏感，但表示 各种噪声的声波也通过空气传播到近距通话式麦克风131,并且噪声成分被 混合到语音信号S1中。当教师IO正教授展示性演奏时，表达音调的声波到 达近距通话式麦克风131，并且被作为噪声成分而混合到语音信号Sl中。利用粘合剂或颈带，骨传导麦克风132保持与教师IO的皮肤接触，并且保持在接近声带的区域V中。声带的振动通过管骨(tibia)而传播到皮肤，并被 转换为振动信号S3。尽管由于关节处的运动引起的噪声被不可避免地混合到 振动中，但噪声的幅度比声带的振动的幅度低得多。声带的振动的幅度对噪 声的幅度的比值大于通过空气传播的语音的幅度对噪声的幅度的比值。通过 骨骼传播的噪声是由于关节处的运动以及鼓膜的振动，即，例如，通过乐器 ll产生的音调。为此原因，与通过空气传播的语音相比，可更清楚地从噪声 中分辨出骨传导中的语音。信号传播控制器133包括语音分辨电路133a、延迟电路133b和开关 133c。骨传导麦克风132连接到语音分辨电路133a的输入节点，并且语音分 辨电路133a连接到开关133c的控制节点。另一方面，近距通话式麦克风131 连接到延迟电路133b，延迟电路133b连接到开关133c的输入节点。开关133c 的输出节点连接到传送器模块13b。将振动信号S3从骨传导麦克风132提供到语音分辨电路133a,并且语 音分辨电路133a基于振动信号S3的幅度来从噪声中分辨出语音的振动，并 产生门控信号S4。在振动信号S3的到达和门控信号S4的输出之间引起延迟 时间。为此，在近距通话式麦克风131和开关133c之间连4妄延迟电路133b。 语音分辨电路133a引起的延迟时间等于延迟电路133b引起的延迟时间。即 使噪声短暂地超出阈值范围，即使教师10短暂地停止语音，语音分辨电路 133a也忽略这样的异常情况。基于语音分辨电路133a的信号传播特性来计算 延迟时间。否则，经实验确定延迟时间。当教师10正产生语音时，语音分辨电路133a将门控信号S4保持为有效， 并且使得开关133c接通。语音信号Sl经过开关133c，并到达传送器模块13b。传送器模块13b包括模数转换器和适当的传送器。通过模数转换器，将 模拟语音信号Sl转换为数字声音信号S2,并且传送器将该数字声音信号S2 放到通信信道上。尽管在相同的通信网络30中建立了用于音乐数据的通信信 道和用于语音数据的通信信道，但是在音乐数据的到达和语音数据的到达之 间不可避免地引起时间延迟，它在10毫秒到IOO毫秒的量级上。如果通过乐 器ll产生的音调被混合到语音信号S1中，则学生20感觉电子音调是嘈杂的。 信号传播控制器133不允许音调和环境噪声到达传送器模块13b。由此，借 助于信号传播控制器133，学生仅听到通过乐器21产生的音调。在此实例中，如图4所示，语音分辨电^各133a具有+d和-d之间的阈值范围。当振动信号S3的幅度落入阈值范围士d内时，语音分辨电路133a确定 振动信号S3代表噪声，并将门控信号S4保持为无效电平。另一方面，当振 动信号S3的幅度频繁地超出阈值土d时，语音分辨电路133a将H控信号S4 保持为有效电平，并使得开关133c接通。阈值范围士d使得在语音分辨电路 133a中传播的振动信号S3的幅度低于到达语音分辨电路133a的输入节点之 前的振动信号S3的幅度。如将从前述描述中理解的那样，信号传播控制器133分析振动信号S3， 以查看教师10是否开始向学生20给出解说。当教师IO正使得声带振动时， 振动信号S3频繁地超出阈值士d，并且信号传播控制器133允许语音信号Sl 到达传送器模块13b。然而，当教师10自己保持安静时，振动信号S3在阈 值范围士d内波动，并且信号传播控制器133使得开关133c关断。结果，不 将语音信号Sl从音乐台1传送到另一音乐台2。尽管近距通话式麦克风131 在展示性演奏期间拾取乐器11的音调，但只要教师IO是安静的，则信号传 播控制器133就防止传送器模块13b接收到代表音调的语音信号Sl。仅通过 音乐台2的乐器21来再现展示性演奏中的音调，使得学生20可听到该展示 性演奏，而没有从声音系统232发出的电子音调。乐器图5示出了自动弹奏器钢琴35的结构。自动弹奏器钢琴35是乐器11 或21的示例。自动弹奏器钢琴35大体上包括原声钢琴36以及音乐数据产生 器37/自动弹奏系统38。原声钢琴36和音乐数据产生器37 —起形成乐器11, 而原声钢琴36和自动弹奏系统38构成乐器21。然而，在图5中，与原声钢 琴36 —起示出音乐数据产生器37和自动弹奏系统38这两者。教师10用手指在原声钢琴36上弹奏音乐，并且在原声钢琴36上沿着音 乐小节而产生原声钢琴音调。在原声钢琴36中安装自动弹奏系统38或音乐 数据产生器37。将原声钢琴36的原始演奏存储为一组音乐数据，并且自动 弹奏系统38基于该组音乐数据来在原声钢琴36上重演该演奏。通过音乐数 据产生器37产生该组音乐数据。在此实例中，根据MIDI协议来对音乐数据 编码。原声钢琴36分为键盘36a和音调生成系统36b。键盘包括黑键36c和白 键36d，教师10选择性地按下和释放黑键36c和白键36d，以便指定要产生 的音调的音高。#:盘36a连接到音调生成系统36b，并且音调生成系统36b以通过键盘36a指定的音高产生音调。音调生成系统36b包括动作单元36e、弦槌36f、琴弦36h和制音器36j。 在琴箱中限定内部空间，并且动作单元36e、弦槌36f、制音器36j和琴弦36h 占据该内部空间。中盘36k形成琴箱的一部分，并JU建盘36a被安装在该中 盘36k上。在此实例中，键盘36a具有88个黑和白键36c/36d。黑键36c和白键36d按公知模式来布置，并且平行地在原声钢琴36的纵 向方向上延伸。向黑键36c和白键36d分别分配音名。平衡键销(balance key pin) 36m在键架中板36n上向黑键36c和白键36d提供支点。卡定柱36p直 立于黑键36c的后部和白键36d的后部上，并且与动作单元36e保持接触。 由此，黑键36c和白键36d分别与动作单元36e相链接，以便在从静止位置 向终点位置行进期间，致动该动作单元36e。当未在黑4建36c的前部和白键 36d的前部施加任何力时，动作单元36e的重量被施加到黑键:36c的后部和白 键36d的后部上，1并且黑键36c和白键36d停留在静止位置上。