内力感觉控制设备、控制内力感觉的方法及其乐器的制作方法

专利名称：内力感觉控制设备、控制内力感觉的方法及其乐器的制作方法
技术领域：
本发明涉及内力感觉控制设备，并且更具体地，涉及用于乐器的内力感 觉控制设备、用于控制内力感觉的方法和配有内力感觉控制设备的乐器。
背景技术：
在曰本专利申请特开平(Hei) 10-177378公开了内力感觉控制设备的典 型例子。现有技术的内力感觉控制设备被开发用于电子键盘，并且旨在向演 奏者提供钢琴键触感，即原声钢琴的键上的内力感觉。当演奏者按下和释放 原声钢琴的键时，各种现象依次发生，并且对手指的反作用随着这些现象而 复杂变化。这些现象是弦槌动作的变形、弦槌动作和弦槌之间的碰撞以及弦 槌托木(backcheck)对弦槌的捕获。对于现有技术的内力感觉控制设备考虑 那些现象，并且演奏者感受到接近于钢琴键触感的、电子键盘的键上的内力 感觉。
然而，在现有技术内力感觉控制设备中遇到的问题是，为了接近于钢琴 键触感的内力感觉，需要大尺寸的螺线管单元。详细地说，开始按下之后的 瞬间，由于大的加速度，要将大量的反作用力施加到按下的键上。大尺寸的 螺线管单元是昂贵的，增加了制造成本。

发明内容
因而，本发明的一个重要目的是提供一种内力感觉控制设备，其制造成 本相对较低。
本发明的另 一重要目的是提供在内力感觉控制设备中采用的用于控制内 力感觉的方法。
本发明的再一重要目的是提供配有内力感觉控制设备的乐器。 为实现这些目的，本发明提出了部分地通过第 一载荷施加器以及部分地 通过第二载荷施加器来施加载荷。
根据本发明的一个方面，提供了一种内力感觉控制设备，用于通过乐器
的操纵器来产生对演奏者的内力感觉，该内力感觉控制设备包括第一载荷 施加器，该第一载荷施加器包括运动观测器，其监视操纵器，并确定表示 操纵器移动的物理量，致动器，其分别被与操纵器相关联地提供，并且响应 于表示要施加到相关联的操纵器上的载荷的量的驱动信号，以便在演奏者内 部产生内力感觉的一部分，数据保存器，存储在物理量和要施加到操纵器上 的载荷的量之间的关系，以及控制器，该控制器具有选择器，连接到运动 观测器和数据保存器，以便基于物理量指定要施加的载荷的量，以及驱动器， 连接到选择器和致动器，以便将驱动信号调整为对应于载荷的幅度的值；以 及第二载荷施加器，连接到操纵器，并将载荷施加到操纵器，以便在演奏者 内部产生内力感觉的另一部分。
根据本发明的另一方面，提供了一种乐器，包括多个操纵器，由用户 选择性地在静止位置和终点位置之间移动，用于指定要产生的音调；以及内 力感觉控制设备，该内力感觉控制设备包括第一载荷施加器，包括运动 观测器，其监视操纵器，并确定表示操纵器移动的物理量，致动器，分别被 与操纵器相关联地提供，并且响应于表示要施加到相关联的操纵器上的载荷 的量的驱动信号，以便在演奏者内部产生内力感觉的一部分，数据保存器， 存储在物理量和要施加到操纵器上的载荷的量之间的关系，以及控制器，该 控制器具有选择器，连接到运动观测器和数据保存器，以便基于物理量指 定要施加的载荷的量，以及驱动器，被连接到选择器和致动器，以便将驱动 信号调整为对应于载荷的幅度的值；以及第二载荷施加器，连接到操纵器， 并将载荷施加到操纵器，以便在演奏者内部产生内力感觉的另一部分。
根据本发明的再一方面，提供了一种通过乐器的操纵器来产生对演奏者 的内力感觉的方法，包括以下步骤a)确定表示至少一个操纵器移动的物理 量；b)确定要以该物理量施加到前述至少一个操纵器的载荷的量；c)将驱动 信号调整为对应于要施加的载荷的幅度的值；以及d)将驱动信号提供给与前 述至少一个操纵器相关联的致动器，使得致动器通过载荷施加器与已经在步 骤a)之前激活的另一载荷施加器一起在演奏者内部产生内力感觉。


根据以下结合附图的描述，将更清楚地理解内力感觉控制设备、方法和 乐器的特征和优点，其中，
图1是示出在本发明的键盘乐器中合并的电子系统的系统配置的框图， 图2是示出键盘乐器的键盘单元的横截面侧视图，
图3是示出键盘乐器的键盘单元的横截面侧视图，
图4是示出电萄W空制致动器(solenoid-operated actuator)的结构和传感 器的结构的横截面侧视图，
图5是示出在键盘乐器中合并的机电(dectromechanical)载荷施加器的框
图，
图6是示出内力感觉表的数据结构的示意透视图， 图7是示出本发明的另 一乐器的结构的横截面侧视图， 图8是示出本发明的另 一 乐器的结构的横截面侧视图， 图9是示出本发明的另 一乐器的结构的横截面侧视图， 图10是示出本发明的另 一 乐器的结构的横截面侧视图， 图11是示出在本发明的另一键盘乐器中合并的机电载荷施加器的功能 的框图，
图12是示出在本发明的另一键盘乐器中合并的机电载荷施加器的功能 的框图，
图13是示出在本发明的键盘乐器的变型中合并的机电载荷施加器的功 能的框图，
图14是示出本发明的载荷施加器和电子键盘的踏瓣机构的结构平面图， 图15是示出踏瓣机构的结构的横截面侧视图，以及 图16是示出延音(damper)踏瓣的踏瓣行程-载荷特性和螺旋弹簧的弹 性特性的图。
具体实施例方式
实施本发明的内力感觉控制设备被安装在乐器中，该乐器具有多个操纵 器，以便通过操纵器在演奏者内部产生内力感觉。
内力感觉控制设备大体上包括第 一载荷施加器和第二载荷施加器。第一 载荷施加器与第二载荷施加器协作，以便在演奏者内部产生内力感觉。由此， 在第一载荷施加器和第二载荷施加器之间分享载荷，使得第二载荷施加器允 许设计者减少利用第 一载荷施加器所施加的一部分载荷。
详细地，第一载荷施加器包括运动(kinematical)观测器、致动器、数
据保存器和控制器，并且控制器具有选择器和驱动器。演奏者选择性地移动 操纵器，以便演奏音乐曲调。与操纵器相关联地提供致动器，并且致动器针 对操纵器的运动而向操纵器施加载荷。物理量和要施加的载荷的量之间的关 系被存储在数据保存器中。选择器被连接到运动观测器和数据保存器，并且 驱动器被连接到选择器和致动器。
运动观测器监视操纵器，并确定表示操纵器的移动的物理量。控制器通 过驱动信号驱动致动器，以针对操纵器的移动来施加载荷，由此在操纵器的 移动期间，第一载荷施加器在演奏者内部产生一部分内力感觉。为此，希望 控制器确定给定物理量的载荷的量，并且将驱动信号调整为要利用致动器施 加到操纵器上的部分载荷的量。
当演奏者移动操纵器时，运动观测器向选择器通知物理量，并且选择器
基于该物理量指定要施加的载荷的量。选择器向驱动器通知要利用致动器施 加到操纵器的载荷的量。然后，驱动器将驱动信号调整为与选择器所通知的 载荷相对应的幅度的值。将驱动信号从驱动器提供给致动器，从而使致动器 将载荷施加到移动的操纵器。由此，第一载荷施加器需要用于内力感觉的致 动器。然而，第二载荷施加器承受部分内力感觉。结果，不希望第一载荷施 加器将所有载荷量施加到操纵器。这使得致动器的尺寸减小。
如将从前述描述所理解的，内力感觉控制设备通过包括以下步骤的方法
来控制要施加到操纵器上的载荷确定表示至少一个操纵器的移动的物理量；
确定要以该物理量施加到前述至少一个操纵器的载荷的量；将驱动信号调整 为对应于要施加的载荷的幅度的值；以及将驱动信号提供给与前述至少一个 操纵器相关联的致动器，使得致动器与已经在步骤a)之前激活的另一载荷施 加器一起在演奏者内部产生内力感觉。
在以下描述中，术语"前部，，表示与术语"后部"所修饰的位置相比，更接 近于坐在凳子上、在键盘乐器上演奏的演奏者的位置。在前部位置和相应的 后部位置之间所绘的线在纵长方向上延伸，并且横向方向以直角与纵长方向 相交。"上下方向"垂直于由纵长方向和横向方向限定的平面。
第一实施例
电子系统
首先参照附图的图1,实施本发明的键盘乐器1大体上包括电子系统la、 载荷施加器lb和键盘单元100。键盘乐器1已知为电子钢琴。电子系统la
与^:盘单元ioo相组合，并处理演奏者通过^:盘单元ioo赋予电子系统ia的
演奏数据和负荷(charge)数据。演奏数据表示要产生的电子音调，并且电子系 统la通过对演奏数据的数据处理而产生电子音调。负荷数据表示物理量，其 代表键盘单元100的移动，并且电子系统la与载荷施加器lb协作，以便对 演奏者给出内力感觉。
电子系统la包括信息处理系统lc、小尺寸电磁控制致动器4、传感器5、 逻辑电路6、螺线管驱动器50a、数据存储设备(facility)104、操纵面板105、 视觉图像产生器106、电子音调生成器107和接口 108。信息处理系统lc、逻 辑电路6、螺线管驱动器50a、数据存储设备104、操纵面板105、视觉图像 产生器106、电子音调生成器107和接口 108被连接到共享总线系统200，使 得在信息处理系统lc与其它系统组件4、 5、 6、 50a、 104、 105、 106、 107 和108之间传送各种数字信号。小尺寸电磁控制致动器4和传感器5分别被 连接到螺线管驱动器50a和逻辑电路6。
信息处理系统lc是信息处理能力的源，并且包括缩写为"CPU"的中央处 理单元、外设处理器(未示出)、缩写为"ROM，，的只读存储器102、以及缩写 为"RAM"的随机存取存储器103。中央处理单元101响应于指令代码，并执 行算术运算和逻辑运算。只读存储器102主要充当程序存储器，并且将计算 机程序存储在只读存储器102中。随机存取存储器103充当工作存储器，并 且将数据临时存储在随机存取存储器103中。
计算机程序被分为主例程程序和子例程程序。当主例程程序正在中央处 理单元101上运行时，用户可通过操纵面板105和视觉图像产生器106与电 子系统la通信。
为了生成电子音调而准备子例程程序之一。当中央处理单元101正在重 复用于生成电子音调的子例程程序时，分析表示键2a和2b的移动的演奏数 据，并且基于演奏数据而产生表示要生成的电子音调的音乐数据代码。将音 乐数据代码传送到电子音调生成器107，并且通过电子音调生成器107生成 电子音调。
为了测量经过时间而准备另一子例程程序。为了内力感觉而准备再一子 例程程序，并在下文中详细描述。
信息处理系统lc、小尺寸电磁控制致动器4、逻辑电路6、螺线管驱动 器50a和传感器5充当机电载荷施加器ld,其形成载荷施加器lb的一部分。
