专利名称：校准装置、使用该校准装置的自动演奏钢琴及校准方法
技术领域：
本发明涉及乐器用的校准装置、使用该校准装置的乐器及校准方法，特别是一种通过设置声音或振动传感器，并配合自动控制来补偿装置误差的校准装置、使用该校准装置的乐器及校准方法。
背景技术：
目前市面上的钢琴自动演奏系统所使用的自动校准功能普遍是借助一个外置控制盒来对自动演奏系统进行校准、设置和测试。同时，这些校准功能都必须通过人工手动方式对自动演奏系统的参数进行设置，如同是对钢琴每一个琴键的演奏效果从最大音量到最小音量逐一调试。这种手动校准功能的缺点是首先，使用校准功能就必须配套一台专门的外置设备，每一次设置更新都需要由接受过专业培训的技术人员来完成；其次，人为进行手动校准设置都带有很强的个人主观性，因为所有参数的设置完全取决于安装或维护此系统的技术人员自身的技术能力和经验，无法做到客观判断。中国专利200510099534. 5提供了一种“免于老化的变换器、使用该变换器的乐器及其使用方法”，该发明是采用对执行部件，在文件中为击弦锤的运动轨迹，进行监控的方法来补偿装置的误差，存在的问题是，该发明的装置较为复杂，需要对每个击弦锤的运动轨迹进行监控；方法的运算较为复杂，且并不是终端环节的控制，即最终效果的获得还依赖于其他因素的影响，例如弦自身的状态的影响，补偿了击弦锤的运动误差后并不一定的可以获得理想的结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种校准装置、使用该校准装置的自动演奏钢琴及校准方法，可以在最终环节实现自动补偿而不用考虑中间环节的运动状态。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种校准装置，包括获取振动或声音信号转换为数字信号的传感器、接收传感器的数字信号并输出控制信号的主控制器、根据主控制器输出的控制信号输出机械动作的执行机构，根据预设的值和/或以传感器获取的模拟值转换为数字信号Dn后经过主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin ；
数字信号的最大值Dmax和最小值(Dmin)与驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin或电流值的最大值Imax和最小值Imin相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为Un或In ；
该级电压值Un或电流值In加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值Un或电流值In。所述的主控制器中用于比对的数值为常数或区间。—种使用上述的校准装置的自动演奏钢琴，主控制盒1、电源4、ECR控制器和带有多个螺线管的螺线管导轨3安装在钢琴壳体2上；振动传感器5安装在钢琴的音板7上和/或拾音器6安装在钢琴的琴背柱上； 主控制盒1内的主控制器输出的数字信号，经过ECR控制器的转换驱动带有多个螺线管的螺线管导轨3，ECR控制器并且用于存储校准过程中所获得的数据；
根据预设的值和/或以振动传感器5和/或拾音器6，获取的模拟值转换为数字信号后经过主控制盒1内的主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin ；
数字信号的最大值Dmax和最小值(Dmin)与驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin或电流值的最大值Imax和最小值Imin相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为Un或In ；
该级电压值Un或电流值In加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值Un或电流值In。电压值Un或电压值In储存在ECR控制器中。所述的主控制器中用于比对的数值为常数或区间。一种用于上述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，包括以下步骤
一、将预设输出的最大驱动电压Umax或电流Imax作为执行机构弹奏琴键的最大值，并储存在主控制器中，或者ECR控制器中；
二、以#n琴键开始弹奏，由传感器获取的数字信号的数值与主控制器中的数值Dmin进行对比；
若获取的数字信号的数值大于主控制器中的数值Dmin，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减去一个增量，驱动电压相应地减去一个增量Dt ；
三、再次开始弹奏，由传感器获得的数字信号的数值再次进行对比，直至由传感器获得的数字信号的数值小于或等于对比数值Dmin，则前一个有效的输出数字信号所对应的驱动电压值或电流值作为#n琴键最小值储存；
四、运算#ri+l，对比运算后的#n是否超过最大值，若否则开始下一个键的校准，若为是则结束校准；
五、以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级；
该级电压值钆或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值Un或电流值In;
通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。输出电压值Un或电流值In的计算公式为
