专利名称：：键盘乐器及其中使用的位置检测装置和发光控制装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种乐器，具体说，涉及一种具有用来探测键当前位置的键传感器的键盘式乐器，以及其中使用的位置检测装置和发光控制器。自动演奏钢琴是键盘式乐器中的一种。该自动演奏钢琴记录下键盘上的一段演奏，并且以音乐数据信息的形式将其存储在一适当的存储器中。当使用者需要自动演奏钢琴以重现该演奏时，便可从存储器中将该音乐数据信息读出，并选择性的驱动键致动器，从而无需手指的动作就能移动黑/白键。这样，该自动演奏钢琴便具有两种操作模式，即记录模式和放送模式。键传感器被放置在黑/白键的下方，它将当前键位置转化成位置信号。该位置信号被送给一个控制器，该控制器从位置信号及其变量中提取需要放送的音乐数据信息。所以，键传感器是自动演奏钢琴的重要部件。对于自动演奏钢琴来说，有一种光学键传感器是非常普通的。一个发光二极管与一个光探测二极管组成一对，并使它所产生出的光束穿过连接在黑/白键上的挡板的轨迹。如果单独为黑/白键安装光学键传感器，则这种安装方式将会使自动演奏钢琴的价格提高。在日本专利申请7-270332中建议使用一种光传感器基体，该专利申请已被公开，该未经审查的日本专利申请的公开号为No.9-54584。12个发光二极管和8个光探测二极管结合起来组成键盘的光学传感器基体，该键盘通常由88个黑/白键组成。图1描述了该光学传感器基体的结构。虽然该光学传感器基体被用于88个黑/白键，但是在图1中仅仅表示出了一个白键10。一块挡板KS被连接在该白键10的下表面，为了便于区分，在图1中将其用阴影线表示。现有技术中的光学传感器基体包括一个发光传感器头221，一个光接受传感器头222，一组发光二极管224，一组光探测二极管225和一束光学纤维226和227。该发光传感器头221和光接受传感器头222与另一些发光传感器头221(未示出)和光接受传感器头222(未示出)一起被固定在一个支架SB上，它们相互之间保持一定的间隙。12个发光二极管组成一组224，8个光探测二极管组成另一组225。发光二极管中的一个通过光学纤维束226中的一根纤维而连接到发光传感器头221上，光接受传感器头222则通过光学纤维束227中的一根纤维而连接到一个光探测二极管上。每一个发光二极管224都与纤维束226中的8根光学纤维相连接，纤维束227中的12根光学纤维则与每一个光探测二极管225相连接。这样，8个发光传感器头221便同时发射出8束光线，而8个光二极管225则通过光学纤维227同时接收从相关的光接受传感器头222中传送来的光线。虽然发光二极管224与光探测二极管225的结合为96个，但仅仅有88个结合被用于88个黑/白键。当发光二极管224被驱动时，便会产生出光线。该光线通过光学纤维226被传送给发光传感器头221，发光传感器头221则穿过挡板KS的轨迹向着光接受传感器头222发射出一束光线。该光束的直径为5毫米。光接受传感器头222接收到光束，并通过光学纤维227将接收到的光传送给相关的光探测二极管225。该光二探测极管225将该光线转化成一个电信号Sa，并将该电信号Sa送往一个控制器(未示出)。该电信号Sa代表了所接收到光线的量。假定演奏者将白键10按下，该白键便朝着其端部位置下沉，挡板KS逐渐将光束遮住。结果，随着接收到的光线量的减少，光探测二极管225将减少电信号Sa的量值或电压值。现有技术中的光学传感器基体的位置—电压转换特性在图2中用曲线C1表示。白键10的静止位置及其端部位置在图2中分别缩写为“KR”和“KE”。挡板KS在静止位置KR时将光束部分遮住，在位置“Ko”处，挡板KS从光束中撤出。从静止位置KR到端部位置KE电信号Sa的电位值逐渐下降。当白键10抵达其端部位置KE时，挡板KS允许部分光束抵达光接受传感器头222，而电信号Sa依然具有一个电位值。如果挡板KS抵达位置KD，挡板KS完全遮住光束，光探测二极管225将电信号Sa的电位值减至零。白键10在其静止位置KR和端部位置KE之间移动，光探测二极管225将沿着静止位置KR和端部位置KE之间的曲线改变电信号。在自动演奏钢琴的组装期间，一个特定键的位置—电压转换特性C1就被确定，而且代表位置—电压转换特性C1的一组控制数据信息被存入一非易失的存储器中。在录制过程中，控制器(未示出)以位置—电压转换特性C1为基础确定当前键位置，而且从该当前键位置及当前键位置的变量中产生出代表该音乐数据信息的数字代码。然而，在重放过程中再现的演奏并非与原始的演奏相一致。这就是现有技术中的自动演奏钢琴所存在的问题。因此，本发明的一个重要目的就是提供一种自动演奏钢琴，使之能够如实的重现原始的演奏。本发明还有一个重要目的就是提供一种位置检测装置，它可以准确的确定一个移动物体，例如一个黑/白键的当前位置。本发明人细致考察了现有技术中所存在的问题，并注意到其发光二极管224、光导纤维226/227以及光探测二极管225都具有单独性。这种单独性对于位置—电压转换特性是有影响的。现有技术中的每一个光学键传感器都是发光二极管224、光导纤维226/227、发光传感器头221、光接受传感器头222及光探测二极管225的结合，而且每个光学键传感器的位置—电压转换特性通常各不相同。此外，该位置—电压转换特性是随时间而变化的，如图2中的曲线C2所示。在这种情况下，如果控制器以位置—电压转换特性C1为基础确定当前键位置，则当前键位置不可避免的会存在错误，而且该音乐数据信息也不能准确的代表原始的演奏。首先，本发明人试图将该控制数据信息从位置—电压转换特性C1重新改写到位置—电压转换特性C2。但是，这种改写工作是非常复杂的，而且仅有少数使用者能够胜任。本发明人的结论是这种方案是不可行的。其次，本发明人试图将位置—电压转换特性C1绘制成位置—电压转换特性C2，因为电压的变化从LR1到LR1*＝LR2以及从LE1到LE1*＝LE2是非常容易测定的。然而，LR1*和LE1*之间的轮廓(profile)与LR2和LE2之间的轮廓是有所不同的。