^L电载荷施加器ld通过4建盘单元100在演奏者内部产生内力感觉的一部分。 机械载荷施加器3形成载荷施加器lb的另 一部分，并产生内力感觉的一部分。 由此，机电载荷施加器ld与机械载荷施加器3协作，以便在演奏者内部产生 完整的内力感觉。
下文中结合载荷施加器lb详细描述小尺寸电磁控制致动器4和传感器
数据存储设备104具有大量的数据保存能力，并且由硬盘驱动单元实现。 将多组内力感觉数据、载荷施加器控制数据和一组载荷施加数据与音乐文件 一起存储在数据存储设备104中。当用于生成内力感觉的子例程程序正在中 央处理单元101上运行时，中央处理单元101参照载荷施加数据、内力感觉 数据和栽荷施加器控制数据，确定要施加的惯性载荷的幅度。下文中将详细 描述该组载荷施加数据、多组内力感觉数据和载荷施加器控制数据。多组音 乐数据代码分别被存储在音乐文件中，每组音乐数据代码表示音乐曲调，并 且对于通过电子音调生成器107的重放而准备音乐曲调。
操纵面板105形成人机界面的一部分，并包括按钮开关、键和鼠标。当 主例程程序正在中央处理单元101上运行时，中央处理单元101周期性地检 查操纵面板105，以查看用户按下了哪个按钮开关或键以及用户在哪里点击 鼠标，并基于按下的按钮开关、按下的键和点击的位置来确定用户的意图。
视觉图像产生器106由液晶显示面板106a、显示驱动器106b和数模转 换器45 (见图5)实现，并形成人机界面的另一部分。显示驱动器在液晶显 示面板106a上产生各种符号图像、字符图像和光标图像。视觉显示产生器106 通过符号图像和字符图像来提供作业菜单、各种列表和其它菜单，并向用户 通知电子^T建盘1的当前状态。当前状态之一是通过机电载荷施加器ld而施加 到键2a和2b的惯性载荷的量。惯性载荷的量随时间而变化，并且在液晶显 示器106a上产生表示惯性载荷的量的波形图像。显示驱动器106b根据鼠标 的移动而改变液晶显示面板106a上的光标图像的位置，并使用户可以通过点 击特定图像而表达他或她的意图。几个符号图像表示要赋予电子音调的不同 音色(tone color)。
电子音调生成器107包括音调生成器和声音系统。音调生成器基于音乐 数据代码而产生音频信号，并且通过声音系统将音频信号转换为电子音调。 在用户已经从音色的列表中选择了特定音色的情况下，将该特定音色赋予电 子音调。
接口 108包括键开关、信号接口和通信接口。键开关被连接到黑键2a 和白键2b。当用于生成电子音调的子例程程序正在中央处理单元101上运行 时，中央处理单元101周期性地检查键开关，以查看演奏者是否按下和释放 黑键2a和白键2b中的任何一个或多个。当中央处理单元101发现按下的一 个或多个键2a/2b时，中央处理单元101产生表示用MIDI(乐器数字接口)协 议定义的音符开消息的一个或多个音乐数据代码，并且将音乐数据代码(一 个或多个)传送到电子音调生成器107。另一方面，当中央处理单元101发 现释放的一个或多个键时，中央处理单元产生表示音符关消息的一个或多个 音乐数据代码，并且将音符关音乐数据代码(一个或多个)传送到电子音调 生成器107。信号接口可通过线缆而与另一电子乐器连接，并且从和向该电 子乐器提供音乐数据代码。通信接口通过线缆或无线电信道被连接到因特网 和个人计算机系统，并且从程序源和数据源下载计算机程序和音乐数据文件。
键盘单元
转到图2和图3,键盘单元100包括黑键2a、白键2b、支撑结构201、 箱体202、行程导向器(stroke guide)203和键阻挡器204。在箱体202中限定 空腔空间，并在该空腔空间中容纳黑键2a、白键2b、支撑结构201、行程导 向器203和键阻挡器204。
空腔空间通过上端开口而向周围开放，并具有前部浅凹腔202a、中间深 凹腔202b和后部浅凹腔202c。支撑结构201被配备在后部浅凹腔202c内部， 并被固定到箱体202的后端部分。支撑结构201向黑键2a和白键2b提供旋 转轴。黑键2a和白键2b具有可旋转地连接到支撑结构201的后端部分。由 此，黑键2a和白键2b可围绕支撑结构201、在由箭头AR1指示的方向上旋 转，反之亦可。当演奏者正按下黑键2a的前部和白键2b的前部时，黑键2a 和白键2b分别在静止位置和终点之间的轨线上行进。
键阻挡器204在前部浅凹腔202a的底部上横向延伸，并对黑4建2a和白 键2b设置限制。当黑键2a和白键2b到达键阻挡器204时，黑键2a和白键 2b各自的上表面与箱体202的上围基本共面。
行程导向器203具有突出部分(projection)203a和导向结构203b。突出部 分203a被分别固定到键2a和2b。导向结构203b被配备在中间深凹腔202b 中，并且被固定到箱体202。导向结构203b形成有导向槽，并且突出部分203b
可分别在导向槽中移动。当黑键2a和白键2b在箭头AR1的方向上旋转时， 突出部分203a在导向结构203b的内表面上向下滑动，以便防止黑键2a和白 4建2b向侧面波动。
箱体202的底部形成有沟槽(slot),沟槽在黑键2a和白键2b的下方横向 延伸，并且将小尺寸电磁控制致动器4的阵列固定到箱体202,使便使其暴 露给后部浅凹腔202c。传感器5分别与小尺寸电磁控制致动器4相关联，并 且被连接到小尺寸电磁控制致动器4的下部。
载荷施加器
图4示出了小尺寸电磁控制致动器4的结构和传感器5的结构。小尺寸 电磁控制致动器4包括轭套400、线圈401、活塞402、杆403、头部404和 外壳406。在小尺寸电^F兹控制致动器4之间共享外壳406，并且外壳406被用 螺栓连接在箱体202上，如图2和图3所示。在外壳406中限定内部空间， 并且轭套400 ^皮容纳在外壳408的内部空间中。线圈401 -波堆叠在轭套400 上，并且通过合适的线缆而连接到螺线管驱动器50a。在线圈401中限定内部 空间，并线圈401具有中轴，中轴在上下方向上延伸通过该内部空间。在外 壳406中，在线圈401的上方和下方形成一对通孔。活塞402穿过通孔和线 圈401的内部空间。杆403从活塞402的上表面向上延伸，并且具有与活塞 402的中轴对齐的中轴。头部404被固定到杆403的上端，并且在相关联的 黑键2a的下表面或相关联的白键2b的下表面的附近。
当没有任何电流流过线圈401时，活塞402缩回到线圈401中，并且不 向上推动相关联的键2a或2b。下文中，将没有任何电磁力的活塞402的位置 称为"静止位置，，，并且活塞行程是静止位置和当前位置之间的差。
当电流流过线圈401时，在线圈401周围产生^f兹场，并且在向上的方向 上向活塞402施加电f兹力。结果，活塞402、杆403和头部404向上伸出外 壳406，从而将力施加到相关联的键2a或2b的下表面上。演奏者感受到针对 相关联的键2a或2b的向下移动的阻力。由此，小尺寸电磁控制致动器4在 相关联的键2a或2b上以机电的方式产生载荷。
每个传感器5包括活塞行程传感器5a和活塞速度传感器5b。活塞行程 传感器5a和活塞速度传感器5b直接监视相关联的活塞402的移动，并通过 活塞402间接监视相关联的键2a或2b。
活塞行程传感器5a包括外壳500a、套座(socket)501 、反射型光耦合器502以及光学调制器503。外壳500a被用螺栓连接在外壳406的底部，并且 外壳406的内部空间与外壳500a中限定的内部空间是连续的。当活塞403正 缩回线圈401中时，在外壳500a的内部空间中发现活塞402的下部。套座501 连接到活塞402的下部，并且光学调制器503被固定到套座501的侧表面。 为此，光学调制器503与活塞402和套座501 —起沿着活塞402的中轴移动。
在外壳500a中形成通孔，并且将反射型光耦合器502插入该通孔。反射 型光耦合器502在与活塞402的中轴垂直的方向上发出光束，并且光束落到 光学调制器503上。光学调制器503具有在上下方向上变化的反射率。在此 实例中，光学调制器上越接近活塞402的区域，反射率越小。换言之，反射 率从光学调制器503的上端向着光学调制器503的下端逐渐减少。光束入射 到光学调制器503上，并且在光学调制器503的区域上反射。反射光返回到 反射型光耦合器502，并被转换为光电流。因为反射率沿着活塞402的中轴 变化，所以反射光的量随着光束落入的区域的反射率而变化。当活塞402正 在向上的方向上伸出时，区域的反射率增加，并且反射率的差(以及因此的 光电流量的差)随着活塞行程而变化。从反射型光耦合器502取出光电流， 作为活塞位置信号Sp。键行程与活塞行程成反比例变化。将活塞位置信号Sp 提供给逻辑电路6。
活塞速度传感器5b由移动磁体型速度传感器实现，并且包括外壳500b、 磁体504和线圈506。外壳500b被固定到外壳500a的底部，并且磁体504 和线圈506被容纳在外壳500b中。磁体504通过杆连接到套座501，并具有 与活塞402的中轴对齐的中轴。螺旋弹簧505绕在杆上。
当活塞402正在移动时，〃磁体504与活塞402 —起移动，并且在线圈506 中以电^f兹的方式产生电流。从线圈506取出感生电流，作为活塞速度信号Sv， 并将活塞速度信号Sv提供给逻辑电路6。
转回图2和图3,机械载荷施加器3被安装到箱体202,并包括弦槌阻挡 器205、弦槌300、托架303、凸轮杆304a、步进电才几304b和调整螺杆306。 弦槌阻挡器205被固定到箱体202的底部的下表面上，并在横向方向上延伸。 如下文将描述的，弦槌300根据凸轮杆304a的角位置而与弦槌阻挡器205接 触或分开。
箱体202的底部还形成有沟槽202d，并且沟槽202d ^f皮布置在^f黄向方向 上。沟槽202d被形成在分别位于键2a和2b的后部的下方的底部的区域中，
并且被分别分配给弦槌300。托架303被分别配备在沟槽202d之前，并且被 固定到箱体202的底部。由此，托架303被分别配备在用于弦槌300的后部 浅凹腔202c中。弦槌300分别由托架303可旋转地支撑，并且分别具有位于 后部浅凹腔202c中的托架303之前的前动作部分301。弦槌300还具有位于 托架303后部的后载荷部分302，并且在弦槌阻挡器205下方向后延伸通过 沟槽202d。由此，弦槌300可关于托架303旋转，并l吏前动作部分301和后 载荷部分302在后部浅凹腔202c以及箱体202的底部下方的外部空间中移动。
