專利名稱：通過(guò)有多種傳感器的混合反饋控制環(huán)自動(dòng)演奏音樂(lè)的樂(lè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樂(lè)器，并且特別涉及一種通過(guò)反饋控制環(huán)來(lái)自動(dòng)演奏一首音樂(lè)的樂(lè)器。
背景技術(shù)：
自動(dòng)演奏鋼琴(automatic player piano)是自動(dòng)演奏一首音樂(lè)的樂(lè)器的典型示例。自動(dòng)演奏鋼琴分解為原聲鋼琴(acoustic piano)和自動(dòng)演奏系統(tǒng)。還可以將記錄系統(tǒng)合并在自動(dòng)演奏鋼琴中。
現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏系統(tǒng)包括電磁控制(solenoid-operated)的鍵致動(dòng)器、反饋傳感器和控制器。電磁控制鍵致動(dòng)器分別在木制的黑/白鍵的后部下方提供，并且在重放時(shí)，利用相關(guān)聯(lián)的電磁控制鍵致動(dòng)器的活塞來(lái)有選擇地向上推動(dòng)黑/白鍵的后部?？刂破鬟B接在反饋傳感器和電磁控制鍵致動(dòng)器之間，并且使黑/白鍵分別以適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)沿基準(zhǔn)軌跡行進(jìn)。
當(dāng)利用相關(guān)聯(lián)的電磁控制鍵致動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)黑/白鍵時(shí)，反饋傳感器直接或間接地監(jiān)控黑/白鍵，以便將當(dāng)前鍵位置報(bào)告給控制器?？刂破鲗?dāng)前鍵位置與基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)鍵位置相比較，以查看黑/白鍵是否準(zhǔn)確地沿基準(zhǔn)軌跡行進(jìn)。當(dāng)答案給出為肯定時(shí)，則控制器繼續(xù)保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。然而，如果控制器發(fā)現(xiàn)黑/白鍵相對(duì)目標(biāo)位置超前或延遲，則控制器減小或增大驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，以便使黑/白鍵找準(zhǔn)目標(biāo)位置。這樣，控制器、每個(gè)電磁控制鍵致動(dòng)器和相關(guān)聯(lián)的反饋傳感器形成用于相關(guān)聯(lián)的黑/白鍵的反饋控制環(huán)。
作為示例，在對(duì)應(yīng)于日本專利申請(qǐng)第Hei 5-344242號(hào)的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第Hei 7-175471號(hào)中公開(kāi)了現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴，并且，該日本專利申請(qǐng)向已被賦予了美國(guó)專利第5652399號(hào)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)峁┕s優(yōu)先權(quán)。在對(duì)應(yīng)于日本專利申請(qǐng)第Hei 11-284135號(hào)的日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第2000-276134號(hào)中公開(kāi)了另一種現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴，并且，該日本專利申請(qǐng)向已被賦予了美國(guó)專利第6271447B1號(hào)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)峁┝斯s優(yōu)先權(quán)。
在合并于所述日本專利申請(qǐng)公開(kāi)中公開(kāi)的兩種現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴中的電磁控制鍵致動(dòng)器的內(nèi)部，分別提供了反饋傳感器。也就是說(shuō)，只有一種反饋傳感器形成反饋控制環(huán)的各個(gè)部分。在活塞運(yùn)動(dòng)與鍵運(yùn)動(dòng)相同的假設(shè)下設(shè)計(jì)了現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴。然而，電磁控制鍵致動(dòng)器和黑/白鍵是彼此獨(dú)立的。
活塞是剛性的，并且螺線管與相關(guān)聯(lián)的活塞電磁耦合，以便將推力施加到磁場(chǎng)中的活塞上。另一方面，木制的黑/白鍵是可變形的，并且與平衡軌道上的平衡銷松散地耦接。當(dāng)活塞從螺線管伸出時(shí)，活塞將力持續(xù)施加到木制黑/白鍵的后部。然而，所述力部分地消耗在黑/白鍵的變形中。此外，活塞運(yùn)動(dòng)被部分轉(zhuǎn)換為黑/白鍵在平衡軌道上的滑動(dòng)。這意味著黑/白鍵不會(huì)精確地跟隨活塞。當(dāng)活塞引起靜止位置和最終位置之間的緩慢鍵運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞運(yùn)動(dòng)和鍵運(yùn)動(dòng)之間的差異可以忽略。然而，諸如顫音的快速重復(fù)(repetition)使得該差異較為嚴(yán)重。
使問(wèn)題更糟糕的是，活塞運(yùn)動(dòng)和鍵運(yùn)動(dòng)之間的差異是無(wú)規(guī)律的。如果該差異是有規(guī)律的，則控制器可以通過(guò)修正驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)使鍵運(yùn)動(dòng)與活塞運(yùn)動(dòng)一致。然而，無(wú)規(guī)律性使得不可能這么做。因此，在重放時(shí)，電磁控制鍵致動(dòng)器陣列僅僅引起偽鍵運(yùn)動(dòng)。這是聽(tīng)眾感覺(jué)重放中的表演不準(zhǔn)確的原因。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的重要目的是提供一種準(zhǔn)確重現(xiàn)表演的樂(lè)器。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提出適當(dāng)?shù)丶訖?quán)諸如鍵的組成構(gòu)件的物理量和諸如活塞的可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于產(chǎn)生音樂(lè)聲音的自動(dòng)演奏樂(lè)器，包括聲音生成器，被驅(qū)動(dòng)以便以不同的音高產(chǎn)生音樂(lè)聲音；多個(gè)鏈接機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以便驅(qū)動(dòng)聲音生成器，并具有各自的組成部件；以及控制環(huán)，與所述組成部件相關(guān)聯(lián)，并且，該控制環(huán)包括數(shù)據(jù)生成器，其輸出表示基準(zhǔn)軌跡的各個(gè)控制數(shù)據(jù)，所述組成部件被期望在所述基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)；多個(gè)致動(dòng)器，分別與所述組成部件相結(jié)合而被提供，具有各自的可移動(dòng)構(gòu)件，用于將力施加到所述組成部件上，并響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便通過(guò)可移動(dòng)構(gòu)件來(lái)引起運(yùn)動(dòng)；傳感器，分別監(jiān)控所述組成部件，并產(chǎn)生表示所述組成部件的物理量的檢測(cè)信號(hào)；其他傳感器，分別監(jiān)控所述可移動(dòng)構(gòu)件，并產(chǎn)生表示所述可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量的其它檢測(cè)信號(hào)；伺服控制器，連接到數(shù)據(jù)生成器、傳感器和所述其它傳感器，確定表示目標(biāo)物理量和另一目標(biāo)物理量的各個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)，分別利用加權(quán)因子和另一加權(quán)因子來(lái)將所述物理量和前述另一物理量加權(quán)，以產(chǎn)生表示加權(quán)物理量和另一加權(quán)物理量的各個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述目標(biāo)物理量和前述另一目標(biāo)物理量與加權(quán)物理量和前述另一加權(quán)物理量相比較，以確定表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)的適當(dāng)幅度的指令數(shù)據(jù)；以及調(diào)制器，連接在伺服控制器與所述多個(gè)致動(dòng)器之間，并響應(yīng)于所述指令數(shù)據(jù)，以將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到所述適當(dāng)幅度。


從結(jié)合附圖的下列描述中，將更加清楚地理解所述樂(lè)器的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖2是示出合并在自動(dòng)演奏鋼琴中的控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖，圖3是示出在自動(dòng)演奏鋼琴中創(chuàng)建的混合反饋控制環(huán)的方框圖，圖4A是示出在基準(zhǔn)軌跡的基礎(chǔ)上、通過(guò)混合反饋控制環(huán)來(lái)再現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)鍵運(yùn)動(dòng)的曲線圖，圖4B是示出在基準(zhǔn)軌跡的基礎(chǔ)上、通過(guò)混合反饋控制環(huán)來(lái)再現(xiàn)的重奏的曲線圖，圖5是示出根據(jù)本發(fā)明合并在另一自動(dòng)演奏鋼琴中的另一混合反饋控制環(huán)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
在以下描述中，術(shù)語(yǔ)“前面”表示比用術(shù)語(yǔ)“后面”修飾的位置更接近演奏者的位置，該演奏者坐在凳子上用手指彈奏。在前面的位置與對(duì)應(yīng)的后面位置之間畫(huà)的線沿“縱向”延伸，并且橫向與該縱向以直角相交。
根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)演奏樂(lè)器主要包括原聲樂(lè)器和控制環(huán)。原聲樂(lè)器包括聲音生成器和多個(gè)鏈接機(jī)構(gòu)。聲音生成器用來(lái)以不同的音高生成音樂(lè)聲音，并且，人類演奏者或者控制環(huán)引起多個(gè)鏈接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，以便激活聲音生成器。