当人类演奏者按下黑键36c的前部和白键36d的前部时，所述前部下降， 并且黑键36c和白键36d从静止位置向终点位置行进。在此实例中，当黑键 36c和白4建36d位于静止位置时，4建行程是零。与弦槌36f和制音器36j相关联地提供动作单元36e,并且被致动的动作 单元36e驱动相关联的弦槌36f和制音器36j进行旋转。琴弦36h在琴箱内部张紧，并且弦槌36f分别相对于琴弦36h。制音器 36j根据键位置而与琴弦36h分离或接触。当黑键36c和白键36d位于静止位 置时，制音器36j保持与琴弦36h接触，并且弦槌36f与琴弦36h分离。当黑键36c和白键36d到达朝向终点位置的路径上的特定点时，制音器 36j离开琴弦36h，并且与琴弦36h分离。结果，制音器36j允许琴弦36h振 动。动作单元36e在^t建向着终点位置移动期间使得弦槌36f旋转，并且脱离 相关联的弦槌36f。然后，弦槌36f开始旋转，并且在旋转终点处与相关联的 琴弦36h碰撞。弦槌36f在相关联的琴弦36h上弹回。由此，弦槌36f使得相 关联的琴弦36h振动。通过琴弦36h的振动，以与被分配给相关联的黑键36c 和白键36d的音名 一致的音名来产生原声钢琴音调。当教师10释放黑键36c和白键36d时，黑键36c和白键36d开始向着静 止位置返回。制音器36j在键36c/36d向着静止位置的路径上与振动的琴弦36h接触，并且阻止琴弦36h振动。结果，原声钢琴音调:帔衰减。自动弹奏系统38包括具有内置活塞传感器(未示出)的电磁控制键致动 器38a、音乐信息处理器38b、运动控制器38c、伺服控制器38d和键传感器 39。由音乐数据产生器37共享键传感器39。音乐信息处理器38b、运动控制 器38c和伺服控制器38d表示通过执行计算机程序而实现的功能。在黑键36c和白键36d的后部下方的中盘36k中形成槽36r，其在横向方 向上延伸。在槽36r内部排列电》兹控制键致动器38a,并且每个电》兹控制键致 动器38a具有活塞38e和螺线管38f。螺线管38f与伺服控制器38d并联，并 且通过驱动信号DR选择性地激励，以便建立各个磁场。在磁场中提供活塞 38e，使得将磁力施加到活塞38e上。磁力使得活塞38e在向上方向上伸出， 并且通过相关联的电磁控制键致动器38a的活塞38e来推动黑键36c和白键 36d的后部。结果，黑键36c和白键36d上下摆动，而无需人类演奏者的任何 手指弹奏。内置活塞传感器(未示出)分别监视活塞38e,并向伺服控制器38d提 供代表活塞速度的活塞速度信号ym。在黑键36c和白键36d的前部下方提供键传感器39，其分别监视黑键36c 和白键36d。在此实例中，使用光学位置换能器作为键传感器39。多个发光 二极管、多个光检测二极管、光纤和传感器头部一起形成键传感器39的阵列。 每个传感器头部相对于相邻的传感器头部，并且在传感器头部之间的空隙中 移动彼此相邻的黑键36c和白键36d。光通过光纤从发光二极管传播到传感器光束投到相邻的传感器头部上，并且入射光从该相邻的传感器头部传播到光 检测二极管。入射光被转换为光电流。因为黑键36c和白键36d截断了光束， 所以入射光的量随着键位置而改变。通过光检测二极管，光电流被转换为电 势电平，使得键传感器39输出代表键位置的键位置信号yk。键传感器yk具 有与全键行程(即，从静止位置到终点位置) 一样宽或更宽的可检测范围。 键传感器39向伺服控制器38d和音乐数据产生器37提供代表相关联的黑键 36c和白键36d的当前键位置的键位置信号yk。如后面将描述的，在伺服控 制序列中使用表示当前4建位置的位置数据。在音乐数据产生器37中分析位置 数据，以产生表示原声钢琴36上的演奏的音乐数据。由音乐数据表示演奏，并且以音乐数据代码的形式将音乐数据赋予音乐信息处理器38b。在此实例中，根据MIDI协议来将音乐数据编码为音乐数据 代码。为此，术语"音乐数据代码"在下文中用"MIDI"来修饰。向着终点位置 的键移动和向着静止位置的键移动分别被称为键开事件和键关事件，并且术 语"键事件"表示键开和键关事件这两者。将音乐数据从控制模块21顺序地提供到音乐信息处理器38b。目标键位 置的一系列值形成参考轨迹，并且目标键位置随时间而改变。在参考键轨迹 上找到参考点。只要相关联的黑键36c或相关联的白键36d经过该参考点， 则在旋转的终点处，弦槌36f以目标弦槌速度与相关联的琴弦36h碰撞。将表示演奏的MIDI音乐数据代码从控制模块21提供到音乐信息处理器 38b。音乐信息处理器38b首先将音乐数据正规化，并且将在MIDI协议中使 用的单位转换为在自动弹奏器钢琴35中采用的单位系统。在此实例中，以米 -秒单位系统来表示位置、速度和加速度。由此，通过音乐信息处理器38b， 从音乐数据产生重放数据。运动控制器38c确定要在再现演奏时按下和释放的每个黑键lb和白键 lc的参考键轨迹。换言之，运动控制器38c基于重放数据而产生参考键轨迹 数据。如前所述，参考键轨迹表示键位置在时间上的一系列值。因此，参考 键轨迹表示黑键lb或白键lc开始在该轨迹上行进的时刻。'将参考键轨迹数 据从运动控制器38c提供到伺服控制器38d。伺服控制器38d确定驱动信号DR的平均电流量。在此实例中，在伺服 控制器38d中采用脉宽调制，使得平均电流量随着驱动信号的有效电平中的 时间段而改变。伺服控制器38d将驱动信号DR提供给与要在参考^l定轨迹上 移动的黑键36c或白键36d相关联的电磁控制致动器38a,并通过如下脉宽调 制，强迫黑键36c或白键36d在参考键轨迹上行进。当黑键36c或白键36d正在参考键轨迹上行进时，内置活塞传感器(未 示出)和键传感器39将活塞速度信号ym和键位置信号yk提供给伺服控制 器38d。实际的活塞速度近似等于实际的键速度。伺服控制器38d基于目标 键位置的一系列值来计算目标键速度的值，并且将实际键位置和实际键速度 与目标4建位置和目标4建速度进行比较，以便确定位置偏差值和速度偏差值。 当找到位置偏差和速度偏差时，伺服控制器38d增加或减少驱动信号DR的 平均电流量，以便最小化位置偏差和速度偏差。由此，伺服控制器38d与电 磁控制键致动器38a、内置活塞传感器(未示出)和键传感器39 —起形成反馈控制环。