Un =Umax-Umin/N-l Xn+en ；或 Un=Umax-Umin/N_ 1 XnXen
其中Umax为对应的电压值的最大值；Umin为对应的电压值的最小值；N为分级的级数；η 为当前级数Wn为当前级数的偏移值，包括常数或百分比；
In =Imax-Imin/N-lXn+en ；或 In=I腿x_Imin/N_l X η X Θη
其中为对应的电流值的最大值；Imin为对应的电流值的最小值；N为分级的级数；η 为当前级数Wn为当前级数的偏移值，包括常数或百分比。增量的计算公式为 Dt=Umax-Umin/N-l 或 Dt=Imax-Imin/N-l
其中Umax为对应的电压值的最大值；Umin为对应的电压值的最小值；Imax为对应的电流值的最大值；Imin为对应的电流值的最小值；N为分级的级数。一种用于上述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，包括以下步骤
一、将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号Dmax作为对比值，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值；
二、以#n琴键开始弹奏，由传感器获取的数字信号Dn的数值与主控制器中的原始预存的数字信号Dmax进行对比，若新获取的数字信号Dn小于原始预存的数字信号Dmax，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号增加一个增量，驱动电压相应地增加一个增量Dt ；
三、再次开始弹奏，直至传感器获得的数字信号的数值Dn大于或等于原始预存的数字信号，则当前的输出数字信号所对应的最大值作为#n琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中；
四、继续输出一个预设的最小值开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值Dmin，由传感器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值Dmin[]进行比对；
当传感器获取的数字信号的数值Dn大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
五、将当前的输出数字信号Dn所对应的驱动电压值或电流值作为琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中，从而完成该#n琴键的校准；
六、开始下一个键的校准，直至结束校准；
七、以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级；
该级电压值Un或电流值In加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压Un或电流In；
通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。一种用于上述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，包括以下步骤
一、将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号Dmax[]作为对比范围数值，该对比值为一个区间范围数值；
二、以#n琴键开始弹奏，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值， 由传感器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中的原始预存的对比范围数值Dmax[]进行对比；
当传感器获取的数字信号的数值Dn大于该区间范围数值Dmax[]，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减少一个增量，驱动电压相应地减少一个增量Dt，琴键弹奏力度-1 个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值Dn落入到该区间范围数值Dmax[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于该区间范围数值Dmax[]，则琴键弹奏力度+1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值Dn落入到该区间范围数值Dmax[]内；当前的输出数字信号所对应的最大值作为琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中；
三、继续输出一个预设的最小值开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值Dmin，由传感器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值Dmin[]进行比对；
当传感器获取的数字信号的数值Dn大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
四、将当前的输出数字信号Dn所对应的驱动电压值或电流值作为琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中，从而完成该#n琴键的校准；
五、开始下一个键的校准，直至结束校准；