调整螺杆306被分别拧进和拧出键2a和2b，并且将调整螺杆306的头 部调节到在黑键2a和白键2b停留在静止位置的情况下、前载荷部分301保 持与头部接触的位置。
每个后载荷部分302具有特定值的质量(mass) m。当驱动后载荷部分 302按照重心处的特定值的加速度a来旋转时，在后载荷部分302的重心上施 加了力F,其为F-mxa。因为前动作部分301在特定点上与相关联的键2a或 2b的后部接触，在相关联的键2a或2b的后部上施加力F，，作为对抗键移动 的载荷，力F，与前动作部分301和后栽荷部分302之间的长度比率成反比。 后载荷部分302的质量不同。用于较低音区(register)中的键2a和2b的后 载荷部分302在质量上比用于较高音区中的键2a和2b的后载荷部分302大。
凸轮杆304a在箱体202的底部下方、在横向方向上延伸，并利用合适的 轴承(未示出)由箱体202可旋转地支撑。步进电机304b连接到凸轮杆304a, 并具有输出轴(未示出)。输出轴的中轴与凸轮杆304a的中轴305对齐。如 图1所示，脉沖生成器304c电连接到步进电机304b，并使得在双方向上驱动 步进电机304b的输出轴和凸轮杆304a进行旋转。
凸轮杆304具有椭圓横截面，并具有在横截面上的短轴和长轴。凸轮杆 304保持与后载荷部分302接触。当凸轮杆304正在长轴上与后载荷部分302 保持接触时，弦槌300停留在图2中的点划线所示的位置上，并且如图3所 示，前动作部分301与被拧进相关联的键2a或2b中的调整螺杆306的头部 分开。在此情形下，即使演奏者如箭头AR1所示按下键2a和2b的前部，弦 槌300也不提供任何对抗键2a和2b的移动的阻力。当黑键2a和白键2b到 达终点位置时，调整螺杆306的头部与前动作部分301接触，或者仍然与前 动作部分301分开。由此，弦槌300在非激活位置上保持闲置，在该非激活 位置上，凸轮杆304a在长轴上与后载荷部分302保持接触。
另一方面，当脉冲生成器304c将脉冲提供给步进电机304b时，驱动凸 轮杆304a进行旋转，并如箭头AR2所示推动弦槌300。当凸轮杆304在短轴 上与弦槌300接触时，脉冲生成器304c停止脉冲。弦槌300到达由图2中的 点划线所绘的位置，后载荷部分302与弦槌阻挡器205接触，并且前动作部 分301与调整螺杆306的头部接触。在此情形下，当演奏者按下黑键2a和白 键2b时，黑键2a和白键2b开始在轨线上行进，并且弦槌300通过按下的键 2a和2b而在演奏者的手指上施加载荷。由此，弦槌300准备好在激活位置上 将载荷施加到键2a和2b，在该激活位置上，凸轮杆304a在短轴上与后载荷 部分302保持4妄触。
载荷施加器的行为
如前所述，为生成电子音调和控制内力感觉而准备子例程程序。尽管子 例程程序在中央处理单元101上并行运行，下文中对用于控制内力感觉的子 例程程序进行描述，因为电子音调的生成是本领域技术人员所公知的。图5 示出了载荷施加器lb的功能，并且部分地通过软件且部分地通过布线逻辑电 路来实现这些功能。
逻辑电路6被连接在传感器5和信息处理系统lc之间，并且多路复用器 6a、 10和21、模数转换器7、 11和22以及微分器20充当逻辑电路6。
每个多路复用器6a被连接到12个活塞位置传感器5a,它们与每个八度 音中的键2a和2b相关联。键盘单元IOO具有88个键2a和21)，从而对所有 黑键2a和白键2b准备8个多路复用器6a。 8个多路复用器6a分别连接到模 数转换器7。通过模数转换器7,将12个活塞位置信号Sp周期性地顺序转换 为数字活塞位置信号DSp。
每个多路复用器IO连接到12个活塞速度传感器5a，从而为所有黑键h 和白键2b准备8个多路复用器10。多个多路复用器IO分别连接到模数转换 器11。将多路复用器10与多路复用器6a同步，使得活塞位置信号Sp和活 塞速度信号Sv代表当前活塞位置x和当前活塞速度v，，这两者都表示键2a 和2b之一的移动。通过相关联的模数转换器11,将12个活塞速度信号Sv 周期性地顺序转换为数字活塞速度信号DSv。
分别为所有黑键2a和白键2b准备微分器20,并且通过微分器20来微 分活塞速度信号Sv。通过微分器20的微分，从活塞速度数据x，产生活塞加 速度数据x"，并且将活塞加速度信号Sa提供给8个多路复用器21。多路复
用器21分别连接到模数转换器22，并且也被与多路复用器6a同步。为此， 活塞加速度信号Sa代表当前加速度v"，并且当前加速度v"还与当前活塞位 置x和当前活塞速度v，一起表示键2a或2b的移动。将活塞加速度信号Sa周 期性地从多路复用器21顺序提供给相关联的模数转换器22，并且从活塞加 速度信号Sa产生数字活塞加速度信号DSa。
如前所述，逻辑电路6以规则的时间间隔，从活塞位置信号Sp和活塞速 度信号Sv，周期性地顺序产生数字活塞位置信号DSp、数字活塞速度信号 DSv和数字活塞加速度信号DSa，并且8个数字活塞位置信号DSp、 8个活 塞速度信号DSv和8个数字活塞加速度信号DSa表示每个规则时间间隔中的 8个键2a和2b的移动。8个数字活塞位置信号DSp、数字活塞速度信号DSv 和数字活塞加速度信号DSa也由中央处理单元101按规则时间间隔来提取。
螺线管驱动器50a包括被缩写为"PWM"的脉宽调制器50b和反馈电路 51。代表载荷施加数据的脉宽控制数据CTL2被提供给脉宽调制器50b,并且 载荷施加数据表示驱动信号DR1的平均电流量。在此实例中，作为脉冲串 (pulse train)而产生驱动信号DRl,并且脉沖串的占空比等同于平均电流。脉 宽调制器50b以给定占空比来产生驱动信号DR1，并且将驱动信号DR1从脉 宽调制器50b提供到反馈电路51。尽管环境温度对活塞的推力(thrust)具有不 利影响，但利用反馈电路51，反馈电路51将该推力保持在由内力感觉数据 表示的值。之后，将驱动信号DR1从反馈电路51提供给小尺寸电磁控制致 动器4。
多组内力感觉表30、 31、 32和33被存储在数据存储设备104中。因为 在磁滞曲线(hysteresis)上绘制有关活塞位置x的内力感觉数据，所以为了位于 从静止位置到终点位置的路径上的活塞位置x以及位于从终点位置到静止位 置的路径上的活塞位置x分别准备内力感觉表30和内力感觉表31。表示被 施加到键2a和2b的载荷的内力感觉数据被与表示键2a和2b的移动的物理 量相关。活塞位置x是内力感觉表30和31中的物理量。内力感觉表30被分 配给按下的键2a和2b,而内力感觉表31被分配给释放的键2a和2b。活塞 速度v，是内力感觉表32中的物理量，并且活塞加速度v"是内力感觉表33中 的物理量。框25表示改变磁滞曲线的功能。
多组内力感觉表30、 31、 32和33被分别分配给多种乐器。当演奏者在 视觉图像产生器106上选择多种乐器之一 (例如，原始钢琴)时，指定访问 多组内力感觉表30、 31、 32和33之一，并且该组内力感觉表30、 31、 32和 33在演奏中被重复访问，以便产生类似于原声钢琴的^;上的内力感觉。所选 4奪的该组内力感觉表30、 31、 32和33被从数据存储设备104传送到随才几存 取存储器103，并且中央处理单元101准备好在演奏者内部产生内力感觉。
内力感觉表30/31具有多个平面Z,其是为活塞速度x，的不同值而准备 的，并且以正交阵列X-Y1的形式，在每个平面中定义当前活塞位置x和内 力感觉数据之间的关系。内力感觉表32具有多个平面Z,其是为活塞位置x 的不同值而准备的，并且以正交阵列X-Y2的形式，在每个平面中定义当前 活塞速度x，和内力感觉数据之间的关系。内力感觉表33也具有多个平面Z， 其是为活塞位置x的不同值而准备的，并且以正交阵列X-Y3的形式，在每 个平面中定义当前活塞加速度x"和内力感觉数据之间的关系。
在日本申请特开平(Hei) 10-177378中详细描述了用于原声钢琴的内力 感觉数据，因而为了简洁，下文中不进行进一步的描述。
将活塞位置数据x和活塞位置数据x，提供给内力感觉表30和31 ，并且 从内力感觉表30或31读出内力感觉数据Yl。将活塞速度数据x，和活塞位置 数据x提供给内力感觉表32,并且从内力感觉表32读出内力感觉数据Y2。 将活塞加速度数据x，，和活塞位置数据x提供给内力感觉表并且从内力感 觉表33读出内力感觉数据Y3。
图6示出了内力感觉表30或31的数据结构。在此实例中，第一平面到 第n平面被标记为30-1、 30-2、…和30-n,并且定义了由数字活塞位置信号 DSp代表的活塞位置x和由数字活塞速度信号DSv代表的活塞速度的不同值 上的内力感觉数据之间的关系PL1、 PL2、…和PLn。在内力感觉表!30或31 表示原声钢琴的关系的情况下，内力感觉数据表示所选乐器的组成部件在不 同当前键位置处的弹性载荷。
当中央处理单元101通过当前活塞位置x和当前活塞速度x，访问内力感 觉表30或31时，参照当前活塞速度x，来从内力感觉表30或31中选择平面 30-1到30-n之一，并且对于参照当前活塞位置x的关系而指定内力感觉数据 Yl。从内力感觉表30或31输出内力感觉数据Y1。在当前活塞位置x具有位 于被分配了平面30-1到30-n中的两个平面的活塞速度x，的两个离散值之间 的值的情况下，通过插值来确定内力感觉数据的值。
其它内力感觉表32和33具有类似于图6所示的数据结构的数据结构。
在内力感觉表32中，为键位置x的不同值准备平面Z，在多个平面Z上定义 活塞速度x，和内力感觉数据Y2之间的关系。内力感觉数据Y2表示所选乐器 的组成部件的粘性载荷，并且随着当前活塞速度x，而变化。
内力感觉表33也具有用于键位置x的不同值的多个平面Z，并且在多个 平面Z上定义活塞加速度x"和内力感觉数据Y3之间的关系。内力感觉数据 Y3表示所选乐器的组成部件的惯性载荷，并且随着当前活塞加速度x，，而变 化。在此实例中，机械载荷施加器3适于将惯性载荷施加到黑键2a和白键2b, 使得通过机械载荷施加器3施加的惯性载荷，表33中的内力感觉数据小于现 有技术的系统中的表中的相应内力感觉数据。
