专利名称：音乐数据调节器、装备音乐数据调节器的乐器和音乐系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及音乐数据调节器，具体地说，涉及调节音乐数据段的音乐数据调节器、装配该音乐数据调节器的乐器和由该乐器、其它乐器及其它系统部件组成的音乐系统。
背景技术：
存在各种乐器。所有乐器都设计成产生演奏者想要的音调。换句话说，手指在声学乐器的位置唯一对应于要产生的音调的名称。例如，声学钢琴有多个黑琴键和多个白琴键，不同的音调名称分别赋予该多个黑和白琴键。当钢琴家希望产生具有特定音调名称的钢琴音调时，他或她按下黑和白琴键中一个具有该特定音调名称的琴键。同样，弦乐器也具有在指板上绷紧的多个琴弦，琴弦和手指在指板上的位置之间的组合被分别赋予了音调名称。当演奏者希望产生具有特定音调名称的音调时，他或她用手指将其中一个琴弦压在指板上的预定位置。管乐器的某些键被分别赋予了多组音调名称。例如，长笛的一个键被赋予了八度音阶中互不相同的音调名称。但是，演奏者通过嘴唇来控制八度音阶。由此，嘴唇和手指位置之间的组合唯一对应于要通过该管乐器产生的音调的名称。
三角钢琴或直立式钢琴(即声学钢琴)是最受欢迎的乐器之一，因此本发明继续描述这种声学钢琴。在声学钢琴中，黑和白琴键唯一对应于以预定音高(pitch)产生钢琴音调的琴弦。当钢琴家希望以预定音高产生钢琴音调时，他或她按下被赋予了音调名称的黑/白琴键，所按下的琴键通过关联的操作单元使小锤旋转。小锤在旋转结束时敲击关联的琴弦，使该琴弦振动，从而以预定音高产生钢琴音调。由此，该唯一性使得可以按照乐曲产生钢琴音调。
该唯一性使制造商设计出自动演奏钢琴。制造商为黑和白琴键和踏板分别设置琴键激励器和踏板激励器，并以音乐数据段代码来存储手指的动作和脚的动作。当用户希望重新演奏时，他或她将该音乐数据段代码下载到控制器中，并通过琴键激励器按照该乐曲使该控制器有选择性地按下和释放黑和白琴键，以及有时通过踏板激励器踩下踏板。由于黑和白琴键唯一对应于钢琴音调，因此音乐数据段代码使得可以重新在声学钢琴上演奏。
音乐数据段代码的一个公知的典型的协议例子是“MIDI(乐器数字接口)”。此后，根据MIDI协议产生的音乐数据段代码就称为“MIDI音乐数据段代码”。琴键动作和踏板动作都定义为“事件”。按下的琴键和释放的琴键称为“打开音符事件”和“释放音符事件”，踏板动作与“效果”相关。音调的音高表示为“音符号”，音量被转换为“速度”值。当用户记录声学钢琴的演奏时，记录装置接着将琴键动作和踏板动作转换为对应的MIDI音乐数据段代码。由此该演奏存储在这组MIDI音乐数据段代码中。
但是，制造商不能在这组MIDI音乐数据段代码中存储诸如“半踏板”的微妙的人为表达。换句话说，不能通过MIDI音乐数据段代码表达出演奏中微妙的音韵。
另一种数据协议公开在日本专利申请No.2004-077521中。根据该数据协议，在演奏期间将琴键行程和踏板敲击都连续地存储在音乐数据段代码中。当钢琴家将制音踏板带入半踏板状态时，从剩余位置到半踏板点的踏板敲击存储在音乐数据段代码中。当控制器重新演奏时，控制器指示踏板激励器在将要发生半踏板时根据音乐数据段代码表示的踏板敲击来按下制音踏板。由此，半踏板在重新演奏时得以再现。换句话说，使被移动的琴键和踏板与在初始演奏中移动的琴键和踏板相同。
如上所述，自动演奏钢琴重新进行已经存储在这组音乐数据段代码中的演奏。声学音调产生系统使得人类演奏者可以产生声学音调，这些音调是由MIDI音乐数据段代码表示的音调调整而来。声学音调产生系统的一个典型例子公开在日本专利申请2003-208154中。现有技术的声学音调产生系统包括可被人类演奏者用来演奏出乐曲的键盘、通过琴弦的振动产生声学音调的机械音调产生装置、以及连接在乐器和机械音调产生装置之间的数据调节器。
当人类演奏者在键盘上弹奏时，键盘产生代表希望产生的音调的MIDI音乐数据段代码，并向数据调节器提供该MIDI音乐数据段代码。数据调节器根据已经由人类演奏者发出的指令调节MIDI音乐数据段代码中的音乐数据段。数据调节器例如将速度从弱音的初始值变为另一个值。此外，数据调节器将音调从初始指定的音高变为其它音高来进行变调。数据调节器还向初始指定的音调中增加音高不同的其它音调，并从演奏者按下和/或释放琴键时开始就延迟音调。数据调节器还将窄寄存器中的初始指定的音调分配给宽寄存器中的其它音调。尽管按下的琴键和释放的琴键不是唯一对应于通过机械音调产生装置产生的音调，但该调节基于琴键和由人类演奏者最初指定的音调之间的唯一性。由于初始指定的音调和将要产生的音调是由MIDI音乐数据段代码表达的，因此不能使通过机械音调产生装置的音调具有微妙的音韵。
在日本专利申请2001-066982公开的一种用于手指练习的电子键盘中打破了上述唯一性。该现有技术的电子键盘包括很少的琴键，并提示练习者按照一段乐曲用手指来按下琴键。该现有技术的用于手指练习的电子键盘监控琴键，以察看练习者是否正确地按下了琴键，并仅当练习者正确地按下琴键时才产生音调。在这个例子中，根据练习和乐曲来改变琴键和音调名称之间的相互关联。但是，这种破坏只是为了练习的缘故。音乐数据段被编码为MIDI音乐数据段代码，练习也只限于手指运动。不能对微妙的音韵进行任何练习。当然MIDI音乐数据段代码也不会使音调产生微妙的音韵。
发明内容
因此本发明的重要目的是提供一种音乐数据调节器，将可以表达出优美音韵的初始音乐数据段调节为也能表达优美音韵的调节后的音乐数据段。
本发明的另一个重要目的是提供一种装备了该音乐数据调节器的乐器。
本发明还有一个重要目的是提供一种音乐系统，其中所述乐器与另一种乐器组装在一起。
为了完成该目的，本发明利用一系列表达操纵器的连续运动的初始音乐数据段值来表达将要产生的音调，使得可以将所述初始音乐数据段调节为表示相应操纵器的连续运动的调节后的音乐数据段。
根据本发明的一个方面，提供了一种音乐数据调节器，用于将表达操纵器的连续运动的初始音乐数据段调节为表达相应操纵器的连续运动的调节后的音乐数据段，所述音乐数据调节器包括存储器，用于存储至少一条表示用户给定任务的指令数据，和信息处理器，用于通过执行一系列完成该任务的工作来部分将所述初始音乐数据段变为调节后的音乐数据段。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括音调产生系统和音乐数据调节器的乐器，该音调产生系统包括多个由演奏人有选择地移动以指定将要产生的音调的操纵器，所述音乐数据调节器将表达操纵器的连续运动的初始音乐数据段调节为表达相应操纵器的连续运动的调节后的音乐数据段，其包括存储器，用于存储至少一条表示用户给定任务的指令数据，和信息处理器，用于通过执行一系列完成该任务的工作来部分将所述初始音乐数据段变为调节后的音乐数据段。
根据本发明的另一方面，提供了一种产生音调的音乐系统，包括主乐器、与该主乐器连接的音乐数据调节器以及从乐器，该主乐器包括多个有选择移动的操纵器以指定将要产生的音调，多个传感器，监控该多个操纵器并将该多个操纵器的连续运动转换为运动数据段，每一运动数据段分别表达一系列表示关联的一个操纵器的连续运动的物理量，和与该多个传感器连接的信息处理器，用于产生分别表达所关联的一个操纵器的连续运动的初始音乐数据段，所述音乐数据调节器包括存储器，用于存储至少一条表示用户给定任务的指令数据，和信息处理器，用于通过执行一系列完成该任务的工作来部分将所述初始音乐数据段变为调节后的音乐数据段，所述从乐器包括其它独立移动的操纵器，多个分别与该其它操纵器关联的激励器，所述激励器还响应驱动信号来有选择地再现该其它操纵器的连续运动，和与音乐数据调节器连接的运动控制器，用于产生该驱动信号来有选择地向该多个激励器提供驱动信号。
