使踏瓣准确到达半程点的自动演奏器及其乐器和使用方法

专利名称：使踏瓣准确到达半程点的自动演奏器及其乐器和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种自动演奏器乐器(automatic player musical instrument)，特别涉及一种具有用于修正音调的踏瓣的自动演奏器乐器。
背景技术：
自动演奏器钢琴是自动演奏器乐器的典型示例，并且音乐爱好者熟悉自动演奏器钢琴。自动演奏器钢琴是原声钢琴(acoustic piano)和自动演奏器之间的组合。自动演奏器具有电磁控制(solenoid-operated)的键致动器、电磁控制的踏瓣致动器和控制器。电磁控制的键致动器提供在黑和白键后部的下方，并且控制器有选择地激励电磁控制的键致动器，以便在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下引起键运动。电磁控制的踏瓣致动器被提供给诸如延音踏瓣(damper pedal)和弱音踏瓣(soft pedal)的踏瓣，并且控制器将驱动信号提供给电磁控制的踏瓣致动器，以便有选择地向下推动踏瓣。这样，自动演奏器引起键运动和踏瓣运动，并在原声钢琴上重演演奏。
当人类演奏者向下推动延音踏瓣时，延音踏瓣沿踏瓣路线行进，并且该踏瓣路线被假想地分割为3个区段(section)。第一区段是从静止位置到踏瓣路线上的特定点，并且在第一区段中行进期间，踏瓣链接机构(linkwork)不在制音器上施加任何较大的力。在下文中，将第一区段称为“静止区段”。
第二区段是从该特定点到制音器开始离开弦的踏瓣路线上的另一个点。当延音踏瓣在第二区段中行进时，制音器的自重逐渐从弦上减小。在下文中，将第二区段称为“半踏瓣(half pedal)区段”，并且称延音踏瓣和制音器处于“半踏瓣状态”。踏瓣链接机构开始减小制音器自重的特定点被称为“进入点”，而踏瓣连接机构将弦上的制音器自重减小为0的点被称为“退出点”。
第三区段是从退出点到终点位置，并且在第三区段中行进期间，不在弦上施加任何力。在下文中，将第三区段称为“开放弦(open string)区段”，并且称延音踏瓣和制音器处于“开放弦状态”。这样，延音踏瓣通过静止区段、半踏瓣区段和开放弦区段而在静止位置和终点位置之间移动。
制音器根据踏瓣路线上的区段而对音调产生不同的影响。特别地，人类钢琴家在其演奏期间在半踏瓣状态下明确地产生制音器的影响，并将人为的表现(artificial expression)置于其演奏中。
期望自动演奏器在重放期间准确地产生半踏瓣状态。然而，指定所有原声钢琴的半踏瓣区段，即进入点和退出点是困难的。这是因为以下事实半踏瓣区段，即进入点和退出点取决于原声钢琴的个体性。实际上，电磁控制的踏瓣致动器不会显示出与其它电磁控制的踏瓣致动器的电流-活塞行程特性严格相同的电流-活塞行程特性，并且不同的游隙(play)量被引入踏瓣连接机构。出于此原因，期望每个自动演奏器钢琴的自动演奏器通过实验确定半行程区段。
在日本专利第2606616号中公开了用于确定半行程区段的方法的典型示例。日本专利第2606616号基于日本专利申请第Hei 7-159700号，并且该日本专利申请被作为日本专利申请公开第Hei 8-44348号公开。在该日本专利申请的基础上提交了美国专利申请，并且该美国专利申请作为美国专利第5131306号而被授权。
现有技术方法是在以下事实的基础上开发的在半行程区段中，即使逐渐增大驱动信号的占空比，活塞行程也几乎不增加。因此，现有技术自动演奏器逐步增大驱动信号的占空比，并利用合适的传感器监控活塞行程。其中不采用任何伺服控制。当数据表示活塞行程的小的增量时，控制器判定延音踏瓣在半踏瓣区段中行进。
尽管在理论上认识到了半踏瓣区段，但是由于在相当程度地增大占空比的半踏瓣区段中，踏瓣行程的增量是非常小的值，因此实际上难以确定驱动信号占空比的目标值。此外，原声钢琴的个体性对半踏瓣状态具有严重影响。例如，电磁控制的键致动器没有显示出严格相同的占空比-踏瓣行程特性。这意味着制造商不能唯一地确定现有技术自动演奏器钢琴的所有产品的占空比的目标值。

发明内容
因此，本发明的一个重要目的是提供一种自动演奏器，其在自动演奏时准确地再现半踏瓣状态。
本发明的另一重要目的是提供一种乐器，其配有该自动演奏器。
本发明的另一重要目的是提供一种用于控制半踏瓣的方法。
本发明人考虑了现有技术自动演奏器钢琴中固有的问题，并注意到资深钢琴家将延音踏瓣保持在踏瓣行程中的特定区域。本发明人首先关联了普通钢琴家用来延长音调的标准时间周期，然后将该标准时间周期与表示踏瓣行程的乐曲数据的特定值相关联，并且最后将该特定值与对于计算机来说将区别对待的踏瓣轨迹上的唯一点相关联。本发明人得出以下结论应通过算术和逻辑运算确定所述唯一点，并且在通过对自动演奏乐器的单个产品的实验获得的负载曲线的基础上确定所述数学上唯一的点。
根据本发明的一个方面，提供一种用于在乐器上重演演奏的自动演奏器，所述乐器具有多个操纵器，用于指定音调的音高；音调生成器，用于以所述音高产生音调；以及至少一个操纵器，用于根据距静止位置的行程向音调施加一效果和另一效果；并且所述自动演奏器包括多个致动器，与所述多个操纵器相关联，并被有选择地激励，以便在静止位置和终点位置之间移动所述多个操纵器；致动器，与前述至少一个操纵器相关联，并被激励，以便在代表所述效果的乐曲数据存在时，将前述至少一个操纵器移动到终点区段，而在代表前述另一效果的另一乐曲数据存在时，将其移动到半区段；前述至少一个操纵器的轨迹可分为静止区段、半区段和终点区段；传感器，产生代表前述至少一个操纵器在轨迹上的实际位置的控制数据；以及控制器，连接到所述多个致动器、所述致动器和传感器，并响应代表乐曲节的乐曲数据，以便有选择地激励所述多个致动器和所述致动器，以产生该乐曲节，控制器还响应代表模拟轨迹的测试数据，以便沿着与静止区段的至少一部分、半区段和终点区段的一部分重合的模拟轨迹，移动前述至少一个操纵器，从而收集分别与代表致动器上的负载的驱动数据成对的控制数据，并且控制器分析分别与驱动数据成对的控制数据，以便通过算术运算确定半区段中的数学上唯一的点，由此，在用于向音调施加前述另一效果的前述另一乐曲数据存在时，控制器使前述至少一个操纵器到达该数学上唯一的点处。
根据本发明的另一方面，提供一种用于产生音调的乐器，其包括多个操纵器，被有选择地从各自的静止位置移动到各自的终点位置，以指定音调的音高；音调生成器，连接到所述多个操纵器，并响应向终点位置移动的操纵器，以便以指定的音高产生音调；至少一个操纵器，通过静止区段、半区段和终点区段而在静止位置和终点位置之间移动，并在终点区段向音调施加一效果，而在半区段向音调施加另一效果；以及自动演奏器，包括多个致动器，与所述多个操纵器相关联，并被有选择地激励，以便在静止位置和终点位置之间移动所述多个操纵器；致动器，与前述至少一个操纵器相关联，并被激励，以便在代表所述效果的乐曲数据存在时，将前述至少一个操纵器移动到终点区段，而在代表前述另一效果的另一乐曲数据存在时，将其移动到半区段；传感器，产生代表前述至少一个操纵器在静止位置和终点位置之间的轨迹上的实际位置的控制数据；以及控制器，连接到所述多个致动器、所述致动器和传感器，并响应代表乐曲节的乐曲数据，以便有选择地激励所述多个致动器和所述致动器；控制器还响应代表模拟轨迹的测试数据，以便沿着与静止区段的至少一部分、半区段和终点区段的一部分重合的模拟轨迹，移动前述至少一个操纵器，从而收集分别与代表致动器上的负载的驱动数据成对的控制数据；并且控制器分析分别与驱动数据成对的控制数据，以便通过算术运算确定半区段中的数学上唯一的点，由此，控制器使前述至少一个操纵器到达该数学上唯一的点处，以便向音调施加前述另一效果。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于寻找数学上唯一的点的方法，其包括以下步骤a)在测试数据的基础上，确定乐器的至少一个操纵器的模拟轨迹，该模拟轨迹包含静止区段的一部分、半区段和终点区段的一部分，b)利用致动器沿模拟轨迹移动所述至少一个操纵器，以便收集代表前述至少一个操纵器的实际位置的控制数据，所述控制数据分别与代表致动器上的负载的驱动数据成对，以及c)分析分别与驱动数据成对的控制数据，以便通过算术运算确定半区段中的数学上唯一的点，使得使前述至少一个操纵器到达该数学上唯一的点处，以便向音调施加效果。