在所选乐器是原声钢琴的情况下，黑键、白键和动作单元是组成部件的 例子。
通过用来改变i兹滞曲线的功能25,在每个时间间隔上从该组内力感觉表 中选择内力感觉表30和31之一。当更新数字活塞速度信号DSv时，中央处 理单元101检查数字活塞速度信号DSv,以查看当前活塞速度数据x，具有正 值还是负值，并在数字活塞速度信号DSv具有正值的条件下，将活塞位置数 据x传送到内力感觉表30。另 一方面，如果数字活塞速度信号DSv具有负值， 则中央处理单元101将活塞位置数据x传送到另一内力感觉表31。当4定2a 和2b正在从静止位置向着终点位置行进时，当前活塞速度x，具有正值。另一 方面，当键2a和2b正在返回静止位置时，当前活塞速度x，具有负值。由此， 内力感觉表30被分配给按下的键2a和2b,而另 一 内力感觉表31被分配给释 放的4定2a和2b。
通过功能35,将所读出的内力感觉数据Yl加上所读出的内力感觉数据 Y2,并且通过功能36，将读出的内力感觉数据的和(Y1+Y2)加上读出的内力 感觉lt据Y3。
还将载荷施加器控制数据存储在数据存储设备104中。为了多种乐器而 准备载荷施加器控制数据，并且每个载荷施加器控制数据表示载荷施加器lb 是否在机械载荷施加器3的辅助下产生内力感觉。例如，大钢琴的键的惯性 载荷大，因而用于大钢琴的载荷施加器控制数据表示机械载荷施加器3被激 活。另一方面，管风琴的键的惯性载荷小，因而用于管风琴的载荷施加器控 制数据表示机械载荷施加器3未被激活。
当演奏者在视觉图像产生器106上选择乐器之一时，中央处理单元101
从数据存储设备104中读出用于所选乐器的载荷施加器控制数据，并且将控 制信号CTL1提供给脉冲生成器304c。脉沖生成器304c响应于控制信号CTL1 以便驱动步进电机304b。凸轮杆304a的短轴变为与后载荷部分302垂直，并 使得弦槌300进入激活位置。
当弦槌300停留在激活位置上时，机械载荷施加器3产生部分内力感觉， 并且仅仅希望机电载荷施加器ld产生剩余部分的内力感觉。为此，用于加速 的内力数据的值比日本专利申请特开平(Hei) 10-177378中公开的现有技术 内力感觉控制系统中用于加速的内力数据小。因此，电磁控制致动器4在尺 寸上小于在该日本专利申请特开中公开的现有技术内力感觉控制系统中合并 的电磁控制致动器。
当演奏者选择具有相对小的惯性载荷的键的乐器(例如管风琴)时，弦 槌300被变为非激活位置，并且不利用机械载荷施加器3向演奏者施加任何 惯性载荷。然而，内力感觉小。为此，可能利用小尺寸电磁控制致动器4在 演奏者内部产生小的内力感觉。
在此实例中，在内力感觉表33中存储的内力感觉数据表示小的惯性载荷 值，并且^C精确地用于改变演奏者的内力感觉。
致动器控制表40也被存储在数据存储设备104中，并具有多个平面Z。 分别为活塞位置x的不同值准备多个平面Z。在致动器控制表40的每个平面 中定义载荷施加数据Y5和所读出的内力感觉数据之和Sum，即(Y1+Y2+Y3) 之间的关系。载荷施加数据Y5表示要从螺线管驱动器50a提供到小尺寸电磁 控制致动器4的驱动信号DR1的平均电流。当读出的内力感觉数据之和Sum 具有位于被分配了两个平面Z的值之间的当前键位置的值时，通过插值确定 载荷施加数据Y5。
电磁控制致动器4具有非线性行程-推力(thrust)特性。为此，推力与 活塞行程一起变化。致动器控制表40针对于非线性行程-推力特性的标准化。 因而，载荷施加数据产生利用小尺寸电^f兹控制致动器4而生成的希望^i力值， 而不考虑当前活塞位置x。由此，设计者容易通过致动器控制表40来优化施 加到4建2a和2b的载荷。
尽管针对内力感觉同时分析8个键2a和2b的移动，但下文中为了简洁， 仅仅对8个键2a和2b之一的数据处理进行描述。
演奏者首先通过操纵面板104指示电子系统la产生他或她的内力感觉。
中央处理单元101使视觉图像产生器106产生乐器列表。假设演奏者从乐器 列表中选择原声大钢琴。中央处理单元101访问数据存储设备，并读出为原 声大钢琴准备的载荷施加器控制数据。载荷施加器控制数据表示机械载荷施 加器3的激活。
中央处理单元101检查机械载荷施加器3的当前状态。如果发现机械载 荷施加器3处于激活状态，则中央处理单元101将凸轮杆304a保持在当前角 位置，从而凸轮杆304a的短轴使弦槌300停留在激活位置。另一方面，如果 发现机械载荷施加器3处于非激活状态，则中央处理单元101将控制信号 CTL1提供给脉冲生成器304c。脉沖生成器304c将脉沖串提供给步进电机 304b,直到凸轮杆304a在短轴上与后载荷部分302接触。然后，载荷施加部 分301与调整螺杆306的头部接触。如果演奏者从乐器列表中选择管风琴， 则中央处理单元101使凸轮杆304a在长轴上与后载荷部分302接触，从而不 激活(deactivated)机械载荷施力口器3。
另外，将该组内力感觉表30、 31、 32和33从数据存储设备104传送到 随机存取存储器103,并且致动器控制表40还被从数据存储设备104传送到 随机存取存储器103。在完成数据传送之后，主例程程序开始周期性地分支 到用于电子音调的子例程程序和用于内力感觉的子例程程序。由此，载荷施 加器lb准备好在演奏者内部产生内力感觉。
当演奏者正在键盘单元100上进行手指弹奏时，假设他或她按下白键2b。 当白键2b开始从静止位置行进时，弦槌300将惯性载荷施加到按下的白键 2b,并且活塞位置传感器2a和活塞速度信号5b改变活塞位置数据x和活塞 速度数据x'。
活塞位置信号Sp和活塞速度信号Sv被从多路复用器6a和10传送到模 数转换器7和11，并被转换为数字活塞位置信号DSp和数字活塞速度信号 DSv。活塞速度信号Sv还被提供给微分器20,并且活塞加速度信号Sa被从 多路复用器21传送到模数转换器22。通过模数转换器22，活塞加速度信号 Sa被转换为数字活塞加速度信号DSa。中央处理单元101提取活塞位置数据、 活塞速度数据和活塞加速度数据，并将它们写入随机存取存储器103中。
中央处理单元101分析数字活塞速度信号DSv，并通过功能25选择用于 按下的白键2b的内力感觉表30。中央处理单元101利用活塞位置数据、活 塞速度数据和活塞加速度数据来访问内力感觉表30、 32和33，从而分别从
内力感觉表30、 32和33读出内力感觉数据Y1、内力感觉数据Y2和内力感 觉数据Y3。内力感觉数据Y1、 Y2和Y3被临时存储在随机存取存储器103 中。
中央处理单元从随机存取存储器103中顺序地读出内力感觉数据Yl、 Y2和Y3。中央处理单元101通过功能35将内力感觉数据Yl的值加上内力 感觉数据Y2的值，并进一步通过功能36将内力感觉数据Y3的值加上和 (Yl+Y2)。
中央处理单元101利用活塞位置数据和内力感觉数据之和Sum来访问致 动器控制表40,并且从致动器控制表40读出载荷施加数据Y5。中央处理单 元101将控制信号CTL2提供给脉宽调制器50b,并且将占空比严格调节为小 尺寸电磁控制致动器4在当前活塞位置x生成目标载荷量的目标值。将驱动 信号DR1从反馈电路51提供到与按下的白键2b相关联的小尺寸电磁控制致 动器4。由此，机械载荷施加器3和机电载荷施加器ld彼此协作，以便将载 荷施加到按下的白键2b，并产生对演奏者的内力感觉。
当按下的键2b正在从静止位置向终点位置行进时，重复上述功能，并且 机械载荷施加器3和机电载荷施加器1 d使内力感觉与在原声大钢琴上的演奏 期间类似地变化。
当白键2b开始返回静止位置时，中央处理单元101将所选的表从内力感 觉表30变为另一内力感觉表31,并对于释放的白键2b,重复结合按下的白 键2b而描述的控制序列。
对于各个控制参数，即当前活塞位置x、当前活塞速度x，和当前活塞加 速度x，，来准备内力感觉表30/31、 32和33。此特征是期望的。详细地，针对 键移动的反作用力被分为多个分量Y1、 Y2和Y3，并且该多个分量与内力感 觉表30/31、 32和33中的控制参数x、 x，和x"独立地相关。尽管不同种类的 乐器使多个分量Y1、 Y2和Y3在键移动时唯一地变化，但是对于每个不同种 类的乐器，设计者可在内力感觉表30/31、 32和33中彼此独立的改变多个分 量Y1、 Y2和Y3。这使得机电载荷施加器ld在演奏者内部产生接近所选乐 器的内力感觉。由此，机电载荷施加器ld可再现高保真度的、各个乐器唯一 的内力感觉。
在演奏者指示电子系统la再现原声钢琴的内力感觉时，演奏者感受到所 再现的内力感觉接近于由于动作单元的运转(play)、弦槌的自由振动、弦槌和 琴弦之间的碰撞以及动作单元的变形而产生的可变内力感觉。
如将从前述描述所理解的，参照内力感觉表33,在机械载荷施加器3和 机电载荷施加器Id之间分担惯性载荷。设计者使得可以减少内力感觉数据 Y3的值。结果，内力感觉数据之和Sum小于在该日本专利申请特开中公开 的现有技术内力感觉系统的内力感觉数据之和。这导致了小尺寸的电磁控制 致动器4。
第二实施例
转到附图的图7，实施本发明的另一键盘乐器1A大体上包括电子系统 1Aa、载荷施加器1Ab和键盘单元100A。电子系统1Aa和键盘单元100A在 结构上类似于电子系统la和键盘单元100。为此，电子系统lAa的系统组件 和4建盘单元100A的组成部件;陂标记为与表示相应系统组件和相应组成部件 相同的附图标记，而不进行详细说明。
载荷施加器1Ab包括机电载荷施加器1Ad和机械载荷施加器3A。机电 载荷施加器1Ad与机电载荷施加器ld相同，并且用表示机电载荷施加器ld 的相应组成部件的相同附图标记来标记机电载荷施加器1Ad的组成部件。
除了可变载荷机构302A，机械载荷施加器3A类似于机械载荷施加器3。 换言之，分别用可变载荷机构302A的可变载荷单元来替换后载荷部分302。 为此，下文中针对可变载荷单元进行描述。
每个可变载荷单元302A被固定到弦槌300的后部，并包括框架310a、 可移动重量件310b、丝杠311、电机312和导杆313。框架310a被固定到弦 槌300的后部，并且由框架310a可旋转地支撑丝杠311。导杆313被与丝杠 311平行地连接到框架310a。由框架310a支撑电机312，并且电机312的输 出轴被连接到丝杠311的一端。可移动重量件310b由金属或合金制成。并且 可移动重量件310b具有柱状配置，并且形成有内螺紋和通孔。丝杠311与内 螺紋保持螺紋啮合，并且导杆313穿过该通孔。