从下面参考附图所做的描述中，所述音乐数据调节器、乐器和音乐系统的特征和优点将会更加容易理解，其中图1是示出根据本发明的音乐系统的系统配置的框图，图2是示出集成在本发明的音乐系统中的主混合钢琴的结构的横截面侧图，图3是示出集成在所述音乐系统中的副混合钢琴的结构的横截面侧图，图4是示出集成在两个混合钢琴中的信号处理单元的系统配置的框图，图5A是示出所述音乐系统的功能的框图，图5B和5C是示出一段音乐数据段和对应的调节后的音乐数据段的视图，图6A是示出准备一段初始音乐数据段的方法的流程图，图6B是示出调节该初始音乐数据段的方法的流程图，
图6C是根据一段调节后的音乐数据段再现琴键运动的方法的流程图，图6D和6E是示出伺服控制方法的流程图，图7是示出根据本发明的另一种音乐系统的横截面侧图，图8是示出该音乐系统的功能的框图，图9A和9B是示出再现该音乐系统中琴键运动的方法的流程图。
具体实施例方式
参考图1，体现本发明的音乐系统包括装备了多个琴键的主乐器100、音乐数据调节器101和装备了音调产生器的从乐器102。主乐器100与音乐数据调节器101连接，该音乐数据调节器又与从乐器102连接。因此，表达操纵器运动的音乐数据段就从主乐器100通过音乐数据调节器101流向从乐器102。如以后将要详细描述的，从主乐器100输出的该初始音乐数据段在音乐数据调节器101中被调解为表达操纵器的调节后运动的调节后的音乐数据段。从乐器将调节后的音乐数据段转化为音调。由此，演奏者引起主乐器100中操纵器的运动，通过从乐器102产生音调。
假定演奏人有选择地操作操纵器来演奏乐曲。该操纵器连续的在轨迹上运动。演奏人有选择地引起操纵器在该轨迹上的运动，以指定将要产生的音调。
主乐器100产生表达操纵器运动的初始音乐数据段。每一段初始音乐数据的一系列值都表达一个操纵器在轨迹上的实际运动。可以获得诸如轨迹上的位置、轨迹上的速度、轨迹上的加速度、插棒式铁芯或琴键上施加的力等各种物理量来表达该运动。也可以利用这些物理量中的一个或多个来表达该运动。
当演奏者以普通方式引起操纵器运动，并且此后以异常方式引起另一个操纵器运动从而给音调赋予人工表达时，主乐器产生一段表达该普通运动的初始音乐数据和一段表达该异常运动的初始音乐数据。由此，主乐器在初始音乐数据段中保存了对音调的人工表达。这是因为一系列初始音乐数据段直接表达了操纵器的连续运动。
该初始音乐数据段从主乐器100发送到音乐数据调节器101，该音乐数据调节器101基于该初始音乐数据段通过预先选择地数据处理产生调节后的音乐数据段。调节后的音乐数据段表达了操纵器调节后的运动。操纵器调节后的运动与主乐器100中产生的初始运动不同或一致。初始运动和调节后的运动之间的对应取决于预先选择的数据处理。但是，音乐数据调节器将人工表达从初始音乐数据段移植到调节后的音乐数据段中，从而音乐系统为从乐器的演奏保存了该人工表达。在修改后的运动与初始运动一致的情况下，所述操纵器可以变为另一个操纵器。换句话说，从乐器102引起与另一个操纵器的初始运动相同的调节后运动。
调节后的音乐数据段由音乐数据调节器101提供给从乐器102。从乐器102分析该调节后的音乐数据段，并通过由该调节后的音乐数据段表达的调节后运动确定将要产生的音调。通过从乐器102产生该音调。在演奏人指示音乐数据调节器101将乐曲从一特定琴键变换到另一琴键的情况下，音乐数据调节器101只将操纵器从通过主乐器100指定的音调名称变为对应的音调名称。但是，所述人工表达仍然留在对应的音调中，因为初始运动的特征被移植到调节后的运动中。
从乐器102可以与对主乐器100的操纵器的操纵同步的产生音调，也就是以实时的方式。否则，初始数据或调节后的数据临时存储在数据存储器中，并且当用户指示音乐系统再现音调时，从乐器102基于该调节后的音乐数据段产生音调。
音乐系统是通过两个相互分离的乐器或单独的一个乐器来实现的。否则，主乐器100、音乐数据调节器101和从乐器102在实体上相互依赖。在两个乐器组成该音乐系统的情况下，音乐数据调节器101集成在主乐器100或从乐器102中。在音乐系统以单独的一个乐器来实现的情况下，主乐器100和从乐器102可以共享操纵器。例如，操纵器阵列一部分形成主乐器100的部件，一部分形成从乐器102的部件。主乐器和从乐器都可以集成在多个乐器的每个乐器中。在该例中，多个乐器相互间可双向通信。
音乐系统存在很多应用。多个从乐器102可以设置给单独的一个主乐器100，并且该单独的主乐器100通过专用通信信道或公用通信信道与该多个从乐器102通信。在该例中，钢琴家可以在大型转换大厅的舞台上的主乐器100上演奏音乐，而初始音乐数据段分发给附属大厅内的多个从乐器102。微妙的音韵从主乐器100传送给该多个从乐器102，从而观众能在附属大厅中欣赏演奏。
该音乐系统在音乐教育中非常有用。教师可以同时向其学生演示。可双向通信的音乐系统适用于这种用途。由于初始琴键运动准确再现在从乐器上，因此学生能准确理解老师在从乐器上的手指运动。老师可以指示学生将他或她们的手指放在从乐器的操纵器上，从而体验操纵器的运动。
在下面的描述中，术语“前部”表示一个比术语“后部”调节的位置更接近坐在凳子上弹奏的演奏者的位置。画在前部位置和对应的后部位置之间的直线在“前后方向”上延伸，并且该前后方向与横向以直角交叉。竖直方向与该前后方向和横向限定的平面垂直。术语“轴向”取决于部件的配置，术语“纵向的”表示大于部件“宽度”方向的部件长度方向。
第一实施例体现本发明的音乐系统包括分别用作主乐器100和从乐器102的主混合钢琴101A和从混合钢琴102A，以及音乐数据调节器101A。主混合钢琴100A和从混合钢琴102A通过音乐数据调节器101A和通信信道相互连接。在该例中，音乐数据调节器101A在实体上与主混合钢琴100A和从混合钢琴102A分离。为此，数据发送器和数据接收器分别集成在主混合钢琴100A和从混合钢琴102A中，音乐数据调节器101A也装备了数据发送器和数据接收器。在该音乐系统中采用公知的数据通信协议来进行通信。
主混合钢琴和从混合钢琴图2示出主混合钢琴100A。主混合钢琴100A大都包括声学钢琴100a和电子系统100b。电子系统100b具有数据处理能力，并监控声学钢琴100a来产生初始音乐数据段。该初始音乐数据段从电子系统100b发送到音乐数据调节器101A。
声学钢琴100a包括具有白琴键1Ma和黑琴键1Mb的键盘1M、操作单元2、小锤4、琴弦4和制音器5。白琴键1Ma和黑琴键1Mb以公知模式设置，并分别赋予白和黑琴键1Ma/1Mb音调名称。该音调名称以琴键号Kn来表达，从而琴键号Kn从最左边的白琴键1Ma到最右边的白琴键1Ma变化。在该例中，88个琴键1Ma/1Mb集成在键盘1M上，琴键号Kn从“1”改变到“88”。为此，最低的音调名称和最高的音调名称表达为“Kn1”和“Kn88”。
白琴键1Ma和黑琴键1Mb在前后方向上延伸，并与平衡杆1a交叉。平衡管脚P从平衡杆1a上伸出，并为白和黑琴键1Ma/1Mb提供支点。当力施加到白和黑琴键1Ma/1Mb的前部位置以及从该位置撤离时，白和黑琴键1Ma/1Mb上下跳跃，并在其余位置和末端位置之间的各轨迹上移动，术语“琴键行程(keystroke)”表达了在琴键轨迹上从该其余位置到当前琴键位置之间的距离。在该例中，白和黑琴键1Ma/1Mb的前部末端的末端位置与该其余位置间隔10毫米，由此完整的琴键行程是10毫米。
白和黑琴键1Ma/1Mb分别与操作单元2连接，从而演奏者通过白和黑琴键1Ma/1Mb有选择地激励操作单元2。小锤3分别与操作单元2连接，并被驱动来通过控键(escape)而进行旋转。琴弦4在关联的小锤3上方绷紧，小锤3在旋转结束时与关联的琴弦4发生撞击。然后琴弦4振动，并通过该振动按照与分配给白和黑琴键1Ma/1Mb的音调名称相同的音高产生音调。制音器5与白和黑琴键1Ma/1Mb连接，并根据琴键的运动而与琴弦4分离和接触。当制音器5与琴弦4分离时，琴弦4振动，并因此产生音调。但是，当制音器5与琴弦4接触时，振动被衰减且音调消失。由此声学钢琴100a以公知方式动作。