伺服控制器38d重复伺服控制序列，并且强迫黑键36c和白键36d 在参考键轨迹上行进。音乐数据产生器37还连接到弦槌传感器40，并且将弦槌位置信号yh从 弦槌传感器40提供到音乐数据产生器37。通过执行计算机程序来实现音乐 数据产生器37。弦槌传感器40分别监视弦槌37f,并且将表示弦槌位置数据的弦槌位置 信号yh提供给音乐数据产生器37。在此实例中，使用光学位置换能器作为 弦槌传感器40，并且与用作键传感器39中的一样。当教师10正在原声钢琴36上给出展示性演奏时，音乐数据产生器37 周期性地提取键位置数据和弦槌位置数据，并且基于键位置数据和弦槌位置 数据来分析键移动和弦槌移动。音乐数据产生器37确定被分配给按下的键 36c/36d和被释放的键36c/36d的键编号、黑键36c和白键36d开始向着终点 位置行进的时刻、在向着终点位置的路径上的实际键速度、黑键36c和白键 36d开始向着静止位置返回的时刻、向着静止位置的路径上的键速度、弦槌 36f与琴弦36h碰撞的时刻、以及在碰撞之前瞬间的最终弦槌速度。音乐数据产生器37将键位置数据和弦槌运动数据正规化，并根据正规化之后的键运动数据和弦槌运动数据而产生MIDI音乐数据代码。键运动数据和弦槌运动数据这两者都被称为"演奏数据"。音乐数据产生器37通过正规化来从演奏数据中消除自动弹奏器钢琴的个性。自动弹奏器钢琴的个性是由于传感器位置、传感器特性以及组成部分的尺寸的差异。由此，将自动弹奏器 钢琴的演奏数据正规化为理想自动弹奏器钢琴的演奏数据。从理想自动弹奏器钢琴的演奏数据产生音乐数据，并且将其存储为MIDI音乐数据代码。将 MIDI音乐数据代码从音乐数据产生器37提供到控制模块11。 控制模块11图6示出了通过通信网络30中的通信信道而连接的控制模块12和22。 乐器11的音乐数据产生器37连接到控制模块12,使得MIDI音乐数据代码 间歇性地到达控制模块12。控制模块12通过通信网络30 (即，因特网)的 通信信道而连接到所述另一控制模块22。 MIDI音乐数据代码通过通信网络 30传输到另一控制模块22,并且以不规则的间隔到达该控制模块22。该另 一控制模块22连接到乐器21的音乐信息处理器38b,并且将MIDI音乐数据 代码从控制模块22提供到乐器21的音乐信息处理器38b。控制模块12包括内部时钟51a、分组传送器模块51b和时间加戳器51c。 内部时钟51a测量经过的时间，并且时间加戳器51c检查内部时钟51a,以查 看MIDI音乐数据代码何时到达。当一个MIDI音乐数据代码或多个MIDI音 乐数据代码到达时间加戳器51c时，时间加戳器51c将到达时刻标记到一个 或多个MIDI音乐数据代码上。分组传送器模块51b产生分组，并且将该分 组传输到通信网络30,在该分组中加载了 MIDI音乐数据代码和时间代码。当教师IO正演奏音乐时，MIDI音乐数据代码间歇性地到达时间加戳器 51c,并且时间加戳器51c将表示到达时刻的时间数据代码添加到MIDI音乐 数据代码。时间加戳器51c将MIDI音乐数据代码和时间数据代码一起提供 给分组传送器模块51b,并且分组传送器模块51b通过因特网IO而将分组传 送到从属视听台50b。控制器61包括内部时钟61a、分组接收器模块61b和MIDI输出緩沖器 61c。分组接收器模块61b从分组中解开MIDI音乐数据代码和时间数据代码， 并且MIDI音乐数据代码与相关联的时间数据代码一起临时存储在MIDI输出 緩冲器61c中。MIDI输出緩冲器61c周期性地检查内部时钟61a，以查看要 将什么MIDI音乐数据代码传输到乐器21。当时间来临时，MIDI输出緩冲器 61c将一个或多个MIDI音乐数据代码传输到乐器21,并且如前具体描述的， 音乐信息处理器38b、运动控制器38c和伺服控制器38d彼此协作，以驱动电 磁控制键致动器38a。信号传播控制器图7A示出了信号传播控制器133的电路配置的示例。在此实例中，通 过模拟延迟线137和模拟开关138来分别实现延迟电路133b和开关133c。模 拟延迟线137将预定延迟时间引入语音信号Sl的传播。如前所述，预定延迟 时间等于通过语音分辨电路133a引起的预定延迟时间。当语音分辨电路133a 正将模拟开关138保持在接通状态时，模拟开关138呈现出极低的电阻，使 得语音信号Sl经过;f莫拟开关138,而没有严重的波形失真。在图7B中示出了语音分辨电i 各133a的电路配置。语音分辨电^各133a 包括时钟生成器71、频率倍减器72、前沿检测器73和74、以及反相器75。 时钟生成器71的输出节点连接到频率倍减器72的输入节点，并且频率倍减 器72的输出节点连接到前沿检测器73的输入节点和反相器75的输入节点。 反相器75的输出节点连接到另一前沿检测器74的输入节点。时钟生成器71生成时钟信号Sll,并且时钟信号Sll被提供到频率倍减 器72。频率倍减器72产生输出信号S12，其脉冲周期比时钟信号Sll的脉沖 周期长得多。输出信号S12的一半脉冲周期等于预定时间段T (见图8A)， 并且如后面详细描述的，在输出信号S12的一半脉沖周期期间检查振动信号 S3,以查看振动代表语音还是噪声。输出信号S12被直接提供到前沿检测器 73，并且在到达另一前沿检测器74之前被反相。由此，前沿检测器73和74 在输出信号S12的一半脉冲周期(即，预定时间段T)的开始时刻处交替升 高输出信号S13和S14。由此，通过前沿检测器73和74的输出信号S13和 S14来限定该预定时间段T。语音分辨电路133a还包括电平平移器76、电压比较器77和前沿检测器 78。电平平移器76和骨传导麦克风132的输出节点分别连接到电压比较器 77的输入节点，并且电压比较器77的输出节点连接到前沿检测器78的输入 节点。电平平移器76产生输出信号，其电势电平被固定为d。因而，利用电 压比较器77,比较振动信号S3与电势电平d。当正将噪声转换为振动信号 S3时，振动信号S3的电势电平在阈值范围士d内波动，并且电压比较器77 将输出信号保持为低电平。另一方面，当正将语音转换为振动信号S3时，正 波峰超出阈值d,并且电压比较器77在超出阈值d的电势电平期间将输出信 号保持为高电平。前沿检测器78在每次电势电平超出阈值d时升高输出信号。 