被存储在电子系统1Aa的数据存储设备104中的载荷施加器控制数据表 示要施加到键2a和2b的惯性载荷的量。如果载荷施加器控制数据表示用于 特定乐器的零，则中央处理单元101将控制信号CTL1提供给脉沖生成器 304c，并使凸轮杆304a在长轴上与弦槌300接触。在此情形下，前动作部分 301与调整螺杆306的头部分离，并且不向黑键2a和白键2b施加任何机械惯 性载荷。
另一方面，载荷施加器控制数据表示用于另一特定乐器的1，并且中央
处理单元101使凸轮杆304a在短轴上与弦槌300接触，并将驱动信号DR2 提供到电机312，以便驱动丝杠311在特定方向上旋转。当在特定方向上驱 动丝杠311时，可移动重量件310b在图7中的向左方向上朝着最左边的位置 移动。由可移动重量件310b产生的力矩以及因此的惯性载荷被最大化。
如果载荷施加器控制数据表示大于O和小于1的值，则中央处理单元101 使可移动重量件310b停留在比最左位置更接近最右位置的中间位置上。结 果，对于另一乐器，减少了惯性载荷。
如将从前述描述理解的，机械载荷施加器3A将惯性载荷施加给黑键2a 和白键2b,并将惯性载荷调节为适合于所选乐器的值。结果，设计者能够减 少要利用机电载荷施加器1Ad施加的载荷量。这导致了小尺寸的电磁控制致 动器4。
第三实施例
转到附图的图8，实施本发明的另一键盘乐器1B大体上包括电子系统 1Ba、载荷施加器1Bb和键盘单元100B。电子系统1Ba和键盘单元100B在 结构上类似于电子系统la和键盘单元100。为此，电子系统lBa的系统组件 和键盘单元100B的组成部件被标记为与表示相应系统组件和相应组成部件 相同的附图标记，而不进行详细说明。
载荷施加器1Bb包括机电载荷施加器1Bd和机械载荷施加器3B。机电 载荷施加器1Bd与机电载荷施加器lb相同，并且用表示机电载荷施加器ld 的相应组成部件的相同附图标记来标记机电载荷施加器1Bd的组成部件。
机械载荷施加器3B适于将弹性载荷施加到黑键2a和白键2b,并包括多 个弹性载荷单元。多个弹性载荷单元中的每个包括螺旋弹簧320、支撑板321、 凸轮杆304a和步进电机304b。在多个弹性载荷单元之间共享凸轮杆304a和 步进电机304b，并且类似于机械载荷施加器3,将脉冲生成器(未示出)连 接到步进电机304b。
支撑板321与凸轮杆304a保持接触，并且螺旋弹簧320在其一端连接到 支撑板321，并在其另一端连接到相关联的键2a或2b。当步进电机304b正 在驱动凸轮杆304a进行旋转时，支撑板321在上下方向上移动，并改变螺旋 弹簧320的长度。
当演奏者正在按下键2a或2b时，按下的键2a或2b压迫螺旋弹簧320, 并且螺旋弹簧320在按下的键2a或2b上施加弹性力F，作为弹性载荷，弹 性力F被表示为k'x，其中k是弹簧常数，x是弹簧320的长度的缩减量。
当演奏者从乐器列表中选择某种乐器时，中央处理单元101从随机存取 存储器103中读出载荷施加器控制数据，并且驱动步进电机304b将凸轮杆 304a移动到适合于所选乐器种类的角位置。由此，机械载荷施加器3B根据 所选乐器种类来改变弹性载荷量。
如将从上述描述理解的，机械载荷施加器3B将弹性载荷施加到黑键2a 和白键2b，并将弹性载荷调整为适合于所选乐器的值。结果，设计者可减少 要利用机电载荷施加器1Bd施加的载荷量。这导致了小尺寸的电磁控制致动 器4。
第四实施例
转到附图的图9，实施本发明的另一键盘乐器1C大体上包括电子系统 1Ca、载荷施加器1Cb和键盘单元IOOC。电子系统1Ca和键盘单元100C在 结构上类似于电子系统la和键盘单元100。为此，电子系统lCa的系统组件 和4建盘单元100C的组成部件;故标记为与表示相应系统组件和相应组成部件 相同的附图标记，而不进行详细说明。
载荷施加器1Cb包括机电载荷施加器1Cd和机械载荷施加器3C。机电 载荷施加器1Cd与机电载荷施加器ld相同，并且用表示机电载荷施加器ld 的相应组成部件的相同附图标记来标记机电载荷施加器1Cd的组成部件。
机械载荷施加器3C适于将粘性载荷施加到黑键2a和白键2b，并包括多 个粘性载荷单元，该多个粘性载荷单元分别与键2a和2b相关联。多个粘性 载荷单元中的每个包括活塞330、杆331、气缸332和可变节流口单元333。 杆331在其上端链接到相关联的键2a或2b，并在其下端连接到活塞330。活 塞330被提供于气缸332内部，并可随着相关联的键2a或2b—起移动。通 过可变节流口单元333来封闭气缸332的内部空间，并且为此，通过可变节 流口单元333来使空气进入气缸332的内部空间和从中排出。为此，由于流 经节流口 333a的粘性液体，粘性载荷单元提供针对相关联的键2a或2b的移 动的阻力。换言之，粘性载荷单元根据活塞速度x，，将粘性载荷施加到相关 联的44 2a或2b。
在电子系统1Ca的控制下，电动地改变节流口 333a的横截面面积。当演 奏者从乐器列表中选择某种乐器时，中央处理单元101从随机存取存储器103
中读出用于所选乐器种类的载荷施加器控制数据，并且使驱动器(未示出)
提供驱动信号DR3。可变节流口单元333响应于驱动信号DR3，并改变节流 口 333a的横截面面积。
如将从上述描述理解的，机械载荷施加器3C将粘性载荷施加到黑键2a 和白键2b，并将粘性载荷调整为适合于所选乐器的值。结果，设计者可减少 要利用机电载荷施加器1Cd施加的载荷量。这导致了小尺寸的电磁控制致动 器4。
第五实施例
转到附图的图10，实施本发明的另一键盘乐器1D大体上包括电子系统 1Da、载荷施加器1Db和键盘单元100D。电子系统1Da和键盘单元100D在 结构上类似于电子系统la和4建盘单元100。为此，电子系统lDa的系统组件 和键盘单元100D的组成部件被标记为与表示相应系统组件和相应组成部件 相同的附图标记，而不进行详细说明。
载荷施加器1Db包括机电载荷施加器1Dd和机械载荷施加器3D。机电 载荷施加器1Dd与机电载荷施加器ld相同，并且用表示机电载荷施加器ld 的相应组成部件的相同附图记来标记才几电载荷施加器1Db的组成部件。
机械载荷施加器3D适于将弹性载荷和粘性载荷施加到黑键2a和白键 2b，并相当于机械载荷施加器3B和3C的组合。由此，为了简洁，下文中不 进行进一步的描述。
如将从上述描述理解的，机械载荷施加器3D将弹性载荷和粘性载荷施 加到黑键2a和白键2b,并独立地将弹性载荷和粘性载荷调整为适合于所选乐 器的值。结果，设计者可减少要利用机电载荷施加器1Dd施加的载荷量。这 导致了小尺寸的电磁控制致动器4。
第六实施例
转到附图的图11，实施本发明的另一键盘乐器1E大体上包括电子系统 1Ea、载荷施加器1Eb和键盘单元100E。电子系统1Ea和键盘单元100E在结 构上类似于电子系统la和^t盘单元100。为此，电子系统1Ea的系统组件和 4建盘单元100E的组成部件#1标记为与表示相应系统组件和相应组成部件相 同的附图标记，而不进行详细说明。
载荷施加器1Eb包括机电载荷施加器1Ed和机械载荷施加器3E。除了 重量件302E之外，机械载荷施加器3E类似于机械载荷施加器3。为此，用与表示机电载荷施加器3的相应部件的附图标记相同的附图标记来标记机械
载荷施加器3的其它组成部件。将重量件302E调节为适当值，在该适当值上， 机械载荷施加器3E将惯性载荷施加到相关联的键2a或2b,而没有用于某种 乐器的机电载荷施加器1Ed的任何惯性载荷。
因此，向机电载荷施加器1Ed添加开关功能37a。机电载荷施加器1Ed 的其它功能类似于机电载荷施加器ld。为此，将描述集中于开关功能37a。
假设演奏者从乐器列表中选择特定种类的乐器。中央处理单元101读出 载荷施加器控制数据，并确定该特定乐器不需要表示惯性载荷的内力感觉数 据Y3。然后，中央处理单元101升高随机存取存储器中用于内力感觉表33 的标志。结果，不从内力感觉表33读出内力感觉数据Y3，并且将内力感觉 数据之和(Y1+Y2)提供给致动器控制表40。
载荷施加器1Eb实现了第一实施例的优点，并且减少了电磁控制致动器 4的尺寸。
第七实施例
转到附图的图12，实施本发明的另一键盘乐器1G大体上包括电子系统 1Ga、载荷施加器1Gb和键盘单元100G。除了传感器5G和逻辑电路6G之 外，电子系统lGa、载荷施加器1Gb和键盘单元100G类似于电子系统la、 载荷施加器lb和^t盘单元100。为此，用指示相应系统组件和相应组成部件 的附图标记来标记电子系统1Ga的系统组件、载荷施加器1Gb的功能和其它 组成部件以及4建盘单元100E的组成部件，而不进行详细说明。
传感器5G分别与键2a和2b相关联。然而，仅仅通过活塞位置传感器 5a来实现传感器5G。为此，在活塞位置传感器Sa和多路复用器IO之间添加 微分器9,并且将当前活塞速度x，从微分器9提供给多路复用器10和微分器 20。
载荷施加器1Gb实现载荷施加器lb的所有优点，并且逻辑电路6G比逻 辑电路6简单。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员将清 楚，可进行各种变化和修改，而不会脱离本发明的精神和范围。
例如，键盘乐器不对本发明的技术范围设置任何限制。可对于诸如鼓组 (drum set)的打击乐器或者电颤琴的脚踏瓣或者管乐器的阀键或键，提供机电 载荷施加器ld、 1Ad、 1Bd、 1Cd、 1Dd、 1Ed、 1Gd或1Hd以及机械载荷施
加器3、 3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3G或3H。
机械载荷施加器3可具有简单耦连到黑键2a和白键2b的重量件。可在 键2a和2b与重量件之间提供耦连装置，以便将重量件与键2a和2b连接或 断开。
可用与键2a和2b分别相关联的多个凸轮片来替换凸轮杆304a。在此实 例中，可对于每个黑键2a和白键2b来调节机械载荷施加器。