六、以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级；
该级电压值Un或电流值In加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压Un或电流In;
通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。本发明提供的一种校准装置、使用该校准装置的自动演奏钢琴及校准方法，通过采用终端控制的方法，即直接在终端进行声音或振动采集数字信号的装置及方法，避开了中间环节的干扰，使最终的校准结果符合预期。本发明的装置和方法，在播放任意一个曲目时，带有本发明装置的系统能够识别出所有低于默认最低速度值(即自动演奏系统可以再现的最低速度值)的MIDI格式的音符演奏时的速度值，并能将此速度值自动更新为系统新的默认最低速度值。且在最低速度值和最高速度值之间划分适当的级差，使自动弹奏出的音符之间具有足够的分辨率，从而确保音乐的真实再现。而没有使用本自动校准功能的自动演奏系统即使能够识别出钢琴的最低演奏速度值，但也无法演奏出这个最小音量的音符。例如，某个琴键的默认最低速度值是10 (V=10)，在弹奏所有音符的速度值都低于10 (KlO)的歌曲时，现有的自动演奏系统会驱动钢琴按照速度值等于10 (V=IO)进行演奏，这样，这首歌曲中所有的MIDI格式的音符将会被钢琴演奏时的音符速度值IO(V=IO)所覆盖，无法实现歌曲的真实再现。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1为本发明中校准装置的连接框图。图2为采用本发明的乐器的结构示意图。图3为本发明中实施例3的校准方法流程图。图4为本发明中实施例4的校准方法流程图。图5为本发明中实施例5的校准方法流程图。
具体实施例方式实施例1
一种校准装置，包括获取振动或声音信号转换为数字信号的传感器、接收传感器的数字信号并输出控制信号的主控制器、根据主控制器输出的控制信号输出机械动作的执行机
8构，其特征在于根据预设的值和/或以传感器获取的模拟值转换为数字信号Dn后经过主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin ； 数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin与驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值 Uoin或电流值的最大值Imax和最小值Imin相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为Un或1 。该级电压值Un或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电流值Un或电流值In。以电压控制为例
则为 Un = (Umax-Umin)/ (N-I) Xr^n;或 Un= (Umax-Umin)/ (N-I) XnXen 其中Umax为对应的电压值的最大值Wmin为对应的电压值的最小值；N为分级的级数(例如128级)；η为当前级数(例如对应的输入信号为第10级)为当前级数的偏移值，(例如测算后，第10级的偏移值，可以是常数，包括正数、负数和零，也可以是百分比)。以电压控制为例
In =Imax-Imin/N-lXn+en ；或 In=I腿x_Imin/N_l X Π X Θη
其中Imax为对应的电流值的最大值；Imin为对应的电流值的最小值；N为分级的级数；η 为当前级数Wn为当前级数的偏移值，包括常数或百分比。需要说明的是，在校准后获得了新的级差数值，即增量Dt为 Dt= (Umax-Umin)/ (N-I)
该数值被保存在存储装置中，作为后继的校准程序中的增量数值。所述的传感器为振动传感器5或将声音信号转换为数字信号的传感器，例如压电式传感器，该压电式传感器安装在音板7上，以获得的音板7的振动的模拟量转换成数字信号；将获取的声音信号的模拟量转换为数字信号的传感器，例如拾音器，将声音信号放大后转换为数字信号，该方案可以获得较高的分辨率，但是拾音器有可能获取环境杂音，因此对于校准环境要求较高，拾音器通常要安装在较为坚固的位置，例如钢琴壳体2的琴背柱上。如果输入的数字信号为MIDI数字音乐信号，其强度级别为1 级，即相对应的主控制器输出的数字信号也为1 级，则通过控制电流的大小来控制输出机械动作的执行机构输出的速度值也应为1 级，即弹奏琴键的力度为128级。经过校准后，主控制器输出的数字信号的最大值和最小值之间的范围足够的大且合适时，则各级之间的分辨率较为明显，例如听众可以听出第一级强度和第二级强度之间的区别，可以明显地听出第一级强度和第三级强度之间的区别，则整体装置与输入信号的拟合度较高，音乐被真实的再现；而当听众很难听出第一级强度和第三级强度之间的区别， 甚至很难听出第一级强度和第五级强度之间的区别，则整体装置的演奏会非常呆板，无法实现音乐的真实再现，让人难以接受。应当说明的，输出的各级的数字信号的增量与驱动执行机构输出机械动作的电压或电流是可以线性的对应关系，例如带有多个螺线管的螺线管导轨3，数字信号的增量1与驱动电压或电流的增量Dt均为1个单位，是线性的对应关系，但是线性增量的驱动电压或电流通常不会获得同样音强的增量，即驱动电压或电流的线性增量通常并不与音强的线性增量相对应，这与机械传动的特性和乐器自身的特性相关，因此根据机械传动的特性和乐器自身的特性还应该生成一个与各级数值相对应的偏移值en，以使输出的数字信号与最终的音强的增量尽可能的成线性对应关系。通常该偏移值由电压或电流与音强的非线性关系曲线经过拟合成线性曲线或折线后得到，存储在存储单元中。具体获得输出驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin或电流值的最大值Imax和最小值Imin的方法，和校准的输出电压或电流的方法，在后面的关于方法的实施例中进一步的说明。实施例2