由此，前沿检测器78的输出信号S15指示超出阔值d，并且输出信号S15的 频率是表示语音的振动信号S3的频率的一半。可与电平平移器76、电压比较器77和前沿检测器78并行地提供产生-d 的输出信号的电平平移器、另一电压比较器和另一前沿检测器。在此实例中， 前沿检测器指示向上超出阈值d，而该另一前沿检测器指示阈值-d之下的延 迟。将前沿检测器78的输出信号与另一前沿检测器的输出信号进行或(OR) 操作，使得"或"门的输出信号指示表示语音的振动信号的频率。语音分辨电^各133a还包括"与非(NAND)"门79和80、反相器81和 82、以及计数器83和84。每个与非门79和80具有两个输入节点。与非门 79的两个输入节点之一连接到频率倍减器72的输出节点，而与非门79的另 一输入节点连接到前沿检测器79的输出节点。在每隔一个预定时间段T的期 间，频率倍减器72通过输出信号S12而使能与非门79,被使能的与非门79 使得前沿检测器78的输出信号S15反相。另一与非门80的输入节点之一连接到反相器75的输出节点，而与非门80的另一输入节点连接到前沿检测器 78的输出节点。在其余的预定时间段T期间，频率倍减器72通过输出信号S12的互补 信号来使能与非门80,并且被使能的与非门80使得前沿检测器78的输出信 号S15反相。与非门79和80的输出节点分别连接到反相器81和82的输入 节点，并且反相器81和82的输出节点分别连接到计数器83和84的输入节 点IN。利用反相器81和82，分别使输出信号S16和S17反相，使得将前沿 检测器78的输出信号S15在每隔一个预定时间段T期间从反相器81的输出 节点提供到计数器83的输入节点IN，并在其余的预定时间段T期间从反相 器82的输出节点提供到另一计数器84的输入节点IN。计数器83还具有各个重置节点R和各个溢出节点OF。当在每隔一个预 定时间段T期间将输出信号S16重复地升高到高电平时，通过输出信号S16 逐步递增计数器83。当计数器83达到预定数目时，计数器83将溢出节点 OF改变为高电平。计数器83将溢出节点OF保持在高电平，直到重置节点R 变为高电平。另一方面，当在其余的预定时间段T期间将输出信号S16重复 地升高到高电平时，通过输出信号S16逐步递增计数器84。当计数器84达 到预定数目时，计数器84将溢出节点OF改变为高电平。计数器84将溢出 节点OF保持在高电平，直到重置节点R变为高电平。按以下方式来确定所述预定时间段T和预定数目噪声不会使得计数器 83和84将溢出节点OF改变为高电平。即使在关节处产生大的噪声，该大噪 声也不会使得计数器83和84达到该预定数目，并且溢出节点OF不会变为 高电平。另一方面，即使教师10即刻变得安静，计数器83和84也将溢出节 点OF保持为高电平。由此，所述阈值范围士d、预定时间段T和预定数目是 语音分辨电路133a的重要设计参数，并且电路设计者确定这些设计参数，以 便从噪声中分辨出语音。语音分辨电^各133a还包括延迟电路85和86、或门87、锁存器电路88 和89、以及或门90。延迟电路85具有连接到前沿检测器74的输出节点的输 入节点，以及连接到计数器83的重置节点R的输出节点。另一延迟电路86 的输入节点连接到前沿检测器73的输出节点，延迟电路86的输出节点连接 到计数器84的重置节点R。或门87具有两个输入节点，它们分别连接到前 沿检测器73和74的输出节点。或门87的输出节点连接到锁存器电路88和89的控制节点C,并且计数器83和84的溢出节点OF分别连接到锁存器电 路88和89的输入节点。锁存器电路88和89的输出节点分别连接到或门90 的输入节点，并且或门90的输出节点连接到模拟开关138的控制节点。如前所述，前沿检测器73和74在预定时间段T的开始处将输出信号S13 和S14改变为高电平。对输出信号S13和输出信号S14进行或操作，使得或 门87在预定时间段T的每个开始处将锁存器信号S18改变为高电平。锁存器 信号S18被提供到锁存器电路88和89的控制节点C,并使得锁存器电路88 和89将其输出节点改变为与计数器83和84的溢出节点OF处的电势电平相 同的电势电平。由此，在每个预定时间段T的开始处，由锁存器电路88和 89分别锁存溢出节点OF的电势电平。锁存器电路88和89的输出节点连接 到或门90的输入节点，使得锁存器电路88的输出信号S19与另一锁存器电 路89的输出信号S20进行或操作。将门控信号S4从或门90的输出节点提供 到模拟开关138的控制节点。因为通过延迟电路85将输出信号S14提供到计数器83的重置节点R, 所以计数器83在被输出信号S16的互补信号递增的预定时间段T的下一预定 时间段T开始时被重置为零。另一方面，通过延迟电路86将输出信号S13 提供到计数器84的重置节点R,使得计数器84类似地在被输出信号S17的 互补信号递增的预定时间段T的下一预定时间段T开始时被重置为零。延迟 电路85和86使得在计数器83和84的重置操作之前，确保由锁存器电路88 和89锁存溢出节点OF处的电势电平。在振动信号S3在数个预定时间段T上呈现噪声的情况下，计数器83和 84这两者都将溢出节点OF保持为低电平，并且由相关联的锁存器电路88和 89在每个预定时间段T的开始处重复锁存该低电平，并且或门90将门控信 号S4保持为无效(inactive)〗氐电平。在振动信号S3在特定预定时间段T中开始表示语音的情况下，存在两 种可能性。门控信号S4的电势电平取决于在该特定预定时间段T的结尾处、 在计数器83或84中找到的数目。首先，将输出信号S16或S17的互补信号假设为使得计数器83或84在 该特定预定时间段T中将溢出节点OF改变为高电平，并且在下一预定时间 段T开始时，由相关联的锁存器电路88或89锁存所述溢出节点OF处的高 电平。结果，锁存器电路88或89将输出信号S19或S20改变为高电平，并因此，或门90将门控信号S4改变为有效(active)高电平。其次，假设计数器83或84在该特定的预定时间段T结尾处未达到预定 数目。在此情况下，计数器83或84将溢出节点OF保持为低电平，并且相 关联的锁存器电路88或89向或门90提供该低电平。另一锁存器电路89或 88已将低电平提供给或门90。结果，或门90将门控信号S4保持为无效低电 平。