软件实现方式和硬件实现方式可相互交换，因而图5所示的功能可作为 整体而由软件或布线逻辑电路来实现。
可在当前活塞速度x，的正值的数值范围和当前活塞速度x，的负值的数值 范围之间定义死区(deadzone)。在此实例中，即使活塞402在极短的时间段内 频繁地改变方向，中央处理单元101也将内力感觉表30和31之一保持该极 短的时间段，并且演奏者感受到内力感觉是自然的。
可在所有弦槌300之间共享可变载荷机构302A。在此实例中，机械载荷 施加器比机械载荷施加器3A更简单。
托架303可在纵长方向上移动。在此实例中，托架303被安装到可移动 块上，并且可移动块保持与丝杠螺紋啮合。导杆穿过可移动块，并且通过电 机驱动丝杠进行旋转。块以及因此的托架303根据旋转的方向，在前向方向 和后向方向上移动。重量件被固定到弦槌的后载荷部分。中央处理单元101 读出与所选乐器相对应的载荷施加器控制数据，并且控制凸轮杆304a和托架 303以便施加适合于所选乐器的惯性载荷。
可将螺旋弹簧320从相关联的键2a或2b断开。在此实例中，当发现支 撑板321位于最低位置上时，螺旋弹簧320与静止位置上的相关联的键2a或 2b分开，并且在向下移动的过程中不向键2a或2b施加任何弹性载荷。然而， 当支撑板321改变为最高位置时，螺旋弹簧320与相关联的键2a或2b接触。 在此情形下，当相关联的键2a或2b正在向着终点位置行进时，螺旋弹簧320 在向下移动期间向4建2a或2b施加弹性载荷。
可在所有黑键2a和白键2b之间共享支撑板321,并且可用另一种弹簧 或可弹性变形的元件来替换螺旋弹簧320。
机械载荷施加器3B的弹性载荷单元可被设计为在纵长方向上移动。在 此实例中，螺旋弹簧320不连接到黑键2a和白键2b,并且支撑板321被安装 在可移动板(未示出)上。从机械载荷施加器移除凸轮杆304a。然而，通过
齿轮-齿条的适当机构将步进电机连接到可移动板。中央处理单元101根据所 选乐器种类，在前向方向和后向方向上移动该可移动板，以便改变螺旋弹簧
320与键2a和2b之间的接触位置。可通过改变螺旋弹簧320与键2a和2b 之间的接触位置来改变弹性载荷。
可用节流板来替换可变节流口单元333。在此实例中，用节流板来封闭 气缸332。为了改变粘性阻力，杆331与相关联的键2a或2b断开，并且利用 齿轮-齿条将电机连接到气缸332。当演奏者改变所选乐器种类时，中央处理 单元101使得脉冲生成器将驱动信号提供给电机。气缸332在纵长方向上移 动，并且杆331与相关联的键2a或2b之间的接触位置被改变为合适的位置。
第四实施例的变型可具有相当于机械载荷施加器3/3A和机械载荷施加 器3B和3C之一之间的组合的机械载荷施加器。第四实施例的另一变型可具 有相当于三种机械载荷施加器3/3A、 3B和3C的组合的机械载荷施加器。
可在内力感觉数据Y3的读出和加法功能36之间执行功能37a。
电磁控制致动器4不对本发明的技术范围设置任何限制。另一种电信号-力转换器可用于机电载荷施加器ld、 1Ad、 1Bd、 1Cd、 1Dd和1Ed。该种电 信号-力转换器包括线性电机、旋转电机、液力电机、液力致动器、气动电机 和气动致动器。
托架303、凸轮杆304a和步进电机304b不对本发明的技术范围设置任 何限制。任何种类的机构可用于激活状态和非激活状态之间的改变。例如， 可对于向弦槌300提供旋转轴的杆来提供电机和制动器(brake)。可在键2a和 2b与螺旋弹簧320之间提供耦连装置，并且利用在激活状态和非激活状态之 间变化的耦连装置，将键2a和2b与弹簧320连接或断开。
对于实际应用，可将载荷施加器lb、 1Ab、 1Bb、 1Cb、 1Db和lEb与键 盘组装在一起。对于实际应用，不将电子音调生成器107合并在键盘中，并 且学生在没有任何音调的情况下在键盘上联系手指弹奏。
觉。详细地，当在原声钢琴中，弦槌猛烈地与琴弦碰撞时，弦槌在琴弦上强 烈地弹回，并且还在托木上弹回。托木上的弹回引起了托木的振动，并且托 木的振动在演奏者内部产生了内力感觉。为了产生由于托木振动而引起的内 力感觉，还在电子系统中准备内力感觉表，并且中央处理单元检查键速度， 以查看原声钢琴的相应键是否使弦槌在托木上弹回。如果键速度大于阈值，
则中央处理单元从附加内力感觉表中读出内力感觉数据，并且在弦槌与托木
碰撞的时刻之后，将所读出的内力感觉数据与内力感觉数据之和(Y1+Y2+Y3) 相力口。
可考虑踏瓣状态。在原声钢琴中，当演奏者踩下延音踏瓣时，内力感觉 不同于未踩下延音踏瓣时的内力感觉。为了在内力感觉上反映出踏瓣状态， 可在本发明的电子键盘乐器的数据存储设备中准备另 一组内力感觉表，并且 中央处理单元检查与延音踏瓣相对应的踏瓣，以查看演奏者是否踩下踏瓣。 当演奏者踩下踏瓣时，中央处理单元访问该另一组内力感觉表，并在演奏者
内部产生与未踩下^"瓣的内力感觉不同的内力感觉。
该组内力感觉表30、 31、 32和33不对本发明的技术范围设置任何限制。 可对活塞位置x、活塞速度x，和活塞加速度x"的其它组合(一个或多个)、或 者对于活塞位置x、活塞速度x，和活塞加速度x"中的任一个，进一步准备其 它内力感觉表(一个或多个)。可向内力感觉之和加上常lt，并且可对另一内 力感觉表使用活塞加速度x"的改变率x"，。改变率x"，更深地涉及内力感觉， 因而表示改变率x"，的内力感觉数据使得可以在演奏者内部产生更接近于原 声乐器的内力感觉。
另一方面，可在数据存储设备104中仅仅存储内力感觉表30/31、 32和 33之一。在此实例中，用仅仅一种传感器来监视黑键2a和白键2b,并且从 内力感觉表选择性地读出内力感觉数据。将所读出的内力感觉数据提供给致 动器控制表，用于将驱动信号调节到适当的平均电流量。
在上述实施例中，通过使用活塞速度的方向来选择内力感觉表30和31 之一。然而，此特征不对本发明的技术范围设置任何限制。在另一变型中， 中央处理单元101基于加速度x"而选择内力感觉表30和31之一。
尽管考虑了有关活塞位置x的磁滞曲线，但是可以考虑有关活塞速度x， 的磁滞曲线和/或有关活塞加速度x"的磁滞曲线。在此实例中，用一对和/或 多对内力感觉表来替换内力感觉表32和/或33。可在表的改变中引入死区。 在此实例中，在当前活塞速度和/或当前活塞加速度在相当于死区的时段上保 持正号或负号的情形下，可将每对中的内力感觉表改变为该对中的另 一个。 死区的长度可彼此不同。
在上述实施例中，根据从活塞速度的符号改变起经过的时间，对于内力 感觉数据Y1选择性地使用内力感觉表30和31。然而，可在从预定时刻(如按下的起始、活塞位置的预定值、活塞速度的预定值或活塞加速度的预定值)
起的预定时间段期满时，将内力感觉表30和31从一个变为另一个。
图13示出了键盘乐器1G的变型1G，。如图所示，逻辑电路60(即，多 路复用器60a和模数转换器60b )以及功能37和38被添加到图12所示的逻 辑电路6G和功能，并且还在该组内力感觉表30/31、 32和33中进一步并入 内力感觉表3x。内力感觉表3x具有仅仅一个平面，并且利用活塞位置x而 从内力感觉表3x读出内力数据Y4。通过功能38，中央处理单元101将表示 由于托木振动引起的载荷的内力数据添加到内力感觉数据之和(Y1+Y2 十Y3+Y4)中。
在可忽略由于释放的键而引起的内力感觉的情况下，机电载荷施加器 ld、 1Ad、 1Bd、 1Cd、 1Dd、 1Ed、 1Gd在活塞向着相关联键的静止位置运动 的过程中保持空闲。
可通过因特网将计算机程序从适当的程序源下载到接口 108,或者可通 过接口 108从信息存储介质传送到随机存取存储器103。
载荷施加器lb、 1Ab、 1Bb、 1Cb、 1Db、 1Eb或1Gb可被安装在自动演 奏器键盘乐器中。当自动演奏系统正在键盘上演奏音乐曲调时，自动演奏系 统不需要任何内力感觉。为此，机械载荷施加器3、 3A、 3B、 3C、 3D、 3E 或3G将载荷减少到尽可能小。这降低了功耗。
键2a和2b不对本发明的技术范围设置任何限制。载荷施加器lb、 1Ab、 1Bb、 1Cb、 1Db、 1Eb或1Gb在乐器的踏瓣或混音器的控制操纵器上的手指 演奏期间产生内力感觉。
图14和图15示出了自动演奏器电子键盘乐器的踏瓣机构600。踏瓣机 构600包括踏瓣601-A、 601-B和601-C、支撑结构602画A、 602-B和602-C 以及外壳600a。附图标记601表示所有踏瓣601-A、 601-B和601-C,附图标 记602表示图15中的所有支撑结构，并且在下文中，对于所有踏瓣和所有支 撑结构使用这些附图标记601和602。
支撑结构602被配备在外壳600a中，并且由外壳600a利用支撑结构602 可旋转地支撑踏瓣601。
自动演奏器电子键盘乐器还包括自动演奏器610和载荷施加器1Hb。自 动演奏器610包括用于驱动黑键和白键(未示出)的键致动器(未示出)、用 于移动踏瓣601的踏瓣致动器610a以及控制器(未示出)。踏瓣致动器610a
通过活塞611向上推动相关联的踏瓣601的后部。在图14中，双圆603A、 603B和603C表示活塞611和踏瓣601之间的接触区域的位置。在外壳600a 的底部与踏瓣致动器610a之间提供螺旋弹簧612，并且在^"瓣致动器610a 和踏瓣601之间提供螺旋弹簧613。这些螺旋弹簧612和613防止踏瓣601 打颤，并增强了踏瓣在自动演奏时的稳定性。
当用户请求控制器演奏音乐曲调而无需人类演奏者的任何手指弹奏时， 在控制器中顺序地处理音乐数据代码，并且控制器通过驱动信号DR10来选 择性地激励键致动器和踏瓣致动器610a。按下和释放键和踏瓣601，就好像 是人类演奏者在演奏音乐曲调一样。
载荷施加器包括机电载荷施加器1Hd和机械载荷施加器3H。机电载荷 施加器1Hd包括具有内置活塞位置传感器(未示出)的致动器620以及与自 动演奏器共享的控制器(未示出)。致动器620响应于驱动信号DR11,以便 利用活塞621将载荷施加到相关联的踏瓣601，并且内置传感器(未示出) 将活塞位置信号Sp提供给控制器(未示出)。圆圈604-A、 6(H-B和6(M-C表 示活塞621和踏瓣601之间的接触区域的位置。