本例以使用该校准装置的自动演奏钢琴为例进行说明，主控制盒1、电源4、ECR控制器 (Solenoid controller unit)即用于控制螺线管运动的控制器、带有多个螺线管的螺线管导轨3均安装在钢琴壳体2上，振动传感器5安装在钢琴的音板7上和/或拾音器6安装在钢琴的琴背柱上，主控制器和其他外围电路安装在主控制盒1内，主控制盒1输出的数字信号，经过ECR控制器的转换驱动带有多个螺线管的螺线管导轨3实现自动弹奏，ECR控制器并且用于存储校准过程中所获得的数据。当某个螺线管出现异常，比如短路，连接错误， 出现严重故障时，ECR控制器会控制系统紧急断开连接，并显示提示信息，对这些异常情况起到控制作用。由于ECR控制器主要也是起的控制作用，在本例中将ECR控制器看做是主控制器的一部分。带有多个螺线管的螺线管导轨3是与ECR控制器连接，并由ECR控制器驱动的一个电磁感应装置。在本例中由80个螺线管组成，每个螺线管内部安装有专用活塞。带有活塞的螺线管是整个自动演奏系统的机械执行部分，通过控制活塞击打钢琴的单个琴键，通过击弦机触动琴弦发音，这样整个钢琴就弹奏出需要演奏的曲目。振动传感器5是粘在钢琴的音板7上的条形压电式传感器。当击弦机击打琴弦时， 音板会随之产生振动，此传感器会根据音板产生的振幅不同，转换为相应的电压信号，并最终转换为数字信号。它能够将识别出的最小振动值，将作为本例中主控制器输出的数字信号的最小值。拾音器的原理与振动传感器5类似，是有信号放大功能的装置，当拾音器接收到击弦机击打琴弦时音板产生的振动信号后，扩音器将此声音信号放大，并将放大后的数字信号导入到ECR控制器并存储在相应的存储设备里。根据预设的值和/或以传感器，本例中为振动传感器5或拾音器，获取的模拟值转换为数字信号后经过主控制盒1内的主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin ；数字信号的最大值Dmax和最小值Dmin与驱动执行机构，本例中为带有多个螺线管的螺线管导轨3，运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin或电流值的最大值Imax和最小值Imin相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为钆或1 。该级电压值Un或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值Un或电压值In。电压值Un或电压值In储存在ECR控制器中。以电压控制为例
则为 Un= (Umax-Umin)/ (N-I) Xr^n;或 Un= (Umax-Umin)/ (N-I) XnXen 其中Umax为对应的电压值的最大值Wmin为对应的电压值的最小值；N为分级的级数(例如128级)；η为当前级数(例如对应的输入信号为第10级)为当前级数的偏移值，(例如测算后，第10级的偏移值，可以是常数，也可以是百分比)。
电流控制公式与电压控制公式相同，不再赘述。需要说明的是，在校准后获得了新的级差数值为 Dt= (Umax-Umin)/ (N-I)
该数值被保存在存储装置中，作为后继的校准程序中的增量数值。其余同实施例1，具体获得输出驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin或电流值的最大值Imax和最小值Imin的方法，和校准的输出电压或电流的方法，在后面的关于方法的实施例中进一步的说明。实施例3
如图3中，具体的校准的步骤为开始校准，检测传感器是否连接，否则停止校准，将预设输出的最大驱动电压Umax或电流Imax作为执行机构弹奏琴键的最大值，并储存在主控制器中，或者ECR控制器中。为便于叙述，下面以电压调整为例进行说明，电流调整的示例于此相同。以#n(例如n=l)琴键开始弹奏，由传感器，本例中为安装在音板7上的压电式传感器或安装在钢琴琴背柱上的拾音器获取的数字信号的数值与主控制器中的数值Dmin进行对比，(在本例中采用对比数值Dmin为零，是为了便于说明的示例，若传感器的精度足够的高， 例如高于人耳的听力，则该对比数值也可能是其他的大于零的值)。若获取的数字信号的数值大于主控制器中的数值Dmin，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减去一个增量，驱动电压相应地减去一个增量Dt，再次开始弹奏，由传感器获得的数字信号的数值再次进行对比，直至由传感器获得的数字信号的数值小于或等于对比数值Dmin，则前一个有效的输出数字信号所对应的驱动电压值或电流值作为#n琴键最小值储存。运算#n+l，对比运算后的#n是否=81，(本例中以80键为例)。若否则开始下一个键的校准，若为是则结束校准。以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级，分级后的各级数值为钆或In。该级电压值Un或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压Un或电流In。电压Un或电流In储存在ECR控制器中。以电压控制为例