根据结合附图的以下描述，将更清楚地理解所述自动演奏器、乐器以及方法的特征和优点，其中图1是示出根据本发明的自动演奏器钢琴的结构的侧视图，图2是示出合并在自动演奏器钢琴中的控制器的系统配置的方框图，图3是示出用于寻找半程点(half point)的一系列任务的流程图，图4是示出实验中观察到的平均电流-踏瓣行程特性的图，
图5是示出用于延音踏瓣的伺服控制环的方框图，图6是示出用于确定负载曲线或平均电流-踏瓣行程特性的任务序列的流程图，图7是示出用于在另一自动演奏器钢琴中确定半程点的任务序列的流程图，图8是示出实验中随时间变化的踏瓣行程的图，图9是示出实验中随时间变化的平均电流量的图，以及图10是示出通过实验确定的负载曲线上的估算点(evaluated point)的视图。
具体实施例方式
在以下描述中，术语“半程点”被定义为控制器以操纵器为目标的半踏瓣区段中的目标点。尽管本发明适合于乐器的所有操纵器，但是由于对演奏者来说延音踏瓣较为普遍，因此对原声钢琴的延音踏瓣进行描述。
钢琴家将延音踏瓣按压到半踏瓣区段中的各种深度值，以拉长音调。音调维持的时间周期根据在半踏瓣区段中的踏瓣行程而变化，从而钢琴家为了他们的人为表现而巧妙地控制踏瓣行程。钢琴家凭经验将维持时间周期与踏瓣行程相关联，并且可以通过他们的生物反馈环来巧妙地调整踏瓣行程。然而，不可能在计算机系统中实现这种人类能力。出于此原因，安装在钢琴中的控制机器需要半程点。如果制造产生对应于控制机器的半程点的基准维持时间，则控制机器可以利用指示与基准维持时间的偏差的控制数据来拉长或缩短维持时间。
本发明人用实验的方法寻找了维持时间周期的标准值，并且发现该标准值是1.5秒。该标准值在延音踏瓣的全部行程下大约是维持时间的50％。出于此原因，本发明人采用了标准值即1.5秒作为基准维持时间周期，并使该标准值即1.5秒对应于表示踏瓣行程的乐曲数据的特定值。当然，有可能使维持时间周期的另一个值对应于踏瓣行程中的另一个点。换句话说，1.5秒的标准值和中间值不对本发明的技术范围设置任何限制。
随后，本发明人将所述乐曲数据的特定值与半程点相关联。如果控制机器显示出与人类钢琴家一样高的能力，则本发明人已经对该控制机器进行了训练，以便在控制机器内建立类生物反馈环。然而，没有采用这种超现实的思想。而是，因为控制机器非常擅长算术和逻辑运算，所以本发明人将半程点放在数学上唯一的点处。
实施本发明的自动演奏器乐器主要包括原声乐器和自动演奏器，并且自动演奏器在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下在原声乐器上重演演奏。尽管多种原声乐器能够形成自动演奏器乐器的一部分，但是由于自动演奏器钢琴为本领域技术人员所公知，因此在下文中对自动演奏器钢琴进行描述。原声钢琴包括黑和白键、动作部件、弦槌、弦、制音器和一些踏瓣。一种踏瓣被称为“延音踏瓣”，并且人类钢琴家按压延音踏瓣以拉长音调。作为示例，黑和白键代表所述“多个操纵器”，而延音踏瓣充当“至少一个操纵器”。动作单元、弦槌、弦和制音器作为整体构成“音调生成器”。自动演奏器包括控制器、用于黑和白键的多个致动器、用于延音踏瓣的至少一个致动器、以及用于测量踏瓣行程的传感器。
存在各种演奏风格(style)。例如，人类钢琴家使延音踏瓣进入半踏瓣状态。该演奏风格被称为“半踏瓣”，以便将半踏瓣与延音踏瓣的全部行程区分开。尽管半踏瓣使音调被相当程度地拉长，但是半踏瓣中的音调比全部行程中的音调短。这样，人类演奏者通过使用延音踏瓣来给他或她的演奏赋予人为表现。
期望自动演奏器在重放时准确地再现半踏瓣。然而，原声钢琴显示出不同的个体性。换句话说，在原声钢琴中，半踏瓣状态的踏瓣行程略微不同。出于此原因，应当通过实验为各个原声钢琴确定半踏瓣区段。
如果熟练调音师进行实验，则他或她将准确地指定每个原声钢琴的半踏瓣区段和半程点。然而，熟练调音师不可能在交付给所有用户之后定期访问所有用户。这意味着自动演奏器本身通过实验确定相关原声钢琴的半程点。
控制器首先在测试数据的基础上确定模拟踏瓣轨迹，并激励所述至少一个致动器，以便强迫延音踏瓣在模拟踏瓣轨迹上行进。控制器通过伺服控制环强迫延音踏瓣在模拟踏瓣轨迹上行进。当延音踏瓣在模拟踏瓣轨迹上行进时，控制器间歇地将代表提供给所述至少一个致动器的平均电流量的驱动数据存储在其中，并间歇地从传感器接收控制数据。该控制数据分别与驱动数据配对，并且也被存储在其中。
原声钢琴的个体性对控制数据具有影响，使得控制器在分别与驱动数据成对的控制数据的基础上确定负载曲线。然后，控制器分析负载曲线或分别与驱动数据成对的控制数据。控制器不能测量产生音调的时间周期。换句话说，有必要向控制器通知半程点的具体特征，其中，控制器使延音踏瓣到达所述半程点处。由于控制器具有进行算术和逻辑运算的能力，因此通过算术和逻辑运算，所述具体特征是有区别的。
本发明人研究了负载曲线，并且发现大多数资深演奏者使延音踏瓣到达的半踏瓣区段中的一些数学上唯一的点。一个数学上唯一的点通过内分(interior division)来指定，而另一个数学上唯一的点被指定为负载曲线上的拐点。再一个数学上唯一的点通过减法来确定。控制器可以通过算术运算来实现内分、对拐点的分析、以及减法。这样，控制器可以在没有熟练的人类调音师帮助的情况下确定半程点。
按照下面所述来确定术语“前面”、“后面”、“纵向”、“横向”和“上下方向”。术语“前面”指示比用术语“后面”修饰的位置更靠近演奏者的位置，所述演奏者正坐在凳子上用手指弹奏。在前面位置和对应的后面位置之间画的线沿“纵向”延伸，并且“横向”以直角与纵向相交。“上下方向”垂直于由纵向和横向定义的平面。
第一实施例首先参考附图的图1，实施本发明的自动演奏器钢琴30主要包括原声钢琴1和自动演奏器3。当人类钢琴家在原声钢琴1上演奏乐曲时，自动演奏器3保持空闲，并且在原声钢琴1中沿着乐曲的节产生原声钢琴音调。自动演奏器3响应用户的重放指令，并在没有人类钢琴家的任何手指弹奏的情况下重演演奏。尽管还将记录系统合并在自动演奏器钢琴1中以便记录原声钢琴1上的演奏，但是该系统配置和系统行为对本领域技术人员来说是众所周知的，从而为简便起见而省略详细描述。在下文中详细描述原声钢琴1和自动演奏器3。