虽然位置—电压转换特性C1被准确的绘制了，但是所绘制的特性并没有为控制器提供出准确的当前位置。本发明人注意到位置—电压转换特性C2与位置—电压转换特性C1的轮廓是相似的。这就意味着位置—电压转换特性C2是可以预测的。换句话说，发光二极管224处的电功率是可以变化的。如果位置—电压转换特性从C1变化到C2，电功率的增加将使位置—电压转换特性从C2增加至C1。就本发明的一个方面而言，本发明提供了一种乐器，它包括若干可以在相应的监视范围内移动，并由演奏者根据所要确定的声音之特性选择性地进行控制的键控器，还包括一个位置检测装置，它包括若干个传感器，它们分别被提供给这些键控器并分别形成其监视范围，在每一个监视范围内，一个物理量可以根据一个相关的键控器的当前位置而产生变化，还有一个控制器，它对该物理量与键控器的当前位置之间的关系进行储存，并且根据来自于相应的一个传感器中的物理量，确定每一个被操作的键控器的当前位置，从而确定声音的特性。就本发明的另一个方面而言，本发明提供了一种位置检测装置，它包括若干个传感器，这些传感器分别被提供给若干键控器，并且分别形成不同的监视范围，所述的键控器在该范围内移动，根据一个相关的键控器的当前位置，在每一个监视范围内的一个物理量会产生变化；还包括一个控制器，它对该物理量与键控器的当前位置之间的关系进行储存，并且以来自于相应的一个传感器中的物理量为基础，确定每一个被操作的键控器的当前位置，从而确定声音的特性。本发明还有一个内容，就是它提供了一种供多个发光元件使用的发光控制器，它包括一个电流控制线路，该线路连接在电压的第一接点与一电压分配线路之间，所述的分配线路与多个发光元件平行连接，并且响应于第一控制信号，以便改变电压的第一接点与一电压分配线路之间的电阻，一个选择器连接在若干个发光元件与一个电压的第二接点之间，该第二接点的电压与第一接点的电压不相同，它响应于第二控制信号，以便将多个发光二极管连接到电压的第二接点上，还有一个信号发生器，它将第一控制信号和第二控制信号发送给电流控制线路和选择器，以便将所选定的一个发光元件的电阻改变至最佳值。通过以下参照附图所作的说明，便可以对该键盘式乐器以及该位置检测装置的性能及其优点有清楚的了解。附图中图1是现有技术中的光传感器基体的示意图；图2表示的是位置—电压转换特性随时间而变化的情况以及根据本发明的一条矫正曲线；图3是一示意图，它表示了本发明的自动演奏钢琴的结构；图4是一方框图，它表示了在该自动演奏钢琴中使用的控制器的电路布置；图5是一幅线路图，它表示了发光二极管驱动器，发光二极管，光探测二极管以及一个放大器的线路图6是一个图象，它表明了在该放大器中使用的一种操作放大器的电压一输出电压特性；图7是一时间曲线，它表示了用来顺序选择发光二极管的控制信号。优选实施例的说明参照附图3，图中示出了一种采用了本发明的自动演奏钢琴，该钢琴包括一个发声的直立钢琴1，一个静音系统20和一个自动演奏系统30。当演奏员用手指指定发声的直立钢琴中1的一首曲子时，发声直立钢琴1便奏出这首曲子的音乐。静音系统20可以使演奏者在弹奏乐曲时不发出音响声，而产生出一种与弹奏相对应的电子声。自动演奏系统30记录下演奏的情况，并且可以无需演奏者的弹奏而重放该演奏。在以下的说明书中，词语“前方”是指比“后方”位置更加靠近演奏者的那个位置，而且前方位置与后方位置之间的方向定为“纵向”，横向垂直于该纵向。发声直立钢琴1包括一个键盘3。该键盘3被放置在键台4a上，键盘3包括黑键3a和白键3b，还包括一个前轨3c，平衡轨3d以及后轨3e。前轨3c，平衡轨3d以及后轨3e以相互平行的方式在键台4a上延伸，而且相互之间在纵向上保持一定的间距。黑键3a和白键3b以公知的方式排列，而且可以绕着平衡轨3d独立旋转。为黑/白键3a/3b指定一定音阶的音符。平衡销3f使黑键3a和白键3b保持在直立的位置。这样，88个个黑/白键3a/3b便在键盘3中组合起来了。当没有任何作用力施加到黑键3a和白键3b上时，黑键3a和白键3b的后端沉入粘贴在后轨3e上的后轨布上，并且分别处于静止状态。当演奏者压下黑/白键3a/3b时，黑/白键3a/3b便沿反时针方向旋转，并分别抵达其端部位置。绞盘螺钉3g从黑/白键3a/3b的后端部伸出。发声直立钢琴1还包括键作用机构5，音锤6，一组弦7和阻尼机构8。键作用机构5分别与黑/白键3a/3b相关连，绞盘螺钉3g则将键的移动传送给相应的键作用机构5。音锤6分别与键作用机构5相联接，也被驱动着旋转。当音锤6从作为键作用机构5的一个相关部件的插口(未示出)中释放出来时，键作用机构5将给演奏者的手指一种异常的键感。音锤6打击相关的琴弦7，该琴弦7产生出声音。虽然附图中未示出，但是有一个捕集器从音锤6的一个底部伸出，并通过一个限位带与一缠绕组件(whippenassemble)中的一限位钢丝相连。当琴弦7上的音锤6弹回之后，通过一个从缠绕器中伸出的返回抑制片将捕集器挡住，限位带使所述的插口滑入位于底部下方的空间内。阻尼机构8用来阻止琴弦7的震动。该阻尼机构8分别与黑/白键3a/3b相连，并且具有相应的阻尼头。当相关的黑/白键3a/3b位于其静止位置时，阻尼头与琴弦7相接触，并且将相应琴弦7的震动吸收掉。演奏者压下黑/白键3a/3b，然后阻尼头与相应的琴弦7分离，使琴弦7可以震动。相应的音锤6打击琴弦7，使琴弦7震动而发声。当演奏者释放黑/白键3a/3b时，黑/白键3a/3b便开始返回其静止位置。阻尼头与琴弦7再次接触，从而对震动产生阻尼。静音系统20包括一个控制器100，一个捕集器止动体20a和一个致动器20b。该控制器10由静音系统20和自动演奏系统30共用，这一点将在后面作详细论述。捕集器止动体20a安装在底部的上方，并且沿横向延伸。捕集器止动体20a与致动器20b的旋转轴20c相联接，控制器100激发致动器20b，使旋转轴20c沿着两个方向中的一个方向旋转。捕集器止动体20a与轴20c一起旋转，并在一个阻塞位置BP与一个自由位置FP之间变化。在图3中，其捕集器止动体20a处于自由位置FP，而处于阻塞位置的捕集器止动体20a则用虚线示出。