则为 Un= (Umax-Umin)/ (N-I) Xr^n;或 Un= (Umax-Umin)/ (N-I) XnXen 其中Umax为对应的电压值的最大值Wmin为对应的电压值的最小值；N为分级的级数(例如128级)；η为当前级数(例如对应的输入信号为第10级)为当前级数的偏移值，(例如测算后，第10级的偏移值，可以是常数，也可以是百分比)。需要说明的是，在校准后获得了新的级差数值为 Dt= (Umax-Umin)/ (N-I)
该数值被保存在存储装置中，作为后继的校准程序中的增量数值。与实施例1相同，在最大值Umax或Imax和最小值Umin或Imin之间重新分级以和输入的数字信号相对应。例如输入的MIDI数字音乐信号为1 级，则重新分级后的数字信号最大值和最小值之间也被划分为1 级，重新分级后则各级之间的增量Dt也相应的变化，以确保自动弹奏系统获得足够的分辨率。各级的数字信号均与一个驱动执行机构弹奏琴键的驱动电压或驱动电流的值相对应，为确保最终的弹奏效果，该驱动电压和电流的值还需要加上偏移值％，偏移值％是与不同的演奏乐器相对应的，通常为对应不同的演奏的设备的预设值，该预设值由多次精确的测量后得到。例如当该级的电压值Un对应为5V，而与该级相对应的偏移值为+Unl%，则该级最终输出的驱动电压为5. 05 V。在本例中因为预设的最大值Umax或Imax为装置可以输出的最大值的上限，而最小值Umin或Imin为输出的可以接收到的最小值得下限，这意味着本例中，最大值和最小值具有装置可以达到的最大区间，因此校准效果为最佳。但是应该看到，由于装置的磨损和老化，虽然每次调整均可达到装置的最佳效果， 但是这个最佳效果与最初的效果是有区别的，即每次校准以后获得的效果均不相同，这对于高端的人群而言是难以忍受的。实施例4
如图4中，在实施例3中是以预设的最大的输出值Umax或Imax作为执行机构弹奏琴键的最大值，存在的问题是，若装置有足够的冗余余量的话，该最大值可能过大，或者造成每次校准后的效果不同，而自动演奏系统的演奏过程中，由于机械的磨损或其它原因，该预设值弹奏出的音强可能会逐渐降低，从而使自动演奏系统后来的演奏效果与最开始的演奏效果不一致。以电压控制为例说明，优化的校准步骤为开始校准，检测传感器是否连接，否则停止校准，将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号Dmax作为对比值，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值，该最大值通常是原始预存的最大值 Ufflax或Imax，(该原始预存的最大值Umax或Imax具有一定的冗余量，但是在经过一段时间的使用后，该原始预存的最大值弹奏时的音强已降低，而需要校准)，以#n (例如n=l)琴键开始弹奏，由传感器，本例中为安装在音板7上的压电式传感器或安装在钢琴琴背柱上的拾音器获取的数字信号Dn的数值与主控制器中的原始预存的数字信号Dmax进行对比，若新获取的数字信号Dn小于原始预存的数字信号Dmax，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号增加一个增量，驱动电压相应地增加一个增量Dt，再次开始弹奏，直至传感器获得的数字信号的数值Dn大于或等于原始预存的数字信号Dmax，则当前的输出数字信号所对应的最大值Umax作为#n琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中。继续输出一个预设的驱动电压最小值Umin开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值Dmin，由传感器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值Dmin[]进行比对，该预设的最小值的对比数值为一个区间范围数值，该范围为1-2个增量Dt之间，以避免数值Dn难以落入到区间范围内而出现死循环。当传感器获取的数字信号的数值Dn大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1 个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
将当前的输出数字信号Dn所对应的驱动电压值Un或电流值In作为#n琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中。从而完成该#n琴键的校准。运算#n+l，对比运算后的#n是否=81，(本例中以80键为例)。若否则开始下一个键的校准，若为是则结束校准。
以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级，分级后的各级数值为钆或In。该级电压值Un或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压Un或电流In。电压Un或电流In储存在ECR控制器中。分级后的该级电压值Un或电流值In的运算和增量数值的运算与实施例3相同此处不再赘述。新的增量数值被保存在存储装置中，作为后继的校准程序中的增量数值。采用本例的校准方法可以更快速的获取校准数据。实施例5