原声钢琴的结构在此实例中，原声钢琴1是标准的卧式钢琴。当然，直立式钢琴也可用于自动演奏器钢琴30。原声钢琴1包括键盘31、弦槌32、动作单元33、弦34、制音器36、钢琴箱体(cabinet)PC和踏瓣PD。键盘31安装在钢琴箱体PC的前部，并暴露给钢琴家，所述钢琴家正坐在钢琴箱体PC前面的凳子(未示出)上演奏一首乐曲。动作单元33、弦槌32、弦34和制音器36装在钢琴箱体PC内部，并且当大顶盖(未示出)被折叠起来时，内部空间向周围环境敞开。动作单元33和制音器36与键盘31链接，并被钢琴家通过键盘31有选择地驱动。弦槌32由动作单元33驱动，并且弦34被弦槌32撞击，以产生原声钢琴音调。
键盘31包括黑键31a和白键31b，并且黑键31a和白键31b以众所周知的模式放置。键架中板(balance rail)31c在定义钢琴箱体PC底部的中盘31d上方横向延伸，并且黑键31a和白键31b按照以直角与键架中板31c相交这样的方式静止在键架中板31c上。圆键钉31e间歇地从键架中板31c向上伸出，并给黑/白键31a/31b提供支点。当用户按压黑和白键31a/31b的前端部时，该前端部向中盘31d下降，而后部被升高。这样，黑和白键31a/31b上下倾斜，就像跷跷板一样。
黑/白键31a/31b分别与动作单元33链接，使得被按压的键31a/31b驱动相关的动作单元33。弦槌32静止在顶杆(jack)33a上，所述顶杆33a与调节钮33b一起形成动作单元33的各个部分。当顶杆33a的尖端与相关的调节钮33b接触时，顶杆33a脱离相关的弦槌32，并将力施加到弦槌32上。然后，弦槌32开始向相关的弦34自由旋转。这样，通过顶杆33a的脱离而驱动弦槌32自由旋转。
弦34在相关的弦槌32上方绷紧，并被相关弦槌32在自由旋转的终点撞击。当黑和白键31a/31b停留在静止位置时，制音器36保持与相关的弦34相接触，并防止相关的弦34振动。在通向终点位置的途中，被按压的键31a/31b使相关的制音器36与弦34隔开。然后，弦34准备好振动。
每个制音器36包括制音杆36a、制音块(damper block)36b、制音丝36c和制音头(damper head)36d。制音杆36a由制音轴架36e可旋转地支撑，并具有位于相关的黑/白键31a/31b后端部上方的前端部。当钢琴家在相关的黑/白键31a/31b的前部施加力时，后端部上升，并向上推动制音杆36a的前端部。这样，所按压的黑/白键31a/31b引起制音杆36a绕制音轴架36e的旋转。
制音块36b用枢轴连接到制音杆36a的中部，并且制音丝36c的下端嵌入制音块36b。制音丝36c竖立在制音块36b上，并经过导轨36f。制音丝36c在其上端连接到制音头36d，并且形成制音头36d的一部分的制音平板毡保持与弦34相接触。制音平板毡彼此高度并不严格相等。
当所按压的黑/白键31a/31b向上推动制音杆36a时，力通过制音丝36c从制音杆36a传送到制音头36d，使得制音头36d与弦34隔开。当钢琴家释放所按压的黑/白键31a/31b时，黑/白键31a/31b的后部由于制音器36的自重而下降，并使制音头36d再次与弦34相接触。这样，制音器36防止相关的弦34振动、以及允许相关的弦34振动以产生原声钢琴音调。
踏瓣PD被提供在中盘31d下方，并通过相关的链接机构PL连接到制音块36h、持音拨杆(sostenuto rod)和键盘31。在演奏期间，人类演奏者踩在踏瓣PD上，以便将人为表现加入钢琴音调中。
一种踏瓣PD称为“延音踏瓣”，并使钢琴音调被拉长。另一种踏瓣PD称为“弱音踏瓣”，并使钢琴音调响度减小。另一种踏瓣PD称为“持音踏瓣(sostenuto pedal)”，并使特定音调被拉长。延音踏瓣、弱音踏瓣和持音踏瓣分别驱动制音块36h、键盘31和持音拨杆。当钢琴家在原声钢琴1上演奏一首乐曲时，他或她不仅将延音踏瓣PD按压到终点位置以拉长音调，还踩在延音踏瓣PD上以实现半踏瓣状态。制音器36经过静止区段和半踏瓣区段，并进入开放弦区段。
当制音器36在静止区段中行进时，对踏瓣运动的负载仅略微增大。如上文所述，制音平板毡彼此高度并不严格相等，并且，出于此原因，制音平板毡不会同时离开弦34。换句话说，在制音器36中，半踏瓣区段长度不同。这意味着当制音器36在半踏瓣区段中行进时，钢琴家感觉延音踏瓣PD上的负载确实增大。钢琴家可以使延音踏瓣PD停止在半程点处，所述半程点落在半踏瓣区段的预定范围内。否则，他或她进一步按压延音踏瓣PD，并使制音器36进入开放弦区段。在开放弦区段中，对踏瓣运动的负载仅略微增大。
自动演奏器的功能自动演奏器3包括控制器3a、电磁控制的键致动器20的阵列以及电磁控制的踏瓣致动器26。控制器3a具有数据处理能力，并且合适的计算机程序被安装在其中。电磁控制的键致动器20和电磁控制的踏瓣致动器26连接到控制器3a。
电磁控制的键致动器20被提供在黑和白键31a/31b后部的下方，并且控制器3a有选择地激励电磁控制的键致动器20，以便在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下驱动相关的黑和白键31a/31b。另一方面，电磁控制的踏瓣致动器26被提供在踏瓣PD后部的上方，并在没有人类演奏者的任何踩踏的情况下向下推动相关的踏瓣PD。期望电磁控制的踏瓣致动器26驱动的踏瓣系统PD/PL/36的总重量比期望电磁控制的键致动器20驱动的键/动作单元/每个制音器36/每个弦槌32的总重量更重。因而，期望螺线管28产生比由电磁控制的键致动器20的螺线管产生的磁场更强的磁场。
电磁控制的键致动器20具有各自的内置活塞传感器20a、各自的螺线管(未示出)和各自的活塞20b，并且活塞20b具有各自的位于黑和白键31a/31b后部下方的顶端。电磁控制的踏瓣致动器26也具有各自的活塞传感器27、各自的螺线管28和各自的活塞29(参见图2)。活塞29被插入到链接机构PL中，并驱动制音块36h、键盘31和持音拨杆，就像人类演奏者踩在踏瓣PD上一样。
当用户希望再现演奏时，用户命令控制器3a准备好重放，并且代表演奏的一组MIDI(乐器数字接口)乐曲数据代码被加载到控制器3a中。控制器3a按顺序处理该MIDI乐曲数据代码，以便确定黑和白键31a/31b将在其上行进的基准键轨迹。基准键轨迹是随时间变化的一系列目标键位置值。如果黑和白键31a/31b准确地沿基准键轨迹行进，则黑和白键31a/31b以基准键速度的目标值经过各个基准键点。由于基准键速度与撞击弦34之前瞬间的弦槌速度成比例，因此以目标响度值产生原声钢琴音调。这样，基准键轨迹上的黑和白键31a/31b将弦槌32引导到目标弦槌速度，以便以目标响度产生音调。
当要移动特定键31a/31b的定时到来时，控制器3a将驱动信号uk(t)提供给该特定键31a/31b下方的电磁控制的键致动器20，并用驱动信号uk(t)激励螺线管(未示出)。然后，活塞20b向上伸出，并推动特定键31a/31b的后部。内置的活塞传感器20a通过活塞位置信号yk向控制器3a报告几乎与当前键位置相同的当前活塞位置。控制器3a将当前活塞位置和等于当前键速度的当前活塞速度与基准键轨迹上的对应目标键位置和目标键速度相比较，以查看特定键31a/31b是否准确地在基准轨迹上行进。如果答案给出为否定，则控制器3a改变驱动信号uk(t)的平均电流，以便使活塞20b加速或减速。另一方面，当控制器3a确认特定键31a/31b准确地在基准键轨迹上行进时，控制器3a将驱动信号u(k)保持为该平均电流。这样，控制器3a按顺序驱动活塞20b，以便引起与原演奏中的键运动相同的键运动。黑和白键31a/31b驱动相关的动作单元33，并使弦槌32在自由旋转的终点与相关的弦34碰撞，以产生原声钢琴音调。