当捕集器止动体20a抵达阻塞位置BP时，捕集器止动体20a便伸入到捕集器的轨道内。位于阻塞位置BP内的捕集器止动体20a使捕集器弹回到释放点与琴弦7的打击点之间。另一方面，当致动器20b沿相反的方向绕捕集器止动体20a旋转时，捕集器止动体20a抵达自由位置FP，并位于捕集器的轨道之外。捕集器止动体并不造成任何障碍，使音锤6可以打击相应的琴弦7。静音系统20还包括若干个键传感器90。这些键传感器分别与其相应的黑/白键3a/3b相连，这些键传感器90是通过挡板90a和一光传感器基体90b来进行工作的。挡板90a分别与黑/白键3a/3b的下表面相联接，而光传感器基体90b则安装在键台4a上。光传感器基体90b的结构与图1所示的光传感器基体相类似，发光二极管90c、光纤维束90d、光发射传感探头90e、光接受探头90f，光纤维束90g，以及感光二极管90h与光传感器基体90b相结合。键传感器90探测到相关的黑/白键3a/3b的当前位置，并将对应于该当前键位置的键位置信号S1传送给控制器100。控制器100以该当前键位置及其变化为基础形成一个声音信号S2，然后将该声音信号S2传送给耳机HH和/或扬声器系统SP。该耳机HH和/或扬声器系统SP便产生出与所压的键3a/3b相对应的电声音。键传感器90由静音系统20和自动演奏系统30共用，对此将在下面进行论述。自动演奏系统30包括控制器100，键传感器90以及若干个键致动器30a。这些键致动器30a分别与黑/白键3a/3b相关连，它们安装在键台4a上。键致动器30a具有一个螺线管30b和一个插棒30c，插棒30c收缩在螺线管30b内。当螺线管30b被激励时，插棒30c便从螺线管中伸出，将相应的黑/白键3a/3b向上推起。当自动演奏系统30记录了键盘3上的一个演奏时，键传感器90便通过键位置信号S1将当前的键位置报告给控制器100，而控制器100则以该键位置信号S1和对它所进行的变化为依据，产生出一个与该演奏相对应的音乐数据代码。该音乐数据代码被存储在一个适当的存储器中，例如一张软盘110中(见图4)。原始的演奏便被复制在一种放音模式之中。控制器100阅读来自于存储器110中的音乐数据代码，并以该音乐数据代码为基础产生出一个驱动电压信号S3。该驱动电压信号S3被选择性的供应给键致动器30a，插棒30c移动黑/白键3a/3b。图4对控制器100进行了描述。该控制器100包括一个中央处理单元100a，一个只读存储器100b，例如一个快擦写存储器(flushmemory)，一个随机进入存储器100c和一个共用的总线100d。中央处理单元100a，只读存储器100b和随机进入存储器100c在图4中分别被缩写成“CPU”，“ROM”和“RAM”。该中央处理单元100a可以有一微处理器来执行。只读存储器100b存储了程序指令，各种表格(tables)设定在只读存储器100b中。音乐数据代码被暂时存储在随机进入存储器100c中，计算结果也被暂时存储在随机进入存储器100c中。中央处理单元100a，只读存储器100b以及随机进入存储器100c与共用总线100d相连。接下来，中央处理单元100a通过共用总线100d提取程序指令，并对指令进行实施。在实施程序指令的过程中，中央处理单元100c对随机进入存储器中的表格进行确定。控制器100还包括一个接线板100e，在接线板100e中，一个按钮开关SW1与其他开关(未示出)相结合。100e与共用总线100d相联接，，使用者通过共用总线100d将来自于接线板100e中的指令送给中央处理单元100a。利用按钮开关SW1，使用者可以使捕集器止动体20a在阻塞位置BP与自由位置FP之间切换。控制器100还包括一个维护接线板100f，并与共用总线100d相联接。该维护接线板100f设置在钢琴壳体的内部，并不暴露在外。为此，组装者和调音者通常只是操作维护接线板100f上的开关SW2，SW3和SW4。如果开关SW2，SW3和SW4被操作，则可测出最大的电压值LM2，在静止位置的电压值LR2和电压值LE2。控制器100还包括一个音调发生器100g，它也与共用总线100d相连。中央处理单元100a将一组代表键码，速度，作用键，脱离键以及释放率的音乐数据信息送给音调发生器，该音调发生器100g再以这些音乐数据信息为基础产生出一个音乐信号。该音调发生器具有116个通道，每一个音调信号都通过一个通道产生。当代表作用键的音乐数据信息被送至通道中时，该通道将一部分被称之为“攻击”、“下降”以及“保持”的信息附加给音调信号。该通道根据速度及释放率分别对其振幅和减振率进行控制。该音调信号与其他的音调信号相混合，这些音调信号一起形成声音信号S2。这样，该音调发生器100g增多可以同时产生16个音调信号，耳机HH和/或扬声器系统SP可以产生16种电声。声音信号S2被送至耳机HH和/或扬声器系统SP，电声便从耳机HH和/或扬声器系统SP中发送出来。该音色可以如同声学钢琴的声音一样。控制器100还包括一个放大器100h，一个模拟—数字转换器100j和一个发光二极管驱动器100k。放大器100h被连接在光探测二极管90h和模拟—数字转换器100j之间，模拟—数字转换器100j则与共用总线100d相连。发光二极管驱动器100k被连接在共用总线100d与发光二极管90c之间。中央处理单元100a指示二极管驱动器100k驱动发光二极管90c。键位置信号S1通过放大器100h被送至模拟—数字转换器100j，模拟—数字转换器100j再将键位置信号S转化成数字的键位置信号S4。光传感器基体90具有12个发光二极管90c和8个光探测二极管90h。这12个发光二极管90c和8个光探测二极管90h形成96种组合，而且其88种组合被指定给88个黑/白键3a/3b。中央处理单元100a指定黑/白键3a/3b与光束一起发光。通过光纤90d使12个发光二极管中的每一个都与8个发光传感器头90e相联接，而且光束同时从8个发光传感器头90e向相应的光接受传感器头90f辐射。88个光接受传感器头90f被分成12组传感器头，每一组传感器头，即8个光接受传感器头90f分别与8个光探测二极管90h相连。