电子系统100b包括琴键传感器6M和信号处理单元10M。琴键传感器6M与信号处理单元10M连接，信号处理单元10M通过通信信道与音乐数据调节器101A连接。表达白和黑琴键1Ma/1Mb的运动的运动数据段从琴键传感器6M提供给信号处理单元10M。在该例中，琴键行程或当前琴键位置序列代表琴键运动。信号处理单元10M基于运动数据段产生初始音乐数据段，并将表示该初始音乐数据段的数字音乐数据段信号DS1通过通信信道提供给音乐数据调节器101A。
琴键传感器6M例如由光电耦合器和开关板(shutter plate)实现。开关板分别固定在白和黑琴键1Ma/1Mb的下表面上，并与白和黑琴键1Ma/1Mb一起在各自的轨迹上运动。光电耦合器将光束辐射到有关的开关板的轨迹上，从而光量随着开关板的当前位置而改变，并因此随着琴键轨迹上的当前琴键位置而改变。完整的琴键行程与琴键传感器6M的可检测范围交叠。日本专利申请2004-77521中公开的琴键传感器可用于电子系统100b。因此，琴键传感器6M将琴键轨迹上的当前琴键位置或白和黑琴键1Ma/1Mb的琴键行程转换为琴键位置信号AS1，并将该琴键位置信号AS1提供给信号处理单元10M。
信号处理单元10M包括接口(未示出)、数据处理器(未示出)、存储器(未示出)和数据发送器(未示出)，琴键传感器6M与该接口连接。琴键信号AS1到达接口。模拟数字转换器集成在接口中，从而琴键位置信号AS1被转换为数字琴键位置信号。计算机程序在该数据处理器中运行，该数据处理器基于琴键运动数据段通过执行编程指令周期性地产生表达88个琴键1Ma/1Mb的运动的初始音乐数据段。
参考图3，从混合钢琴102A由自动演奏钢琴实现，并且也分为声学钢琴102a和电子系统102b。声学钢琴102a在结构上类似于声学钢琴100a。为此，声学钢琴102a的大多数部件都具有分配给声学钢琴100a的对应部件的附图标记，为简单起见省略了详细的描述。但是，键盘、白琴键和黑琴键分别标有附图标记“1S”、“1Sa”和“1Sb”，以便与主混合钢琴100A的对应部件区分开来。
电子系统102b包括琴键传感器6S、信号处理单元10S和由螺线管操作的琴键激励器7。琴键传感器6S由光学传感器实现，这些光学传感器与用于琴键传感器6M的相同，并且琴键传感器6S与信号处理单元10S和由螺线管操作的琴键激励器7一起形成伺服控制环。琴键传感器6S向信号处理单元10S输出模拟琴键位置信号AS2。除了计算机程序和螺线管驱动电路单元27之外，信号处理单元10S在硬件上类似于信号处理单元10M。为此，下面只详细描述计算机程序。
由螺线管操作的琴键激励器7分别提供给白和黑琴键1Sa/1Sb，并安装在白和黑琴键1Sa/1Sb的后部下方。磁轭和螺线管都由琴键座1b通过支架(未示出)支撑，并且相对于琴键座1b固定。另一方面，插棒式铁芯7a从关联的螺线管伸出和缩回。信号处理单元10S的螺线管驱动电路27与螺线管连接，并有选择地向螺线管提供驱动信号u。当给螺线管提供了驱动信号u后建立了磁场，并使得关联插棒式铁芯7a向上推动白和黑琴键1Sa/1Sb的后部。
参考图4，每个信号处理单元10M和10S都包括缩写为“CPU”的中央处理单元20、缩写为“ROM”的只读存储器21、缩写为“RAM”的随机存取存储器22、通信接口23和缩写为“I/O”的信号接口24。由于螺线管驱动器27只集成在信号处理单元10S中，因此用虚线绘制方框27。在该例中，只读存储器21由半导体电可擦除和可编程的只读存储器实现，例如闪存。
中央处理单元20是数据处理能力的源头。计算机程序存储在只读存储器21中，中央处理单元20顺序的从只读存储器21中取出该计算机程序的编程指令代码，以完成所给定的任务。只读存储器21中还存储了校准数据和控制数据信息。集成在信号处理单元10M中的中央处理单元20和集成在信号处理单元10S中的中央处理单元之间的任务是不同的。其它表达系数、阈值、参考值等等的数据代码也存储在只读存储器21中，中央处理单元20在数据处理期间有选择地读取该数据代码。电可擦除和可编程的只读存储器适用于该计算机程序的高级版本。
数据处理的结构临时存储在随机存取存储器22中，并且将预先确定的存储位置分配给标志、表、计数器和定时器。
通信接口23与音乐数据调节器101连接。音乐数据段代码从信号处理单元10M的通信接口23输出到音乐数据调节器101中，调节后的音乐数据段到达信号处理单元10S的通信接口23。
信号接口24包括模拟数字转换器(未示出)，琴键传感器6M或6S有选择地与模拟数字转换器连接。从琴键传感器6M/6S连续输出的模拟琴键位置信号AS1与时钟信号同步地被周期性转换为数字琴键位置信号DS2，该数字琴键位置信号DS2由中央处理单元20取出。尽管未在附图中示出，信号接口24还包括与操纵板连接的数据缓冲器。中央处理单元20通过该数据缓冲器提供表达可视图像的数据代码，并向用户告知主混合钢琴100A或从混合钢琴102A的当前状态以及将由用户选择地选项。由此，用户通过该操纵板与主混合钢琴100A或从混合钢琴102A通信。
信号处理单元10S还包括螺线管驱动器27。螺线管驱动器27具有脉冲宽度调制器。使驱动信号u适合适当的占空比(duty ratio)，并提供给由螺线管操作的琴键激励器7的螺线管。由于由螺线管操作的琴键激励器7与驱动信号u的平均电流(也就是驱动信号u的占空比)成正比的将力施加到插棒式铁芯7a上，因此插棒式铁芯行程以及琴键行程都可以通过螺线管驱动器27中的脉冲宽度调制来控制。
这些系统部件20、21、22、23、24与总线系统20B连接，数据代码、地址代码和控制代码在系统部件20至24之间传送。螺线管驱动器27也与总线系统20B连接，从而中央处理单元20指示螺线管驱动器27在目标占空比下。
音乐数据调节器音乐数据调节器101A具有数据处理能力，并响应用户的指令以将初始音乐数据段调节为调节后的音乐数据段。该音乐数据调节器的系统配置类似于图4所示的信号处理单元10M的系统配置。为此为简单起见下面不再赘述。
通过操作面板将用户指令下达给音乐数据调节器101A，表示用户指令的指令数据存储在随机存取存储器22中。或者，用户通过主混合钢琴100A或从混合钢琴102A向音乐数据调节器101A下达指令。其中一个指令指示音乐数据调节器101A如何调节初始音乐数据段，并使音乐数据调节器101A准备好对初始音乐数据段进行调节。换句话说，主例行程序为音乐数据段调节分支出子例行程序。该指令可以指示八度音阶移位或变换。
变换表存储在只读存储器21中。当用户指示音乐调节器101A变换时，中央处理单元20用标识数据段KnM访问该表，读取表示不同琴键的琴键号Kn的调节后的标识数据段KnS，产生包含运动数据段rxS、rvS的调节后的音乐数据段、调节后的标识数据段KnS和时间数据段t。
音乐系统的功能图5A示出音乐系统的功能。如结合信号处理单元10M的系统配置所述的，琴键传感器6M连续产生表示运动数据段yxMa的模拟琴键位置信号AS1，并且通过接口24的模拟数字转换器将模拟琴键位置信号AS1周期地转换为数字琴键位置信号DS2。存储在数字琴键位置信号DS2中的运动数据段表达为“yxMd”。运动数据段yxMd也表达了白和黑琴键1Ma/1Mb或琴键行程的当前琴键位置。中央处理单元20从接口24中取出数字琴键位置信号DS2，并通过数字数据处理完成以下任务。
首先，中央处理单元20如在方框30中那样对音乐数据段进行标准化。换句话说，声学钢琴102a和琴键传感器6M的个性特征从运动数据段yxMd中消除，如果需要，在主混合钢琴100A采用的单元中的音乐数据段yxMd被转换为从混合钢琴102A采用的单元中的运动数据段yxM。在随机存取存储器22中积累每个白和黑琴键1Ma/1Mb的标准化运动数据段yxM。
接着在方框32中，中央处理单元20基于标准化的运动数据段yxM来确定表达当前琴键速度的另一种运动数据段yvM，并且也在随机存取存储器22中积累运动数据段yvM。当前琴键速度可以通过运动数据段yxM的微分求得。