在原演奏中，人类演奏者有时候拉长钢琴音调。当在重放中要再现拉长的钢琴音调的定时到来时，控制器3a还确定延音踏瓣PD的基准踏瓣轨迹、以及驱动信号up(t)的平均电流。驱动信号up(t)被提供给螺线管28，使得在活塞29周围产生磁场。磁力被施加在活塞29上，使得活塞29引起踏瓣运动。尽管由于大时间常数而发生时间延迟，但驱动信号up(t)使活塞29迅速加速，使得踏瓣PD可以在活塞运动的初期赶到基准踏瓣轨迹上的目标位置。当活塞29移动踏瓣PD和相关的链接机构PL时，踏瓣传感器27通过活塞位置信号yp向控制器3a报告当前活塞位置，即当前踏瓣位置。控制器3a与提供给电磁控制的键致动器20的驱动信号UK(t)类似地改变或保持驱动信号up(t)的平均电流。
利用延音踏瓣PD上的负载来平衡磁力。如上文所述，制音平板毡并不同时离开弦34。换句话说，在半踏瓣区段中，负载逐步增大，并且驱动信号up(t)的平均电流量或占空比逐渐增大。负载曲线CA的斜率比较大。当所有制音平板毡都离开了弦34时，所有自重都被施加到延音踏瓣PD上。即使制音器36被电磁控制的踏瓣致动器26进一步升高，平均电流量或占空比也不会那么大地增大，并且负载曲线CA的斜率非常小。
当乐曲数据请求控制器3a使延音踏瓣PD进入半踏瓣状态时，电磁控制的踏瓣致动器26将延音踏瓣PD移动到半程点。
计算机程序在控制器3a上运行，并且控制器3a通过执行程序指令来完成上述任务。控制器3a的功能分解为钢琴控制器40的功能、运动控制器41的功能和伺服控制器42的功能。
钢琴控制器40从合适的数据源中按顺序取出MIDI乐曲数据代码，并在所述定时将MIDI乐曲数据代码提供给运动控制器41，以再现每个钢琴音调。一组MIDI乐曲数据代码包含定义键运动和踏瓣运动的乐曲数据、以及代表一事件和下一事件之间的时间间隔的持续时间数据。钢琴控制器40在持续时间数据的基础上确定所述定时，并将代表键位置和/或踏瓣运动的一个或多个乐曲数据提供给运动控制器41。
运动控制器41分析该乐曲数据，并确定基准键轨迹。如上文所述，基准键轨迹是指随时间变化的一系列目标键位置，而基准踏瓣轨迹是指也随时间变化的一系列目标踏瓣位置。运动控制器41将代表目标键位置rk的键位置数据和代表目标踏瓣位置rp的踏瓣位置数据以固定的间隔提供给伺服控制器42。
伺服控制器42连接到电磁控制的键致动器20、内置的活塞传感器20a、电磁控制的踏瓣致动器26和活塞传感器27。伺服控制器42分别在键位置数据和踏瓣位置数据的基础上，确定将键31a/31b移动到下一目标键位置所需的驱动信号UK(t)的平均电流、以及将踏瓣PD移动到下一目标踏瓣位置所需的驱动信号up(t)的平均电流，并将驱动信号UK(t)和驱动信号up(t)调整到等于平均电流的占空比和等于平均电流的占空比。为了将驱动信号UK(t)和up(t)调整到目标平均电流，将脉冲宽度调制器42a(参见图2)合并在伺服控制器42中。
当活塞20b和29在磁场中移动时，内置的活塞传感器20a和27确定当前键位置和当前踏瓣位置，并周期性地将当前键位置和当前踏瓣位置作为键位置信号yk和踏瓣位置信号yp报告给伺服控制器42。
伺服控制器42将当前键位置和当前踏瓣位置与对应的目标键位置和对应的踏瓣位置相比较，以查看键31a/31b和踏瓣PD是否准确地在基准键轨迹和基准踏瓣轨迹上行进。如果答案给出为否定，则伺服控制器42改变驱动信号UK(t)的平均电流和驱动信号up(t)的平均电流。另一方面，如果答案给出为肯定，则伺服控制器42将平均电流保持在当前值。
假设乐曲数据请求控制器3a实现半踏瓣状态。运动控制器间歇地把将延音踏瓣PD引导到半程点处的一系列目标踏瓣位置提供给伺服控制器42，并且伺服控制器42强迫延音踏瓣PD在基准轨迹上行进，以实现半踏瓣状态。然而，原声钢琴1的个体性对半程点具有严重影响。为了准确地实现半踏瓣状态，应当为原声钢琴1单独确定半程点。出于此原因，控制器3a在自动演奏之前通过计算机程序寻找半程点。将在下文中详细描述用于确定半程点的方法。
控制器的系统配置转到图2，控制器3a包括被简写为“CPU”的中央处理单元11、被简写为“ROM”的只读存储器12、被简写为“RAM”的随机存取存储器13、被简写为“MIDI/IF”的MIDI接口14、总线系统15和计时器16。中央处理单元11、只读存储器12、随机存取存储器13、MIDI接口14和计时器16连接到总线系统15，并且中央处理单元11通过总线系统15与其它系统组件通信。
中央处理单元11是数据处理能力的源，并且计算机程序存储在只读存储器12中。中央处理单元11从只读存储器12中按顺序取出组合起来形成计算机程序的程序指令，并执行由这些计算机指令表示的数据处理。数据处理所需的参数表和系数也存储在只读存储器12中。随机存取存储器13向中央处理单元11提供临时数据存储，并充当工作存储器。有选择地在中央处理单元11上运行的计算机程序实现钢琴控制器40、运动控制器41和伺服控制器42的功能。
此外，代表模拟踏瓣轨迹的测试数据存储在只读存储器12中，并且中央处理单元11通过实验使用测试数据来确定半程点。在下文中将对所述实验进行详细描述。
MIDI接口14通过MIID电缆连接到另一乐器或个人计算机系统，并且从MIDI接口14输出MIDI乐曲数据代码、或者向MIDI接口14输入MIDI乐曲数据代码。利用计时器16测量时间间隔，并且中央处理单元11读取计时器16上的时间或时间间隔，以便确定事件要发生的定时。此外，计时器16通过计时器中断，周期性地使主例程程序分支到子例程。计时器16可以是软件计时器。
控制器3a还包括显示单元17、操纵板19、脉冲宽度调制器42a、音调生成器21、效果器(efector)22、内部数据存储器25和连接到外部存储器18的接口、键传感器37、活塞传感器20a/27以及声音系统23。这些系统组件17、19、42a、21、22、25和接口还连接到总线系统15，使得中央处理单元也可以与这些系统组件17-25和接口通信。脉冲宽度调制器42a可以与电磁控制的键致动器20集成。在此实例中，中央处理单元11将指示驱动信号的目标占空比的控制信号通过接口提供给脉冲宽度调制器42a。
显示单元17是人-机界面。在此实例中，显示单元包括液晶显示板。在显示单元17中产生状态消息和提示消息的字符图像，并且还在显示单元17中产生音阶(scale)/指示符的符号和图像，使得用户从显示单元17获取代表自动演奏器钢琴30的当前状态的状态信息。还在显示单元16上产生五线谱乐谱上的音符的图像，并且用户在五线谱乐谱的音符的帮助下演奏乐曲。
按钮开关、10个键和控制杆排列在操纵板19上。用户有选择地推动和移动开关、键和控制杆，以便将他们的指令赋予控制系统3a。脉冲宽度调制器42a响应代表驱动信号UK(t)/up(t)的平均电流的控制数据，以便将驱动信号UK(t)/up(t)调整到目标占空比。
音调生成器21在MIDI乐曲数据代码的基础上产生数字音频信号，并将该数字音频信号提供给效果器22。效果器22响应代表要施加到音调上的效果的控制数据代码，使得在效果器22中修正该数字音频信号。数字-模拟转换器被合并在效果器22中。数字音频信号被转换为模拟音频信号，并且该模拟音频信号被提供给声音系统23。模拟音频信号被均衡和放大，并随后被转换为电子音调。这样，键盘乐器可以产生电子音调，而不是通过振动的弦34生成的钢琴音调。