在下一预定时间段T中，输出信号S16或S17的互补信号使得计数器83 或84将溢出节点OF改变为高电平，并且当控制进入新的预定时间段T时， 相关联的锁存器电路88或89使得或门90将门控信号S4改变为有效高电平。在振动信号S3在数个预定时间段T上表示语音的情况下，计数器83和 84将溢出节点改变为高电平，并且由相关联的锁存器电路88和89来交替锁 存该溢出节点OF上的该高电平。尽管在锁存操作之后立即将计数器83和84 重置为零，但锁存器电路88和89在重置操作之后保持该高电平，并且或门 卯将门控信号S4保持在有效高电平。在教师10在特定预定时间段T中停止发声的情况下，也存在两种可能 性。输出信号S16或S17的互补信号已经使得计数器83或84达到预定数目、 或还未使得计数器83或84达到预定数目。如果计数器83或84已经达到预定数目，则发现溢出节点OF为高电平。 由锁存器电路88或89锁存溢出节点OF的该高电平，并且或门90将门控信 号S4保持为有效高电平，直到该特定的预定时间段T结束为止。另一方面，如果计数器83或84未达到预定数目，则计数器83或84将 溢出节点OF保持为低电平，并在该特定的预定时间段T结尾处锁存溢出节 点OF处的该低电平。在进入该特定预定时间段T之后，立即将另一计数器 84或83重置为零，并且由另一锁存器电路89或88来锁存溢出节点OF处的 低电平。为此，发现或门卯的两个输入节点都为低。结果，或门90将门控 信号S4改变为无效低电平。图8A到图8D示出了声音收集器13a的操作，并且t0、 tl、 t2、 t2，、 t3、t3，、 t4、 t5、 t5，、 t6、 t6，、 t7、 t8、 t9、 t10、 tll、 t12、 tl3和U4是时间轴上 的具体时刻。当启动声音收集器13a时，时钟生成器71产生输出信号S11，其波形是 方波脉冲串。时钟生成器71将输出信号Sll提供给频率倍减器72，并且频 率倍减器72产生输出信号S12,其脉冲周期RP比时钟信号Sll的脉沖周期长预定倍。将输出信号S12提供到反相器75，使得反相器75输出所述输出 信号S12的互补信号。输出信号S12在预定时间段T中上升到高电平，并且 输出信号S12的互补信号也在该预定时间段T中上升到高电平。然而，互补 信号在相位上与输出信号S12相差180度。输出信号S12在时刻tl、时刻t5、 时刻t8…处上升到高电平，而互补信号在时刻t3、时刻t6、时刻tl2.,.处上升 到高电平。当输出信号S12上升到高电平时，前沿检测器73即刻将输出信号S13 短暂地改变为高电平。为此，输出信号S13在时刻tl、时刻t5、时刻t8.,.处 将其电势电平升高到高电平。另一前沿检测器73在互补信号的脉沖上升处即 刻改变输出信号S14,使得输出信号S14在时刻t3、 t6、 tl2.,.处将其电势电 平升高到高电平。由此，前沿检测器73和74交替改变预定时间段T的开始。 如后面将详细描述的，将前沿检测器73和74的输出信号S13和S14用于锁 存器操作，并将输出信号S13和S14的延迟信号用于重置才喿作。教师10在时刻t2开始语音解说。尽管振动信号S3在时刻tl处表示噪 声，但教师10的语音使得振动信号S3从时刻t2开始表示语音，并且振动信 号S3在阈值范围土d的上方和下方波动。发音从时刻t2持续到时刻t7。假设 噪声使得振动信号S3在时刻t9和时刻t10处、在阈值范围士d的上方和下方 波动。为此，在时刻t9和时刻t10处产生尖刺(spike ) SP1和SP2。当振动信号S3正在阈值范围士d上方和下方波动时，电压比较器77将输 出信号重复地改变为高电平，使得在时刻t2和时刻t7之间，从电压比较器 77输出脉冲串。尖刺SP1和SP2使得电压比较器77产生尖刺SP3和尖刺SP4。 将脉冲串提供到前沿检测器78，并且前沿检测器78在脉冲串的所有前沿处， 将输出信号S15即刻升高到高电平。尖刺SP3和SP4使得前沿检测器78在 时刻t9和时刻t10处产生脉沖SP5和尖刺SP6。从时刻t2到紧接在时刻t7 之前的时刻，将输出信号S15从前沿检测器78提供到与非门79和80。在时刻tl、时刻t5、时刻t8…处开始的每隔一个预定时间段T中，通过 输出信号S12使能与非门79,并且在时刻t3、时刻t6、时刻tl2…开始的其 余预定时间段T中，通过输出信号S12的互补信号来使能另一与非门80。为 此，对输出信号S15和输出信号S12进行"与非"操作，并且与非门79开始 在时刻t2处衰减输出信号S16，并且输出信号S16从时刻t2到时刻t3以及从 时刻t5到时刻t6发生波动。脉沖SP5和SP6使得输出信号S16在时刻t9和时刻t10处衰减电势电平。另一方面，对输出信号S15和输出信号S12的互 补信号进行与非操作，并且与非门80从时刻t3到时刻t5以及从时刻t6到时 刻t7重复地衰减输出信号S17。在时刻t2和时刻t3之间以及在时刻t5和时刻t6之间，将输出信号S16 从与非门79提供到反相器81，并且将输出信号S16的互补信号从反相器81 提供到计数器83的输入节点IN。噪声使得反相器81在时刻t9和时刻t10产 生脉冲SP7和SP8,并且也将脉沖SP7和SP8提供到计数器83的输入节点 IN。类似地，在时刻t3和时刻t5之间以及在时刻t6和时刻t7之间，将输出 信号S17从与非门80提供到反相器82，并且将输出信号S17的互补信号从 反相器82提供到计数器84的输入节点IN。输出信号S16的互补信号使得计数器83递增，并且计数器83在时刻tl 和时刻t3之间的预定时间段T中的时刻t2，处、以及在时刻t5和时刻t6之间 的预定时间段T中的时刻t5，处，达到预定数目。在时刻t3、时刻t6、时刻t12… 处将输出信号S14提供到延迟电路85，使得延迟电路85在时刻t3、时刻t6、 时刻tl2…之后立即将计数器85重置为零。为此，计数器83在时刻t2'和时 刻t5，处将溢出节点OF改变为高电平，并且在时刻t3、时刻t6之后立即将溢 出节点OF恢复为零。然而，脉冲SP7和SP8不会使得计数器83在时刻t8 和时刻tl2之间的预定时间段T中达到预定数目。为此，计数器83在时刻t8 和时刻tl2之间的预定时间段T中将溢出节点OF保持为低电平。