接着，中央处理单元20基于运动数据段yxM和yvM产生初始音乐数据段rM。详细地说，从所有白和黑琴键1Ma/1Mb提供给接口24的模拟琴键位置信号AS1由模拟数字转换器顺序地转换为数字琴键位置信号DS2，中央处理单元20分别将琴键号Kn连接到数字琴键位置信号DS2，以便在分别分配给白和黑琴键1Ma/1Mb的存储位置中积累标准化的运动数据段yxM和运动数据段yvM。此外，中央处理单元20使用一个计数器周期性地测量经过的时间，并且在取出每个运动数据段yxMd时读取该时间t。中央处理单元20对每个标准化运动数据段yxM和运动数据段yvM标以时间t，并在分配给相关的一个白和黑琴键1Ma/1Mb的预定存储位置中积累运动数据段，作为表达在时刻t时的标准化当前琴键位置的运动数据段rxM和表达在时刻t时的当前琴键速度的运动数据段rvM。因此，每个初始音乐数据段rM包括运动数据段rxM、运动数据段rvM、时间数据段t和表达琴键号Kn的标识数据段KnM，如图5B所示。在图5B中，运动数据段rxM/rvM和标识数据段KnM都标有时间数据段t1，并形成初始音乐数据段Rm。在运动数据段rxM/rvM中描述了白和黑琴键KnM的运动。方框34表示初始音乐数据段rM的发送。
接着，中央处理单元20将初始音乐数据段rM发送到通信接口23，在方框35中将初始音乐数据段rM发送到音乐数据调节器101A。
音乐数据调节器101A响应用户的指令来调节初始音乐数据段rM。用户通过操作面板(未示出)向音乐数据调节器101A下达指令。假定用户指示音乐数据调节器101A将产生的音调的音高移位一个八度音阶。此后将该调节称为“八度音阶移位”。
在方框36中初始音乐数据段rM到达音乐数据调节器101A，并且该音乐数据调节器101A部分地将初始音乐数据段rM改变为调节后的音乐数据段rS。在该例中，用户指示音乐数据调节器101A进行八度音阶移位。为此，在方框37中，音乐数据调节器101A从初始音乐数据段rM中提取标识数据段KnM，并向琴键号Kn加上“12”或减去“12”。此后，分别将琴键号Kn-12和Kn+12称为“第一移位的琴键号KnS1”和“第二移位的琴键号KnS2”，调节后的标识数据段KnS1和KnS2表示第一移位的琴键号KnS1和第二移位的琴键号KnS2。
初识标识数据段KnM被置换为调节后的标识数据段KnS1/KnS2。运动数据段rxM/rvM和时间数据段t没有改变，并用作运动数据段rxS/rvS和时间数据段t。结果是，调节后的音乐数据段rS包括运动数据段rxS/rvS、时间数据段t和调节后的标识数据段KnS1/KnS2，如图5C所示。因此，在调节后的音乐数据段rS中仍然描述了琴键KnS1和KnS2的运动。
数据调节一结束，音乐数据调节器101A就向从混合钢琴102A发送调节后的音乐数据段rS，如方框38所示。
假定在方框39中从混合钢琴102A接收调节后的音乐数据段rS。中央处理单元20作为信号处理单元10S的数据处理能力的源头，取出调节后的音乐数据段rS，并分析调节后的音乐数据段rS。中央处理单元20基于标识数据段KnS1和KnS2来指定白琴键或黑琴键1Sa/1Sb，并在方框40中基于运动数据段rxS/rvS通过分析确定时刻t时的目标琴键位置rxS和目标琴键速度rvS。
在圆圈41和42中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读出实际的琴键位置yxS和实际的琴键速度yvS，并将目标琴键位置rxS和目标琴键速度rvS与实际琴键位置yxS和实际琴键速度yvS进行比较，以检查差别ex/ev到底有多大。后面将会详细描述，琴键传感器6S监控白琴键1Sa和黑琴键1Sb，从而向信号处理单元10S报告实际的琴键位置yk，并且每个采样周期都要更新实际琴键位置yxS和实际琴键速度yvS。
在方框43和44中，中央处理单元20将行程差ex和速度差ev分别乘以增益kx和kv，并在圆圈45中将乘积ux与乘积uv相加。增益kx和kv使得行程差ex和速度差ev分别转换为占空比中的相应百分比值。
中央处理单元20将乘积和u(也就是(ux+uv))提供给螺线管驱动器27，并请求螺线管驱动器27向标有第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2的白琴键或黑琴键1Sa/1Sb提供驱动信号。螺线管驱动器27将驱动信号u调整为等于乘积和u的目标占空比，并将驱动信号u提供给白琴键或黑琴键1Sa/1Sb。
当给螺线管提供驱动信号u时，螺线管增加了在插棒式铁芯7a上的推力，插棒式铁芯7a向着目标琴键位置移动白琴键或黑琴键1Sa/1Sb。
琴键传感器6S将实际琴键位置yk转换为模拟琴键位置信号AS2，并将表达实际琴键位置yk的运动数据段yxSa提供给信号处理单元10S。
通过集成在接口24中的模拟数字转换器将模拟琴键位置信号AS2转换为表达运动数据段yxSd的数字琴键位置信号DS3，并由中央处理单元20取出该运动数据段yxSd。
在方框31中，中央处理单元20标准化运动数据段yxSd，以便从运动数据段yxSd中消除声学钢琴102a的个性特征和琴键传感器6S的个性特征，并将实际琴键位置yxS存储到随机存取存储器22中。在方框33中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读出实际的琴键位置yxS系列，并确定实际的琴键速度yvS。
为了从下一段调节后的音乐数据段rS中确定行程差ex和速度差ev，从随机存取存储器22中读出实际琴键位置yxS和实际琴键速度yvS。
从上面的描述中可以理解，音乐数据调节器101A将表达琴键运动的初始数据段调节为也表达琴键运动的调节后的音乐数据段。从混合钢琴102A处理调节后的音乐数据段，并基于调节后的音乐数据段产生琴键运动。结果是，小锤3在旋转结束时引起琴弦4振动，并从振动的琴弦4发出音调。尽管由从混合钢琴102A产生的音调在属性上与主混合钢琴100A指定的音调不同，但音乐系统使得所产生的音调只属于该指定的音调，以响应用户的指令。
尽管根据不同于MIDI协议的音乐协议对初始音乐数据段进行编码，根据本发明的音乐系统还是产生了属于所指定的音调但不同于该指定音调的音调。
计算机程序下面参考图6A至6E描述通过主混合钢琴100A、音乐数据调节器101A和从混合钢琴102A中的数据处理而实现的控制方法。尽管主混合钢琴100A和从混合钢琴102A对所有的白和黑琴键1Ma/1Mb都重复该控制序列，这些附图还是被简化为好像分别只有一个琴键形成键盘1M和1S。
当钢琴家在键盘1M上弹奏乐曲时，他或她按下白琴键1Ma。琴键号Kn被分配给该白琴键1Ma。当白琴键1Ma在从其余位置到结束位置的轨迹上运动时，关联的琴键传感器6M根据当前琴键位置连续改变模拟琴键位置信号AS1。模拟琴键位置信号AS1被输入接口24。
接口24周期性地从模拟琴键位置信号AS1中采样出离散值。假定在步骤S1中采样出离散值。通过模拟数字转换将该离散值转换为对应的二进制值，在步骤S2中，中央处理单元20从模拟数字转换器中取出由该二进制值表达的运动数据段。
在步骤S3中，中央处理单元20标准化运动数据段yxMd以产生标准化的运动数据段yxM。由于琴键传感器6M的个性化特征而产生的错误成分包括不规则的偏移电压S和不规则的增益R。不规则的偏移电压S和不规则的增益R作为校准数据存储在只读存储器21中。信号处理单元10M通过实验确定这些因子S和R，并将它们存储在电可擦除和可编程的只读存储器21中。该错误成分从运动数据段yxMd中被消除。
yxM＝R×yxMd+S 等式1运动数据段yxMd还包括另一个由于声学钢琴100A的个性特征而产生的错误成分。琴键传感器6M和白和黑琴键1Ma/1Mb之间的相对位置是引起该错误成分的原因。确定了在其余位置和结束位置时的运动数据段yxMd，并作为校准数据段YXDr和YXDe存储在只读存储器21中。中央处理单元20从如下所示从运动数据段yxMd中消除由于声学钢琴100A的个性特征引起的错误成分。