如图5中，以电压控制为例说明，更进一步优化的校准步骤为开始校准，检测传感器是否连接，否则停止校准，将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号Dmax[] 作为对比范围数值，该对比值为一个区间范围数值，该范围为1-2个增量Dt之间。原始预存的最大值在经过一段时间的使用后，对应不同的乐器，也可能出现最大值弹奏时的音强增高的情况，因此需要校准。以如(例如n=l)琴键开始弹奏，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值，该最大值通常是原始预存的最大值Umax，由传感器本例中为安装在音板7上的压电式传感器或安装在钢琴琴背柱上的拾音器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中的原始预存的对比范围数值Dmax[]进行对比，当传感器获取的数字信号的数值Dn大于该区间范围数值Dmax[]，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减少一个增量，驱动电压相应地减少一个增量Dt，琴键弹奏力度-1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值Dn落入到该区间范围数值Dmax[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于该区间范围数值Dmax[]，则琴键弹奏力度+1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值Dn落入到该区间范围数值Dmax[]内；当前的输出数字信号所对应的最大值Umax作为#n琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中。继续输出一个预设的驱动电压最小值Umin开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值Dmin，由传感器获取的数字信号的数值Dn与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值Dmin[]的进行比对，该预设的最小值的对比数值为一个区间范围数值，该范围为1-2 个增量Dt之间。当传感器获取的数字信号的数值Dn大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1 个增量Dt，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
当传感器获取的数字信号的数值Dn小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值Dmin[]内；
将当前的输出数字信号Dn所对应的驱动电压Un作为#n琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中。从而完成该#n琴键的校准。运算#n+l，对比运算后的#n是否=81，(本例中以80键为例)。若否则开始下一个键的校准，若为是则结束校准。以驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax和最小值Umin之间或电流值的最大值 Ifflax和最小值Imin之间的范围分级，分级后的各级数值为钆或In。
该级电压值Un或电流值In加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压Un或电流In。电压Un或电流In储存在ECR控制器中。分级后的该级电压值Un或电流值In的运算和增量数值的运算与实施例3相同此处不再赘述。新的增量数值被保存在存储装置中，作为后继的校准程序中的增量数值。采用本例的校准方法可以更快速的获取校准数据。并可以灵活的应对各种情况， 例如在某些乐器中，使用一段时间后音强反而增加的情况。采用本例的校准方法，可以确保每次校准后的效果均与最初的效果尽可能的接近，从而满足高端客户的要求。综合上述实施例，本自动校准功能的目的是，让由自动演奏系统控制的钢琴在演奏时达到最佳的效果，或尽可能同最初效果相同的效果，而不受装置老化的影响。在播放任意一个曲目时，带有本自动校准功能的系统能够识别出所有低于默认最低速度值的MIDI格式的音符演奏时的速度值，并能将此速度值自动更新为系统新的默认最低速度值，而没有使用本自动校准功能的自动演奏系统即使能够识别出钢琴的最低演奏速度值，但也无法演奏出这个最小音量的音符。例如，某个琴键设置的默认最低速度值是10 (v=10)，在弹奏所有音符的速度值都低于10 (KlO)的歌曲时，自动演奏系统会驱动钢琴按照速度值等于IO(V=IO)进行演奏，这样，这首歌曲中所有的MIDI格式的音符将会被钢琴演奏时的音符速度值IO(V=IO)所覆盖，无法实现歌曲的真实再现。而本发明通过重新确定最大值和最小值，并重新分级的方式，确保了输出的音乐具有足够的级数，并与输入的MIDI 数字音乐或手工弹奏的音乐相对应，从而确保了自动演奏的效果。
权利要求
1.一种校准装置，包括获取振动或声音信号转换为数字信号的传感器、接收传感器的数字信号并输出控制信号的主控制器、根据主控制器输出的控制信号输出机械动作的执行机构，其特征在于根据预设的值和/或以传感器获取的模拟值转换为数字信号(Dn)后经过主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值(Dmax)和最小值(Dmin);数字信号的最大值(Dmax)和最小值(Dmin)与驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax 和最小值(Umin)或电流值的最大值(Imax)和最小值(Imin)相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为(Un)或(In)；该级电压值(Un)或电流值(In)加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值( )或电流值(In)。
