CN101009093A - 再现短音调而不遗漏音调的自动演奏乐器及自动演奏系统 - Google Patents

Abstract

自动演奏器钢琴是原声钢琴(1)和自动演奏系统(10)之间的组合，并且使用大钢琴和直立式钢琴作为原声钢琴；大钢琴具有比直立式钢琴的动作单元更灵敏的动作单元，使得不能利用直立式钢琴来再现通过大钢琴记录的半行程；自动演奏系统(10)使弦槌(3)在没有任何脱离的情况下向琴弦(4)旋转，从而利用直到弦槌(3)旋转为止的键(1b，1c)的短键行程来补偿差的灵敏性。

Description

再现短音调而不遗漏音调的自动演奏乐器及自动演奏系统

技术领域

本发明涉及一种自动演奏器乐器，并且更具体地涉及一种在乐曲数据代码的基础上顺着乐曲的节再现音调的自动演奏器乐器。

背景技术

钢琴是键盘乐器的典型示例，并且自动演奏器钢琴是钢琴和自动演奏系统之间的组合。与在标准原声钢琴上演奏曲调的人类钢琴家相似，人类钢琴家在自动演奏器钢琴上演奏曲调。自动演奏系统在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下重演钢琴上的演奏，并且使得有可能欣赏所述曲调。

在以下描述中，术语“前面”指示比用术语“后面”修饰的位置更靠近准备好演奏曲调的人类演奏者的位置。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。

自动演奏系统主要包括电磁控制的致动器的阵列和控制器。在黑键和白键后部的下方提供电磁控制的致动器的阵列，并且利用有选择地从控制器提供的驱动信号来激励电磁控制的致动器。当驱动信号流经电磁控制的致动器的螺线管时，产生磁场，并且将磁力施加在活塞上。活塞向上推动相关联的黑键或白键的后部，使得键的前部下降，好像人类演奏者将它按下一样。

可以利用驱动信号的平均电流量来控制磁力。在重放时，控制器在乐曲数据代码的基础上确定目标键轨迹，并且通过伺服控制环来强迫黑键和白键在目标键轨迹上行进，其中所述目标键轨迹中的每一个表示随时间变化的键位置。如果在目标键位置的后方发现黑键或白键，则控制器增大平均电流量，从而使该黑键或白键加速。另一方面，如果在目标键位置的前方发现黑键或白键，则控制器减小平均电流量，从而使该黑键或白键减速。如果黑键或白键以“基准键速度”经过目标轨迹上被称为“基准点”的某个点，则顶杆将适当的力施加在弦槌上，并且该弦槌以最终弦槌速度与琴弦相接触。弦槌引起琴弦的振动，并且通过琴弦的振动产生音调。音调的响度与碰撞之前瞬间的最终弦槌速度成比例，并且基准点处的基准键速度与该最终弦槌速度成比例。因此，可以利用驱动信号来控制音调的响度。

当专业钢琴家在钢琴上演奏曲调时，他或她在各种表演中按下和释放黑键和白键。一种表演风格被称为“半行程”。在半行程中，钢琴家在前往终点位置的途中释放黑键或白键，并且在前往静止位置的途中按下黑键或白键。另一方面，当在静止位置按下黑键或白键时，以及当在终点位置释放黑键或白键时，该表演风格在下文中被称为“全行程”。

通过上述伺服控制来再现半行程是不可能的，因为黑键或白键以比全行程中的间隔短的间隔而反复与琴弦碰撞。在日本专利申请第Hei 5-344242号中公开了用于半行程的控制技术，并且该日本专利申请导致了与美国专利第5652399号相对应的日本专利第3541411号。根据该日本专利，控制器检查目标键轨迹，以便查看先前的目标键轨迹是否在终点位置和静止位置之前与该目标键轨迹相交。当答案给出为否定时，在全行程中按下或释放黑键或白键。然而，如果答案给出为肯定，则将在半行程中按下或释放黑键或白键。在此情形下，在前一个键到达静止位置或终点位置之前，控制器开始将驱动信号提供给电磁控制的致动器。