控制環(huán)包括數(shù)據(jù)生成器、多個(gè)致動(dòng)器、傳感器、其它傳感器、伺服控制器和調(diào)制器。所述多個(gè)致動(dòng)器具有各自的可移動(dòng)構(gòu)件，并且該可移動(dòng)構(gòu)件將力施加到鏈接機(jī)構(gòu)的組成部件上。傳感器分別監(jiān)控所述組成部件，以產(chǎn)生代表該組成部件的物理量的檢測(cè)信號(hào)，并且，所述其它傳感器分別監(jiān)控可移動(dòng)構(gòu)件，以產(chǎn)生代表可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量的其它檢測(cè)信號(hào)。所述檢測(cè)信號(hào)和其它檢測(cè)信號(hào)被提供給伺服控制器，并且，伺服控制器處理物理量的幅度和另一物理量的幅度，以便將被提供給致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到適當(dāng)?shù)姆取?br> 當(dāng)用戶指示自動(dòng)演奏樂(lè)器再現(xiàn)音樂(lè)樂(lè)節(jié)(passage)時(shí)，音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼被提供給數(shù)據(jù)生成器，以便確定所述組成部件的基準(zhǔn)軌跡，并且，伺服控制器開(kāi)始將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給所選擇的組成部件。致動(dòng)器響應(yīng)于該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便將力順次施加到所選擇的組成部件上。這個(gè)力引起鏈接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并且鏈接機(jī)構(gòu)激活聲音生成器，以便以不同的音高來(lái)產(chǎn)生音樂(lè)聲音。
當(dāng)控制環(huán)有選擇地移動(dòng)所述組成部件時(shí)，數(shù)據(jù)生成器將代表基準(zhǔn)軌跡的各個(gè)控制數(shù)據(jù)給予伺服控制器，并且，傳感器和其它傳感器將組成部件的當(dāng)前物理量和可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量報(bào)告給伺服控制器。當(dāng)基準(zhǔn)軌跡到達(dá)伺服控制器時(shí)，伺服控制器分別確定組成部件和可移動(dòng)構(gòu)件的目標(biāo)物理量和另一目標(biāo)物理量，并通過(guò)將當(dāng)前物理量和另一當(dāng)前物理量乘以加權(quán)因子和另一加權(quán)因子來(lái)將它們加權(quán)。將加權(quán)后的物理量和加權(quán)后的另一物理量與目標(biāo)物理量和另一目標(biāo)物理量相比較，以查看所述組成部件是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
當(dāng)答案給出為肯定時(shí)，伺服控制器請(qǐng)求調(diào)制器保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另一方面，如果所述組成部件超前或延遲，則答案給出為否定，并且伺服控制器將代表驅(qū)動(dòng)信號(hào)的適當(dāng)幅度的指令數(shù)據(jù)提供給調(diào)制器。這樣，控制環(huán)強(qiáng)迫所述組成部件在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。這導(dǎo)致與原表演中的音樂(lè)聲音相同的音樂(lè)聲音。
加權(quán)工作從至少三方面來(lái)進(jìn)行。首先，伺服控制器在從傳感器報(bào)告的物理量的基礎(chǔ)上，確定所述組成部件的另一物理量，并且在從所述其它傳感器報(bào)告的另一物理量的基礎(chǔ)上，確定可移動(dòng)構(gòu)件的物理量。將所述組成部件的物理量和可移動(dòng)構(gòu)件的物理量適當(dāng)?shù)丶訖?quán)，以便產(chǎn)生加權(quán)后的物理量，并且，將所述組成部件的另一物理量和可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量也適當(dāng)?shù)丶訖?quán)，以便產(chǎn)生另一加權(quán)物理量。換句話說(shuō)，對(duì)相同種類的物理量進(jìn)行加權(quán)工作。這樣，伺服控制器通過(guò)在相同種類物理量中的重復(fù)超過(guò)一次的比較，來(lái)使組成部件的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于該組成部件的運(yùn)動(dòng)。
第二，當(dāng)另一物理量與所述物理量種類不同時(shí)，將所述組成部件的物理量適當(dāng)?shù)丶訖?quán)，以便產(chǎn)生加權(quán)物理量，并且，將可移動(dòng)構(gòu)件的另一物理量適當(dāng)?shù)丶訖?quán)，以便產(chǎn)生另一加權(quán)物理量。換句話說(shuō)，對(duì)不同種類的物理量進(jìn)行加權(quán)工作。這樣，伺服控制器通過(guò)在不同種類物理量之間進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，來(lái)使組成部件的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于該組成部件的運(yùn)動(dòng)。
第三，如果兩種傳感器均報(bào)告某種物理量，即所述物理量和另一物理量屬于該某種物理量，則伺服控制器通過(guò)在相同種類的物理量間進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，來(lái)使組成部件的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)該組成部件的運(yùn)動(dòng)。
第一實(shí)施例參考附圖的圖1，實(shí)施本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴100、記錄系統(tǒng)200和自動(dòng)演奏系統(tǒng)300。記錄系統(tǒng)200和自動(dòng)演奏系統(tǒng)300安裝在原聲鋼琴100的內(nèi)部，并與原聲鋼琴100合作。
當(dāng)用戶希望記錄他/她的表演時(shí)，他或她指示記錄系統(tǒng)200產(chǎn)生代表該表演的音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼，并開(kāi)始在原聲鋼琴100上演奏一首音樂(lè)。當(dāng)用戶在原聲鋼琴100上用手指彈奏時(shí)，記錄系統(tǒng)200監(jiān)控鍵運(yùn)動(dòng)和琴槌運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生代表所產(chǎn)生并隨后衰減的音調(diào)的音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼。該音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼被以實(shí)時(shí)的方式提供給目的地，或者在完成表演時(shí)存儲(chǔ)在合適的存儲(chǔ)器中。這樣，記錄系統(tǒng)200與原聲鋼琴合作，以便記錄用戶的表演。
當(dāng)用戶希望重演該表演而沒(méi)有在原聲鋼琴上的任何手指彈奏時(shí)，他或她指示自動(dòng)演奏系統(tǒng)300在音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上再現(xiàn)音調(diào)。自動(dòng)演奏系統(tǒng)300順次處理該音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼，并確定將以適當(dāng)?shù)捻懚仍佻F(xiàn)的音調(diào)和再現(xiàn)該音調(diào)的時(shí)刻(timing)。自動(dòng)演奏系統(tǒng)300驅(qū)動(dòng)原聲鋼琴100以在該時(shí)刻產(chǎn)生音調(diào)，使得自動(dòng)演奏系統(tǒng)300重演原來(lái)的表演。這樣，自動(dòng)演奏系統(tǒng)300與原聲鋼琴合作，以便重演所述表演。
原聲鋼琴100是大型的，并且包括鍵盤1、動(dòng)作單元2、琴槌3、弦4和制音器5。黑鍵1a和白鍵1b以眾所周知的模式放置，并且橫向排列在平衡軌道1c上。黑/白鍵1a/1b是木制的，并且可以變形。
平衡銷P伸到平衡軌道1c的上方，并且給相關(guān)聯(lián)的黑/白鍵1a/1b提供鍵運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)。在黑/白鍵1a/1b的中部垂直地形成孔，并且平衡鍵銷P寬松地穿過(guò)該孔。出于此原因，當(dāng)黑/白鍵1a/1b從靜止位置旋轉(zhuǎn)到最終位置時(shí)，黑/白鍵1a/1b和平衡軌道1c之間的接觸面積沿縱向變化，并且黑/白鍵1a/1b的前部開(kāi)始與最終位置處的前銷布穿孔(pin cloth punching)1d相接觸。當(dāng)在最終位置處釋放黑/白鍵1a/1b時(shí)，黑/白鍵1a/1b沿相反方向旋轉(zhuǎn)，并且后部開(kāi)始與后軌道氈(back rail felt)1e相接觸。由于前銷布穿孔1d和后軌道氈1e不是剛性的，因此黑/白鍵1a/1b在最終位置和靜止位置處略微移動(dòng)。這樣，鍵運(yùn)動(dòng)復(fù)雜且不統(tǒng)一。
鍵盤1與動(dòng)作單元2和制音器4相鏈接，并且琴槌3還與弦4下方的相關(guān)聯(lián)動(dòng)作單元2相鏈接。人類演奏者或者自動(dòng)演奏系統(tǒng)300引起鍵運(yùn)動(dòng)，并使黑/白鍵1a/1b有選擇地激活制音器4和相關(guān)聯(lián)動(dòng)作單元2。制音器4在黑/白鍵1a/1b的最后面部分的上方被提供，并且與相關(guān)聯(lián)的弦4間隔開(kāi)以及使其與相關(guān)聯(lián)弦4接觸。動(dòng)作單元2被提供在黑/白鍵1a/1b的后半部分上方，并驅(qū)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的琴槌3向弦4旋轉(zhuǎn)。
假設(shè)用戶按下黑/白鍵1a/1b的前部。被按下的鍵1a/1b向上推動(dòng)在前往最終位置途中的相關(guān)聯(lián)的制音器5，并使制音器5與弦4間隔開(kāi)。制音器5允許弦4振動(dòng)。隨后，所按下的鍵1a/1b使形成動(dòng)作單元2的一部分的支撐桿(jack)脫離琴槌3。換句話說(shuō)，所按下的鍵1a/1b使動(dòng)作單元2引起琴槌3的自由旋轉(zhuǎn)。琴槌3開(kāi)始與弦4碰撞，并引起弦4的振動(dòng)。琴槌3在弦4上回彈，并在動(dòng)作單元2上被接收。當(dāng)用戶釋放所按下的鍵1a/1b時(shí)，動(dòng)作單元2開(kāi)始返回靜止位置，并且，制音器5開(kāi)始在所釋放的鍵1a/1b前往靜止位置途中與弦4相接觸。