发光二极管驱动器100k紧接着驱动12个发光二极管90c，每一个发光二极管90c促使8个发光传感器头90e朝着相应的光接受传感器头90f辐射光束。这样，88个黑/白键3a/3b便8个8个的发出光束。8个光束的辐射下称“扫描”。8个光接受传感器头90f同时接收光束，8条光纤90g将光传递给8个光探测二极管90h。这样，8个键位置信号S1便通过放大器100h被传送给模拟—数字转换器100j。然而，在模拟—数字转换器100j中只有4个模拟—数字转换单元。8个键位置信号S1被分成两组，4个键位置信号S1被同时转化成4个数字的键位置信号S4。这样，每扫描一次，中央处理单元100a便两次提取4个数字的键位置信号S4。中央处理单元100a重复提取代表88个黑/白键3a/3b当前位置的数字键位置信号S4，并且确定其键码，速度，作用键，脱离键以及每一个压下键3a/3b的释放速度。中央处理单元100a从音乐数据信息中产生出音乐数据代码，所述的音乐数据信息代表了键码，速度，作用键，脱离键以及释放速度。这时，音乐数据代码便与MIDI(乐器数字界面)标准的格式相一致。控制器100还包括一个软盘驱动器100m和一个为键驱动器30a设置的驱动线路100n。音乐数据代码按照记录的模式被传送给软盘驱动器100m，软盘驱动器100m再将该音乐数据代码存储在软盘110中。另一方面，软盘驱动器100m从软盘110中读出音乐数据代码，并将其传送给随机进入存储器100c。该音乐数据代码被临时存储在随机进入存储器中100c。接下来，音乐数据代码从随机进入存储器100c中被读取而指示驱动电路100n选择性地向键致动器30a发出驱动电压信号S3。通过驱动电压信号S3激发螺线管30b，使插棒30c从螺线管30b中伸出。插棒30c上推相关的黑/白键3a/3b，无需演奏者的手指即可将其移动。这样，黑/白键3a/3b便被按照预定的范围移动，例如移动10毫米，挡板90a也按照预定的范围移动，例如移动5毫米。控制器100还包括一个角度探测器100p和一个供致动器20b使用的驱动线路100q。该驱动线路100q向致动器20b供应电能，并且根据轴20c的转动方向改变其极性。角度探测器100p监视捕集器止动体20a，并且将该捕集器止动体20a的当前角度位置报告给中央处理单元100a。当捕集器止动体20a进入阻塞位置BP或自由位置FP时，中央处理单元100a便向驱动线路100q发出指令，使转动停止。图5描述了发光二极管驱动器100k、光传感器基体90、放大器100h以及模拟—数字转换器100j的电路图。发光二极管90c分别用224-1、224-2、224-3厖标示，光探测二极管90h分别用225-1、225-2厖和225-8标示。8个放大单元226-1到226-8的电路图是彼此相似的。为此，下面将仅就一个放大单元226-1作详细说明。一个操作放大器226a和三个电阻226b、226c和226d共同组成了放大单元226-1。电阻226b被连接在相应的光探测二极管225-1的阳极与地线之间。光探测二极管225-1的阳极与操作放大器226a的转换极相连，通过电阻226c将地线与操作放大器226a的非转换极相连。电阻226d连接在操作放大器226a的输出极AN1与转换极之间。当光束照射到相应的光探测二极管225-1上时，光电流过电阻226b，电阻226b将该光电转化成电压。该电压被施加到操作放大器226a的非转换极上。操作放大器226a在非转换极上对该电压进行放大，电阻226c和226d将确定操作放大器226a的放大系数。操作放大器226a的输出电压被从输出极AN1施加到模拟—数字转换器100j上。发光二极管驱动器100k被分成电流控制电路100k1和一个选择器100k2。电流控制电路100k1包括P-通道增强型场效应晶体管103/104，n-p-n二极管108/109以及电阻101/102/105/106/107。电阻105，n-p-n二极管103与电阻106的结合，n-p-n二极管104与电阻107的结合被平行连接在电源线PW与一电压分配线PW2之间。电压分配线PW2与发光二极管224-1、224-2、224-3等的阳极相连。电阻101与P-通道增强型场效应晶体管103相关连，并被连接在电源结点与门电极之间。同样，电阻102与P-通道增强型场效应晶体管104相关连，并被连接在电源结点与门电极之间。n-p-n二极管108/109被连接在P-通道增强型场效应晶体管103/104的门电极与地线之间。中央处理单元100a分别向n-p-n二极管108/109的基础结点输送控制信号SA12和SA13。这时，电阻105/106/107分别为330欧姆、220欧姆和150欧姆。中央处理单元100a在基本水平与一正高水平之间选择性的改变的控制信号SA12和SA13。当中央处理单元100a将控制信号SA12和SA13同时保持在基本水平时，n-p-n二极管108/109被关闭，从而使P-通道增强型场效应晶体管103/104的门电极与电源结电的电压相等。这样，P-通道增强型场效应晶体管103/104被关闭，电流通过电阻105从电压供应线PW1流向电压分配线PW2。如果中央处理单元100a将控制信号SA12改变为水平，则n-p-n二极管108/109被打开，电流通过电阻101和n-p-n二极管108而流向地线。电阻101使P-通道增强型场效应晶体管103/104的门电极的电压其电源结电的电压，P-通道增强型场效应晶体管103被打开。这样，平行于电阻105就出现了另一个电流通路，电流流过P-通道增强型场效应晶体管103和电阻106而进入电压分配线PW2。电流的总电阻为132欧姆，即330//220。当中央处理单元100a将控制信号SA12和SA13分别改变至基本水平与一正高水平时，另一个n-p-n二极管109被打开，这时，相应的P-通道增强型场效应晶体管104被打开。n-p-n二极管108以及P-通道增强型场效应晶体管103则被关闭。P-通道增强型场效应晶体管104和电阻107提供了另一条通向电压分配线PW2的电路。电流的总电阻为103欧姆。