在黑键或白键的重复中使用半行程。即使控制器强迫黑键或白键在所述轨迹上行进以进行重复，黑键或白键也由于短重复周期而往往不会跟随。这导致一个或多个遗漏音调。换言之，即使音调在乐谱上被重复某些次，听众也会比所述某些次少一次或两次地听到该音调。在日本专利申请第Hei6-298511号中提出了对策，该日本专利申请是作为日本专利申请公开第Hei8-160942号公布的，并且美国专利第5648621号被分配给对应的美国专利申请。根据所述日本专利申请公开，当一组乐曲数据代码通知控制器重复音调时，控制器开始以比正常定时早的某个定时按下和释放黑键或白键。

通常，钢琴的灵敏性取决于在黑键/白键和弦槌之间提供的动作单元的结构。在钢琴中采用各种动作单元。大钢琴具有在结构上与在直立式钢琴中采用的动作单元不同的动作单元。在标准大钢琴中采用的动作单元比在标准直立式钢琴中采用的动作单元更灵敏。换言之，在标准直立式钢琴中采用的动作单元比在标准大钢琴中采用的动作单元差。实际上，在大钢琴中采用的动作单元可以以13Hz来跟随所述重复。然而，在标准直立式钢琴中采用的动作单元难以跟随这样的高速重复。据说，在标准直立式钢琴中采用的动作单元在8Hz处饱和。

灵敏性的差异来源于动作单元的结构，并且在不同型号的大钢琴、不同型号的直立式钢琴、不同制造商等之间可以找到动作单元结构上的差异。

在自动演奏器重演在与自动演奏器相组合的钢琴上进行的曲调的演奏的情况下，钢琴的动作单元参与原始演奏和再现演奏二者，使得听众觉得后一演奏是以相对于前一演奏的相当好的保真度再现的。

然而，动作单元结构上的差异破坏了对原始演奏的保真度。在基于通过大钢琴记录的乐曲数据代码而在直立式钢琴上进行的自动演奏中，这样的差保真度往往变得明显。类似地，即使通过大钢琴来分别进行原始演奏和重放，只要在重放时使用的大钢琴的动作单元与在记录时使用的大钢琴的动作单元相比较不灵敏，就会发现保真度差。在用户通过个人计算机系统创作曲调而没有考虑在自动演奏时使用的自动演奏器钢琴中包含的动作单元的灵敏性的情况下，在重复期间有可能遗漏一个或多个音调。

自动演奏器钢琴的制造商没有考虑到所述现象，即由于动作单元结构上的差异而导致的一个或多个遗漏音调。在日本专利第3541411号中没有提出任何对策。尽管在日本专利申请公开第Hei 6-298511号中包含了对钢琴之间的差异的描述，但是由于以与原始演奏中的定时不同的定时来再现音调，其中公开的现有技术使得所再现的演奏较为古怪。通过在所述日本专利和日本专利申请公开中公开的现有技术的自动演奏器直立式钢琴难以再现高速重复。

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键盘乐器，其能够以极端的时间间隔再现音调，而没有任何遗漏音调。

本发明的另一重要目的是提供一种自动演奏系统，其使得将原声键盘乐器改型为自动演奏器键盘乐器。

本发明人考虑到现有技术的自动演奏器键盘乐器中固有的问题，并且注意到顶杆和弦槌之间的脱离是耗时的。本发明人发现，有可能在不脱离的情况下利用弦槌来撞击琴弦。本发明是在该发现的基础上做出的。