記錄系統(tǒng)200包括數(shù)據(jù)生成器28；后處理器29；鍵傳感器25，即光調(diào)制器26和光耦合器25a的組合；以及琴槌傳感器27。光調(diào)制器26分別附加到黑/白鍵1a/1b的下表面上，而光耦合器25a發(fā)射穿過(guò)光調(diào)制器26的軌跡的光束。該光束具有足夠?qū)挼臋M截面來(lái)監(jiān)控從靜止位置到最終位置的鍵行程。這樣，鍵傳感器25分別與黑/白鍵1a/1b相關(guān)聯(lián)，并監(jiān)控鍵運(yùn)動(dòng)。當(dāng)黑/白鍵1a/1b從靜止位置向最終位置行進(jìn)時(shí)，光調(diào)制器26逐漸改變?nèi)肷涞焦怦詈掀鞯墓鈾z測(cè)元件上的光量，以便改變鍵位置信號(hào)的幅度。
琴槌傳感器27與鍵傳感器25相似。琴槌傳感器27分別與琴槌150相關(guān)聯(lián)，并監(jiān)控琴槌運(yùn)動(dòng)。鍵傳感器25和琴槌傳感器27連接到數(shù)據(jù)生成器28，并將表示相關(guān)聯(lián)的黑/白鍵1a/1b的當(dāng)前鍵位置的鍵位置信號(hào)和表示相關(guān)聯(lián)的琴槌3的當(dāng)前琴槌位置的琴槌位置信號(hào)提供給數(shù)據(jù)生成器28。
數(shù)據(jù)生成器28和后處理器29代表稍后將結(jié)合圖2描述的控制器30的特定功能。數(shù)據(jù)生成器28周期性地取出表示當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前琴槌位置的各個(gè)位置數(shù)據(jù)，并將它們累積在分別被分配了音高名稱的隊(duì)列中。數(shù)據(jù)生成器28分析各個(gè)位置數(shù)據(jù)，以查看用戶是否按下或釋放黑/白鍵1a/1b的任意一個(gè)。當(dāng)數(shù)據(jù)生成器28發(fā)現(xiàn)被按下的鍵1a/1b時(shí)，數(shù)據(jù)生成器28指定所按下的鍵1a/1b的音高名稱，并確定響度，該響度與撞擊弦4之前緊鄰的琴槌速度成比例。數(shù)據(jù)生成器28產(chǎn)生表示所述音高名稱和響度即速度的音樂(lè)數(shù)據(jù)。另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)生成器28發(fā)現(xiàn)被釋放的鍵時(shí)，數(shù)據(jù)生成器指定所釋放的鍵的音高名稱，并確定釋放速度。數(shù)據(jù)生成器28產(chǎn)生表示所述音高名稱和釋放速度的音樂(lè)數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)生成器28間歇地產(chǎn)生表示表演中產(chǎn)生和衰減的音調(diào)的各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)。
將各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)生成器28傳送到后處理器29。后處理器29從各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)中消除鍵傳感器25的個(gè)體特征。也就是說(shuō)，后處理器29將各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)正規(guī)化。以預(yù)定的格式將這樣正規(guī)化的各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)編碼，并將樂(lè)器數(shù)據(jù)代碼提供給合適的存儲(chǔ)器。另外，將該音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼以實(shí)時(shí)的方式提供給另一樂(lè)器。該格式可以在諸如MIDI協(xié)議的某些音樂(lè)數(shù)據(jù)協(xié)議中定義。
自動(dòng)演奏系統(tǒng)300包括電磁控制鍵致動(dòng)器6、預(yù)處理器10、運(yùn)動(dòng)控制器11、伺服控制器12、活塞傳感器35、活塞傳感器35和鍵傳感器25。預(yù)處理器10、運(yùn)動(dòng)控制器11和伺服控制器12表示控制器30的不同功能。每個(gè)電磁控制鍵致動(dòng)器6包括螺線管和活塞6a，并且活塞6a的頂端在靜止位置處的相關(guān)黑/白鍵1a/1b的下表面附近，或者保持與相關(guān)黑/白鍵1a/1b的下表面略微接觸。伺服控制器12將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給電磁控制鍵致動(dòng)器6的螺線管，并引起活塞運(yùn)動(dòng)。
活塞傳感器25是動(dòng)磁鐵型的，并且檢測(cè)相關(guān)聯(lián)的活塞6a的活塞速度。鍵傳感器25和活塞傳感器35連接到伺服控制器12，并且，將活塞速度信號(hào)和鍵位置信號(hào)從活塞傳感器35和鍵傳感器25提供給伺服控制器12。這樣，在記錄系統(tǒng)200和自動(dòng)演奏系統(tǒng)300之間共享鍵傳感器25和控制器30。
預(yù)處理器10在音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上確定基準(zhǔn)軌跡?；鶞?zhǔn)軌跡是隨時(shí)間變化的黑/白鍵1a/1b的目標(biāo)位置。將音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼從存儲(chǔ)器提供給預(yù)處理器10?？梢酝ㄟ^(guò)諸如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)從供應(yīng)商提供多組音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼。
運(yùn)動(dòng)控制器11被提供了表示基準(zhǔn)軌跡的數(shù)據(jù)代碼，并且在該數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上，每個(gè)一段時(shí)間確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的平均電流的目標(biāo)量、或者驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。
將表示目標(biāo)量或占空比的數(shù)據(jù)代碼提供給伺服控制器12。伺服控制器12將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比調(diào)整到目標(biāo)值，并將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給鍵致動(dòng)器6的螺線管。當(dāng)電磁控制鍵致動(dòng)器6驅(qū)動(dòng)黑/白鍵1a/1b旋轉(zhuǎn)時(shí)，活塞傳感器35和鍵傳感器25將活塞速度信號(hào)和鍵位置信號(hào)提供給伺服控制器12，并且，如隨后將詳細(xì)描述的，伺服控制器12利用通過(guò)活塞速度信號(hào)和鍵位置信號(hào)而提供的各個(gè)控制數(shù)據(jù)來(lái)修改驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。
記錄器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向附圖的圖2，控制器30包括被簡(jiǎn)寫為“CPU”的中央處理單元40、被簡(jiǎn)寫為“ROM”的只讀存儲(chǔ)器41、被簡(jiǎn)寫為“RAM”的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42、外部存儲(chǔ)器43、被簡(jiǎn)寫為“I/O”的接口44和共享總線系統(tǒng)46。作為示例，利用硬盤單元、柔性(flexible)盤單元、軟盤(商標(biāo))驅(qū)動(dòng)器、用于CD-ROM的CD驅(qū)動(dòng)器、CD-RAM、磁光盤、ZIP盤或DVD(數(shù)字多用途盤)或安裝了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)板來(lái)實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)單元43。接口44包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。將鍵位置信號(hào)、琴槌位置信號(hào)和活塞速度信號(hào)提供給該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，使得將數(shù)字鍵位置信號(hào)、數(shù)字琴槌位置信號(hào)和數(shù)字活塞速度信號(hào)輸出到共享總線系統(tǒng)64。盡管未在圖2中示出，但是操縱板也連接到接口44上，并且用戶通過(guò)該操縱板來(lái)將他們的指令給予控制器30。中央處理單元40周期性地從接口44取出表示當(dāng)前鍵位置、當(dāng)前琴槌位置的各個(gè)位置數(shù)據(jù)和當(dāng)前活塞速度。
中央處理單元40、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42、只讀存儲(chǔ)器41、外部存儲(chǔ)器43、脈沖寬度調(diào)制器(PWM)45和接口44連接到共享總線系統(tǒng)46，使得中央處理單元40可以通過(guò)共享總線系統(tǒng)46來(lái)與其它組件40/41/42/43/44/45通信。
計(jì)算機(jī)程序，即主例行程序和子例行程序以及參數(shù)表被存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器41中，而隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42充當(dāng)工作存儲(chǔ)器。中央處理單元40運(yùn)行主例行程序，并有條件地進(jìn)入子例行程序以便完成給定任務(wù)。中央處理單元40確認(rèn)用戶的指令，并在執(zhí)行主例行程序期間遞增軟件計(jì)時(shí)器。中央處理單元40有選擇地啟動(dòng)和停止軟件計(jì)時(shí)器，并測(cè)量從先前的事件到現(xiàn)在的事件的時(shí)間間隔。在執(zhí)行分配給記錄系統(tǒng)200的子例行程序時(shí)，中央處理單元40產(chǎn)生表示MIDI消息的音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼。在執(zhí)行分配給自動(dòng)演奏系統(tǒng)300的子例行程序時(shí)，中央處理單元40還在音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上產(chǎn)生表示合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制數(shù)據(jù)代碼。