yxM＝(yxMd-YXDr)/(YXDe-YXDr)等式2在从混合钢琴102A中，执行对应于主混合钢琴100A中标准化的标准化。
在步骤S4中，中央处理单元20将标准化的运动数据段yxM与表达其余位置的参考数据进行比较，以检查白琴键1Ma是否还留在该其余位置。当白琴键1Ma留在该剩余位置时，答案是否定的“不”。然后，中央处理单元20将对象琴键从分配了琴键号Kn的白琴键1M改变为下个琴键K(n+1)。如上所述，图6A示出控制序列就好像只有一个白琴键1M形成键盘1M。假定中央处理单元12返回步骤S1，并重新进行由步骤S1至S4组成的循环，直到步骤S4中的答案变为肯定答案为止。
当钢琴家按下白琴键1Ma时，琴键传感器6M开始改变运动数据段yxMa，步骤S4中的回答为肯定的“是”。然后在步骤S5中中央处理单元20确定分配给白琴键1Ma的琴键号Kn。琴键传感器6M分为多个分配了不同采样周期的时隙的组，并且每个组的琴键位置信号AS1被输入不同的模拟数字转换器中。中央处理单元20基于时隙与取出运动数据段yxMd的模拟数字转换器的组合来指定白琴键1Ma。中央处理单元20读取取出运动数据段yxMd的时间，并将标准化的运动数据段yxM和时间数据段t存储在分配给琴键号Kn的预定存储位置。在该预定存储位置中与时间数据段t一起按照先进先出的方式积累标准化运动数据段yxM的预定数量的值。
接着，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取一系列标准化运动数据段yxM的值，并在步骤S6中例如通过微分确定琴键速度。中央处理单元20将表达琴键速度的运动数据段yvM和标准化运动数据段yxM积累在随机存取存储器22的预定存储位置中。
一旦完成步骤S6中的工作，中央处理单元20就在步骤S7中从分配给琴键号Kn的预定存储位置中读取标准化运动数据段yxM、运动数据段yvM和时间数据段t，并产生初始音乐数据段rM。如上所述，音乐数据段包括表达目标琴键位置或琴键行程的运动数据段rxM、表达目标琴键速度的运动数据段rvM、时间数据段t和表达琴键号Kn的标识数据段KnM。
最后，在步骤S8中将初始音乐数据段rM传送给发送器，并发送给音乐数据调节器101A。
图6A中所示的大部分控制方法都由运行在中央处理单元20的计算机程序实现。该计算机程序用作子例行程序，而主例行程序周期性地在每个定时器中断时跳至该子例行程序。该计算机程序中还集成了其他或她子例行程序。当主例行程序在中央处理单元20上运行时，中央处理单元20请求操作面板(未示出)产生表达主混合钢琴100A的当前状态的各种图像和提示消息，并接收用户指令。
图6B示出将初始音乐数据段调节为调节后的音乐数据段rS的方法。该方法由运行在音乐数据调节器101A的数据处理单元中的计算机程序的子例行程序实现。当主例行程序在中央处理单元20上运行时，中央处理单元20周期性地检查分配给初始音乐数据段rM的信号输入端口。假定钢琴家已经指示音乐数据调节器101A进行八度音阶移位。
假定初始音乐数据段到达信号输入端口。然后，中央处理单元20确认接收了数字音乐信号DS1。主例行程序跳至子例行程序。
在步骤S9中，中央处理单元20从信号输入端口取出初始音乐数据段rM，并将初始音乐数据段rM存储在内部存储器中。在步骤S10中，中央处理单元20读取标识数据段KnM，并确定第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2。中央处理单元20将第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2存储在随机存取存储器22中。
在八度音阶移位中只有标识数据段KnM发生改变，而运动数据段rxM和rvM不改变。为此在步骤S11中，中央处理单元20将运动数据段rxM和rvM复制到调节后的音乐数据段rS中。时间数据段t和调节后的标识数据段KnS1和KnS2还构成一部分调节后的音乐数据段rS。
接着在步骤S12中，中央处理单元20将调节后的音乐数据段rS传送到发送器，在步骤S13中，调节后的音乐数据段rS从该发送器传送到从混合钢琴102A。
图6C示出在从混合钢琴102A上再现琴键运动的方法。该方法的大部分都通过执行运行在中央处理单元20中的一部分计算机程序来实现。该计算机程序包括一个主例行程序和若干子例行程序，并且所述部分计算机对应于一个子例行程序。当用户指示从混合钢琴102A重现主混合钢琴100A上的演奏时，主例行程序开始在每个定时器中断时都跳至该子例行程序。尽管中央处理单元20对所有的白和黑琴键1Sa/1Sb都重复该控制序列，但为简单起见图6C还是示出好像只有一个白琴键1Sa形成键盘1S的控制序列。
在步骤S14中，中央处理单元20从通信接口23取出调节后的音乐数据段rS，并将该调节后的音乐数据段rS存储在随机存取存储器22中。
接着，在步骤S15中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取调节后的标识数据段KnS1、KnS2和运动数据段rxS、rvS。在步骤S16中，中央处理单元20指定将要被移动的白琴键1Sa，并确定该白琴键1Sa的目标琴键位置和目标琴键速度。将要被移动的白琴键1Sa所分配的琴键号分别与第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2一致。
在步骤S17中，中央处理单元20通过伺服控制环来控制白琴键1Sa。图6D和6E示出步骤S17中的控制序列。尽管通过该序列控制所有的白和黑琴键1Sa/1Sb，但为简单起见只描述对分配了第一移位琴键号KnS1的白琴键1Sa的伺服控制。
在步骤S20中对关联白琴键1Sa的琴键传感器6S提供的模拟琴键位置信号AS2进行采样，并将离散值转换为数字琴键位置信号DS3。在步骤S21中，中央处理单元20从模拟数字转换器中取出运动数据段yxDs。该运动数据段yxDs存储在已分配给白琴键1Sa的预定存储位置中。
在步骤S22中，中央处理单元20标准化运动数据段yxSd。步骤S22中的标准化与步骤S3的标准化相同。在步骤S23中，中央处理单元20将标准化运动数据段yxS与运动数据段rxS进行比较，并确定它们之间的行程差ex。在步骤S24中，中央处理单元20将该行程差ex乘以增益Kx，从而确定乘积ux。该乘积ux存储在随机存取存储器22中。
在步骤S25中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取运动数据段yxS的一系列值，并确定实际的琴键速度。表达该实际琴键速度的运动数据段yvS存储在分配给琴键号KnS1的预定存储位置中。
接着在步骤S26中，中央处理单元20将运动数据段rvS与运动数据段yvS进行比较，并确定速度差ev。在步骤S27中，中央处理单元20将该速度差ev乘以增益Kv，并将乘积uv存储在随机存取存储器22中。
在步骤S28中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取乘积ux和uv，并将它们相加。该乘积和表达了驱动信号u的目标占空比，并且中央处理单元20将该目标占空比u提供给螺线管驱动器27。在步骤S30中，螺线管驱动器27将该驱动信号u调整到目标占空比，并将该驱动信号u提供给关联白琴键1Sa的由螺线管操作的琴键激励器7。