内部数据存储器25的数据保存能力比随机存取存储器13大得多，并且多组MIDI乐曲数据代码存储在内部数据存储器25中。在此实例中，将快闪存储器用作内部数据存储器25。将多组MIDI乐曲数据代码通过MIDI接口14从外部数据源或通过所述接口从外部存储器18传递到内部数据存储器25。各种大容量存储器均可用于控制器3a。
在此实例中，利用盘驱动器和诸如例如柔性盘(flexible disk)或光盘的便携式存储设备来实现外部存储器18。键传感器37被提供在黑和白键31a/31b前部的下方，并形成记录系统的一部分。键传感器37分别与黑和白键31a/31b相关联，并向控制器3a报告相关的黑和白键31a/31b的当前键位置。控制器3a分析该当前键位置，以便确定键运动。控制器3a将表示键运动的乐曲数据编码为在MIDI协议中定义的格式。这样，键盘31上的演奏被记录在一组MIDI乐曲数据代码中。
用于寻找半程点的计算机程序如上文所述，由于原声钢琴的个体性，所述半程点与其它自动演奏器钢琴的半程点并不严格相同。为了以高保真度重演演奏，有必要通过实验准确地指定原声钢琴1的半程点。在此实例中，半程点被表示为距静止位置的踏瓣行程。
图3示出了通过计算机程序实现的任务序列。当请求中央处理单元11确定半程点pH时，主例程分支到图3示出的子例程。中央处理单元11首先进行实验，以便获得延音踏瓣PD的负载曲线，即相关的电磁控制的踏瓣致动器26的平均电流-活塞行程特性曲线，如步骤S101。曲线CA指示平均电流-活塞行程特性曲线(参见图4)。活塞行程等于踏瓣行程，从而横坐标代表距静止位置的踏瓣行程(st)，而纵坐标轴指示平均电流up(st)的量。
更详细地描述步骤S101处的任务。图5示出了合并在自动演奏器中的伺服控制环，而图6示出了步骤S101处的任务序列。如图5所示，伺服控制器42、电磁控制的踏瓣致动器26和内置的活塞传感器27组合起来形成用于延音踏瓣PD的伺服控制环，并且运动控制器间歇地将目标踏瓣位置rp的值提供给伺服控制器42。尽管运动控制器41在自动演奏时在基准踏瓣轨迹的基础上提供代表目标踏瓣位置的踏瓣位置数据，但是运动控制器41在模拟踏瓣轨迹的基础上确定踏瓣位置，其中，在实验中通过所述模拟踏瓣轨迹来模拟半踏瓣状态。将测试数据从钢琴控制器40提供给运动控制器41，并且运动控制器41间歇地向伺服控制器42给出目标踏瓣位置值。模拟踏瓣轨迹引起延音踏瓣PD的匀速运动，并且伺服控制器42通过伺服控制环强迫延音踏瓣PD在模拟踏瓣轨迹上行进。在此实例中，一直到模拟踏瓣轨迹的终点为止，延音踏瓣PD花费4秒钟。
更详细地说，假设运动控制器41接收到代表模拟踏瓣轨迹的测试数据，如步骤S601。为了实现伺服控制，以固定的间隔将代表随时间变化的目标踏瓣位置的踏瓣位置数据提供给伺服控制器42，其中所述固定间隔等于对踏瓣位置信号yp的采样时间周期。在下文中，将每个固定时间间隔称为“空闲时间周期”。在此实例中，空闲时间周期是4毫秒。出于此原因，运动控制器41检查计时器16，以查看空闲时间周期是否到期，如步骤S602。如果答案给出为否定“否”，则运动控制器41重复步骤S602，直到答案改变为肯定为止。
当答案给出为肯定“是”时，运动控制器41将代表目标踏瓣位置rp的踏瓣位置数据提供给伺服控制器42，如步骤S603。将由踏瓣位置数据yp表示的实际踏瓣位置与目标踏瓣位置rp同时从内置的活塞传感器27提供给伺服控制器42。
然后，伺服控制器42比较实际踏瓣位置和目标踏瓣位置，以查看确定目标踏瓣位置和实际踏瓣位置之间的偏差值ep，如步骤S604。伺服控制器42将偏差值ep乘以特定增益，并通过放大来确定平均电流的目标值up，如步骤S605。伺服控制器42通过放大将偏差值ep，即目标踏瓣位置和实际踏瓣位置之间的差，转换为驱动信号up(st)的平均电流或占空比的目标值up。
随后，伺服控制器42通过脉冲宽度调制器42a将驱动信号up(st)调整到目标占空比up，如步骤S606。将驱动信号up(st)从脉冲宽度调制器42a提供给电磁控制的踏瓣致动器26的螺线管。活塞29从螺线管28向下伸出，并按压延音踏瓣PD，并且当空闲时间周期到期时，将从内置的活塞传感器27向伺服控制器42报告当前踏瓣位置或实际踏瓣位置。
伺服控制器42将平均电流或占空比的目标值作为驱动信号up(st)的当前值存储在工作存储器13中，如步骤S607，并检查踏瓣位置数据，以查看延音踏瓣PD是否到达模拟踏瓣轨迹的终点，如步骤S608。
当步骤S608处的答案给出为否定的“否”时，控制返回步骤S602，并重复从S602到S608的控制序列。这样，运动控制器41和伺服控制器42重复由步骤S602至S608组成的循环，直到延音踏瓣PD到达模拟踏瓣轨迹的终点为止，并将根据实际踏瓣位置的驱动信号up(st)的一系列当前值积存在工作存储器13中。
当延音踏瓣PD到达模拟踏瓣轨迹的终点时，步骤S608处的答案改变为“肯定”，并且中央处理单元11在根据实际踏瓣位置的一系列当前值的基础上确定负载曲线CA，如步骤S609。当完成步骤S609处的任务时，中央处理单元11返回图3示出的计算机程序。
随后，中央处理单元11将负载曲线CA逼近为折线，如步骤S102。在此实例中，负载曲线CA被逼近为3条线性线L1、L2和L3，如图4所示。在步骤S102采用了适当的线性逼近技术。第一线性线L1的斜率与第二线性线L2不同，而第二线性线L2的斜率与第三线性线L3不同。第一线性线L1在pS处与第二线性线L2相交，而第二线性线L2在pE处与第三线性线L3相交。
当完成步骤S102处的任务时，中央处理单元11试图确定进入点和退出点。如上文所述，踏瓣运动的负载在静止区段和半踏瓣区段之间的边界处增大，而在半踏瓣区段和开放弦区段之间的边界处减小。第二线性线L2的斜率比第一线性线L1的斜率和第三线性线L3的斜率大。根据上述前提，进入点和退出点应当在静止区段和半踏瓣区段之间以及半踏瓣区段和开放弦区段之间的边界处。出于此原因，中央处理单元11分别在pS和pE处发现进入点和退出点，如步骤S103。线性线L1、L2和L3分别表示静止区段、半踏瓣区段和开放弦区段。
随后，中央处理单元11寻找半程点。在此实例中，采用了内分。因为2∶1的比率使半程点确定地落在卧式钢琴1的模型的所有产品中的预定范围内，所以半程点pH以2∶1的比率分割线性线L2。分别在stS的踏瓣行程和stE的踏瓣行程处发现进入点pE和退出点pE，使得中央处理单元11确定半程点pH位于stH的踏瓣行程处，如步骤S104。在关闭工作(shut-down work)中，中央处理单元11将半程点pH存储在工作存储器13以及内部存储器25或外部存储器18中。当完成步骤S104处的任务时，中央处理单元11返回主例程。
当中央处理单元11遇到表示半踏瓣状态的乐曲数据时，中央处理单元11使表示“64”的踏瓣行程的MIDI数据等于半程点pH处的踏瓣行程stH，并控制电磁控制的踏瓣致动器26再现半踏瓣状态，其中“64”的踏瓣行程约等于表示全部踏瓣行程的“127”的中间值。
如将理解的那样，通过实验，为形成自动演奏器钢琴一部分的卧式钢琴1的每个单独的产品确定半程点pH，并且在乐曲重放期间，所有制音器36在半程点pH处无误地进入半踏瓣状态。尽管卧式钢琴1显示出其自己的个体性，但是内分使半程点落在所有制音器36在其中进入半踏瓣状态的半踏瓣区段中的预定范围内。因此，在重放时，自动演奏器3无误地再现半踏瓣状态，并以高保真度重演演奏。