將多組表示MIDI消息的音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼，即MIDI音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器43中。換句話說(shuō)，將表演記錄在外部存儲(chǔ)器43中。當(dāng)完成該表演時(shí)，將表示原聲鋼琴100上的表演的該組音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼從隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42提供給外部存儲(chǔ)器43。另外，可以通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)將該組音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼提供給合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
脈沖寬度調(diào)制器45將驅(qū)動(dòng)信號(hào)的平均電流，即占空比調(diào)整為從中央處理單元40給出的值。占空比越大，磁場(chǎng)即施加到活塞6a上的推力就越強(qiáng)。換句話說(shuō)，中央處理單元40通過(guò)由脈沖寬度調(diào)制器45改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比來(lái)控制鍵運(yùn)動(dòng)。
操縱板(未示出)是人-機(jī)接口。在操縱板上提供各種開(kāi)關(guān)、控制桿、指示器和顯示窗，并且，用戶通過(guò)操縱這些開(kāi)關(guān)和控制桿來(lái)將指令給予中央處理單元40。
當(dāng)鋼琴家在原聲鋼琴100上演奏一首音樂(lè)時(shí)，中央處理單元40運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序，以便產(chǎn)生MIDI音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼。詳細(xì)地說(shuō)，中央處理單元40周期性地從接口44中的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中取出當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前琴槌位置，并將表示當(dāng)前鍵位置的各個(gè)位置數(shù)據(jù)和表示當(dāng)前琴槌位置的各個(gè)位置數(shù)據(jù)添加到分配給黑/白鍵1a/1b和琴槌3的隊(duì)列中。該隊(duì)列在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42中創(chuàng)建。當(dāng)中央處理單元40確認(rèn)事件，即音符開(kāi)(note-on)事件和音符關(guān)(note-off)事件，發(fā)生時(shí)，隊(duì)列中的各個(gè)位置數(shù)據(jù)被重置。中央處理單元40檢查該隊(duì)列，以查看是否移動(dòng)了任何鍵130。
當(dāng)中央處理單元40發(fā)現(xiàn)黑/白鍵1a/1b超過(guò)音符開(kāi)事件或音符關(guān)事件的點(diǎn)時(shí)，中央處理單元40確定鍵運(yùn)動(dòng)，即分配給黑/白鍵1a/1b的音符編號(hào)、表示響度的琴槌速度、按下速度、釋放速度等，并產(chǎn)生用于將要產(chǎn)生或衰減的音調(diào)的MIDI聲音消息。中央處理單元40還在MIDI聲音消息出現(xiàn)時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，并在下一個(gè)MIDI聲音消息出現(xiàn)時(shí)停止該計(jì)時(shí)器。中央處理單元40測(cè)量MIDI事件之間的時(shí)間間隔，并產(chǎn)生表示該時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)代碼。這樣，中央處理單元40間歇地產(chǎn)生表示MIDI聲音消息的各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)和表示時(shí)間間隔的各個(gè)持續(xù)時(shí)間數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)生成器28代表這個(gè)功能。
隨后，中央處理單元40將各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼正規(guī)化。由于鍵/琴槌傳感器25/27偏離目標(biāo)位置、儀器誤差、原聲鋼琴100的組成部件的尺寸公差等，原聲鋼琴100表現(xiàn)出個(gè)體特征。該個(gè)體特征使自動(dòng)演奏鋼琴顯示出某種傾向。中央處理單元40發(fā)現(xiàn)該傾向，并從各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)中消除由于個(gè)體特征而引起的噪聲成分。這樣，所述各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)被正規(guī)化為標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)演奏鋼琴的那些音樂(lè)數(shù)據(jù)。這個(gè)功能由后處理器29來(lái)代表。
以MIDI協(xié)議中定義的格式來(lái)將已正規(guī)化的各個(gè)音樂(lè)數(shù)據(jù)編碼。表示原聲鋼琴100上的表演的該組音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼被傳送給外部存儲(chǔ)器43，并存儲(chǔ)在其中?？梢詫⒃摻M音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼放在標(biāo)準(zhǔn)MIDI文件中。另外，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)而以實(shí)時(shí)的方式將該音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼發(fā)送給另一MIDI樂(lè)器。
假設(shè)用戶指示自動(dòng)演奏系統(tǒng)300重演所述表演。于是，主例行程序周期性地分支為用于重放的子例行程序。中央處理單元40請(qǐng)求外部存儲(chǔ)器43將該組音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼傳送給隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42，并按時(shí)間順序讀出該音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼。
當(dāng)從隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42讀出表示音符開(kāi)事件的音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼時(shí)，中央處理單元40分析該音樂(lè)數(shù)據(jù)，并確定將被移動(dòng)的黑/白鍵1a/1b的基準(zhǔn)軌跡?；鶞?zhǔn)軌跡上的目標(biāo)鍵位置隨時(shí)間一起變化。作為示例，以1毫秒的間隔來(lái)確定目標(biāo)鍵位置。這個(gè)功能由預(yù)處理器10來(lái)表示。
當(dāng)由相關(guān)聯(lián)的持續(xù)時(shí)間代碼指定的時(shí)刻到來(lái)時(shí)，中央處理單元40計(jì)算目標(biāo)活塞速度和目標(biāo)活塞加速度，并確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，并且，將表示該占空比的控制數(shù)據(jù)代碼提供給脈沖寬度調(diào)制器45，其中，期望所述占空比使活塞6a獲得目標(biāo)活塞速度以及使黑/白鍵1a/1b到達(dá)目標(biāo)鍵位置。這個(gè)功能由運(yùn)動(dòng)控制器11來(lái)表示。
脈沖寬度調(diào)制器45將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到所述占空比，并將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給相關(guān)聯(lián)的電磁控制鍵致動(dòng)器6的螺線管?；钊?a開(kāi)始伸出，并引起鍵運(yùn)動(dòng)。鍵傳感器25和活塞傳感器35將當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度報(bào)告給控制器30。
中央處理單元40周期性地從接口44取出表示當(dāng)前鍵位置的位置數(shù)據(jù)和表示當(dāng)前活塞速度的速度數(shù)據(jù)，并分別在當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度的基礎(chǔ)上計(jì)算當(dāng)前鍵速度和當(dāng)前活塞位置/當(dāng)前活塞加速度。中央處理單元40將各個(gè)位置數(shù)據(jù)正規(guī)化，并將當(dāng)前鍵位置、當(dāng)前活塞位置、當(dāng)前鍵速度和當(dāng)前活塞速度加權(quán)，并確定當(dāng)前加權(quán)位置和當(dāng)前加權(quán)速度。
中央處理單元40將當(dāng)前加權(quán)位置、當(dāng)前加權(quán)速度和當(dāng)前活塞加速度與目標(biāo)鍵位置、目標(biāo)活塞速度和目標(biāo)活塞加速度相比較，以查看黑/白鍵1a/1b是否正確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。當(dāng)答案給出為肯定時(shí)，中央處理單元40請(qǐng)求脈沖寬度調(diào)制器45保持占空比。然而，如果答案給出為否定，則中央處理單元40將當(dāng)前加權(quán)位置與目標(biāo)位置之間的差、當(dāng)前加權(quán)速度與目標(biāo)速度之間的差以及當(dāng)前活塞加速度與目標(biāo)活塞加速度之間的差分別乘以預(yù)定增益，并將恒定偏置加到所述差上，以便確定適當(dāng)?shù)恼伎毡取Ｖ醒胩幚韱卧?0將該適當(dāng)?shù)恼伎毡韧ㄖo脈沖寬度調(diào)制器45。
脈沖寬度調(diào)制器45將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到所述適當(dāng)?shù)恼伎毡?，并將該?qū)動(dòng)信號(hào)提供給螺線管，使得螺線管增大或減小施加到活塞6a上的推力。這個(gè)功能由伺服控制器12來(lái)表示。