图6A和6B所示的控制序列对所有的白和黑琴键1Ma/1Mb都要执行，图6C至6E所示的控制序列对所有将要被移动的白和黑琴键1Sa/1Sb都要重复。结果是，琴键运动由不同于白和黑琴键1Ma/1Mb的白和黑琴键1Sa/1Sb再现。由于运动数据段rxM/rvM表达了该轨迹上的连续琴键运动，因此可以通过运动数据段rxM/rvM来表达异常的琴键运动。换句话说，任何优美的音律都存储在运动数据段rxM/rvM的一系列值中。音乐数据调节器101A从运动数据段rxM和rvM中产生运动数据段rxS和rvS，从而将优美的音律移植到运动数据段rxS和rvS中。由此，初始音乐数据段rM使得可以表达出演奏中的优美音律，并且音乐数据调节器101A可以将初始音乐数据段rM调节为调节后的音乐数据段rS而不会破坏优美的音律。
第二实施例参考图7，体现本发明的另一个音乐系统由单独的一个自动演奏钢琴110实现。换句话说，该单独的一个自动演奏钢琴110象主乐器100、音乐数据调节器101和从乐器102那样工作。
自动演奏钢琴110包括声学钢琴100b、由螺线管操作的琴键激励器7T、琴键传感器阵列6T和数据处理单元10T。声学钢琴100b类似于声学钢琴102a，为此，除了键盘1T之外，声学钢琴100b的部件标有分配给声学钢琴102a的对应部件的标记，也就是白琴键1Ta和黑琴键1Tb。由于由螺线管操作的琴键激励器7T和传感器阵列6T类似于由螺线管操作的琴键传感器7和传感器阵列6M/6S，因此下面为简单起见不再进行描述。
数据处理单元10T具有数据处理能力，并且其中运行计算机程序。数据处理单元10T的功能是音乐数据产生器11、运动再现器12和音乐数据调节器13。声学钢琴100b、琴键传感器阵列6T和音乐数据产生器11对应于主乐器100，而声学钢琴100b、由螺线管操作的琴键激励器7T、琴键传感器阵列6T和运动再现器12对应于从乐器102。除了通信接口23之外，数据处理单元10T的系统配置类似于图4所示的数据处理单元，从而数据处理单元10T的系统部件标有分配给图4的对应系统部件的标记。
图8详细示出了数据处理单元10T的功能，而图9A和9B示出该音乐系统中采用的方法。假定用户指示数据处理单元10T同时产生八度音阶移位之后的音调。当用户在键盘1T上弹奏乐曲时，他或她选择性的压下和释放白和黑琴键1Ta获1Tb。假定用户按下分配了琴键号Kn的白琴键1Ta。关联的琴键传感器6T连续的将当前琴键位置转换为模拟琴键位置信号AS1，并将表达当前琴键位置的运动数据段yxMa报告给接口24。在步骤S40中采样出离散值，并且将该表达运动数据段yxMa的离散值转换为表达运动数据段yxMd的二进制制数。在步骤S41中由中央处理单元20从模拟数字转换器中取出运动数据段yxMd，并存储在随机存取存储器22中。
在步骤S42中中央处理单元20标准化运动数据段yxMd以产生标准化的运动数据段yxM。标准化步骤S42对应于图8的功能块30。
在步骤S43中，中央处理单元20将标准化运动数据段yxM与表达剩余位置的参考数据进行比较，以检查白琴键1Ta是否还留在该剩余位置。当白琴键1Ta留在该剩余位置时，答案是否定的“不”。尽管中央处理单元20将对象琴键从分配了琴键号Kn的白琴键1Ta改变为下个琴键K(n+1)，控制序列还是被简化。中央处理单元重新进行由步骤S40至S43组成的循环，直到步骤S43中的答案变为肯定的为止。
当钢琴家按下白琴键1Ta时，琴键传感器6T开始改变运动数据段vxMa，步骤S43中的回答为肯定的“是”。然后在步骤S44中中央处理单元20确定分配给白琴键1Ma的琴键号Kn。中央处理单元20读取取出运动数据段yxMd的时间，并将标准化的运动数据段yxM和时间数据段t存储在分配给琴键号Kn的预定存储位置。由此，标准化运动数据段yxM的值在该预定存储位置中积累起来。
接着，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取标准化运动数据段yxM的一系列值，并在步骤S45中确定琴键速度。步骤S45对应于图8中的功能块32。中央处理单元20将表达琴键速度的运动数据段yvM和标准化运动数据段yxM积累在随机存取存储器22的预定存储位置中。
一旦完成步骤S45中的工作，中央处理单元20就在步骤S46中从分配给琴键号Kn的预定存储位置中读取标准化运动数据段yxM、运动数据段yvM和时间数据段t，并产生初始音乐数据段rM。如上所述，音乐数据段包括表达目标琴键位置或琴键行程的运动数据段rxM、表达目标琴键速度的运动数据段rvM、时间数据段t和表达琴键号Kn的标识数据段KnM。步骤S46对应于图8的功能块34。由此，音乐数据产生器11通过对应于步骤S1至S7的步骤S40至S46产生初始音乐数据段rM。
初始音乐数据段rM存储在随机存取存储器22中，并且音乐数据调节器13开始调节初始音乐数据段rM。
在步骤S47，中央处理单元20读取标识数据段KnM，并确定第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2。八度音阶移位步骤S47对应于图8中的功能块37。中央处理单元20将第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2存储在随机存取存储器22中。
在八度音阶移位中只有标识数据段KnM发生改变，而运动数据段rxM和rvM不改变。为此，在步骤S48中，中央处理单元20将运动数据段rxM和rvM复制到运动数据段rxS和rvS中。在步骤S49，中央处理单元20将运动数据段rxS和rvS、时间数据段t和调节后的标识数据段KnS1和KnS2聚集起来，并产生调节后的音乐数据段rS。调节后的音乐数据段rS存储在随机存取存储器22中。由此音乐数据调节器13的功能类似于步骤S10和S11中的工作。
在步骤S50中，中央处理单元20从随机存取存储器22中读取调节后的音乐数据段rS，并确定目标琴键位置rxS、目标琴键速度rvS和琴键号KnS1和KnS2。步骤S50的工作对应于图8中的功能块40。
在步骤S51，中央处理单元20指定白琴键1Ta为将要移动的琴键，并在步骤S52开始通过伺服控制环来控制分配了第一移位琴键号KnS1和第二移位琴键号KnS2的白琴键1Ta。步骤S52的工作对应于图8中功能块31、33、41、42、43、44和45。由于功能块31、33、41、42、43、44和45类似于图5A所示的功能块，因此此后为避免重复不再赘述。运动再现器12的功能类似于步骤S15、S16和S17的工作。
伺服控制环基于调节后的音乐数据段的系列值来准确再现琴键运动，与初始音调相差一个八度音阶的音调实际上与该初始音调同时产生。换句话说，这三个音调同时由琴弦4产生从而使演奏非常感人。
从前面的描述中可以理解，主乐器100、音乐数据调节器101和从乐器102通过单独的一个自动演奏钢琴实现。实现第二实施例的音乐系统达到了第一实施例的所有优点。
尽管示出和描述了本发明的特定实施例，很明显，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和调整。
光学琴键传感器没有对本发明的技术范围设置任何限制。当前琴键位置可以通过其他种类的位置传感器检测，例如电位计。此外，琴键运动可以通过轨迹上的琴键速度或琴键加速度来表达。为了测量琴键速度或琴键加速度，速度传感器或加速度传感器对白和黑琴键1Ma/1Mb进行监控。速度传感器可以通过磁铁和线圈来实现。半导体加速度传感器对本领域的技术人员来说是公知的。
主乐器100可以由低音钢琴或自动演奏钢琴来实现。在自动演奏钢琴用作主乐器100的情况下，螺线管驱动器电路和由螺线管操作的琴键激励器闲置，只有琴键传感器发挥作用以产生运动数据段。低音钢琴包括小锤制动器和转变机构。小锤制动器横向地设置在小锤和琴弦之间的空间中，用户通过转变机构改变释放位置和阻塞位置之间的小锤制动器，如箭头AR所示。当小锤制动器留在释放位置时，小锤在旋转结束时与琴弦发生碰撞，并引起琴弦振动。当用户将小锤制动器改变到阻塞位置时，小锤制动器从小锤的轨迹中移出，并使得小锤在敲击琴弦之前回弹到该轨迹上。由此，小锤制动器在阻塞位置阻止琴弦振动。为此，在阻塞位置不能由琴弦产生声学钢琴的音调。