在实验中，通过匀速运动将延音踏瓣PD从静止位置缓慢移动到终点位置。出于此原因，中央处理单元11可以准确地绘出根据驱动信号up(t)的平均电流量的踏瓣行程，并将负载曲线CA正确地逼近为3条线性线L1、L2和L3。因此，在负载曲线CA上准确地确定进入点pS、退出点pE，从而准确地确定半程点pH。
第二实施例实现第二实施例的自动演奏器钢琴在结构上与图1、2和5示出的自动演奏器钢琴类似。用于寻找半程点pH的方法与图3和6示出的方法不同。出于此原因，在下文中，用指定已经描述的自动演奏器钢琴的对应组成部件的附图标记来标记实现第二实施例的自动演奏器钢琴的组件，并参考图7将描述集中于在第二实施例中采用的方法。
当请求中央处理单元11确定半程点时，主例程分支到图7示出的子例程。当进入该子例程时，中央处理单元11完成与步骤S601至S606处的任务(参见图6)相同的任务，以便将驱动信号调整到目标值up。中央处理单元11在测试数据的基础上确定延音踏瓣PD的模拟踏瓣轨迹，并控制脉冲宽度调制器42使延音踏瓣PD在大约4秒钟之内到达模拟踏瓣轨迹的终点。中央处理单元11将踏瓣行程st与平均电流量的目标值或当前值up(st)存储在工作存储器13中，如步骤S701。
随后，中央处理单元11检查踏瓣行程st，以查看延音踏瓣PD是否到达模拟踏瓣轨迹的终点，如步骤S702。当延音踏瓣PD在模拟踏瓣轨迹上行进时，步骤S702处的答案给出为否定“否”，并且中央处理单元11返回步骤S602。这样，中央处理单元11重复由步骤S602至S606、S701和S702组成的循环，并收集表示踏瓣行程st的踏瓣数据和表示平均电流量或占空比的控制数据。中央处理单元11以4毫秒的间隔重复该循环，使得将大量踏瓣数据与对应的控制数据一起存储在工作存储器13中。
当延音踏瓣PD到达模拟踏瓣轨迹的终点时，步骤S702处的答案改变为肯定“是”，并且中央处理单元11在表示实际踏瓣轨迹的踏瓣数据和表示随踏瓣行程st一起变化的平均电流量的控制数据的基础上，确定负载曲线CC，如步骤S703。
如图8和9示出的CB和CC所示，绘出了踏瓣行程和平均电流up(st)的量。在下文中，将曲线CC称为“负载曲线”。
随后，中央处理单元11确定每个估算点A处的斜率差，如步骤S704。以4毫秒的间隔在负载曲线CC上确定每个估算点A，并且第一估算点A与实验的起始时间隔开400毫秒。这意味着第二估算点A是起始时刻之后的404毫秒。每个估算点A处的斜率差D计算如下。
D＝{(A2的up(st))-(A的up(st))}/t2-{(A的up(st))-(A1的up(st))}/t2其中A1表示比当前时刻早t2的时刻，A2表示比当前时刻晚t2的时刻，t2是400毫秒的固定时间周期，而t1表示每个4毫秒的时间间隔，如图10所示。
当计算了差D时，中央处理单元11将差D存储在工作存储器13中，并比较时间间隔(t)和要花费的时间周期，直到模拟踏瓣轨迹的终点为止，以查看是否在所有估算点处计算了差D，如步骤S705。
如果时间间隔比大约4秒短，则步骤S705处的答案给出为否定“否”，并且中央处理单元11计算下一估算点A处的斜率差D，如步骤S706。这样，中央处理单元11重复由步骤S704至S706组成的循环，直到存储了最后一个估算点A的斜率差D为止。
当存储了最后一个估算点A的差D时，步骤S705处的答案改变为肯定“是”，并且中央处理单元11前进到步骤S707。中央处理单元11在工作存储器中搜索具有差D的最小负值的估算点A。最小负值是指具有负号的最大绝对值。当中央处理单元11发现点pC为具有最小负值D的估算点A时，中央处理单元11指定对平均电流量进行采样的时刻tH(参见图9)，并确定踏瓣行程stH为半程点(参见图8)。当完成步骤S707处的任务时，中央处理单元11返回主例程。
如将理解的那样，中央处理单元11在负载曲线CC上寻找增长率减小得最剧烈的特定拐点pC，并将该特定拐点pC确定为半程点pB。在特定拐点pC处，平均电流up(st)的增长率减小得最剧烈，并且在该特定拐点pC处，斜率差D具有最小负值。在该特定拐点pC周围的负载曲线部分形状像向上的凸起一样。
半程点pC对应图4示出的负载曲线CA上的退出点pE处的踏瓣行程。换句话说，在以10∶1分割半踏瓣区段L2的点处发现半程点pC。
如将从上文中的描述意识到的那样，根据本发明的自动演奏器预先在踏瓣轨迹上确定半程点，使得在重放时无误地再现半踏瓣状态。这使得自动演奏器钢琴在表示原演奏的乐曲数据的基础上，以高保真度重演原演奏。
尽管示出和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员来说将清楚的是，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。
尽管运动控制器41和伺服控制器42完成了图6示出的任务一次以确定负载曲线CA，但它们可以多次重复这一系列的任务，并在所述多组当前值的基础上确定负载曲线CA。或者，中央处理单元11计算所述多组当前值的平均值，并在平均值的基础上确定负载曲线CA。
可以用直立式钢琴来代替卧式钢琴1。原声钢琴，即卧式钢琴和直立式钢琴不对本发明的技术范围设置任何限制。可以将本发明施加到在诸如例如静音钢琴、用于练习用途的键盘或钢片琴的另一乐器基础上制造的另一种自动演奏器乐器。
2∶1的比率不对本发明的技术范围设置任何限制。诸如5∶3、7∶3或7∶4的另一比率可适用于卧式钢琴或直立式钢琴的另一模型。
内分不对本发明的技术范围设置任何限制。即使在产品中退出点pE不同，退出点pE和所述预定范围内的特定点之间的距离也是恒定的，并且制造商可以使该特定点充当半程点。在此实例中，中央处理单元11从踏瓣行程stE中减去所述距离，以便确定半程点pH。此外，可以通过外分来定义数学上唯一的点。
逼近为折线不对本发明的技术范围设置任何限制。中央处理单元11可以在负载曲线CA上寻找多于一个拐点中的一个，以便确定半程点pH。
在第二实施例中，中央处理单元11计算可能检查的所有估算点处的斜率差D。然而，中央处理单元11上的负载太重。在另一实施例中，中央处理单元可以计算可能发现特定拐点的负载曲线上的狭窄区段中的斜率差D。
中央处理单元11可以重复所述计算。在此实例中，在负载曲线上发现半程点pC的多个候选者，并且中央处理单元11从所述多个候选者中选择最合适的一个。如果踏瓣行程的差处于最远候选者和最近候选者之间，则中央处理单元11通知用户失败，并建议他或她再次进行实验。
可以将第二实施例中采用的方法施加到实现第一实施例的自动演奏器。详细地说，中央处理单元11通过该方法在负载曲线CA上发现进入点pS和退出点pE。进入点pS将在斜率差D具有最大正值的拐点处发现。当要寻找进入和退出点pS和pE时，中央处理单元在表示这些点pS和pE的斜率差D的绝对值的曲线上搜索局部最大值。
模拟踏瓣轨迹上的匀速运动不对本发明的技术范围设置任何限制。要采用的运动种类取决于伺服控制技术。
电磁控制的踏瓣致动器26不对本发明的技术范围设置任何限制。在自动演奏器中可以采用液体致动器和力矩马达。
内置的活塞传感器27不对本发明的技术范围设置任何限制。由于活塞行程等于踏瓣行程，因此有可能将内置的活塞传感器27替换为直接监控踏瓣26的合适的电位计。