输出信号S17的互补信号使得计数器84递增，并且计数器84在时刻t3 和时刻t5之间的预定时间段T中的时刻t3，处、以及在时刻t6和时刻t8之间 的预定时间段T中的时刻t6，处，达到预定数目。为此，计数器84在时刻t3， 和时刻t6，处将溢出节点OF改变为高电平。因为在时刻tl、时刻t5、时刻t8... 处将输出信号S13提供到延迟电路86,所以延迟电路86在时刻t5和时刻t8 之后立即将计数器84重置为零。对输出信号S13和输出信号S14进行或操作，并因此，或门87在时刻 tl、时刻t3、时刻t5、时刻t6、时刻t8、时刻U2…处将锁存器信号S18改变 为高电平。锁存器信号S18使得锁存器电路88和89获得所输入的溢出节点 OF处的电势电平。因为延迟电路85和86防止计数器83和84进行不完全的 锁存器操作，所以确保在预定时间段T的开始处，将溢出节点OF处的电势电平转发到相关联的锁存器电路88和89。在时刻tl、时刻t3、时刻t5、时刻t6、时刻t8、时刻tl2处，发现计数 器83的溢出节点OF处的电势电平分别为低电平、高电平、低电平、高电平、 低电平和低电平。为此，锁存器电路88在时刻t3和时刻t5之间、以及在时 刻t6和时刻t8之间，将输出信号S19升高到高电平，并在其余预定时间段T 中将输出信号S19保持为低电平。在时刻tl、时刻t3、时刻t5、时刻t6、时刻t8、时刻t12处，发现计数 器84的溢出节点OF处的电势电平分别为低电平、低电平、高电平、低电平、 高电平和低电平。为此，锁存器电路89在时刻t5和时刻t6之间、以及在时 刻t8和时刻tl2之间，将输出信号S20升高到高电平，并在其余预定时间段 T中将输出信号S20保持为低电平。对输出信号S19和输出信号S20进行或操作，使得或门90在时刻t3和 时刻tl2之间将门控信号S4改变为高电平。将门控信号S4从或门90提供到 模拟开关138。语音信号Sl从时刻t2到时刻t7开始表示教师10的语音，并且模拟延 迟线137向语音信号S1的传播中引入延迟时间T，，其等于预定时间段T。为 此，表示语音的语音信号Sl在时刻t4到达模拟开关138,并在时刻tll结束。 因为门控信号S4在时刻t3升高电势电平，并且在时刻tl2衰减，所以语音信 号Sl在时刻t3和时刻t12之间经过模拟开关138。尽管时刻t3和时刻t4之 间以及时刻tll和时刻t12之间的语音信号Sl表示与时刻tl和时刻t2之间以 及时刻t7和时刻t8之间的振动信号S3相似的噪声，但是噪声持续极短的时 间段，并且学生20忽略该噪声。时刻t9和时刻tl0处的噪声在时刻tl3和时 刻tl4到达模拟开关138。在噪声到达之前已关断了模拟开关138。为此，时 刻t9和时刻tl0处的噪声不会到达学生20。类似地，只要教师IO保持安静， 则展示性演奏中的音调不会到达学生20。由此，学生可将精力集中于通过乐 器21再现的音调，而不受到电子音调的干扰。如从前述描述将理解的，本发明的声音收集器13a具有两个麦克风131 和132。两个麦克风之一 132充当声带的振动的检测器，并且另一麦克风131 将声波转换为语音信号Sl。尽管噪声也从空气传播到该另一麦克风131，但 是信号传播控制器133允许语音信号Sl在声带的振动的检测期间从其中通 过。结果，从语音信号Sl中消除了噪声。本发明的声音信号传送器具有传送器模块13b,其连接到声音收集器 13a。因为声音收集器13a防止传送器模块13b接收到噪声，所以从传送器模 块13b传送出表示语音的声音信号。本发明的音乐演奏系统具有音乐台1,其上配有声音信号传送器和乐器 11。当教师IO正在乐器11上给出展示性演奏时，控制模块12通过通信信道 将音乐数据传送到另一音乐台2，并且自动弹奏系统在乐器21上为学生20 再现该展示性演奏。尽管麦克风131将通过乐器11产生的音调转换为语音信 号S1，但是表示音调的语音信号不会到达传送器模块13b，使得学生仅仅通 过乐器听到该展示性演奏。由此，本发明的音乐演奏系统防止学生20听到嘈 杂的电子音调。教师IO可在展示性演奏期间发声。在此情形下，将发声与音调转换为语 音信号，并且将发声和音调与音乐数据并行地传送到音乐台2。自动弹奏器 38通过乐器21再现音调，并且通过声音系统232将发声和音调转换为语音 和音调。然而，教师10通常在展示性演奏之前和/或之后给出解说。换言之， 并行传送是例外的。为此，本发明的音乐演奏系统使得学生20仔细地聆听展 示性演奏。尽管已示出和描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员将清楚， 可进行各种改变和修改，而不会脱离本发明的精神和范围。乐器ll、控制模块12和声音传送器13可具有整体结构。例如，可在乐 器11的箱体内安装控制模块13和声音传送器13。类似地，可在乐器21内 部安装控制模块22和接收器模块23。因特网不对本发明的技术范围设置任何限制。音乐台1和2可通过 LAN(局域网)来相互连接。近距通话式麦克风131不对本发明的技术范围设置任何限制。可使用非 定向麦克风来收集环境声音。骨传导麦克风可在头盖骨、下巴或颧骨上与皮肤接触。可以使用低声 (murmur)麦克风来替代骨传导麦克风。低声麦克风将通过人体传播的振动转 换为电信号。音乐演奏系统可用于远程音乐会。演奏者在乐器11上演奏音乐曲调，并 且通过通信信道将音乐数据从音乐台1传送到另一音乐台2。自动弹奏器38 通过乐器21再现音乐曲调。演奏者在另一音乐台2上或周围跟听众谈论有关音乐曲调，并且声音收集器13a将谈论转换为语音信号，并通过通信信道将 该语音信号传送到另一音乐台2。从声音系统232发出该谈论。信号传播控 制器133不允许表示音调的语音信号到达传送器模块13b。为此，仅仅通过 乐器21再现演奏，而且听众享受它们。两个演奏者可通过本发明的音乐演奏系统来进行合奏。同时可向多个学生教授远程课程。声音收集器13a可连接到记录器，而不是传送器模块。在此实例中，声 音收集器13a允许演奏者进行谈论，而不会中断记录。自动弹奏器钢琴11和21不对本发明的技术范围设置任何限制。存在配 有自动弹奏器的多种混合型乐器。将弦乐器与自动弹奏器组合，并且混合型 管乐器可具有自动弹奏器。已知自动鼓组(automatic drum set)。可用其他种 类的混合型乐器来替代自动弹奏器钢琴11/21。