机械载荷施加器3H包括螺旋弹簧622,并且在外壳600a的顶部面板和 踏瓣致动器620之间提供螺旋弹簧。螺旋弹簧622将弹性载荷施加到相关联 的3喬瓣601。
如下减少致动器620的尺寸。图16示出了充当原声钢琴的延音踏瓣的踏 瓣601之一的行程-载荷特性，并且该行程-载荷特性相当于通过踏瓣赋予演奏 者的内力感觉。非线性线条PLll和PL12分别表示在踏瓣的向下移动期间的 行程-载荷特性和在踏瓣的向上移动期间的行程-载荷特性。线性线条q、 r和 p表示螺旋弹簧612、 613和622的弹性特性，并且将螺旋弹簧612、 613和 622的弹簧常数分别表示为kq、 kr和kp。弹性特性q、 r和p相当于弹性特性 p，。弹性特性p，被表示为F=kp，xx,并且kp，=kp-(kq+kr)。希望致动器620施 加非线性线条PLll和PL12与线性线条p，之间的差。如果不并入任何机械载 荷施加器，则机电载荷施加器lHd必须施加由非线性线条PLll和PL12表示 的载荷。在此实例中，机械载荷施加器3H承担了由图16中的阴影线表示的 载荷。机电载荷施加器1Hd具有表示由阴影线指示的载荷的内力感觉表。由 此，设计者可利用机械载荷施加器3H而减少致动器的尺寸。
对于踏瓣601准备多组内力感觉表，并且载荷施加器1Hb在演奏者内部
产生等同于所选乐器种类的内力感觉。
附图标记630表示重量件。在向踏瓣601机械地施加惯性载荷的情况下， 重量件630被分别固定到踏瓣601。在要施加粘性载荷的情况下，对每个踏 瓣601提供杆331、活塞330、气缸332和可变节流口单元333。可由演奏者 通过合适的机构来改变弹性载荷p，。
乐器l、 1A、 1B、 1C、 1D、 1E、 1G、 1G，和1H的系统组件和组成部件 如下与权利要求语言相关联。
黑键2a和白键2b充当"操纵器"，并且踏瓣601-A、 601-B和601-C也充 当"操纵器"。每个机电载荷施加器ld、 1Ad、 1Bd、 1Cd、 1Dd、 1Ed、 1Gd和 1Hd充当"第一载荷施加器"。活塞位置传感器5a、活塞速度传感器5b和逻辑 电路6、 6G、 6G/60作为整体构成"运动观测器"，并且活塞位置x、活塞速度、 活塞加速度x，，和活塞加速度改变率x"，是"物理量"。电磁控制致动器4对应 于"致动器"。致动器610a也充当"致动器"。数据存储设备104和随机存取存 储器103组合形成数据保存器。中央处理单元102和用于生成内力感觉的部 分子例程程序(其中至少并入了功能25/35/36或25/35/36/37/38和从表 30/31/32/33的读出功能)充当"选择器"，并且中央处理单元101、用于生成 内力感觉的子例程程序(其中并入了从表40的读出功能)、脉宽调制器50b 和反馈电路51充当"驱动器"。每个机械载荷施加器3、 3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3G和3H充当"第二载荷施加器"。
弦槌300、前动作部分301、后载荷部分302和托架303形成"惯性载荷 生成器，，的部分，弦槌300、前动作单元301、可变载荷机构302A和托架3(B 也形成"惯性载荷生成器"的部分。
弦槌300对应于"杆构件(pole member)",并且托架303对应于"支点 (fulcrum)构件"。每个后载荷部分302和可移动重量310b充当"重量构件"。
凸轮杆304a和步进电机304b充当"状态改变器"。框架310a、丝杠311、 电机312和杆313作为整体构成"载荷变化机构"。
螺旋弹簧320和支撑板321形成"弹性载荷生成器，，的部分，并且螺旋 弹簧对应于"弹性构件"。螺旋弹簧622也形成"弹性载荷生成器"的部分。
气缸322、杆331、活塞330和可变节流口单元333形成"粘性载荷生成 器，，的部分。气缸332对应于"气缸构件"，并且杆331和活塞3:30形成"可 移动构件"的部分。可变节流口单元333对应于"阻力构件"。
权利要求
1、一种内力感觉控制设备，用于通过乐器(1；1A；1B；1C；1D；1E；1G；1H)的操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)来产生对演奏者的内力感觉，该内力感觉控制设备包括第一载荷施加器(1d；1Ad；1Bd，1Cd，1Dd，1Ed，1Gd，1Hd)，包括运动观测器(5a，5b，6；5a，6G；5a，6G，60)，监视所述操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)，并确定表示所述操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)移动的物理量(x，x’，x”，x”’)，致动器(5；610a)，分别被与所述操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)相关联地提供，并且响应于代表要施加到所述相关联的操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)的载荷的量的驱动信号(DR1；DR10)，以便在所述演奏者内部产生所述内力感觉的一部分，数据保存器(103，104)，存储所述物理量(x，x’，x”，x”’)和要施加到所述操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)的所述载荷的量(Y1，Y2，Y3；Y1，Y2，Y3，Y4)之间的关系(30，31，32，33；30，31，32，33，3x)，以及控制器，具有选择器(101，25，35，36；101，25，35，36，37，38)，被连接到所述运动观测器(5a，5b，6；5a，6G；5a，6G，60)和所述数据保存器(103，104)，以便基于所述物理量(x，x’，x”，x”’)指定要施加的所述载荷的量(Y1，Y2，Y3；Y1，Y2，Y3，Y4)，以及驱动器(101，40，50b，51)，被连接到所述选择器(101，25，35，36；101，25，35，36，37，38)和所述致动器(5，610a)，以便将所述驱动信号(DR1；DR10)调整为对应于所述载荷的幅度的值，其特征在于还包括第二载荷施加器(3；3A；3B；3C；3D；3E；3G；3H)，被连接到所述操纵器(2a，2b；601-A，601-B，601-C)，并将载荷施加到所述操纵器，以便在所述演奏者内部产生所述内力感觉的另一部分。
2、 如权利要求1所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加器 (3; 3A)具有用于将惯性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B， 601-C)的惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 )。
3、 如权利要求2所述的内力感觉控制设备，其中，所述惯性载荷施加器 具有杆构件(300),其具有连接到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C ) 的一端部；支点构件(303),被连接到所述杆构件(300)的中间部分；以及重量 构件(302;310b),被连接到所述杆构件(300)的另 一端部。
4、 如权利要求2所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加器 还具有与所述惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 ) 相关联地提供的状态改变器(304a, 304b)，以便在用于将所述惯性载荷施加到 所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B， 601-C)的激活状态和用于禁止所述惯 性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 )将所述惯性 载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的非激活状态之间 改变所述惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 )。
5、 如权利要求2所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷生成器 还具有载荷变化机构(310a， 311， 312， 313),使所述惯性载荷的所述量变 化。
6、 如权利要求1所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加器 (3B;3D;3H)具有用于将弹性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A， 601-B，601-C)的弹性载荷生成器(320， 321; 622)。
7、 如权利要求6所述的内力感觉控制设备，其中，所述弹性载荷生成器 具有支撑板(321)以及连接于所述支撑板(321)和所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)之间的弹性构件(320;622)，以便根据所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的当前位置来改变所述弹性载荷的量。
8、 如权利要求6所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加器 还具有与所述弹性载荷生成器(320， 321; 622 )相关联地提供的状态改变器(304a， 304b )，以便在用于将所述弹性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的激活状态和用于禁止所述弹性载荷生成器(320, 321; ) 将所述弹性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的非激 活状态之间改变所述弹性载荷生成器(320， 321; 622)。