如將理解的，控制器30、電磁控制鍵致動(dòng)器6、黑/白鍵1a/1b和鍵傳感器/活塞傳感器25/35形成混合反饋控制環(huán)310，并且通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)控制鍵運(yùn)動(dòng)。螺線管直接引起活塞6a的線性運(yùn)動(dòng)，并且間接地通過(guò)活塞6a而將力施加到黑/白鍵1a/1b上，以便引起角向運(yùn)動(dòng)。換句話說(shuō)，電磁控制鍵致動(dòng)器6和黑/白鍵1a/1b彼此獨(dú)立。這意味著當(dāng)前鍵位置不總是與當(dāng)前活塞位置一致。出于此原因，利用活塞傳感器35和鍵傳感器25來(lái)直接監(jiān)控活塞6a和黑/白鍵1a/1b，并且，伺服控制器12考慮兩種位置數(shù)據(jù)以便進(jìn)行精確的反饋控制。
圖3示出了混合反饋控制環(huán)310。盡管通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)控制所有黑/白鍵1a/1b，但是為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，將混合反饋控制環(huán)310集中在僅僅一個(gè)黑/白鍵1a/1b上。
方框50/54a/54b/55/56/57/58/59/60a/60b/60c和圓圈51/52/53/61更詳細(xì)地代表運(yùn)動(dòng)控制器/伺服控制器11/12的功能。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)44a/44b合并在接口44中。
將表示基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)提供給方框50。方框50在表示基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以1毫秒的間隔來(lái)確定表示目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和目標(biāo)加速度的各個(gè)控制數(shù)據(jù)，并輸出表示目標(biāo)位置的目標(biāo)位置信號(hào)rx、表示目標(biāo)速度的目標(biāo)速度信號(hào)rv、表示目標(biāo)加速度的目標(biāo)加速度信號(hào)ra和恒定偏置ru。恒定偏置ru表示占空比的一部分，并且該部分占空比將一個(gè)分量加到施加在活塞6a上的推力上。如此加到所述推力上的分量等于對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的阻力，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。因?yàn)榛钊眲∩?，所以恒定偏置ru是合乎需要的。將目標(biāo)位置信號(hào)rx、目標(biāo)速度信號(hào)rv、目標(biāo)加速度信號(hào)ra和恒定偏置ru分別提供給圓圈61/51/52/53，其中，所述圓圈61/51/52/53表示如稍后將詳細(xì)描述的加法。
當(dāng)相關(guān)聯(lián)的電磁控制鍵致動(dòng)器6的螺線管將推力施加在磁場(chǎng)中的活塞6a上時(shí)，活塞6a從螺線管伸出，并引起鍵運(yùn)動(dòng)。利用活塞傳感器35，將當(dāng)前活塞速度ym變換為模擬活塞速度信號(hào)yvma，并且利用鍵傳感器25，將當(dāng)前鍵位置變換為模擬鍵位置信號(hào)yk。
分別通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器44a/44b，將模擬鍵位置信號(hào)yxka和模擬活塞速度信號(hào)yvma分別轉(zhuǎn)換為表示當(dāng)前鍵位置的數(shù)字鍵位置信號(hào)yxkd和表示當(dāng)前活塞位置的數(shù)字活塞速度信號(hào)yvmd，并將其分別提供給方框54a/54b。
方框54a/54b代表正規(guī)化。由于當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度以不同的單位表示，因此方框54a/54b進(jìn)行線性變換，并產(chǎn)生數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk和數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)yvm。將數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk和數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)yvm分別提供給方框55/59和方框56/57/58。
方框55代表對(duì)數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk所表示的正規(guī)化后的各個(gè)鍵位置數(shù)據(jù)的微分。多項(xiàng)式逼近對(duì)于該微分是可用的。例如，從隊(duì)列讀出先前的7個(gè)正規(guī)化鍵位置和接下來(lái)的7個(gè)正規(guī)化鍵位置，并將這14個(gè)正規(guī)化鍵位置逼近為二次曲線。方框55在該二次曲線的基礎(chǔ)上確定當(dāng)前鍵速度，并產(chǎn)生表示當(dāng)前鍵速度的數(shù)字正規(guī)化鍵速度信號(hào)yvk。
方框56代表對(duì)數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)所表示的正規(guī)化后的各個(gè)活塞速度數(shù)據(jù)的積分，并且產(chǎn)生表示當(dāng)前活塞位置的數(shù)字正規(guī)化活塞位置信號(hào)yvk。
方框57代表對(duì)數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)所表示的正規(guī)化后的各個(gè)活塞速度數(shù)據(jù)的微分，并且產(chǎn)生數(shù)字正規(guī)化活塞加速度信號(hào)yam。對(duì)于該微分，也可以使用多項(xiàng)式逼近。
方框58代表當(dāng)前加權(quán)速度的確定。方框58的功能被分解為乘法器58a/58b和加法器58c。將數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)yvm提供給乘法器58a，并且利用“Kvm”來(lái)將正規(guī)化的活塞速度數(shù)據(jù)加權(quán)。類似地，將數(shù)字正規(guī)化鍵速度信號(hào)yvk提供給乘法器58b，并且利用“Kvk”來(lái)將正規(guī)化的鍵速度數(shù)據(jù)加權(quán)。在相乘之后，數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)yvm表示加權(quán)的活塞速度數(shù)據(jù)，而數(shù)字正規(guī)化鍵速度信號(hào)yvk表示加權(quán)的鍵速度數(shù)據(jù)。將加權(quán)后的活塞速度數(shù)據(jù)加到加權(quán)后的鍵速度數(shù)據(jù)上，使得方框58輸出表示當(dāng)前加權(quán)速度的復(fù)合當(dāng)前速度信號(hào)yv。
方框59代表當(dāng)前加權(quán)位置的確定。方框59的功能被分解為乘法器59a/59b和加法器59c。將數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk提供給乘法器59a，并且利用加權(quán)因子“Kxk”來(lái)將正規(guī)化后的鍵位置數(shù)據(jù)加權(quán)。將數(shù)字正規(guī)化活塞位置信號(hào)yxm提供給乘法器59b，并且利用加權(quán)因子“Kxm”來(lái)將正規(guī)化后的活塞位置數(shù)據(jù)加權(quán)。在相乘之后，數(shù)字正規(guī)化活塞位置信號(hào)yxm表示加權(quán)后的活塞位置數(shù)據(jù)，而數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk表示加權(quán)后的鍵位置數(shù)據(jù)。將加權(quán)后的活塞位置數(shù)據(jù)加到加權(quán)后的鍵位置數(shù)據(jù)上，使得方框59輸出表示當(dāng)前加權(quán)位置的復(fù)合當(dāng)前位置信號(hào)yx。
加權(quán)因子Kvm和Kvk通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并且總是滿足下列等式Kvm+Kvk＝1。加權(quán)因子Kvm或Kvk哪一個(gè)將有影響力取決于原聲鋼琴100的結(jié)構(gòu)、傳感器25/35的特性等。使用自動(dòng)演奏鋼琴的某個(gè)型號(hào)，本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了用于自動(dòng)演奏鋼琴的加權(quán)因子Kvm和Kvk的適當(dāng)值。加權(quán)因子Kvm和Kvk的適當(dāng)值分別為0.7和0.3。
類似地，加權(quán)因子Kxm和Kxk通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并且總是滿足下列等式Kxm+Kxk＝1。加權(quán)因子Kxm或Kxk哪一個(gè)將有影響力也取決于原聲鋼琴100的結(jié)構(gòu)、傳感器25/35的特性等。使用自動(dòng)演奏鋼琴的某個(gè)型號(hào)，本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了對(duì)于該自動(dòng)演奏鋼琴的加權(quán)因子Kxm和Kxk的適當(dāng)值。加權(quán)因子Kxm和Kxk的適當(dāng)值分別為0.9和0.1。
在此實(shí)例中，不確定任何當(dāng)前加權(quán)加速度。當(dāng)然，為當(dāng)前加權(quán)加速度準(zhǔn)備類似于方框58/59的另一個(gè)方框是有可能的。然而，當(dāng)前鍵加速度較不準(zhǔn)確。這是因?yàn)閷?duì)于當(dāng)前鍵加速度將進(jìn)行兩次微分的事實(shí)。不準(zhǔn)確的加權(quán)加速度使占空比不可靠。出于此原因，如將在下文中結(jié)合圓圈53來(lái)描述的，將數(shù)字活塞加速度信號(hào)yam直接與目標(biāo)加速度相比較。
圓圈51/52/53代表相減。通過(guò)圓圈51，從當(dāng)前加權(quán)位置減去目標(biāo)位置rx，并從圓圈51輸出差值ex。通過(guò)圓圈52，從當(dāng)前加權(quán)速度減去目標(biāo)速度rv，并從圓圈52輸出差值ev。通過(guò)圓圈53，從當(dāng)前活塞加速度減去目標(biāo)加速度ra，并從圓圈53輸出差值ea。
方框60a/60b/60c代表相乘，通過(guò)方框60a，將差值ex乘以伺服增益kx，并從方框60a輸出乘積ux。通過(guò)方框60b，將差值ev乘以伺服增益kv，并從方框60b輸出乘積uv。通過(guò)方框60c，將差值ea乘以伺服增益ka，并從方框60c輸出乘積ua。
伺服增益kx/kv/ka通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。使用某個(gè)型號(hào)的自動(dòng)演奏鋼琴，本發(fā)明人進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并確定了伺服增益kx/kv/ka的適當(dāng)值。所述某種型號(hào)的適當(dāng)值分別為1.7、3.5和0.5。這樣，在某種型號(hào)的自動(dòng)演奏鋼琴的混和反饋控制環(huán)中將速度控制加權(quán)。