声学钢琴没有对本发明的技术范围设置任何限制。其中一个混合钢琴或两个混合钢琴都可以替换成电子键盘。从乐器可以由任何基于风琴或大键琴的自动演奏乐器实现。同样，主乐器可以由装备了传感器阵列的管乐器或装备了传感器阵列的弦乐器实现。主乐器还可以由个人计算机系统实现。
脉冲宽度调制也没有对本发明的技术范围设置任何限制。螺线管驱动器可以改变驱动信号的电压电平。
这些任务可以通过对应于软件的硬件来实现。
可以产生针对当前琴键位置或琴键行程的初始运动数据段。在这种情况下，从混合钢琴102A或运动再现器13基于运动数据段的系列值确定目标速度。当然，可以通过速度传感器来只确定当前琴键速度，从而初始运动数据段表达了琴键轨迹上的当前琴键速度。
如果用户希望在键盘1T上演奏之后收听声学钢琴音调，则在随机存取存储器22中累积调节后的音乐数据段rS，中央处理单元20在确认用户要求之后开始处理调节后的音乐数据段。
八度音阶移位没有对本发明的技术范围设置任何限制。在上述实施方式中，同时产生与初始音调相差一个八度音阶的两个音调。但是，可以通过八度音阶移位只产生一个音调或产生多于两个的音调。转换表可以存储在音乐数据调节器中以变换初始演奏。
初始音乐数据段和调节后的音乐数据段之间的琴键号可以不改变。换句话说，标识数据段KnM可以复制到调节后的音乐数据段中。
音乐数据调节器可以将琴键运动从由初始运动数据段表达变为由调节后的运动数据段表达的其它类型琴键运动。为了减小音量，可以成比例的减小初始运动数据段的系列值。该系列值可以缩短或扩展。
在第一实施例的调整中，音乐数据调节器101A可以集成在信号处理单元10M或10S中。
琴弦4可以从主混合钢琴100A中除去。否则，琴弦4可以置换成缓冲垫。在主混合钢琴100A中不会产生任何音调。
在上述实施例中，本发明只是用于琴键运动。踏板运动可以通过其它初始音乐数据段、表达踏板行程的踏板运动数据段、时间数据段t和表达踏板被钢琴家踩下的标识数据段来表达。初始音乐数据段可以简单地复制到调节后的音乐数据段中，从而踏板的运动就好像是演奏者踩在从混合钢琴102A的踏板上一样。
权利要求的语言与上述实施例的部件之间的关联如下所述。
一个白和黑琴键1Ma/1Mb和踏板或一个黑和白琴键1Ta/1Tb和踏板对应于“操纵器”，一个白和黑琴键1Sa/1Sb或一个白和黑琴键1Ta/1Tb对应于“对应的操纵器”。随机存取存储器22和只读存储器一起构成“存储器”，中央处理单元20、只读存储器21、随机存取存储器22和对应于图6B或9B所示方法的计算机程序一起构成“信息处理器”。
白和黑琴键1Ma/1Mb、1Sa/1Sb或1Ta/1Tb、操作单元2、小锤3、琴弦4和制音器5一起形成“音调产生系统”。
琴键传感器6M用作“多个传感器”，信号处理单元10M或音乐数据产生器11对应于“信息处理器”。螺线管操作的琴键激励器7对应于“多个激励器”，信号处理单元10S和琴键传感器6S或运动再现器12和琴键传感器6T一起构成“运动控制器”。
权利要求
1.一种音乐数据调节器(101；101A；13)，用于将表达操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的连续运动的一初始音乐数据段(rM)调节为表达对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的连续运动的调节后的一音乐数据段(rS)，其特征在于，所述音乐数据调节器包括一存储器(22)，用于存储至少一段表示由用户给定任务的指令数据，和一信息处理器(20/21/22)，用于通过执行一系列用于完成所述任务的工作(S9-S13；S47-S49)来部分地将所述初始音乐数据段变为所述调节后的音乐数据段。
2.根据权利要求1所述的音乐数据调节器，其中向所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)分配了音调名称(Kn)，该音调名称不同于分配给所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的音调名称(Kn+12/Kn-12)，从而所述初始音乐数据段(rM)包含的一标识数据段(KnM)不同于包含在所述调节后的音乐数据段(rS)中的一标识数据段(KnS1/KnS2)。
3.根据权利要求2所述的音乐数据调节器，其中分配给所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的所述音调名称(Kn)与分配给所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的音调名称(Kn+12/Kn-12)相差一个八度音阶。
4.根据权利要求1所述的音乐数据调节器，其中给所述操纵器分配了与分配给所述对应操纵器的相同的音调名称，从而所述初始音乐数据段(rM)包括的运动数据段(rxM/rvM)不同于包含在所述调节后的音乐数据段(rS)中的运动数据段(rxS/rvS)，并且表达所述连续运动类似于所述操纵器的连续运动。
5.根据权利要求1所述的音乐数据调节器，其中，所述初始音乐数据段(rM)包含表达所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始标识数据段(KnM)和表达所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始运动数据段(rxM/rvM)，所述调节后的音乐数据段(rS)包含表达所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一调节后的标识数据段(KnS1/KnS2)和表达所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一调节后的运动数据段(rxS/rvS)。
6.根据权利要求5所述的音乐数据调节器，其中所述物理量是从位置、速度、加速度和力中选出的至少一种。
7.根据权利要求5所述的音乐数据调节器，其中所述物理量是从位置、速度、加速度和力中选出的两种的一个组合。
8.一种乐器(100A；102A；110)，包括一音调产生系统(1M/2/3/4/5；1S/2/3/4/5；1T/2/3/4/5)，包括多个由演奏者有选择地移动的操纵器(1Ma/1Mb；1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)，用以指定将要产生的音调，其特征在于，所述乐器还包括一音乐数据调节器，(101A；13)，将表达操纵器(1Ma/1Mb；1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的连续运动的一初始音乐数据段(rM)调节为表达对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的连续运动的一调节后的音乐数据段(rS)，所述音乐数据调节器包括一存储器(22)，用于存储至少一段表示用户给定任务的指令数据，和一信息处理器(10T)，用于通过执行一系列完成所述任务的工作(S9-S13；S47-S49)来部分地将所述初始音乐数据段变为所述调节后的音乐数据段。
9.根据权利要求8所述的乐器，其中所述演奏者是在所述多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)上弹奏乐曲的人演奏者。
10.根据权利要求9所述的乐器，还包括多个传感器(6M；6T)，用于将所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的连续运动转换为表达该连续运动的一运动数据段(yxM)，连接到所述多个传感器(6M；6T)并产生包含所述运动数据段(yxM)的所述初始音乐数据段(rM)的信息处理器(10M；10T)。