为达到所述目的，本发明提出在诸如重复的高速键运动中禁止顶杆脱离。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于在乐曲数据的基础上演奏乐曲的自动演奏器乐器，该自动演奏器乐器包括乐器和自动演奏系统，所述乐器包含：多个操纵器，被独立地移动，以便指定要通过全行程运动和其它运动而有选择地产生的音调的音高；多个动作单元，分别由所述多个操纵器驱动，并且分别被提供有顶杆；多个弦槌，分别与顶杆相关联，并且通过顶杆的脱离而被驱动以进行旋转；和音调生成器，响应于所述多个弦槌的旋转、以通过所述多个操纵器指定的所述音高来产生音调，所述自动演奏系统包含：多个致动器，分别被与所述多个操纵器相关联地提供，并且响应驱动信号以便有选择地移动所述多个操纵器；基准轨迹产生器，检查所述乐曲数据，以便查看是否要为所述多个操纵器请求全行程运动或其它运动，并且根据要请求的运动来确定用于所述多个操纵器的基准键轨迹组；和控制器，其连接到所述多个致动器和基准轨迹产生器，并且调整驱动信号的幅度，以便使所述多个操纵器在基准轨迹组上行进，并且，用于所述多个操纵器之一的基准键轨迹组之一使所述多个弦槌中的相关联的一个在没有脱离的情况下开始旋转，以便产生所述其它运动之一。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在乐曲数据的基础上通过乐器产生音调的自动演奏系统，所述乐器具有多个操纵器、分别连接到所述多个操纵器并且分别被提供有顶杆的多个动作单元、通过顶杆的脱离而被驱动以进行旋转的多个弦槌、以及响应于弦槌的旋转而产生音调的音调生成器，所述自动演奏系统包括：多个致动器，其分别被与所述多个操纵器相关联地提供，并且响应驱动信号以便有选择地移动所述多个操纵器；基准轨迹产生器，其检查所述乐曲数据，以便查看是否要为所述多个操纵器请求全行程运动或其它运动，并且根据要请求的运动来确定用于所述多个操纵器的基准键轨迹组；和控制器，其连接到所述多个致动器和基准轨迹产生器，并且调整驱动信号的幅度，以便使所述多个操纵器在基准轨迹组上行进，并且，用于所述多个操纵器之一的基准键轨迹组之一使所述多个弦槌中的相关联的一个在没有脱离的情况下开始旋转，以便产生所述其它运动之一。

附图说明

根据结合附图进行的以下描述，将更清楚地理解所述自动演奏器键盘乐器和自动演奏系统的特征及优点，在附图中：

图1是示出根据本发明的自动演奏器钢琴的结构的示意横截面侧视图，

图2是示出合并在自动演奏器钢琴中的动作单元和弦槌的构造的侧视图，

图3是示出脱离弦槌转击器(hammer butt)的顶杆的示意侧视图，

图4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5是示出MIDI标准文件的结构的视图，

图6是示出控制序列以便重演演奏的流程图，

图7是示出用于确定动作单元型号的子例程的作业序列的流程图，

图8是示出用于自动演奏的子例程的作业序列的流程图，

图9是示出用于确定基准键轨迹的作业序列的流程图，

图10是示出确定用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹的作业序列的流程图，

图11是示出用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组的曲线图，

图12是示出对黑/白键的伺服控制的方框图，以及

图13是示出在本发明的另一自动演奏器钢琴中执行的用于确定基准键轨迹的作业序列的流程图。

具体实施方式

在以下描述中，术语“前面”指示比用术语“后面”修饰的位置更靠近准备好在键盘乐器上用手指弹奏的演奏者的位置。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。术语“顺时针”和术语“逆时针”是在图示出旋转部件的图中确定的。

实施本发明的自动演奏器乐器主要包括乐器和自动演奏系统。人类演奏者在乐器上演奏乐曲，并且自动演奏系统在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下重演该乐器上的演奏。

所述乐器包括多个操纵器、多个动作单元、多个弦槌和音调生成器。操纵器被独立地移动，以便指定要产生的音调的音高。所述多个动作单元分别与所述多个操纵器相链接，使得利用移动的操纵器来驱动所述多个动作单元。所述多个动作单元分别具有顶杆，并且与弦槌相关联地提供所述顶杆。当人类演奏者或自动演奏系统通过相关联的操纵器驱动动作单元时，顶杆脱离弦槌，并且通过顶杆的脱离来驱动弦槌以进行旋转。音调生成器响应弦槌的旋转，以便以通过操纵器指定的音高来产生音调。这样，人类演奏者或自动演奏系统弹奏所述乐器，以便顺着乐曲的节产生音调。

自动演奏系统响应表示对乐曲的演奏的乐曲数据，以便在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下重演所述演奏。自动演奏系统包括多个致动器、基准轨迹产生器和控制器。所述多个致动器分别被提供用于所述多个操纵器，并且，将驱动信号从控制器有选择地提供给所述多个致动器，以便引起操纵器的运动。