9、 如权利要求1所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加器 (3C;3D)具有用于将粘性载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B,601-C)的粘性载荷生成器(330, 331, 332, 333 )。
10、 如权利要求9所述的内力感觉控制设备，其中，所述粘性载荷生成 器包括气缸构件(332),限定内部空间；可移动构件(330),具有连接到所 述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C )的一端部和在所述气缸构件(332 ) 中移动用于改变所述内部空间的容积的另一端部；以及阻力构件(333 )，连 接到所述气缸构件(332),以便给出针对流出和流入所述内部空间的液体的 阻力。
11、 如权利要求1所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加 器(3D)包括从以下构成的组中选择的至少两个生成器用于将惯性载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的 惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 )，用于将弹性载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的 弹性载荷生成器(320, 321; 622)，以及用于将粘性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的 粘性载荷生成器(330, 331， 332, 333 )。
12、 如权利要求11所述的内力感觉控制设备，其中，所述第二载荷施加 器还包括与所述至少两个生成器分别相关联地提供的状态改变器(304a， 304b， 333 ),以便在用于将载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C )的激活状态和用于独立地禁止所述至少两个生成器将所述载荷施加到 所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B， 601-C)的非激活状态之间独立地改变 所述至少两个生成器。
13、 一种乐器，包括多个操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C),由演奏者选择性地在静 止位置和终点位置之间移动，用于指定要产生的音调；以及 内力感觉控制设备，包括 第一载荷施加器(ld; 1Ad; 1Bd， 1Cd， lDd, lEd, lGd, 1Hd)，包括 运动观测器(5a, 5b， 6; 5a， 6G; 5a， 6G, 60)，监一见所述才喿纵 器(2a, 2b; 601-A， 601-B， 601-C)，并确定表示所述操纵器(2a， 2b; 601-A， 601-B, 601-C)移动的物理量(x, x，， x", x"，)，致动器(4)，分别被与所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B， 601-C) 相关联地提供，并且响应于代表要施加到所述相关联的操纵器(2a， 2b; 601-A， 601-B, 601-C)的载荷的量的驱动信号(DRI;DRIO)，以便在所述演奏者内部 产生所述内力感觉的一部分，数据保存器(103， 104),存储所述物理量(x, x，， x"， x"，)和 要施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C )的所述载荷的量(Yl, Y2，Y3;Y1,Y2,Y3,Y4)之间的关系(30， 31, 32, 33; 30, 31, 32, 33， 3x), 以及控制器，具有选择器(101， 25, 35, 36; 101, 25, 35， 36， 37， 38)，被连 接到所述运动观测器(5a， 5b， 6; 5a, 6G; 5a, 6G， 60)和所述数据保存 器(103, 104)，以便基于所述物理量(x, x，， x", x"，)指定要施加的所述 载荷的量(Y1，Y2,Y3;Y1,Y2，Y3，Y4)，以及驱动器(IOI, 40， 50b, 51)，被连接到所述选择器(101， 25， 35， 36; 101, 25, 35， 36， 37, 38 )和所述致动器(4 )，以便将所述驱动信 号(DR1;DR10)调整为对应于所述载荷的幅度的值， 其特征在于还包括第二载荷施加器(3; 3A;3B;3C;3D;3E;3G;3H)，被连接到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)，并将载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A， 601-B, 601-C),以#_在所述演奏者内部产生所述内力感觉的另一部分。
14、 如权利要求13所述的乐器，其中，所述操纵器是被选择性地按下和 释放以便指定所述音调的音高的键(2a, 2b)。
15、 如权利要求13所述的乐器，其中，所述操纵器是被选择性地压下和 释放以便指定要赋予所述音调的效果的踏瓣(601-A，601-B,601-C )
16、 如权利要求13所述的乐器，其中，还包括音调生成器(107),被连 接到所述多个操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C),并生成所述音调。
17、 如权利要求13所述的乐器，其中，所述第二载荷施加器包括从以下 构成的组中选择的至少一个生成器用于将惯性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A， 601-B, 601画C)的 惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 )，用于将弹性载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的 弹性载荷生成器(320， 321; 622)，以及用于将粘性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B， 601-C)的 粘性载荷生成器(330， 331， 332, 333 )。
18、 如权利要求13所述的乐器，其中，与所述至少一个生成器相关联地 提供状态改变器(304a， 304b， 333 ),以便在用于将载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C )的激活状态和用于禁止所述至少两个生成 器将所述载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A， 601-B， 601-C)的非激活 状态之间改变所述至少一个生成器。
19、 一种通过乐器的操纵器(2a， 2b; 601-A， 601-B, 601-C)对演奏者 产生内力感觉的方法，包括以下步骤a) 确定表示至少一个所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)移 动的物理量(x， x，， x"， x，");b) 确定要以所述物理量(x， x，， x", x"，)施加到至少一个所述操纵器 (2a， 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的载荷的量；c) 将驱动信号(DR1;DR10)调整为对应于要施加的所述载荷的幅度的值；以及d) 将所述驱动信号(DR1;DR10)提供给与至少一个所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601-B， 601-C)相关联的致动器(4; 610a)，使得所述致动器(4; 610a) 通过载荷施加器(ld; 1Ad; lBd, 1Cd， lDd, 1Ed， lGd, 1Hd)与在所述 步骤a)之前已经激活的另一载荷施加器(3; 3A邻;3C;3D;3E;3G;3H) 一起， 在所述演奏者内部产生所述内力感觉。
20、 如权利要求19所述的方法，其中，所述另一载荷施加器(3; 3A;3B;3C; 3D;3E;3G;3H)包括从以下构成的群组中选择的至少一个生成器用于将惯性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B, 601-C)的 惯性载荷生成器(300、 301、 302、 303; 300、 301、 302A、 303 ),用于将弹性载荷施加到所述操纵器(2a, 2b; 601-A, 601-B， 601-C)的 弹性载荷生成器(320， 321; 622)，以及用于将粘性载荷施加到所述操纵器(2a， 2b; 601-A, 601陽B， 601陽C)的 粘性载荷生成器(330， 331, 332， 333 )。
全文摘要
提供了一种内力感觉控制设备、控制内力感觉的方法及其乐器。电子键盘乐器(1)具有载荷施加器(1b)，其通过黑键(2a)和白键(2b)在演奏者内部产生相当于诸如钢琴的另一乐器的内力感觉，并且载荷施加器(1b)具有向键(2a，2b)施加部分载荷的机械载荷施加器(3)和向键(2a，2b)施加剩余部分载荷的机电载荷施加器(1d)，从而生产商可减小致动器(4)的尺寸。
文档编号G10H1/34GK101350193SQ20081013774
公开日2009年1月21日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者村松繁 申请人:雅马哈株式会社