11.根据权利要求10所述的乐器，其中所述操纵器和所述多个传感器对应于声学钢琴(100a；100b)的白和黑琴键(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)和监控所述白和黑琴键(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的琴键传感器(6M；6T)。
12.根据权利要求11所述的乐器，其中所述白和黑琴键(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)与操作单元(2)、小锤(3)、琴弦(4)和制音器(5)一起形成所述音调产生系统。
13.根据权利要求10所述的乐器，其中所述初始音乐数据段(rM)包含表达从所述多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)中选出的所述操纵器的一初始标识数据段(KnM)和表达所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始运动数据段(rxM/rvM)，所述调节后的音乐数据段(rS)包含表达所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一调节后的标识数据段(KnS1/KnS2)和表达所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一调节后的运动数据段(rxS/rvS)。
14.根据权利要求8所述的乐器，其中所述演奏者是自动演奏器，包括多个激励器(7)，相应驱动信号(u)来移动所述多个操纵器，和运动控制器(10S/6S；12/6T)，分析所述调节后的音乐数据段(rS)，以产生所述驱动信号(u)和有选择地向所述多个激励器(7)提供所述驱动信号(u)。
15.根据权利要求14所述的乐器，其中所述调节后的音乐数据段(rS)包含表达从所述多个操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)中选出的所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一调节后的标识数据段(KnS1/KnS2)和表达所述对应操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一调节后的运动数据段(rxS/rvS)，所述初始音乐数据段(rM)包含表达所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始标识数据段(KnM)和表达所述操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始运动数据段(rxM/rvM)。
16.一种产生音调的音乐系统，其特征在于包括一主乐器(100；100A；100b/11)，包括多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)，有选择地移动用以指定将要产生的音调，多个传感器(6M；6T)，监控所述多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)，并将所述多个操纵器的连续运动转换为多段运动数据(yxM)，每段运动数据表达一系列表示关联的所述多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)之一的连续运动的物理量值，和一与所述多个传感器(6M；6T)连接的信息处理器(10M；10T)，并产生多段初始音乐数据(rM)，每段初始音乐数据表达所关联的所述多个操纵器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)之一的连续运动；一与所述主乐器(100；100A；100b/11)连接的音乐数据调节器(101；101A；13)，并包括一存储器(22)，用于存储至少一段表示用户给定任务的指令数据，和一信息处理器(20/21/22/23/24/20B)，用于通过执行一系列完成所述任务的工作(S9-S13；S47-S49)来部分将所述多段初始音乐数据段(rM)变为表示用于其他或她操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的所产生的连续运动的多段调节后的音乐数据(rS)；以及一从乐器(102；102A；100b/12)，包括所述其它独立移动的操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)，多个分别与所述其它操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)关联的多个激励器(7)，所述激励器还响应驱动信号(u)来有选择地再现所述其它操纵器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的连续运动，和一与所述音乐数据调节器连接的运动控制器(10S/6S；12/6T)和产生所述驱动信号(u)来有选择地向所述多个激励器(7)提供所述驱动信号(u)。
17.根据权利要求16所述的音乐系统，其中所述主乐器(100；100A)远离所述从乐器(102；102A)，从而至少将所述初始音乐数据段(rM)或所述调节后的音乐数据段(rS)通过通信信道发送到所述音乐数据调节器和所述从乐器中的一个。
18.根据权利要求17所述的音乐系统，其中所述初始音乐数据段(rM)包含表达所述操纵器之一(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始标识数据段(KnM)和表达所述操纵器之一(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始运动数据段(rxM/rvM)，所述调节后的音乐数据段(rS)包含表达所述其它操纵器之一(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一调节后的标识数据段(KnS1/KnS2)和表达所述其它操纵器之一(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一调节后的运动数据段(rxS/rvS)。
19.根据权利要求16所述的音乐系统，其中一个操纵器阵列(1Ta/1Tb)用作所述多个操纵器和所述其它操纵器，并且在所述主乐器的所述信息处理器(11)、所述音乐数据调节器的信息处理器(13)和所述从乐器的信息处理器(12)之间共享一数据处理系统(10T)。
20.根据权利要求19所述的音乐系统，其中所述操纵器阵列(1Ta/1Tb)通过操作单元(2)与小锤(3)连接，并且所述小锤(3)在旋转结束时与琴弦(4)碰撞，从而由振动的琴弦(4)产生所述音调。
全文摘要
一种音乐数据调节器(101A)从主混合钢琴(100A)接收初始音乐数据段，并部分地将初始音乐数据段调节为从混合钢琴(102A)的调节后的音乐数据段(rS)；每一段初始音乐数据段都包含表达关联琴键(1M)的连续运动的一系列运动数据段值(rxM/rvM)、表达获得有关的运动数据段值的时刻的一系列时间数据段值(t)和表达分配给该琴键的琴键号的标识数据段(KnM)；即使音乐数据调节器(101A)将标识数据段从该琴键号变为另一琴键号(KnS1/KnS2)，运动数据段(rxS/rvS)仍然表达了该琴键的连续运动，从而从混合钢琴(102A)可以准确再现该琴键运动。
文档编号G10F1/02GK1801318SQ20051002292
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者藤原佑二 申请人:雅马哈株式会社