基准轨迹产生器分别在乐曲数据的基础上确定用于要移动的操纵器的基准轨迹组。该基准键轨迹组表示每个操纵器按照时间的目标位置值。当操纵器以基准速度经过基准轨迹组中的基准轨迹上的基准点时，相关联的弦槌使音调生成器以目标响度产生音调，并且该音调在目标时刻被衰减。

在操纵器将在全行程上行进的情况下，基准轨迹产生器准备某种基准轨迹组。存在另一种基准轨迹组，其使得弦槌在相关联的顶杆不脱离的情况下开始旋转。由于不期望操纵器使顶杆脱离弦槌，因此操纵器的行程短于全行程，并且操纵器的短行程使得有可能以短时间间隔产生一个或多个音调。即使动作单元的灵敏性较差，也有可能在乐曲数据的基础上产生一个或多个音调，其中所述乐曲数据是在具有灵敏性优于所述动作单元的动作单元的另一乐器上的原始演奏中产生的。这样，基准轨迹产生器准备用于要移动的操纵器的适当基准轨迹组。

本发明的方法优于操纵器的加速，因为加速的操纵器使得相关联的弦槌比在乐曲数据中限定的定时更早地到达琴弦。

控制器连接到基准轨迹产生器和多个致动器。当将基准轨迹组从基准轨迹产生器提供给控制器时，控制器将驱动信号调整为相对于给定基准轨迹组的适当幅度，并且将该驱动信号提供给相关联的致动器。利用该驱动信号，致动器强迫操纵器在基准轨迹组中的基准轨迹上行进，并且再现操纵器在原始演奏期间的运动。

如将从前面的描述理解的那样，基准轨迹产生器准备用于要快速移动的操纵器的基准轨迹组，并且为在灵敏性上较差的动作单元补偿时间延迟。

第一实施例

自动演奏器钢琴的结构

参照附图的图1，实施本发明的自动演奏器钢琴主要包括直立式钢琴1、自动演奏系统10和记录系统80。人类演奏者在直立式钢琴1上用手指弹奏一首乐曲，并且在直立式钢琴1中顺着该乐曲的节产生原声钢琴音调。自动演奏系统10和记录系统80被安装在直立式钢琴1中。通过记录系统80来记录直立式钢琴1上的原始演奏，并且自动演奏系统10在乐曲数据的基础上重演直立式钢琴上的演奏。

直立式钢琴1包括具有黑键1b和白键1c的键盘1a、动作单元2、弦槌3、琴弦4、制音器39和钢琴箱体90。在钢琴箱体90中确定了内部空间，动作单元2、弦槌3、制音器39和琴弦4占据该内部空间。中盘(key bed)90a形成钢琴箱体90的一部分，并且键盘1a被安装在中盘90a上。

黑键1b和白键1c以众所周知的模式放置，并且平行于纵向而延伸。将音名分别分配给黑键1b和白键1c。平衡键销P在键架中板(balance rail)1d上向黑键1b和白键1c提供支点。卡定柱(capstan button)30在黑键1b的后部和白键1c的后部直立，并且保持与动作单元2相接触。这样，黑键1b和白键1c分别与动作单元2相链接，以便在从静止位置向终点位置行进期间驱动动作单元2。当动作单元的重量被施加在黑键1b的后部和白键1c的后部上时，黑键1b和白键1c停留在各自的静止位置上。当人类演奏者按下黑键1b的前部和白键1c的前部时，所述前部下降，并且黑键1b和白键1c从静止位置行进到各自的终点位置。在此实例中，当黑键1b和白键1c被发现处于静止位置时，键行程为0。终点位置与静止位置隔开10毫米。

与弦槌3和制音器4相关联地提供动作单元2，并且被驱动的动作单元2驱动相关联的弦槌3和制音器39以进行旋转。

琴弦4在钢琴箱体90的内部被拉紧，并且弦槌3分别与琴弦4相对。根据键的位置，制音器39与琴弦4隔开和接触。当黑键1b和白键1c停留在静止位置上时，制音器39保持与琴弦4相接触，并且弦槌3与琴弦4隔开。当黑键1b和白键1c在前往终点位置的途中到达某些点时，制音器39离开琴弦4，并且与琴弦4隔开。结果，制音器39允许琴弦4振动。在向终点位置的键运动期间，动作单元2引起弦槌3的旋转。弦槌3在旋转的终点与相关联的琴弦4碰撞，并且在琴弦4上回弹。这样，弦槌3引起相关联的琴弦4的振动。通过琴弦4的振动，以与分配给相关联的黑键和白键1b/1c的音名相同的音名产生原声钢琴音调。