尽管为了寻找半程点而进行了通过伺服控制沿模拟踏瓣轨迹移动延音踏瓣PD的动态实验，但是对于负载曲线CA或CC，延音踏瓣PD静态地改变踏瓣位置。换句话说，逐步增大平均电流up(st)，以便将活塞带到预定行程，并绘出将需要的平均电流up(st)的量。
在第一和第二实施例中，在模拟踏瓣轨迹上将延音踏瓣PD从静止位置移动到终点位置。在另一实施例中，可以沿模拟踏瓣轨迹将延音踏瓣从终点位置移动到静止位置。或者，可以沿模拟踏瓣轨迹在静止位置和终点位置之间往复移动延音踏瓣PD，并且对于负载曲线CA和CC，计算平均电流值的平均值。
延音踏瓣PD可以在静止区段的一部分、整个半踏瓣区段和开放弦区段的一部分上行进。换句话说，模拟踏瓣轨迹不与静止位置和终点位置之间的整个踏瓣轨迹重合。
在通过匀速运动将延音踏瓣PD从终点位置移动到静止位置的情况中，发现半程点处于增大得最剧烈的平均电流up(st)的减小率处。在理想的自动演奏器钢琴中，在前向运动中发现的半程点与反向运动中的半程点一致。
在图4和9/10中，纵坐标轴指示由踏瓣位置信号yp代表的实际踏瓣行程st。然而，纵坐标轴可以指示模拟踏瓣轨迹上的目标踏瓣行程、或记忆在MIDI乐曲数据代码中的对应踏瓣行程值。类似地，横坐标可以指示表示施加在活塞29上的磁力的另一物理量。
延音踏瓣不对本发明的技术范围设置任何限制。本发明可应用到任何操纵器上，其中，演奏者在演奏期间将所述操纵器带到通向终点位置途中的点。例如，在直立式钢琴的基础上制造自动演奏器钢琴的情况中，本发明可适用于弱音踏瓣。当然，本发明可适用于在卧式钢琴基础上制造的自动演奏器钢琴的弱音踏瓣。
可以将计算机程序从信息存储介质加载到合并在控制器3a中的合适的存储设备中，或者通过通信网络将其从合适的程序源提供给该存储器。所述合适的存储设备可以是软盘(商标)、硬盘、诸如CD-ROM、CR-R、CD-RW的光盘、光-电-磁盘、磁带、非易失性存储卡和诸如DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW的DVD(数字多用途盘)。
可以将用于寻找半程点的子例程与用于自动演奏的子例程的新版本一起安装。在此实例中，用于寻找半程点的子例程和用于自动演奏的子例程在合适的操作系统的控制下有选择地在中央处理单元11上运行。
可以从合适的信息存储介质将包括用于寻找半程点的子例程的计算机程序加载到扩展板或扩展单元上的存储器中。如果还将微处理器安装在该扩展板或扩展单元上，则该微处理器可以执行用于寻找半程点的子例程的指令代码，并且表示半程点的控制数据被写入合并在控制器3a内的存储器中。
权利要求语言按照下面所述关联到实施例的组成部件。黑和白键31a/31b充当“多个操纵器”，并且弦槌32、动作单元33、弦34和制音器36作为整体组成“音调生成器”。电磁控制的键致动器20对应“多个致动器”，并且电磁控制的踏瓣致动器26充当“致动器”。静止区段、半踏瓣区段和开放弦区段分别对应“静止区段”、“半区段”和“终点区段”。代表踏瓣行程(st)的控制数据充当“控制数据”，而平均电流量相当于“驱动数据”。半程点pH和pC/pB对应“数学上唯一的点”。
权利要求
1.一种用于在乐器(1)上重演演奏的自动演奏器(3)，该乐器(1)具有多个操纵器(31a/31b)，用于指定音调的音高；音调生成器(32/33/34/36)，用于以所述音高产生所述音调；以及至少一个操纵器(PD)，用于依靠距静止位置的行程，向所述音调施加一效果和另一效果，所述自动演奏器(3)包括多个致动器(20)，与所述多个操纵器(31a/31b)相关联，并被有选择地激励，以便在所述静止位置和所述终点位置之间移动所述多个操纵器(31a/31b)，致动器(26)，与所述至少一个操纵器(PD)相关联，并被激励，以便在代表所述效果的乐曲数据存在时，将所述至少一个操纵器(PD)移动到终点区段(L3)，而在代表所述另一效果的另一乐曲数据存在时，将其移动到半区段(L2)，所述至少一个操纵器(PD)的轨迹可分为静止区段(L1)、所述半区段(L2)和所述终点区段(L3)，传感器(27)，产生代表所述至少一个操纵器(PD)在所述轨迹上的实际位置的控制数据，以及控制器(3a)，连接到所述多个致动器(20)、所述致动器(26)和所述传感器(27)，并响应代表乐曲节的乐曲数据，以便有选择地激励所述多个致动器(20)和所述致动器(26)，以产生所述乐曲节，其特征在于所述控制器(3a)还响应代表模拟轨迹的测试数据，以便沿着与所述静止区段(L1)的至少一部分、所述半区段(L2)和所述终点区段(L3)的一部分重合的所述模拟轨迹，移动所述至少一个操纵器(PD)，从而收集分别与代表所述致动器(26)上的负载的驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)，并且在于所述控制器(3a)分析分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)，以便通过算术运算确定所述半区段(L2)中的数学上唯一的点(pH、pC/pB)，由此，在用于向所述音调施加所述另一效果的所述另一乐曲数据存在时，所述控制器(3a)使所述至少一个操纵器(PD)到达所述数学上唯一的点(pH、pB/pC)。
2.如权利要求1所述的自动演奏器，其中，所述算术运算产生内分，使得所述数学上唯一的点(pS)以预定比率分割所述半区段(L2)。
3.如权利要求2所述的自动演奏器，其中，所述预定比率是2∶1。
4.如权利要求2所述的自动演奏器，其中，分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)被逼近为在所述半区段(L2)的进入点(pS)和所述半区段(L2)的退出点(pE)处彼此相交的线性线(L1/L2/L3)，并且通过所述内分而在所述进入点(pS)和所述退出点(pE)之间画的所述线性线之一(L2)上指定所述数学上唯一的点(pH)。
5.如权利要求1所述的自动演奏器，其中，分别与驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)被逼近为具有至少一个拐点(pC)的负载曲线(CC/CB)，并且在所述至少一个拐点(pC)处确定数学上唯一的点(pB)。
6.如权利要求5所述的自动演奏器，其中，所述控制器(3a)间隔地确定负载曲线(CC)上的斜率差(D)，并且所述斜率差(D)在所述至少一个拐点(pC)处减小得最剧烈。
7.如权利要求1所述的自动演奏器，其中，通过伺服控制技术强迫所述至少一个操纵器(PD)在所述模拟轨迹上行进，以便引起匀速运动。