2.根据权利要求1所述的一种校准装置，其特征在于所述的主控制器中用于比对的数值为常数或区间。
3.一种使用权利要求1所述的校准装置的自动演奏钢琴，其特征在于主控制盒(1)、 电源(4)、ECR控制器和带有多个螺线管的螺线管导轨(3)安装在钢琴壳体(2)上；振动传感器(5)安装在钢琴的音板(7)上和/或拾音器(6)安装在钢琴的琴背柱上；主控制盒(1)内的主控制器输出的数字信号，经过ECR控制器的转换驱动带有多个螺线管的螺线管导轨(3)，ECR控制器并且用于存储校准过程中所获得的数据；根据预设的值和/或以振动传感器(5)和/或拾音器(6)，获取的模拟值转换为数字信号后经过主控制盒(1)内的主控制器比对获得的数值为依据，确定主控制器输出的数字信号的最大值(Dmax)和最小值(Dmin)；数字信号的最大值(Dmax)和最小值(Dmin)与驱动执行机构运行的电压值的最大值Umax 和最小值(Umin)或电流值的最大值(Imax)和最小值(Imin)相对应，以该最大值和最小值之间的范围分级，分级后的各级数值为(Un)或(In)；该级电压值(Un)或电流值(In)加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值(Un)或电流值(In);电压值(Un)或电压值(In)储存在ECR控制器中。
4.根据权利要求3所述的一种自动演奏钢琴，其特征在于所述的主控制器中用于比对的数值为常数或区间。
5.一种用于权利要求1-4任一项所述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，其特征在于包括以下步骤一、将预设输出的最大驱动电压(Umax)或电流(Imax)作为执行机构弹奏琴键的最大值， 并储存在主控制器中，或者ECR控制器中；二、以#n琴键开始弹奏，由传感器获取的数字信号的数值与主控制器中的数值(Dmin) 进行对比；若获取的数字信号的数值大于主控制器中的数值(Dmin)，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减去一个增量，驱动电压相应地减去一个增量(Dt);三、再次开始弹奏，由传感器获得的数字信号的数值再次进行对比，直至由传感器获得的数字信号的数值小于或等于对比数值(Dmin)，则前一个有效的输出数字信号所对应的驱动电压值或电流值作为#n琴键最小值储存；四、运算#ri+l，对比运算后的#n是否超过最大值，若否则开始下一个键的校准，若为是则结束校准；五、以驱动执行机构运行的电压值的最大值(Umax)和最小值(Umin)之间或电流值的最大值(Imax)和最小值(Imin)之间的范围分级；该级电压值(Un)或电流值(In)加上偏移值％作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压值(Un)或电流值(In)；通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于输出电压值(Un)或电流值(In)的计算公式为Un = (Umax-Umin)/ (N-I) Xn+A;或 Un= (Ufflax-Ufflin) / (N-I) XnXen其中Umax为对应的电压值的最大值；Umin为对应的电压值的最小值；N为分级的级数；η 为当前级数Wn为当前级数的偏移值，包括常数或百分比；In = (Imax-Imin)/ (N-I) Χη+%;或 In= (Imax-Imin)/ (N-I) XnXen其中为对应的电流值的最大值；Imin为对应的电流值的最小值；N为分级的级数；η 为当前级数Wn为当前级数的偏移值，包括常数或百分比。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于增量的计算公式为Dt= (Ufflax-Ufflin) / (N-I)或 Dt= (Imax-Imin)/ (N-I)其中Umax为对应的电压值的最大值；Umin为对应的电压值的最小值；Imax为对应的电流值的最大值；Imin为对应的电流值的最小值；N为分级的级数。
8.一种用于权利要求1-4任一项所述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，其特征在于包括以下步骤一、将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号(Dmax)作为对比值，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值；二、以#η琴键开始弹奏，由传感器获取的数字信号(Dn)的数值与主控制器中的原始预存的数字信号(Dmax)进行对比，若新获取的数字信号(Dn)小于原始预存的数字信号(Dmax)， 则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号增加一个增量，驱动电压相应地增加一个增量(Dt)；三、再次开始弹奏，直至传感器获得的数字信号的数值(Dn)大于或等于原始预存的数字信号(Dmax)，则当前的输出数字信号所对应的最大值作为#n琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中；四、继续输出一个预设的最小值开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值(Dmin)， 