当中央处理单元100a将控制信号SA12和SA13同时改变至正高水平时，n-p-n二极管108/109均被打开，从而使P-通道增强型场效应晶体管103/104打开，电流通过三个电路而进入电压分配线路PW2。电流的总电阻为70欧姆。这样，中央处理单元100a就选择性的将控制信号SA12和SA13改变至正高水平，并且改变了进入电压分配线路PW2的电流量。选择器100k包括电阻110-1/110-2/110-3厖和n-p-n二极管111-1/111-2/111-3厖一系列的组合。这一系列的组合被连接在发光二极管224-1/224-2/224-3厖的阴极与地线之间。中央处理单元100a具有12条控制信号线SLED，它们与n-p-n二极管111-1/111-2/111-3厖的基础结点相连，将这12条控制信号线SLED变化至正高水平。紧接着将n-p-n二极管111-1/111-2/111-3厖打开，并使发光二极管激化，发出光束。一个理想的操作放大器具有一种反向的输出模式和一种假想短路的非反向输出模式。光探测二极管90h假想与理想操作放大器相连。任何光线都不射入到光探测二极管90h上，任何电流也不产生，这时，其输入电压以及输出电压均为零。然而，实际的操作放大器226a具有如曲线PL10所示的输入电压—输出电压的特点(见图6)。V入和V出分别代表输入电压和输出电压。曲线PL10并不经过原点，输出电压V出是一正值。该正值是偏离电压。在所有的时间输出结点AN1/AN2/厖/AN8上的输出电压V出都含有偏离电压。为了以键位置信号S1为基础准确的测定当前的键位置，必须从输出电压V出中消除掉偏离电压。这时，中央处理单元100a定期的检测偏离电压，如图7所示。中央处理单元100a紧接着将控制信号SLED1、SLED2厖SLED12改变至正高水平。控制信号SLED1、SLED2厖SLED12使发光二极管224-1、224-2、224-3厖分别发光，如前所述。发光二极管90c的发光周期在以下被称作“扫描周期”。控制信号SLED1、SLED2厖SLED12的脉冲宽度为0.01毫秒，而且每一个控制信号SLED1、SLED2厖SLED12都间隔0.12毫秒有规律的产生。这时，其规则的扫描周期为0.12毫秒。中央处理单元100a每分钟拖延间隔1次。也就是说，每分钟插入一个0.13毫秒的不规则的扫描周期。这就意味着所有的中央处理单元100a使所有的发光二极管90c都熄灭0.01毫秒。当中央处理单元100a使所有的发光二极管90c都熄灭时，其输入电压V入是零，操作放大器226a将键位置信号S1改变至偏离电压的值。该键位置信号S1再转换为数字键位置信号S4，中央处理单元100a提取该数字键位置信号S4，它代表了偏离电压的数值。中央处理单元100a将该数字键位置信号S4传送给随机进入存储器100c，并将其作为代表偏离电压的当前值的控制数据信息存入随机进入存储器100c内。这样，中央处理单元100a便在一分钟的间隔内更新了控制数据信息。当中央处理单元100a记录了一个演奏时，中央处理单元100a从代表当前键位置的数字键位置信号S4中减去偏离电压的当前值。所以，中央处理单元100a就以相关操作放大器226a的偏离电压补偿了数字键位置信号S4，并且产生出一个不受偏离电压影响的音乐数据信息。举例来说，当前键位置被用来计算压下键3a/3b的速度。中央处理单元100a需要两个当前键位置，它们沿着压下键的轨迹相间隔，一次测量的是一个当前键位置，另一次测量的则是另一个键位置。不规则扫描周期的引入是将规则扫描周期延迟0.01毫秒。然而，中央处理单元100a从88个黑/白键3a/3b中获取数据需要0.12毫秒的时间。所以0.01毫秒的延迟时间完全可以被忽略。当然，中央处理单元100a在计算速度时也可以对时间进行更正。制造者为每一个键传感器90确定了初始位置—电压的转换特性C1(见图2)，并且存储了一些控制数据信息，它们代表了在只读存储器100b或快擦写存储器中的初始特性C1。在将键盘3安装在键台4a上之前，制造者先将光传感器基体90放置在键台4a上，并将挡板90a连接到钢琴壳体上。制造者在发光传感器头90e与相应的光接受传感器头90f之间移动挡板90a。挡板90a以0.15毫米的间距进行移动。换句话说，挡板90a在7毫米的轨迹上产生47个抽样点。中央处理单元100a对发光二极管驱动器100k发出指令，使发光二极管90c在每一个抽样点发光，并且提取出数字键位置信号S4。中央处理单元100a将每一个抽样点处的数值存入随机进入存储器100c中。接下来，中央处理单元100a计算移动平均值以求平滑。当中央处理单元100a计算出在某一抽样点上的移动平均值时，中央处理单元100a从该抽样点、先前的三个抽样点及后面的三个抽样点上读出数值，并且将这些读出的数值进行平均。这样，噪音便被从抽样值中消除掉。如果抽样值饱和了，中央处理单元100a便适当的改变控制信号SA12和SA13，以减小供应给发光二极管90c的电流。这样，中央处理单元100a就对流入发光二极管90c中的电流量进行了优化。如果最大抽样值位于允许范围之外，或者位置—电压转换特性C1非常不同，光传感器基体就可能包含缺陷部件，制造者需用新的部件替换这些有缺陷的部件。接下来，中央处理单元按照下述的方式在挡板90a行程的中点处选择一个抽样点。中央处理单元100a首先确定具有最大值的最高抽样点和具有最小值的最低抽样点。接下来，中央处理单元100a再选择第一抽样点，其抽样值比最小抽样值大百分之15。中央处理单元100a进一步选择第二抽样点，其抽样值比最大抽样值小百分之15。中央处理单元100a计算出第一抽样点与第二抽样点之间的平均值，并且选择一个抽样值接近该平均值的抽样点。该选定的抽样点便是位于中间点的抽样点。接下来，中央处理单元100a在该限定的抽样点附近选择64个抽样点，并将这64个抽样点处的抽样值存入只读存储器100b中。位于Z中间抽样点的抽样值在AD[31]处存入，而64个抽样值则在AD至AD[63]中存入。最大抽样值也被存入只读存储器100b中，它作为最大的数值LM1。