当人类演奏者释放黑键1b和白键1c时，黑键1b和白键1c开始返回静止位置。在键1b/1c前往静止位置的途中，制音器39与振动的琴弦4相接触，并且禁止琴弦4振动。结果，原声钢琴音调被衰减。

自动演奏系统10包括具有内置活塞传感器5a的电磁控制的键致动器5、键传感器6、乐曲信息处理器10a、运动控制器11和伺服控制器12。乐曲信息处理器10a、运动控制器11和伺服控制器12代表通过执行计算机程序的子例程而实现的功能。

在黑键和白键1b和1c后部下方的中盘90a中形成槽90b，并且槽90b沿横向延伸。电磁控制的键致动器5被排列在槽90b内，并且电磁控制的键致动器5中的每一个具有活塞5b和螺线管5c。螺线管5c并联连接到伺服控制器12，并且被驱动信号DR有选择地激励，以便产生相应的磁场。在磁场中提供活塞5b，使得将磁力施加在活塞5b上。该磁力使活塞5b沿向上的方向伸出，并且利用相关联的电磁控制的键致动器5的活塞来推动黑键和白键1b和1c的后部。结果，黑键和白键1b和1c在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下上下倾斜。

内置的活塞传感器5a分别监控活塞5b，并且将代表活塞速度的活塞速度信号ym提供给伺服控制器12。

键传感器6被提供在黑键和白键1b/1c前部的下方，并且分别监控黑键和白键1b/1c。在此实例中，使用光学位置变换器作为键传感器6。尽管在上述日本专利中公开的光学位置变换器可用于键传感器6，但是键传感器6具有与全键行程(即从静止位置到终点位置)一样宽或更宽的可检测范围。多个发光二极管、多个光检测二极管、光纤和传感器头共同形成键传感器6的阵列。每个传感器头与相邻的传感器头相对，并且在传感器头的间隙中移动彼此相邻的黑/白键1b/1c。光从发光二极管通过光纤而传播到所述传感器头中所选择的传感器头，并且从这些传感器头将光束辐射到相邻的传感器头。光束落在相邻的传感器头上，并且入射光从相邻的传感器头传播到光检测二极管。入射光被转换为光电流。由于黑键1b和白键1c打断该光束，因此入射光的量根据键位置而变化。通过光检测二极管将所述光电流转换为电势电平，使得键传感器6输出代表键位置的键位置信号yk。键传感器6将代表相关联的黑键和白键1b/1c的当前键位置的键位置信号yk提供给伺服控制器12。

利用乐曲数据来表示演奏，并且以乐曲数据代码的形式将乐曲数据提供给乐曲信息处理器10a。在此实例中，根据MIDI(乐器数字接口)协议来准备乐曲数据代码。分别将朝向终点位置的键运动和朝向静止位置的键运动称为键开(key-on)事件和键关(key-off)事件，并且术语“键事件(key event)”是指键开和键关事件二者。

将乐曲数据依序提供给乐曲信息处理器10a，并且乐曲信息处理器10a确定要移动的黑键和白键1b/1c的基准轨迹。一系列目标键位置的值形成该基准轨迹，并且目标键位置随着时间变化。上述基准点是在该基准轨迹上发现的。只要相关联的黑键或相关联的白键通过基准点，弦槌3就在旋转的终点以目标弦槌速度与琴弦4碰撞。

通过MIDI电缆或公共通信网络将表示演奏的乐曲数据代码从合适的信息存储介质或另一乐器提供给乐曲信息处理器10a。乐曲信息处理器10a首先将该乐曲数据正规化，并且将在MIDI协议中使用的单位转换为在自动演奏器钢琴中采用的单位制。在此实例中，以毫米-秒单位制来表示位置、速度和加速度。这样，通过乐曲信息处理器10a来从所述乐曲数据产生重放数据。

运动控制器11确定在重放时要按下和释放的黑键1b和白键1c的基准轨迹。如上文所述，基准轨迹表示按照时间的一系列键位置值。因此，基准轨迹指示黑键1b或白键1c开始在其上行进的时刻。