此外，可用例如电子键盘和电子管乐器的电子乐器来替代自动弹奏器钢 琴11和21。电子乐器基于音乐数据代码，通过音调生成器来产生电子音调。如果延迟时间是可忽略的，则可从信号传播控制器133中移除延迟电路 133b。尽管在图7B中通过有线逻辑电路来实现语音信号分辨器133a,但可以 通过计算机程序来实现语音信号分辨器133a的功能。在此实例中，需要信息 处理器、采样电路和电流驱动器，并且在诸如CD-ROM(致密盘只读存储器) 的适当的存储器中存储该计算机程序。当该计算机程序在信息处理器上运行 时，实现以下任务。振动信号S3被采样并转换为规则时间间隔的离散值，并 且由信息处理器周期性地提取该离散值。信息处理器汇集离散值，并检查该 离散值，以查看振动信号S3表示噪声还是声带的振动。表示声带振动的振动 信号S3具有比阔值范围士d更宽的幅度，并且在某一时间段中持续向上超出 阈值。当信息处理器发现声带振动时，信息处理器请求电流驱动器将处于有 效高电平的门控信号提供到模拟开关138的控制节点。另一方面，如果振动 信号S3表示噪声，则信息处理器请求电流驱动器将门控信号保持在无效低电 平上。声带不对本发明的技术范围设置任何限制。可将骨传导麦克风附连到弦 乐器的主体上。当演奏者正在该弦乐器上用弓来演奏音乐曲调时，信号传播 控制器允许传送器模块将声音信号从非定向麦克风传送到另 一音乐台。然而，信号传播控制器在演奏之后停止声音信号。结果，环境噪声不会到达传送器 模块。如图9所示，还可将移动视觉图像从教师IO所位于的音乐台1A传送到 学生20所位于的另一音乐台2A。在此实例中，分别用视频电话52和62来 代替传送器模块13b和接收器模块231 。声音收集器13a和摄像机52a并联连 接到视频电话52,并且视频电话62连接到延迟电i 各62a，其随后并联连接到 视频显示器62b和耳机62c。在视频电话52中并入传送器模块，并在视频电 话62中并入接收器模块。语音数据和视觉数据通过通信信道而从传送器模块 传送到接收器模块，并且通过耳机62c和视频显示器62b而转换为语音和视 觉图像。尽管图6和图9所示的实施例将语音数据从教师的音乐台1AA传送到学 生的音乐台2/2A，但图10所示的再一音乐演奏系统在音乐台1B和2B之间 双向传送音乐数据和语音数据。在每个音乐台1B和2B中并入传送器模块13b 和接收器模块231a,并且声音收集器13a和声音系统232分别连接到传送器 模块13b和接收器模块231a。由此，在音乐台1B和2B之间传送语音数据。 为了给出音乐数据产生能力和自动弹奏能力，每个乐器11B和21B都包括原 声钢琴36、音乐数据产生器37和自动弹奏系统38。图中所示的电子原声弦乐器的组成部分与以下的权利要求语言相关。语音信号Sl对应于"声音信号"，声带充当"声源"。骨传导麦克风132充 当"振动检测器"，骨骼和皮肤作为整体构成"振动传播介质"。近距通话式麦 克风131对应于"麦克风，，，信号传播控制器133在权利要求中也称为"信号传 播控制器"。教师IO是"生命体"。语音分辨电路133a充当"目标声音分辨电 路"。门控信号S4对应于"控制信号"，关节、鼓膜和乐器ll是"其他源"。传送器模块13b对应于权利要求中的"传送器"。乐器11/21和控制模块12在权利要求中也被称为"乐器"和"控制模块"， 通信信道充当"通信信道"。黑键36c和白键36d充当"多个操纵器"，自动弹 奏系统38具有"音调生成能力"。音调生成系统36b在权利要求中被称为"音 调生成器"。键传感器39、弦槌传感器40和音乐数据产生器作为整体构成"音 乐数据生成系统"。
权利要求
1、一种声音收集器(13)，用于输出表示从声源通过空气传播的声波的声音信号(S1)，包括麦克风，将通过所述空气传播的所述声波转换为所述声音信号，其特征在于还包括振动检测器(132)，被附连到围绕所述声源的、在振动传播特性上不同于所述空气的振动传播介质，并将所述振动传播介质的振动转换为振动信号(S3)；以及信号传播控制器(133)，被连接到所述振动检测器(132)，以便查看所述振动信号(S3)是表示所述声源的所述振动还是噪声，在所述振动信号(S3)表示所述声源的所述振动时，允许所述声音信号(S1)从其中通过，并且在所述振动信号(S3)表示所述噪声时，截断所述声音信号(S1)。
2、 如权利要求1所述的声音收集器，其中所述振动传播介质是生命体(IO) 的一部分。
3、 如权利要求2所述的声音收集器，其中所述生命体(10)具有充当所述 声源的声带。
4、 如权利要求3所述的声音收集器，其中所述声带振动以产生语音，并 且所述声带的振动通过形成部分所述振动传播介质的骨骼来传播。
5、 如权利要求1所述的声音收集器，其中所述信号传播控制器(133)包括目标声音分辨电路(133a),具有连接到所述检测器(132)的输入节点，在 所述振动信号(S3)中检测所述声源的振动，以将控制信号(S4)改变为有效电 平，并在所述振动信号(S3)表示所述噪声时，将所述控制信号(S4)保持在无效 电平，以及切换单元(133c),具有输出节点、连接到所述麦克风(131)的输入节点以 及连接到所述目标声音分辨电路(133a)的控制节点，并且响应于处于所述有效 电平的所述控制信号(S4)而将所述声音信号(S1)从所述输入节点传播到所述 输出节点。
6、 如权利要求5所述的声音收集器，其中所述目标声音分辨电路在所述 声源的所述振动的检测和所述控制信号(S4)改变到所述有效电平之间引入延迟时间(T)，使得所述信号传播控制器(133)进一步包括在所述麦克风(131)和所 述切换单元(133c)之间连接的延迟电路(133b)。
7、 如权利要求1所述的声音收集器，其中在生命体(10)的嘴部附近提供 所述麦克风(131),用于转换从充当所述声源的声带发出的所迷声波，并且所 述检测器(132)保持与所述生命体(10)接触。
8、 如权利要求7所述的声音收集器，其中所述检测器(132)转换通过所 述生命体(10)的身体传播的、所述声带的所述振动。