黑/白键3a/3b被压下，挡板90a抵达光束的范围。如果黑/白键3a/3b被进一步压下，抽样值将减小。中央处理单元100a在黑/白键3a/3b减小至打开位置K0(见图2)之前，通过抽样值确定键位置。该打开位置K0也被存入只读存储器100b中。将黑/白键3a/3b进一步压下。当抽样值为零时，中央处理单元100a确定键位置处于黑/白键3a/3b的完全关闭位置KD。将该完全关闭位置KD存入到只读存储器100b中。重复上述的步骤，中央处理单元100a为所有的黑/白键3a/3b确定位置—电压转换特性C1，最大值LM1，打开位置K0以及完全关闭位置KD。接下来，制造者将挡板90a连接到黑/白键3a/3b的下表面，再把键盘3安装到键台4a上。由于时间造成的退化会使发光二极管90c的亮度改变。在组装自动演奏钢琴的过程中会观察到这种因时间造成的退化。为此，在组装的最后阶段，制造者要人工的调整位置—电压转换特性，如下所述。首先，操作者掀起键盘3，使挡板90e离开发光传感器头90e足够的距离。操作者推动开关SW2。然后，中央处理单元100a便向发光二极管驱动器100k发出指令，激化12个发光二极管90c。发光传感器头90e分别将光束辐射到光接受传感器头90f上，，不受挡板90a的任何遮挡，光探测二极管90h将接收到的光线转换为键位置信号S1。键位置信号S1以及数字键位置信号S4被用来指示最大值LM2。该最大值LM2被存储在随机进入存储器100c中。接下来，操作者将键盘3再次安装在键台4a上，并推动开关SW3。然后，中央处理单元100a向发光二极管驱动器100k发出指令，再次激化12个发光二极管90c。数字键位置信号S4被用来指示停止位置KR处的电压水平LE2。该电压水平LE2被存入随机进入存储器100c中。最后，操作者压下88个黑/白键3a/3b，并使这88个黑/白键3a/3b抵达其端部位置KE。操作者推动开关SW4。然后，中央处理单元100a向发光二极管驱动器100k发出指令，激化12个发光二极管90c，数字键位置信号S4被指示出其位于端部位置KE时的电压值LR2。该电压值LR2被储存在随机进入存储器100c中。中央处理单元100a在位置—电压转换特性C1上确定一个静止位置水平LR1和一个端部位置水平LE1。静止位置水平LR1和端部位置水平LE1的关系如下LR1＝LR2×LM1/LM2LE1＝LE2×LM1/LM2黑/白键3a/3b的行程是相等的，这样，挡板90a也就相等。中央处理单元100a可以仅仅确定端部位置水平LE1，因为中央处理单元100a可以计算出其他的水平。中央处理单元100a也可以确定静止位置水平LR1，用以取代端部位置水平LE1。接下来，中央处理单元100a便产生出一个由曲线PL20为代表的直线性的表格。横坐标代表挡板位置，坐标轴代表键传感器90的一个相对的输出水平SAR。相对的输出水平SAR具有一个单位数值，它等于二进制的数值LR2与在键位置KD处，即零处二进制的数值之差除以256所得的系数。当二进制键位置信号S4为零时，相对的输出值SAR也为零。相对的输出值SAR在二进制数值LR2中为256。挡板位置是以位置—电压转换特性C1为基础确定的。该挡板位置在端部位置KE处为零，而在静止位置KR处则为255。曲线PL20是通过在抽样点之间对其位置—电压转换特性进行直线内推而获得的。虽然该端部位置随着相对输出水平SAR而单纯的增大，但是也有可能使内推的结果为端部位置随着相对输出水平SAR而逆向的减小，这是由于噪音消除不理想的原因造成的。一个挡板位置SPX被假定为随相对位置SARX而逆向的减小。中央处理单元100a假定挡板位置SPX等于在相对输出值SARX-1处先前的挡板位置SPX-1，该处是在相应的相对输出值SARX之前的一个点。当演奏者在键盘3上奏出一个音调时，中央处理单元100a100a向发光二极管驱动器100k发出一个指令，使发光二极管90c发光，键传感器90对88个黑/白键3a/3b进行核对，看其是否变化了键位置。键传感器90通过放大器100h将键位置信号S1送给模拟—数字转换器100j，该模拟—数字转换器100j再由中央处理单元100a提取出来。中央处理单元100a对数字键位置信号S4的二进制数值进行补偿，以便调整电压。中央处理单元100a按照下述的方式确定每一个黑/白键3a/3b的当前键位置。首先，中央处理单元100a按照如下的方式确定相对输出值SARSAR＝Sa×256/LR2其中，Sa是数字键位置信号S4的二进制数值。相对输出值SAR被四舍五入，用一个整数代表。中央处理单元100a对直线性的表格进行核查，以确定其挡板位置，即当前键位置。中央处理单元100a将当前键位置存入随机进入存储器100c中，并从当前键位置及当前键位置的变量中产生出音乐数据代码。在日本未经审查的公开专利申请No.9-54584中公开了中央处理单元100a是如何确定一个节拍时间，即键作用时间，及节拍休止时间，即键脱离时间，和速度。因此，为了简单起见，下面将不再作进一步说明。最大值LM2，在静止位置处的输出值LR2，以及在端部位置处的输出值LE2在从工厂运出之前被存储在存储器100b中。在调音过程中可以对它们进行更新。这时，电压水平LR2在通常的使用过程中可自动更新。中央处理单元100a周期性的核对数字键位置信号S4的二进制数值，该数值表示黑/白键3a/3b的静止位置KR，以确定数字键位置信号S4是否改变了其二进制数值。在一预定的时间周期内如果一个键传感器90将数字键位置信号S4保持在某一确定的二进制数值，则中央处理单元100a便确定该二进制数值，以指明其当前静止位置KR，并且改变电压水平LR2。这样，本发明的控制器100就可以在短时间内适应发光二极管90c光强度的变化。如前所述，发光二极管90c发出光线，发光传感器头90e将光束辐射到光接受传感器头90f上。每一个光接受传感器头90f都将接收到的光线传送给相应的光探测二极管90h，并将接收到的光线转化成键位置信号S1。这样，接收到的光量就被转化成键位置信号S1的量值。键位置信号S1的可靠性取决于在该环境条件下，从发光二极管90c中发射出的光强度的稳定性。