圓圈61和62代表相加。通過(guò)圓圈61，將乘積ux/uv/ua彼此相加，并且還通過(guò)另一個(gè)圓圈62將恒定偏置ru加到該和數(shù)，即(ux+uv+ua)上。和數(shù)“u”，即(ux+uv+ua+ru)表示所述適當(dāng)?shù)恼伎毡?，并被提供給脈沖寬度調(diào)制器45。
脈沖寬度調(diào)制器45將驅(qū)動(dòng)信號(hào)ui調(diào)整到所述適當(dāng)?shù)恼伎毡?，并將該?qū)動(dòng)信號(hào)提供給相關(guān)聯(lián)的電磁控制鍵致動(dòng)器6的螺線管。
在第一實(shí)施例中，位置和速度對(duì)應(yīng)所述物理量。伺服位置控制、伺服速度控制和伺服加速度控制通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)實(shí)現(xiàn)。從伺服位置控制的方面來(lái)看，伺服速度控制充當(dāng)微分補(bǔ)償器，并且伺服位置控制和伺服加速度控制分別充當(dāng)積分補(bǔ)償器和微分補(bǔ)償器。
本發(fā)明人評(píng)價(jià)了混合反饋控制環(huán)310。本發(fā)明人在圖4A中繪出了目標(biāo)位置rx、目標(biāo)速度rv和目標(biāo)加速度ra的曲線。目標(biāo)位置rx表明將鍵向最終位置逐漸按下，并隨后將其恢復(fù)到靜止位置。換句話說(shuō)，目標(biāo)位置rx表示鍵的標(biāo)準(zhǔn)鍵運(yùn)動(dòng)。通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)控制鍵，并且鍵運(yùn)動(dòng)由曲線yxk來(lái)表示。曲線yxk指示在從鍵傳感器25輸出的鍵位置信號(hào)的基礎(chǔ)上確定的當(dāng)前鍵位置。將曲線rx與曲線yxk相比較，所理解的是，混合反饋控制環(huán)310有助于標(biāo)準(zhǔn)鍵運(yùn)動(dòng)的精確再現(xiàn)。在時(shí)刻T，目標(biāo)位置rx迅速加深。由于目標(biāo)速度rv也迅速增加，因此當(dāng)前鍵位置yxk緊跟目標(biāo)鍵位置rx。這樣，伺服速度控制使混合反饋環(huán)310的靈敏性提高。
本發(fā)明人在圖4B中繪出了目標(biāo)位置rx’、目標(biāo)速度rv’和目標(biāo)加速度ra’。目標(biāo)位置rx’表明鍵被反復(fù)按下，像顫音一樣。也通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)控制鍵，并且鍵運(yùn)動(dòng)由曲線yxk’表示。曲線yxk指示在從鍵傳感器25輸出的鍵位置信號(hào)的基礎(chǔ)上確定的當(dāng)前鍵位置。將曲線rx’與曲線yxk’相比較，所理解的是，混合反饋控制環(huán)310使得顫音被精確再現(xiàn)。鍵精確跟隨的原因是在混合反饋控制環(huán)310中合并了伺服加速度控制。可以從曲線ra’來(lái)理解伺服加速度的貢獻(xiàn)。這樣，本發(fā)明人確認(rèn)混合反饋環(huán)310使得有可能精確地重演由所述音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼組表示的表演。
如將從前面的描述理解的，混合反饋控制環(huán)310包含兩種傳感器，即鍵傳感器25和活塞傳感器35，并且，將各個(gè)當(dāng)前物理量數(shù)據(jù)利用各自的加權(quán)因子來(lái)適當(dāng)?shù)丶訖?quán)，以確定當(dāng)前加權(quán)物理量。將當(dāng)前加權(quán)物理量與基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)物理量相比較，以便確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的適當(dāng)幅度，并且利用該驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制鍵致動(dòng)器6。盡管活塞運(yùn)動(dòng)不完全對(duì)應(yīng)于鍵運(yùn)動(dòng)，但是加權(quán)因子使復(fù)合的當(dāng)前物理量很好地對(duì)應(yīng)目標(biāo)物理量，使得通過(guò)混合反饋控制環(huán)310來(lái)很好地控制黑/白鍵1a/1b。因此，在重放時(shí)，準(zhǔn)確地再現(xiàn)鍵運(yùn)動(dòng)，并且自動(dòng)演奏系統(tǒng)300精確地重演所述表演。
第二實(shí)施例轉(zhuǎn)向附圖的圖5，混合反饋控制環(huán)310A合并在實(shí)施本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴中。實(shí)現(xiàn)第二實(shí)施例的自動(dòng)演奏鋼琴也包括原聲鋼琴100A、記錄系統(tǒng)和自動(dòng)演奏系統(tǒng)。原聲鋼琴100A和記錄系統(tǒng)200A與原聲鋼琴100和記錄系統(tǒng)200相似，從而將組成部件用指定原聲鋼琴/記錄系統(tǒng)100/200的對(duì)應(yīng)組成部件的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)注。
將若干功能從控制器30A刪除，使得混合反饋控制環(huán)310A比混合反饋控制環(huán)310更簡(jiǎn)單。將控制器30A的剩余功能用指定控制器30的對(duì)應(yīng)功能的標(biāo)號(hào)來(lái)標(biāo)注。
將數(shù)字活塞速度信號(hào)yvdm正規(guī)化，并利用加權(quán)因子Kvm來(lái)將數(shù)字正規(guī)化活塞速度信號(hào)yvm加權(quán)。將數(shù)字加權(quán)活塞速度信號(hào)yv與目標(biāo)速度rv相比較，而不產(chǎn)生任何復(fù)合的當(dāng)前速度信號(hào)。類似地，將數(shù)字鍵位置信號(hào)yxkd正規(guī)化，并利用加權(quán)因子Kxk來(lái)將數(shù)字正規(guī)化鍵位置信號(hào)yxk加權(quán)。將數(shù)字加權(quán)鍵位置信號(hào)yx與目標(biāo)位置rx相比較，而不產(chǎn)生任何復(fù)合的當(dāng)前位置信號(hào)。加速度和恒定偏置都不考慮。
使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的自動(dòng)演奏鋼琴，本發(fā)明人評(píng)價(jià)了混合反饋環(huán)310A。本發(fā)明人確認(rèn)，只要加權(quán)因子Kvm和Kxk分別落在0.1與2之間的數(shù)值范圍和0.1與2之間的數(shù)值范圍內(nèi)，鍵就精確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
當(dāng)把加權(quán)因子Kvm和Kxk調(diào)整為等于0.1和小于1的各個(gè)值時(shí)，目標(biāo)鍵傾向于超速，即超過(guò)目標(biāo)速度rv而移動(dòng)。另一方面，當(dāng)把加權(quán)因子Kvm和Kxk調(diào)整為1時(shí)，目標(biāo)鍵易于遵循目標(biāo)速度rv。當(dāng)把加權(quán)因子Kvm和Kxk調(diào)整為大于1和等于2的各個(gè)值時(shí)，目標(biāo)鍵傾向于被減速。
盡管示出和描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變和修改。
例如，動(dòng)磁鐵型速度傳感器35不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。對(duì)于活塞6a，任何種類的速度傳感器都是可用的。
可以通過(guò)諸如例如因特網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)將所述計(jì)算機(jī)程序從合適的來(lái)源下載到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器42中。類似地，可以與計(jì)算機(jī)程序一起從合適的來(lái)源提供所述參數(shù)。
可以將方框57/60c和圓圈53從混合反饋控制環(huán)310刪除?？梢詫⒎娇?5/58添加到混合反饋控制環(huán)310A中。這樣，混合反饋控制環(huán)310/310A具有各種修改。
混合反饋控制環(huán)310/310A可以結(jié)合原聲鋼琴的踏板而被提供。致動(dòng)器6可以引起動(dòng)作單元2的運(yùn)動(dòng)。這樣，黑/白鍵1a/1b不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。
加權(quán)因子Kvm/Kvk/Kxk/Kxm的適當(dāng)值根據(jù)自動(dòng)演奏鋼琴的型號(hào)而變化，并且不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。
活塞傳感器35和鍵傳感器25可以分別用用于檢測(cè)當(dāng)前活塞位置的活塞傳感器和用于檢測(cè)鍵速度的鍵傳感器來(lái)代替。在此實(shí)例中，通過(guò)微分來(lái)計(jì)算當(dāng)前活塞速度，并且分別通過(guò)積分和微分來(lái)計(jì)算當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前鍵加速度。另外，鍵傳感器和活塞傳感器兩者可分別檢測(cè)鍵速度和活塞速度，或者分別檢測(cè)鍵位置和活塞位置。這樣，傳感器25/35的組合不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。
原聲鋼琴100/100A可以用諸如例如立式鋼琴、靜音鋼琴(mute piano)和大鍵琴的另一種鍵盤樂(lè)器來(lái)代替。該鍵盤樂(lè)器不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫⒒旌戏答伩刂骗h(huán)310/310A合并在諸如例如鋼片琴或鼓組的合適的打擊樂(lè)器中。
電磁控制致動(dòng)器6不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。氣動(dòng)致動(dòng)器或微型馬達(dá)可以驅(qū)動(dòng)黑/白鍵1a/1b。此外，鍵致動(dòng)器6可以在鍵盤1上方被提供，以便將力施加到黑/白鍵1a/1b的前部。這樣，電磁控制鍵致動(dòng)器6的位置不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。
如果鍵傳感器25和活塞速度傳感器調(diào)整得好，則數(shù)字鍵位置信號(hào)和數(shù)字活塞速度信號(hào)不需要正規(guī)化。因而，方框54a和54b不是本發(fā)明的必不可少的元件。類似地，可以用數(shù)字鍵傳感器和數(shù)字活塞速度傳感器來(lái)代替鍵傳感器25和活塞速度傳感器35，以便刪除模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器44a/44b。