由传感器获取的数字信号的数值(Dn)与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值)进行比对；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1个增量(Dt)，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值(Dmin[])内；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量(Dt)，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值(Dmin[])内；五、将当前的输出数字信号(Dn)所对应的驱动电压值或电流值作为琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中，从而完成该#n琴键的校准；六、开始下一个键的校准，直至结束校准；七、以驱动执行机构运行的电压值的最大值(Umax)和最小值(Umin)之间或电流值的最大值(Imax)和最小值(Imin)之间的范围分级；该级电压值(Un)或电流值(In)加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压(Un)或电流(In)；通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。
9. 一种用于权利要求1-4任一项所述的校准装置或自动演奏钢琴的方法，其特征在于包括以下步骤一、将原始预存的弹奏琴键的最大值时传感器获得的数字信号(Dmax[])作为对比范围数值，该对比值为一个区间范围数值；二、以#n琴键开始弹奏，预设一个驱动电压或电流作为执行机构弹奏琴键的最大值， 由传感器获取的数字信号的数值(Dn)与主控制器中的原始预存的对比范围数值(Dmax[])进行对比；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)大于该区间范围数值(Dmax[])，则将输出的驱动执行机构弹奏琴键的数字信号减少一个增量，驱动电压相应地减少一个增量(Dt)，琴键弹奏力度-1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值(Dn)落入到该区间范围数值 (DmaxD )内；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)小于该区间范围数值(Dmax[])，则琴键弹奏力度 +1个增量，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值(Dn)落入到该区间范围数值(Dmax[]) 内；当前的输出数字信号所对应的最大值作为#n琴键最大值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中；三、继续输出一个预设的最小值开始弹奏，该最小值通常为原始预存的最小值(Dmin), 由传感器获取的数字信号的数值(Dn)与主控制器中预设对比数值的最小区间范围数值)进行比对；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)大于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度-1个增量(Dt)，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值(Dmin[])内；当传感器获取的数字信号的数值(Dn)小于最小区间范围数值，则琴键弹奏力度+1个增量(Dt)，继续弹奏直至传感器获取的数字信号的数值落入到最小区间范围数值(Dmin[])内；四、将当前的输出数字信号(Dn)所对应的驱动电压值或电流值作为琴键最小值并储存在主控制器中，或者主控制器的ECR控制器中，从而完成该#n琴键的校准；五、开始下一个键的校准，直至结束校准；六、以驱动执行机构运行的电压值的最大值(Umax)和最小值(Umin)之间或电流值的最大值(Imax)和最小值(Imin)之间的范围分级；该级电压值(Un)或电流值(In)加上偏移值作为与输入的数字信号相对应的校准后的输出电压(Un)或电流(In)；通过上述步骤实现校准装置或自动演奏钢琴自动校准。
全文摘要
本发明提供的一种校准装置、使用该校准装置的自动演奏钢琴及校准方法，通过采用终端控制的方法，即直接在终端进行声音或振动采集数字信号的装置及方法，避开了中间环节的干扰，使最终的校准结果符合预期。本发明的装置和方法，在播放任意一个曲目时，带有本发明装置的系统能够识别出所有低于默认最低速度值(即自动演奏系统可以再现的最低速度值)的MIDI格式的音符演奏时的速度值，并能将此速度值自动更新为系统新的默认最低速度值。且在最低速度值和最高速度值之间划分适当的级差，使自动弹奏出的音符之间具有足够的分辨率，从而确保音乐的真实再现。
文档编号G10H1/34GK102262873SQ20111021585
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者吴天延 申请人:环高乐器制造(宜昌)有限公司