然而，发光二极管90c的电能—光线转换特性不可避免的会产生发散。这就意味着发光二极管90c并不能在一个非常规则的电流下总是维持一种指标光强度。当光强度太大时，放大后的键位置信号S1会超过模拟—数字转换器100j的上限，中央处理单元100a无法准确的确定其键位置。当然，如果电流控制线路100k1能够对发光二极管90c的最大光亮度进行调节，则有可能将放大的键位置信号S1限制在模拟—数字转换器100j的上限之下。然而，对于最小光亮度来说，这种对发光二极管90c的调节是不理想的。这是因为键传感器90不能充分的变动键位置信号S1。这就造成对当前键位置很低的分辨率。控制器100将每一个发光二极管90c的最佳发光状态存入随机进入存储器100c中。控制信号SA12/SA13的结合限定了发光的状态。当中央处理单元100a选定了n-p-n二极管111-1/111-2/111-3之中的一个，以及相应的发光二极管110-1/110-2/110-3厖时，中央处理单元100a便从随机进入存储器100c中读出最佳的电位，并且改变控制信号SA12/SA13。结果，每一个发光二极管90c都在最佳电位下发光，并且键传感器90在模拟—数字转换器100j的全动态范围内变化键位置信号S1，而不会超过它。每一个发光二极管90c的发光状态都是按照如下方式自动调节的。中央处理单元100a在所有的时间内监视每一个数字键位置信号S4，看其二进制数值是否达到模拟—数字转换器100j的最大二进制数值。如果一个数字键位置信号S4的二进制数值达到最大二进制数值，则中央处理单元100a就改变其发光状态。假定该发光状态需要正高水平处产生最佳发光状态的控制信号SA12/SA13。当在最佳发光状态下二进制数值达到其上限时，中央处理单元100a便改变最佳发光状态，使控制信号SA12/SA13中的一个改变成失效的基态。结果，相应的数字键位置信号S4便将其二进制数值变化至上限之下。如前所述，如果静止位置的数字键位置信号S4将二进制数值改变成某一周期的一个不同的二进制数值，则中央处理单元100a便采用不同的二进制数值作为输出水平LR2。当输出水平LR2太低时，中央处理单元100a便改变发光状态，使等效电阻降低。这样，电流便增大了，输出水平LR2被提高。从上述的说明中可以明白，本发明的控制器100可以自动的调节输出水平LR2和最佳发光状态。这种自动调节加强了从发光二极管90c中所发出光线总量的稳定性，并且增强了相对输出水平SAR与挡板/当前键位置之间联系的可靠性。如果中央处理单元100a以数字键位置信号S4的二进制数值为基础，直接确定当前键位置，则最佳发光状态的调节将会破坏二进制数值与当前键位置之间的联系，而且中央处理单元100a无法准确的确定当前键位置。然而，中央处理单元100a通过SAR＝Sa×256/LR2这一公式，便可计算出相关的输出水平SAR。中央处理单元100a将相对输出水平SAR与挡板/当前键位置之间联系存储起来，并且以相对输出水平SAR为基础确定当前挡板/键位置。这样，对最佳发光状态的调节就不会对当前挡板/键位置产生严重的影响。本发明的位置检测装置用于自动演奏钢琴可以准确的探测出当前的键位置。然而，该位置检测装置并非仅仅局限于当前键位置的探测。在乐器当中配合使用了各种各样的键控器，而键控器的当前位置通常对声音有所影响。本发明的位置检测装置增强了当前位置的可靠性，对于键控器来说是非常理想的。举例来说，该位置检测装置可以用于脚踏板，即一种自动演奏钢琴或静音钢琴的软踏板及调节踏板。在上述的实施例中，光量是随键控器位置一起变化的一个物理量。黑/白键3a/3b相当于许多键控器。其监视范围等于一个从Ko-KD的区域。声音的特性是一种音调和音量。键传感器90，发光二极管驱动器100k，放大器100h，模拟—数字转换器100j，中央处理单元100a，只读存储器100b以及随机进入存储器100c一起构成了该位置检测装置。电流控制电路100k1起到一种可变电压供给器的作用。第一控制指令由控制信号SA12/SA13代表。第二指令由控制信号SLED代表。虽然以上对本发明的一个特殊实施例进行了说明，但是对于本领域普通技术人员来说很明显，在不脱离本发明的原理及保护范围的前提下，可以对其作出种种变化和改进。例如，位置检测装置可以用于一种静音钢琴(美国专利5,374,775中给出了其中的一个例子)。而静音系统可以从本发明中的自动演奏钢琴中去除掉。位置检测装置可以用于一种电子键盘，以进行电子发声。电流控制线路100k1可以具有两个系列以上的P-通道增强型场效应晶体管103/104与电阻/106/107的结合，所述的电阻是与n-p-n二极管108/109相关连的。权利要求1.一种乐器，它包括可以在有关的监视范围内进行移动的若干个键控器(3a/3b)，演奏者可以对该键控器进行选择性的控制，以便确定一个声音特性；以及一个位置检测装置，它包括若干个传感器(90)，它们分别用于所述的若干个键控器，并分别形成所述的监视范围，在所述的每一个监视范围内，一个物理量根据相关的一个键控器的当前位置(K)而发生变化，以及一个控制器(100)，它以从一个相关的传感器中得到的物理量为基础来确定每一个受操作的键控器的当前位置，其特征在于所述的控制器(100)将所述的物理量与所述键控器的当前位置之间的关系(C1/C2/PL20)进行储存，以便以来自于一个相关的传感器中的物理量为基础，确定每一个被操作的键控器的当前位置，由此确定所述的声音特性。2.如权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的控制器(100)对所述的物理量(Sa)与所述的键控器的当前位置(K)之间的第一关系(C1/C2)，以及所述物理量的一个相对值(SAR)与所述的键控器的当前位置之间的第二关系(PL20)进行储存，并且从来自于相关的一个传感器(90)中的物理量(Sa)中计算出所述的相对值，以确定每一个被操作的键控器的当前位置。3.如权利要求2所述的乐器，其特征在于所述的第一关系(C1/C2)是随着时间而改变的，而且当所述的第一关系改变时，所述的控制器(100)改变所述的第二关系(PL20)。