伺服控制器12确定驱动信号DR的平均电流量。在此实例中，在伺服控制器12中采用脉宽调制，使得平均电流量随着驱动信号的有效电平中的时间周期而变化。将基准轨迹数据从运动控制器11提供给伺服控制器12，并且伺服控制器12开始将驱动信号提供给与要在基准轨迹上移动的黑键1b或白键1c相关联的电磁控制的致动器5。当该黑键1b或白键1c在基准轨迹上行进时，内置的活塞传感器5a和键传感器6将活塞速度信号ym和键位置信号yk提供给伺服控制器12。实际活塞速度近似等于实际键速度。伺服控制器在一系列目标键位置值的基础上计算目标键速度值，并且将实际键位置和实际键速度与目标键位置和目标键速度进行比较，以便确定位置偏差值和速度偏差值。当发现位置偏差和速度偏差时，伺服控制器12增大或减小驱动信号的平均电流量，以便使所述位置偏差和速度偏差最小。这样，伺服控制器12与电磁控制的键致动器5、内置的活塞传感器5a和键传感器6一起形成了反馈控制环。伺服控制器12重复该伺服控制，并且强迫黑键1b和白键1c在基准轨迹上行进。

记录系统80包括键传感器6、弦槌传感器7和记录器13。记录器13是通过执行所述计算机程序的另一子例程实现的。

弦槌传感器7分别监控弦槌3，并且将代表弦槌位置数据的弦槌位置信号yh提供给记录器13。在此实例中，光学位置变换器被用作弦槌传感器7，并且与被用作键传感器6的光学位置变换器相同。

当人类演奏者记录他或她在直立式钢琴1上的演奏时，记录器13周期性地提取键位置数据和弦槌位置数据，并且在该键位置数据和弦槌位置数据的基础上分析键运动和弦槌运动。记录器13确定分配给被按下的键1b/1c和被释放的键1b/1c的键编号、黑键1b和白键1c开始向终点位置行进的时刻、前往终点位置途中的实际键速度、黑键1b和白键1c开始返回静止位置的时刻、前往静止位置途中的键速度、弦槌3与琴弦4碰撞的时刻、以及碰撞之前瞬间的最终弦槌速度。记录器13从这些乐曲数据产生MIDI乐曲数据代码。这些种类的数据被称为“演奏数据”。中央处理单元20将演奏数据正规化，以便从该演奏数据中消除自动演奏器钢琴的个体性。自动演奏器钢琴的个体性归因于传感器位置、传感器特性和组成部件尺寸上的差异。这样，自动演奏器钢琴的演奏数据被正规化为理想的自动演奏器钢琴的演奏数据，并且，从该理想的自动演奏器钢琴的演奏数据产生乐曲数据。

参照图2对动作单元2和弦槌3进行详细描述。尽管在图2仅示出一组动作单元2和弦槌3，但是其它组动作单元2和弦槌3与这组动作单元2和弦槌3相似，并且为简单起见而省略对其它组的描述。在图2中没有示出电磁控制的键致动器5、键传感器6和弦槌传感器7，使得在图2中清楚地看出动作单元2的构造。当相关联的白键1c停留在静止位置上时，动作单元2和弦槌3采取用实线画出的位置。当琴弦4通过不脱离白键1c而与弦槌3撞击时，白键1c、动作单元2和弦槌3采取用点划线画出的位置。术语“不脱离”和术语“通过不脱离进行的撞击”将在下文中详细描述。

动作单元2利用联动器轴架90c悬挂在总档(center rail)90d上，并且可以围绕联动器轴架90c旋转。总档90沿横向延伸，并且由动作托架(未示出)支撑。与其它动作单元2共享总档90，并且，将联动器轴架90c和其它动作单元2的联动器轴架相隔一段距离地栓接到总档90d上。

动作单元2包括联动器组件31、顶杆轴架31a、顶杆32、制音勺钉(damperspoon)37、以及托木(back check)43。联动器组件31沿纵向延伸，并且联动器组件31的后部利用销钉90e连接到联动器轴架90c的下端部。卡定柱30保持与联动器组件31的下端部相接触，使得白键1c利用卡定柱30来向上推动联动器组件31。