所述自動(dòng)演奏鋼琴的組成部件與權(quán)利要求語(yǔ)言相關(guān)如下。弦4作為整體來(lái)組成“聲音生成器”，并且，從振動(dòng)的弦4生成的音調(diào)對(duì)應(yīng)于“不同種類的音樂(lè)聲音”。黑/白鍵1a/1b、動(dòng)作單元2和琴槌3聯(lián)合形成每個(gè)鏈接機(jī)構(gòu)，并且黑/白鍵1a/1b充當(dāng)“組成部件”?；旌戏答伩刂骗h(huán)310/310A對(duì)應(yīng)于“控制環(huán)”。預(yù)處理器10和運(yùn)動(dòng)控制器11聯(lián)合形成“數(shù)據(jù)生成器”。電磁控制鍵致動(dòng)器6分別充當(dāng)“多個(gè)致動(dòng)器”，并且活塞6a對(duì)應(yīng)于“可移動(dòng)構(gòu)件”。鍵傳感器25和活塞速度傳感器35充當(dāng)“傳感器”和“其它傳感器”，并且當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度分別對(duì)應(yīng)于“物理量”和“另一物理量”。
鍵位置信號(hào)和活塞速度信號(hào)充當(dāng)“檢測(cè)信號(hào)”和“其它檢測(cè)信號(hào)”，并且當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度分別對(duì)應(yīng)于“物理量”和“另一物理量”。目標(biāo)位置rx和目標(biāo)速度rv分別相當(dāng)于“目標(biāo)物理量”和“另一目標(biāo)物理量”。在第一實(shí)施例中，加權(quán)因子Kxk和Kxm充當(dāng)“加權(quán)因子”的“第一參數(shù)”和“第二參數(shù)”，而加權(quán)因子Kvm和Kvk充當(dāng)“另一加權(quán)因子”的“第一參數(shù)”和“第二參數(shù)”。在第二實(shí)施例中，加權(quán)因子Kxk和加權(quán)因子Kvm充當(dāng)“加權(quán)因子”和“另一加權(quán)因子”。
“表示加權(quán)物理量和另一加權(quán)物理量的各個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)”在復(fù)合當(dāng)前位置信號(hào)/當(dāng)前位置信號(hào)yx和復(fù)合當(dāng)前速度信號(hào)/當(dāng)前速度信號(hào)yv上傳送。這樣，當(dāng)前加權(quán)位置和當(dāng)前加權(quán)速度分別充當(dāng)“加權(quán)物理量”和“另一加權(quán)物理量”。和數(shù)u對(duì)應(yīng)于“指令數(shù)據(jù)”。
方框56和55分別充當(dāng)“積分器”和“微分器”，而方框59a、59b、58a和58b以及圓圈59c和58c分別對(duì)應(yīng)于“乘法器”、“另一乘法器”、“再一乘法器”、“又再一乘法器”、“加法器”和“另一加法器”。方框50、60a、60b、60c和圓圈51、52、53、61、62作為整體組成“比較器”。方框60a、60b和60c分別對(duì)應(yīng)于“放大器”、“另一放大器”和“再一放大器”，而方框57充當(dāng)“另一微分器”。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生音樂(lè)聲音的自動(dòng)演奏樂(lè)器，包括聲音生成器(4)，被驅(qū)動(dòng)以便以不同的音高產(chǎn)生所述音樂(lè)聲音；多個(gè)鏈接機(jī)件(1a/1b、2、3)，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)所述聲音生成器(4)，并具有各自的組成部件(1a、1b)；以及控制環(huán)(310、310A)，與所述組成部件(1a、1b)相關(guān)聯(lián)，并包括數(shù)據(jù)生成器(10、11)，輸出表示基準(zhǔn)軌跡的各個(gè)控制數(shù)據(jù)，所述組成部件(1a、1b)被期望在所述基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)，多個(gè)致動(dòng)器(6)，分別與所述組成部件(1a、1b)相結(jié)合而被提供，具有各自的可移動(dòng)構(gòu)件(6a)，用于將力施加到所述組成部件(1a、1b)上，并響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便通過(guò)所述可移動(dòng)構(gòu)件(6a)而引起所述運(yùn)動(dòng)，傳感器(25)，分別監(jiān)控所述組成部件(1a、1b)，并產(chǎn)生表示所述組成部件(1a、1b)的物理量(yxkd)的檢測(cè)信號(hào)，伺服控制器，連接到所述數(shù)據(jù)發(fā)生器(10、11)和所述傳感器(25)，并確定表示所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的適當(dāng)幅度的指令數(shù)據(jù)，以及調(diào)制器(45)，連接在所述伺服控制器與所述多個(gè)致動(dòng)器(6)之間，并響應(yīng)于所述指令數(shù)據(jù)，將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到所述適當(dāng)幅度，其特征在于還包括其它傳感器(35)，分別監(jiān)控所述可移動(dòng)構(gòu)件(6a)，并產(chǎn)生表示所述可移動(dòng)構(gòu)件(6a)的另一物理量(yvmd)的其它檢測(cè)信號(hào)，并且特征在于所述伺服控制器還連接到所述其它傳感器，確定表示目標(biāo)物理量(rx)和另一目標(biāo)物理量(rv)的各個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)，分別利用加權(quán)因子(Kxk/Kxm；Kxk)和另一加權(quán)因子(Kvm/Kvk；Kvm)將所述物理量(yxkd)和所述另一物理量(yvmd)加權(quán)，以產(chǎn)生表示加權(quán)物理量(yx)和另一加權(quán)物理量(yv)的各個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)與所述加權(quán)物理量(yx)和所述另一加權(quán)物理量(yv)相比較，以確定所述適當(dāng)幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，將所述物理量(yxkd)和所述另一物理量(yvmd)分別歸類為不同種類的物理量。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，當(dāng)前位置(yk)和當(dāng)前速度(ym)分別充當(dāng)所述物理量和所述另一物理量。
4.如權(quán)利要求3所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述伺服控制器分別在所述另一物理量(yvmd)和所述物理量(yxkd)的基礎(chǔ)上，確定所述可移動(dòng)構(gòu)件(6a)的另一當(dāng)前位置(yxm)和所述組成部件(1a、1b)的另一當(dāng)前速度(yvk)，所述加權(quán)因子包括乘以所述當(dāng)前位置(yxkd)的第一參數(shù)(Kxk)和乘以所述另一當(dāng)前位置(ymx)的第二參數(shù)(Kxm)，以及所述另一加權(quán)因子包括乘以所述當(dāng)前速度(yvmd)的第三參數(shù)(Kvm)和乘以所述另一當(dāng)前速度(yvk)的第四參數(shù)(Kvk)。
5.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述第一和第二參數(shù)(Kxk、Kxm)的和等于所述第三和第四參數(shù)(Kvm、Kvk)的和。
6.如權(quán)利要求5所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述和等于1。
7.如權(quán)利要求4所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述伺服控制器包括積分器(56)，連接到所述其它傳感器(35)的每一個(gè)，并在所述當(dāng)前速度(yvmd)的基礎(chǔ)上計(jì)算所述另一當(dāng)前位置(yxm)，乘法器(59a)，連接到所述傳感器(25)的每一個(gè)，并利用所述第一參數(shù)(Kxk)來(lái)加權(quán)所述當(dāng)前位置(yxkd)，另一乘法器(59b)，連接到所述積分器(56)，并利用所述第二參數(shù)(Kxm)來(lái)加權(quán)所述另一當(dāng)前位置(yxm)，加法器(59c)，連接到所述乘法器(59a)和所述另一乘法器(59b)，并將從所述乘法器(59a)輸出的乘積加到從所述另一乘法器(59b)輸出的另一乘積上，以便確定所述加權(quán)物理量(yx)，微分器(55)，連接到所述傳感器(25)的每一個(gè)，并在所述當(dāng)前位置(yxkd)的基礎(chǔ)上計(jì)算所述另一當(dāng)前速度(yvk)，再一乘法器(58a)，連接到所述其它傳感器(35)的每一個(gè)，并利用所述第三參數(shù)(Kvm)來(lái)加權(quán)所述當(dāng)前速度(yvmd)，又再一乘法器(58b)，連接到所述微分器(55)，并利用所述第四參數(shù)(Kvk)來(lái)加權(quán)所述另一當(dāng)前速度(yvk)，另一加法器(58c)，連接到所述再一乘法器(58a)和所述又再一乘法器(58b)，并將從所述再一乘法器(58a)輸出的乘積加到從所述又再一乘法器(58b)輸出的乘積上，以便確定所述另一加權(quán)物理量(yv)，以及比較器(50、51、52、60a、60b、61)，連接到所述數(shù)據(jù)生成器(10、11)、所述加法器(59c)和所述另一加法器(58c)，并將所述加權(quán)物理量(yx)和所述另一加權(quán)物理量(yv)與所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)相比較，以便在所述加權(quán)物理量(yx)和所述目標(biāo)物理量(rx)之間的差值、以及所述另一加權(quán)物理量(yv)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)之間的差值的基礎(chǔ)上確定所述適當(dāng)幅度。