8.一种用于产生音调的乐器，包括多个操纵器(31a/31b)，被有选择地从各自的静止位置移动到各自的终点位置，以指定所述音调的音高；音调生成器(32/33/34/36)，连接到所述多个操纵器(31a/31b)，并响应向所述终点位置移动的操纵器(31a/31b)，以便以指定的音高产生音调；至少一个操纵器(PD)，通过静止区段(L1)、半区段(L2)和终点区段(L3)而在静止位置和终点位置之间移动，并在所述终点区段(L3)中向所述音调施加一效果，而在所述半区段(L2)中向所述音调施加另一效果；以及自动演奏器(3)，包括多个致动器(20)，与所述多个操纵器(31a/31b)相关联，并被有选择地激励，以便在所述静止位置和所述终点位置之间移动所述多个操纵器(31a/31b)，致动器(26)，与所述至少一个操纵器(PD)相关联，并被激励，以便在代表所述效果的乐曲数据存在时，将所述至少一个操纵器(PD)移动到所述终点区段(L3)，而在代表所述另一效果的另一乐曲数据存在时，将其移动到所述半区段(L2)，传感器(27)，产生代表所述至少一个操纵器(PD)在所述静止位置和所述终点位置之间的轨迹上的实际位置的控制数据(st)，以及控制器(3a)，连接到所述多个致动器(20)、所述致动器(26)和所述传感器(27)，并响应代表乐曲节的乐曲数据，以便有选择地激励所述多个致动器(20)和所述致动器(26)，其特征在于所述控制器(3a)还响应代表模拟轨迹的测试数据，以便沿着与所述静止区段(L1)的至少一部分、所述半区段(L2)和所述终点区段(L3)的一部分重合的所述模拟轨迹，移动所述至少一个操纵器(PD)，以收集分别与代表所述致动器(26)上的负载的驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)，并且在于所述控制器(3a)分析分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)，以便通过算术运算确定所述半区段(L2)中的数学上唯一的点(pH、pC/pB)，由此，所述控制器(3a)使所述至少一个操纵器(PD)到达所述数学上唯一的点(pH、pC/pB)，以便向所述音调施加所述另一效果。
9.如权利要求8所述的乐器，其中，所述算术运算产生内分，使得所述数学上唯一的点(pH)以预定比率分割所述半区段(L2)。
10.如权利要求9所述的乐器，其中，所述预定比率是2∶1。
11.如权利要求9所述的乐器，其中，分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)被逼近为在所述半区段(L2)的进入点(pS)和所述半区段(L2)的退出点(pE)处彼此相交的线性线(L1、L2、L3)，并且通过所述内分在所述进入点(pS)和所述退出点(pE)之间画的所述线性线之一(L2)上指定所述数学上唯一的点(pH)。
12.如权利要求8所述的乐器，其中，分别与驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)被逼近为具有至少一个拐点(pC)的负载曲线(CC/CB)，并且在所述至少一个拐点(pC)处确定数学上唯一的点(pB)。
13.如权利要求12所述的乐器，其中，所述控制器(3a)间隔地确定负载曲线(CC)上的斜率差(D)，并且所述差(D)在所述至少一个拐点(pC)处减小得最剧烈。
14.如权利要求8所述的乐器，其中，通过伺服控制技术强迫所述至少一个操纵器(PD)在所述模拟轨迹上行进，以便引起匀速运动。
15.如权利要求8所述的乐器，其中，黑和白键(31a/31b)，动作单元(33)、弦槌(32)、弦(34)和制音器(36)的组合，以及延音踏瓣(PD)充当所述多个操纵器、所述音调生成器和所述至少一个操纵器。
16.如权利要求15所述的乐器，其中，所述延音踏瓣(PD)在接近于所述延音踏瓣(PD)的静止位置的静止区段(L1)中，使所述制音器(36)被完全按压到所述弦(34)，在延续到所述静止位置(L1)的半踏瓣区段(L2)中，减小所述弦(34)上的力，并逐步与相关的弦(34)隔开，并且在接近于所述延音踏瓣(PD)的终点位置的开放弦区段(L3)中，从所述弦(34)上完全移除所述力。
17.如权利要求16所述的乐器，其中，所述控制器(3a)将所述静止区段(L1)中分别与驱动数据(up(st))成对的控制数据(st)、所述半踏瓣区段(L2)中分别与驱动数据(up(st))成对的控制数据(st)、以及所述开放弦区段(L3)中分别与驱动数据(up(st))成对的控制数据(st)逼近为3条线性线，并通过内分在用于所述半踏瓣区段的线性线(L2)上确定所述数学上唯一的点(pH)。
18.如权利要求16所述的乐器，其中，所述控制器(3a)将分别与所述半踏瓣区段的驱动数据(up(st))成对的控制数据(st)逼近为负载曲线(CC/CB)，并间隔地计算所述负载曲线(CC)上的斜率差(D)，以便在所述差(D)减小得最剧烈的拐点(pC)处确定所述数学上唯一的点(pB)。
19.一种用于寻找数学上唯一的点(pH、pB)的方法，包括以下步骤a)在测试数据的基础上，确定乐器的至少一个操纵器(PD)的模拟轨迹，该模拟轨迹包含静止区段(L1)的一部分、半区段(L2)和终点区段(L3)的一部分；b)利用致动器(26)，沿所述模拟轨迹移动所述至少一个操纵器(PD)，以便收集代表所述至少一个操纵器(PD)的实际位置的控制数据(st)，所述控制数据(st)分别与代表所述致动器(26)上的负载的驱动数据(up(st))成对；以及c)分析分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)，以便通过算术运算在所述半区段(L2)中确定数学上唯一的点(pC/pB)，使得所述至少一个操纵器(PD)到达所述数学上唯一的点(pC、pB)，以向所述音调施加效果。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述步骤c)包括以下子步骤c-1)将分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)逼近为3条线性线(L1、L2、L3)，其分别对应所述静止区段、所述半区段和所述终点区段，以及c-2)指定所述数学上唯一的点(pC)，其中，在该点处以预定比率分割所述半区段的线性线(L2)。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述步骤c)包括以下子步骤c-1)将分别与所述驱动数据(up(st))成对的所述控制数据(st)逼近为负载曲线(CC/CB)，c-2)间隔地计算所述负载曲线(CC)上的斜率差(D)，c-3)在所述差(D)的值中搜索所述斜率差(D)减小得最剧烈的点(pC)，以及c-4)在所述点(pC)处确定所述数学上唯一的点(pB)。
全文摘要
自动演奏器(3)，在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下在原声钢琴(1)上重演乐曲的节；电磁控制键致动器(20)和电磁控制踏瓣致动器(26)与键(31a/31b)和延音踏瓣(PD)相关联地提供；自动演奏器(3)使延音踏瓣(PD)沿模拟踏瓣轨迹行进，中央处理单元(11)将表示踏瓣行程的控制数据(st)与提供给电磁控制踏瓣致动器(26)的驱动信号的平均电流(up(st))量一起存储；中央处理单元(11)分析控制数据(st)，以确定半踏瓣区段(L2)的进入点(pS)和半踏瓣区段(L2)和开放弦区段(L3)之间的边界处的退出点(pE)，并在半踏瓣区段(L2)中指定目标半程点(pC)；重演乐曲的节时，自动演奏器(3)使延音踏瓣(PD)到达半程点(pC)，以再现半踏瓣状态。
文档编号G10F1/00GK1728232SQ20051008486
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月19日 优先权日2004年7月27日
发明者藤原佑二, 石崎公一 申请人:雅马哈株式会社