顶杆轴架31a被固定到联动器组件31的中部，并且从联动器组件31向上伸出。顶杆轴架31a利用销钉32a连接到顶杆32，并且弹簧32b连接在顶杆32和联动器组件31之间。利用弹簧32b、沿逆时针方向压迫顶杆32。

顶杆32分解为腿部32b和底部32c，并且底部32c具有趾部(toe)40。如图3所示，销钉32a穿过顶杆32的根部32d。在顶杆32的趾部40上方提供调节钮41，并且调节钮41由总档90d支撑。在静止位置上，调节钮41和趾部40之间的间隙是可以调节的。

制音勺钉37从联动器组件31的最后面部分向上伸出，并且被提供在由总档90d可旋转地支撑的制音器杠杆38a的后端部的前面。制音器头(damperhead)38b连接到制音器杠杆38的上端，并且在静止位置上保持与琴弦4相接触。当联动器组件31沿逆时针方向旋转时，制音勺钉37推动制音器杠杆38a，并且引起制音器杠杆38a沿顺时针方向的旋转。这导致制音器头38b与琴弦4隔开。

托木43从联动器组件31的前部向上伸出。在下文中，将结合弦槌3来描述托木43。

弦槌3包括转击器轴架3a、弦槌柄33、弦槌转击器34、弦槌头(hammerhead)36和制动木42。转击器轴架3a被栓接到总档90d上，并且弦槌转击器34利用销钉3b可旋转地连接到转击器轴架3a上。顶杆32的腿部32b与弦槌转击器34相接触。弦槌柄33从弦槌转击器34向上伸出，并且制动木42沿向前的方向从弦槌转击器34伸出。弦槌头36连接到弦槌柄33的上端部，并且与静止位置上的琴弦4相对。另一方面，制动木42与静止位置上的托木43相对，并且利用攀带42a连接到联动器组件31。

当白键1c停留在静止位置上时，弦槌柄33保持与背档35相接触。背档35沿横向延伸，并且由动作托架(未示出)支撑。

假设人类演奏者按下白键1c。白键1c的前部向终点位置下降。白键1c的后部升高，并且卡定柱30向上推动联动器组件31。因此，联动器组件31开始沿逆时针方向围绕销钉90e旋转。如此旋转的联动器组件引起弦槌3的旋转和制音器杠杆38a的旋转。

制音勺钉沿向后的方向推动制音器杠杆38a，使得制音器头38b与琴弦4隔开。这样，琴弦4准备好振动。

顶杆32保持在联动器组件31上的姿态，并且推动弦槌转击器34，如图3中虚线所示。弦槌3沿逆时针方向缓慢旋转，如图3中的箭头AR1所示，并且弦槌柄33离开背档35。托木43与联动器组件31一起沿逆时针方向旋转。

趾部40越来越靠近调节钮41。当趾部40与调节钮41相接触时，顶杆32到达位置32’，并且反作用力使顶杆32逆着弹簧32b的弹力而沿顺时针方向围绕销钉32a旋转。

腿部32b在弦槌转击器34的下表面上以高速从位置32’滑动到位置32”，如图3中的箭头AR2所示，并且使弦槌3沿逆时针方向旋转。这一现象被称为“脱离”。腿部32b通过该脱离而离开弦槌转击器34，并且在该脱离之后不强迫弦槌3旋转。当腿部32b在弦槌转击器34的下表面上滑动时，顶杆32和弦槌转击器34仍然处于脱离中。换言之，脱离没有完成。当腿部32b在滑动的终点离开弦槌转击器34的下表面时，脱离完成。

弦槌3通过所述脱离而开始向琴弦4的自由旋转。由于在脱离之前顶杆32已经使弦槌3加速，因此弦槌3继续向琴弦4旋转。弦槌头36在自由旋转的终点与琴弦4碰撞，如图2中的点划线所示，并且在琴弦4上回弹。制动木42与托木43相接触，并且静止在其上。白键1c在所述脱离之后到达终点位置。

当人类演奏者释放白键1c时，白键1c的后部下降，并且联动器组件31开始沿顺时针方向围绕销钉90e旋转。弦槌柄33到达制音器轨35，并且托木43离开制动木42。最后，动作单元2到达初始位置。