8.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述比較器包括另一數(shù)據(jù)生成器(50)，連接到所述數(shù)據(jù)生成器(10、11)，并在每個(gè)基準(zhǔn)軌跡的基礎(chǔ)上確定所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)，減法器(51)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述加法器(59c)，并計(jì)算所述加權(quán)物理量(yx)和所述目標(biāo)物理量(rx)之間的差值中的一個(gè)(ex)，另一減法器(52)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述另一加法器(52)，并計(jì)算所述另一加權(quán)物理量(yv)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)之間的所述差值中的另一個(gè)(ev)，放大器(60a)，連接到所述減法器(51)，并將所述差值中的所述一個(gè)(ex)乘以增益(kx)，另一放大器(60b)，連接到所述另一減法器(52)，并將所述差值的所述另一個(gè)(ev)乘以另一增益(kv)，以及再一加法器(61)，連接到所述放大器(60a)和所述另一放大器(60b)，并計(jì)算從所述放大器(60a)輸出的乘積與從所述另一放大器(60b)輸出的乘積的和數(shù)，以便確定所述適當(dāng)幅度。
9.如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述伺服控制器還包括另一微分器(57)，其連接到所述其它傳感器(35)的所述每一個(gè)，在所述當(dāng)前速度(yvmd)的基礎(chǔ)上計(jì)算當(dāng)前加速度(yam)，以便將所述當(dāng)前加速度(yam)提供給所述比較器，并且，所述伺服控制器還確定目標(biāo)加速度(ra)，以便確定所述當(dāng)前加速度(yam)和所述目標(biāo)加速度(ra)之間的差值中的再一個(gè)(ea)，以確定所述適當(dāng)幅度。
10.如權(quán)利要求9所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述比較器包括另一數(shù)據(jù)生成器(50)，連接到所述數(shù)據(jù)生成器(10、11)，并在每個(gè)基準(zhǔn)軌跡的基礎(chǔ)上確定所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)，減法器(51)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述加法器(59c)，并計(jì)算所述加權(quán)物理量(yx)和所述目標(biāo)物理量(rx)之間的差值中的一個(gè)(ex)，另一減法器(52)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述另一加法器(58c)，并計(jì)算所述另一加權(quán)物理量(yv)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)之間的所述差值中的另一個(gè)(ev)，再一減法器(53)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述另一微分器(57)，并計(jì)算所述當(dāng)前加速度(yam)和所述目標(biāo)加速度(ra)之間的所述差值中的再一個(gè)(ea)，放大器(60a)，連接到所述減法器(51)，并將所述差值中的所述一個(gè)(ex)乘以增益(kx)，另一放大器(60b)，連接到所述另一減法器(52)，并將所述差值中的所述另一個(gè)(ev)乘以另一增益(kv)，再一放大器(60c)，連接到所述再一減法器(53)，并將所述差值中的所述再一個(gè)(ea)乘以再一增益(ka)，以及再一加法器(61)，連接到所述放大器(60a)、所述另一放大器(60b)和所述再一放大器(60c)，并計(jì)算從所述放大器(60a)輸出的乘積、從所述另一放大器(60b)輸出的乘積和從所述再一放大器(60c)輸出的乘積的和數(shù)(u)，以便確定所述適當(dāng)幅度。
11.如權(quán)利要求10所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)還提供恒定偏置(ru)，其等于對(duì)每個(gè)可移動(dòng)構(gòu)件(6a)的運(yùn)動(dòng)的阻力，并且所述比較器還包括又再一個(gè)加法器(62)，其連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和再一加法器(61)，用于將所述偏置(ru)加到所述和數(shù)上，以便確定所述適當(dāng)幅度。
12.如權(quán)利要求3所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述伺服控制器(50、51、52、58、59、60a、60b、61)分別將所述物理量(yxkd)和所述另一物理量(yvmd)直接乘以所述加權(quán)因子(Kxk)和所述另一加權(quán)因子(Kvm)，以便確定所述加權(quán)物理量(yx)和所述另一加權(quán)物理量(yv)。
13.如權(quán)利要求12所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述伺服控制器包括乘法器(59)，連接到所述傳感器(25)的每一個(gè)，并將所述物理量(yxkd)乘以所述加權(quán)因子(Kxk)，以便確定所述加權(quán)物理量(yx)，另一乘法器(58)，連接到所述其它傳感器(35)的每一個(gè)，并將所述另一物理量(yvmd)乘以所述另一加權(quán)因子(Kvm)，以便確定所述另一加權(quán)物理量(yv)，以及比較器(50、51、52、60a、60b、61)，連接到所述數(shù)據(jù)生成器(10、11)、所述乘法器(59)和所述另一乘法器(58)，并將所述加權(quán)物理量(yx)和所述另一加權(quán)物理量(yv)與所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一物理量(rv)相比較，以便在所述加權(quán)物理量(yx)和所述目標(biāo)物理量(rx)之間、以及所述另一加權(quán)物理量(yv)與所述另一目標(biāo)物理量(rv)之間的差值(ex，ev)的基礎(chǔ)上確定所述適當(dāng)幅度。
14.如權(quán)利要求13所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述比較器包括另一數(shù)據(jù)生成器(50)，連接到所述數(shù)據(jù)生成器(10、11)，并在每個(gè)基準(zhǔn)軌跡的基礎(chǔ)上確定所述目標(biāo)物理量(rx)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)，減法器(51)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述乘法器(59)，并計(jì)算所述加權(quán)物理量(yx)和所述目標(biāo)物理量(rx)之間的所述差值中的一個(gè)(ex)，放大器(60a)，連接到所述減法器(51)，并將所述差值中的所述一個(gè)(ex)乘以增益(kx)，另一減法器(52)，連接到所述另一數(shù)據(jù)生成器(50)和所述另一乘法器(58)，并計(jì)算所述另一加權(quán)物理量(yv)和所述另一目標(biāo)物理量(rv)之間的所述差值中的另一個(gè)(ev)，另一放大器(60b)，連接到所述另一減法器(52)，并將所述差值中的所述另一個(gè)(ev)乘以另一增益(kv)，以及加法器(61)，連接到所述放大器(60a)和所述另一放大器(60b)，并將從所述放大器輸出的乘積加到從所述另一放大器輸出的乘積上，以便確定所述適當(dāng)幅度。
15.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述聲音生成器包括多個(gè)振動(dòng)的弦(4)，以便以所述不同的音高來(lái)生成所述音樂(lè)聲音。
16.如權(quán)利要求15所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述多個(gè)鏈接機(jī)構(gòu)的每一個(gè)包括鍵(1a/1b)，可在靜止位置和最終位置之間移動(dòng)；動(dòng)作單元(2)，與所述鍵(1a、1b)相鏈接，以便被驅(qū)動(dòng)；以及琴槌(3)，由所述動(dòng)作單元(2)驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)，用于撞擊所述多個(gè)弦(4)中的一個(gè)。
17.如權(quán)利要求16所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述鍵(1a、1b)充當(dāng)所述組成部件中的一個(gè)。
18.如權(quán)利要求17所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述多個(gè)致動(dòng)器(6)被提供在鍵(1a、1b)的后部下方，并且所述可移動(dòng)構(gòu)件(6a)向上推動(dòng)所述后部。
19.如權(quán)利要求17所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，電磁控制鍵致動(dòng)器(6)充當(dāng)所述多個(gè)致動(dòng)器，使得在所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在時(shí)，活塞(6a)向上推動(dòng)所述鍵(1a、1b)的后部。
20.如權(quán)利要求19所述的自動(dòng)演奏樂(lè)器，其中，所述調(diào)制器(45)將所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到對(duì)應(yīng)于所述適當(dāng)幅度的適當(dāng)占空比。
全文摘要
一種自動(dòng)演奏鋼琴，包括通過(guò)混合反饋控制環(huán)(310)驅(qū)動(dòng)以角向旋轉(zhuǎn)的鍵(1a、1b)；控制器(30)、鍵位置傳感器(25)、活塞速度傳感器(35)和電磁控制鍵致動(dòng)器(6)形成每個(gè)鍵(1a、1b)的混合反饋控制環(huán)的各個(gè)部分，并將當(dāng)前鍵位置(yxka)和活塞速度(yvma)報(bào)告給控制器(30)；控制器(30)確定一系列目標(biāo)位置(rx)或基準(zhǔn)軌跡和目標(biāo)速度(rv)，并周期性地將根據(jù)當(dāng)前鍵位置和當(dāng)前活塞速度確定的復(fù)合當(dāng)前位置(yx)和復(fù)合當(dāng)前速度(yv)與目標(biāo)位置(rx)和目標(biāo)速度(rv)相比較，以查看鍵(1a、1b)是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)；如果答案為否定，則控制器(30)將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到適當(dāng)?shù)恼伎毡?，以?qiáng)迫鍵(1a、1b)在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
文檔編號(hào)G10F1/02GK1637849SQ200510004119
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2005年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者藤原佑二, 大場(chǎng)保彥 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社