4.如权利要求3所述的乐器，其特征在于对所述的第一关系中的一个参考的当前位置(KR)的所述物理量的参考数值(LR2)进行预定，所述的控制器利用公式SAR＝Sa×N/LR2计算出所述的相对值(SAR)，其中，SAR是所述的相对值，Sa是物理量，N是整数，LR2是所述的参考数值。5.如权利要求4所述的乐器，其特征在于所述的控制器(100)周期性的核对所述的参考数值(LR2)，以确定所述的参考数值是否改变成另一个新的参考数值，如果所述的新参考数值持续一定的时间周期，则使用该新的参考数值。6.如权利要求4所述的乐器，其特征在于所述的位置检测装置还包括一个可变的电压供应装置(100k1)，它连接在所述的若干个传感器上，并对所述的控制器的第一指令(SA12/SA13)有所反应，以便改变由所述的若干传感器产生的最大物理量，还包括一个与所述的若干传感器相连的选择器(100K2)，它对所述控制器的第二指令(SLED)有所反应，以便选择性的驱动所述的传感器，所述的控制器对第一组控制数据信息进行存储，它代表施加给所述若干传感器的最佳电压，从而在所述的选择器选定了一个传感器时，用该最佳电压来驱动所述的传感器。7.如权利要求6所述的乐器，其特征在于所述的控制器周期性的核对在每一个监视范围内的所述物理量，以确定该最佳电压是否与相关的一个传感器相适应，如果所述的最佳电压不相适应，则改变所述的最佳电压。8.如权利要求1所述的乐器，其特征在于所述的若干个键控器是可以沿着轨迹在相应的静止位置与相应的端部位置之间进行移动的键(3a/3b)，所述的每一个传感器都具有一个光一电信号转换元件(90f/90h)，用来产生出一个键位置信号(S1)，还有一个发光元件(90c/90e)，用来将一屡光束照射到所述的光一电信号转换元件上。9.如权利要求8所述的乐器，其特征在于它还包括分别与所述的键相联接的键作用机构(5)，分别与所述的键作用机构相联接的音锤(6)，当相关的键从所述的静止位置移动到所述的端部位置时通过所述的键作用机构可以使音锤旋转，分别与所述的音锤相撞击以便产生音响的琴弦(7)，以及为所述的键提供的键致动器(30a)，通过所述的控制器它们分别选择性的被驱动信号(S3)驱动，从而移动相应的键，所述的控制器调节驱动信号中的一个，以确定音响的特性。10.如权利要求8所述的键盘乐器，其特征在于它还包括分别与所述的键相联接的键作用机构(5)，分别与所述的键作用机构相联接的音锤(6)，当相关的键从所述的静止位置移动到所述的端部位置时，通过所述的键作用机构可以使音锤旋转，分别与所述的音锤相撞击以便产生音响的琴弦(7)，以及在一阻塞位置与一自由位置之间进行变化的止动体(20a)，该止动体在所述的阻塞位置时，将使所述的音锤在撞击相关的琴弦之前弹回其上，当所述的止动体位于所述的自由位置时，可以使所述的音锤撞击相关的琴弦。11.一种位置检测装置，它包括若干个传感器(90)，它们分别带有若干个键控器(3a/3b)，并且分别具有其监视范围，所述的若干个键控器在该范围内移动，根据相关的一个键控器的当前位置，在每一个监视范围内的一个物理量将会发生变化，以及一个控制器(100)，它根据相关的一个传感器中所提供的物理量来确定每一个被操作的键控器的当前位置，其特征在于所述的控制器(100)将所述的物理量与所述的键控器的当前位置之间的关系(C1/C2/PL20)储存起来，以便以所述的一个传感器提供的物理量为基础，确定每一个被操作的键控器的当前位置，由此确定音响的特性。12.如权利要求11所述的位置检测装置，其特征在于所述的控制器(100)对所述的物理量与所述的键控器的当前位置之间的第一关系(C1/C2)，以及所述物理量的一个相对值(SAR)与所述的键控器的当前位置之间的第二关系(PL20)进行储存，并且从来自于相关的一个传感器中的物理量中计算出所述的相对值，以确定每一个被操作的键控器的当前位置。13.如权利要求12所述的位置检测装置，其特征在于所述的第一关系是随着时间而改变的，而且当所述的第一关系改变时，所述的控制器将改变所述的第二关系。14.如权利要求13所述的乐器，其特征在于对所述的第一关系中的一个参考的当前位置的所述物理量的参考数值进行预定，所述的控制器利用公式SAR＝Sa×N/LR2计算出所述的相对值，其中的SAR是所述的相对值，Sa是物理量，N是整数，LR2是所述的参考数值。15.一种用于若干发光元件(90c)的发光控制器，其特征在于它包括一个电流控制线路(100k1)，它连接在电源电压的第一极(PW1)与电压分配线路(PW2)之间，该分配线平行连接在所述的若干发光元件上，并且对第一控制信号(SA12/SA13)有所反应，以便改变电源电压的第一极与所述的电压分配线路之间的电阻，一个连接在所述的若干发光元件与一个电源电压第二极之间的选择器(100k2)，该第二极的电压与第一极的电压不相同，并且对第二控制信号(SLED)作出反应，以便紧接着将所述的若干发光元件连接到所述的电源电压第二极上，以及一个信号发生器(100a)，它将第一控制信号和第二控制信号供应给所述的电流控制线路及所述的选择器，以便改变电阻，使之最适合所选定的一个发光元件。16.如权利要求15所述的发光控制器，其特征在于所述的若干发光元件(90c)根据流过的电流量来改变光强度，所述的信号发生器根据所述的光强度确定所述的第一控制信号。17.如权利要求16所述的发光控制器，其特征在于当所述的光强度减少时，所述的信号发生器将代表所述电流增加的第一控制信号提供给所述的电流控制线路。全文摘要一种自动演奏钢琴,它具有一个位置探测装置,用来探测黑/白键的当前位置,该位置探测装置使光束穿过黑/白键的轨迹,其中,位置探测装置存储了光量度的相对值与当前位置之间的可变关系,以便确定其当前位置,这样,该位置探测装置便可以保证当前位置的可靠性,使之不受时间的影响。文档编号G10H1/34GK1251457SQ99122380公开日2000年4月26日申请日期1999年9月18日优先权日1998年9月18日发明者浦智行,佐佐木力申请人:雅马哈株式会社