9、 一种声音信号传送器(13)，用于通过通信信道向目标(2)传送声音信号 (Sl),包括声音收集器(13a)，所述声音收集器(13a)包括麦克风(131)，其将从声 源通过空气传播的声波转换为所述声音信号(S1);以及传送器(13b)，通过所述通信信道向所述目标(2)传送所述声音信号(S1), 其特征在于所述声音收集器(13a)还包括振动检测器(132)，被附连到围绕所述声源的、在振动传播特性上不 同于空气的振动传播介质，并将所述振动传播介质的振动转换为振动信号 (S3);以及信号传播控制器(133),被连接在所述振动检测器(132)和所述传送器 (13b)之间，以便查看所述振动信号(S3)是表示所述声源的所述振动还是噪声， 在所述振动信号(S3)表示所述声源的所述振动时，允许所述声音信号(S1)从其 中通过，并且在所述振动信号(S3)表示所述噪声时，截断所述声音信号(S1)。
10、 如权利要求9所述的声音信号传送器，其中在通信网络(30)中建立 所述通信信道。
11、 如权利要求IO所述的声音信号传送器，其中因特网充当所述通信网 络(30)。
12、 如权利要求9所述的声音信号传送器，其中在生命体的嘴部附近提il声音信号，并且所述检测器(13;;保持与;斤述生命体接触。；' '
13、 如权利要求12所述的声音信号传送器，其中所述检测器(132)转换 通过所述生命体(10)的身体传播的、所述声带的所述振动。
14、 如权利要求9所述的声音信号传送器，其中所述信号传播控制器(133)包括目标声音分辨电路(133a)，具有连接到所述检测器(132)的输入节点，在 所述振动信号(S3)中检测所述声源的振动，以将控制信号(S4)改变为有效电 平，并在所述振动信号(S3)表示所述噪声时，将所述控制信号(S4)保持在无效 电平，以及切换单元(133c)，具有输出节点、连接到所述麦克风(131)的输入节点以 及连接到所述目标声音分辨电路(133a)的控制节点，并且响应于处于所述有效 电平的所述控制信号(S4)而将所述声音信号(S 1 )从所述输入节点传播到所述 输出节点。
15、 一种用于音乐演奏的音乐演奏系统，包括 通信信道，用于从其中传播音乐数据和声音数据； 音乐台(1;1A;1B),被连接到所述通信信道并且包括乐器(11;11B)，具有用于指定要产生的音调并产生表示所述音调的音 乐数据的多个操纵器(36c, 36d)，控制模块(12),被连接到所述乐器(11;11B)，并将所述音乐数据传输 到所述通信信道，以及声音信号传送器(13),被连接到所述通信信道并且包括声音收集器(13a)，具有麦克风(131),其将从所述声源通过所述 空气传播的声波转换为声音信号(S1);以及传送器(13b)，通过所述通信信道传送由所述声音信号表示的声 音数据；以及另一音乐台(2,2A,2B)，被连接到所述通信信道，并且包括另一乐器(21; 21B),具有无需人类演奏者任何手指弹奏的音调生成 能力，另一控制模块(22),从所述通信信道接收所述音乐数据，并按时间 将所述音乐数据供应给所述另一乐器(21;21B)，以便使得所述另一乐器(21; 21B)在所述音乐数据的基础上产生所述音调，以及声音信号接收器(23)，从所述通信信道接收所述声音数据，并在所 述声音数据的基础上产生声音， 其特征在于，所述声音收集器(13a)还包括固件的侧视图；图9B是紧固件的局部放大视图；图9C是相应于共鸣箱的高音域部分的其中 一个发声构件的侧视图； 图9D是相应于共鸣箱的中音域部分的其中一个发声构件的侧碎见图； 图9E是相应于共鸣箱的低音域部分的其中一个发声构件的侧视图； 图10是图6所示的中音域部分的局部放大视图； 图11是用于将发声构件安装到共鸣箱上的支承绳缆的外视图； 图12是沿图10中的B-B线取的局部剖视图；图13是示出了根据本发明的改进的键盘式打击乐器的内部的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行详细描述，所述附图显示了本发明的优选 实施例。图1A到1D分别示出了根据本发明一个实施例的键盘式打击乐器10的 后视图、左侧视图、正视图和右侧视图。在下面的描述中，打击乐器10的 面向演奏者的一侧被称之为前侧，参考面向打击乐器10的演奏者确定打击 乐器10的左右方向。首先，对键盘式打击乐器IO的概况进行说明。所述打击乐器10适于使每一个金属发声构件在该发声构件受到击打时振动，以发出音乐乐音。如图1C所示，该打击乐器10包括具有多个白键和多个黑键的键盘KB、适于 演奏者用脚操作的延音踏板(damper pedal) 12、和踏板箱11，在所述踏板 箱11中具有能够依照延音踏板12的运动垂直地移动踏板联接棒(pedal coupling rod) 13的机构。当演奏者按下键盘KB的任何琴键时，设置在该键 盘式打击乐器10内部的、与各个琴键分别对应的相应的一个发声构件就会 被击打，以发出音乐乐音。延音踏板12适于控制发声构件的振动。具体地 说，在演奏者踩踏延音踏板12的状态下，即使演奏者不再按下琴^t,相应 的发声构件的振动也不会被抑制。如此，与演奏者没有踩踏延音踏板12的 情形相比，从被击打的发声构件发出的音乐乐音时间段变得更长。该键盘式打击乐器10包括第一反射板100A和第二反射板100B,两个 反射板用于将在乐器10内发出的音乐乐音向乐器IO的后部输出。这些反射 板100A、 100B以预定的角度安装到乐器10的下部。
全文摘要
音乐台(1)通过通信网络(30)连接到另一音乐台(2)，通过不同的通信信道将表示自动弹奏器钢琴(11)的展示性演奏的音乐数据和表示教师的解说的语音数据从音乐台(1)传送到另一音乐台(2)；并且近距通话式麦克风(131)和骨传导麦克风(132)被合并到音乐台(1)上的声音收集器(13a)中，并且检查来自骨传导麦克风(132)的振动信号(S3)，以查看教师(10)的声带是否振动；当答案给出为肯定时，将语音信号(S1)从近距通话式麦克风(131)传送到传送器模块(13b)，使得声音收集器(13b)不允许传送器模块(13b)传送表示诸如音调的噪声的语音信号(S1)；由此，音乐演奏系统防止学生(20)听到从耳机中再现的音调。
文档编号G10H1/00GK101221751SQ20081000163
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月4日 优先权日2007年1月10日
发明者上原春喜, 又平健次 申请人:雅马哈株式会社