如上文所述，当顶杆32通过滑动而离开弦槌转击器34的下表面时，所述脱离完成。这意味着只要腿部32b仍然与弦槌转击器34的下表面相接触，顶杆32就仍然处于“不脱离”状态。即使顶杆32仍然处于不脱离状态，只要顶杆32使弦槌3充分加速，就有可能使弦槌3开始自由旋转。弦槌头36在自由旋转的终点类似地与琴弦4碰撞，并且引起琴弦4的振动。因此，本发明人发现：在没有完成脱离的情况下与弦槌2撞击时产生音调。在没有完成脱离情况下的撞击被称为“通过不脱离进行的撞击”。由于通过不脱离进行的撞击仅仅花费比在通过脱离进行的撞击时花费的时间短的时间，因此有可能使用通过不脱离进行的撞击来再现诸如重复的高速键运动。

转到附图的图4，控制单元91包括被简写为“CPU”的中央处理单元20、被简写为“ROM”的只读存储器21、被简写为“RAM”的随机存取存储器22、存储设备23、被简写为“I/O”的信号接口24、脉宽调制器26和共享总线系统20B。中央处理单元20、只读存储器21、随机存取存储器22、存储设备23、信号接口24和脉宽调制器26连接到共享总线系统20B，使得中央处理单元20能够通过共享总线系统20B来与只读存储器21、随机存取存储器22、存储设备23、信号接口24和脉宽调制器26通信。尽管电子音调生成器、显示板和操纵板被合并在控制单元91中，但是为简单起见，将它们与图形控制器和开关检测器一起从图4中略去。

将模拟-数字转换器57a和57b合并在信号接口24中，并且活塞传感器5a、键传感器6和弦槌传感器7连接到信号接口24的模拟-数字转换器57a和57b。将驱动信号DR从脉宽调制器25有选择地提供给电磁控制的键致动器5的螺线管5c。MIDI接口和用于个人计算机系统的适当数字接口被合并在接口24中。

中央处理单元20是数据处理能力的源，并且计算机程序在中央处理单元20上运行以执行给定任务。

形成所述计算机程序的指令代码被存储在只读存储器21中，并且被中央处理单元20依序提取。在下文中，将详细描述所述计算机程序。将半导体掩模ROM设备和半导体电可擦除和可编程ROM设备合并在只读存储器21中。还将适当的参数表存储在只读存储器21中，并且中央处理单元20查阅该参数表以进行自动演奏和记录。

随机存取存储器22向中央处理单元20提供工作区，并且作为示例，将乐曲数据、位置数据和速度数据暂时存储在该工作区中。将存储器位置分配给利用软件实现的内部时钟，并且利用该内部时钟来测量从开始重放起经过的时间。

存储设备23具有比随机存取存储器22的数据保存能力大得多的数据保存能力，并且作为示例，利用硬盘驱动器、诸如软盘驱动器(其术语“软盘”是注册商标)的柔性盘驱动器、用于CD-ROM(光盘只读存储器)的光盘驱动器、MO(磁光)盘、DVD(数字多用途盘)和zip盘来实现存储设备23。可以将一组乐曲代码从存储设备23传递到随机存取存储器22以用于自动演奏、以及反过来用于记录。通常，在存储设备23中准备多个乐曲数据文件。在此实例中，每组乐曲数据代码形成一个标准MIDI文件。

图5示出了标准MIDI文件之一。该标准MIDI文件分解为首标H和数据块C。将标识数据存储在首标H中，并且将乐曲数据存储在数据块C中。

所述标识数据之一表示用来产生乐曲数据的乐器种类。以二进制代码的形式存储该标识数据，并且二进制代码的位中的一个指示动作单元2的型号。在此实例中，位“0”指示合并在直立式钢琴中的动作单元，并且位“1”指示合并在大钢琴中的动作单元。

数据块C跟随在首标H之后。所述乐曲数据表示键事件以及从先前的键事件起经过的时间。将键事件，即键开事件和键关事件表示为“音符开事件”和“音符关事件”，并且将经过的时间称为“delta(增量)时间”。将所述音符开事件和音符关事件称为“音符事件”。利用状态字节和一个或多个数据字节来表示音符事件。状态字节表示音符开消息/音符关消息和信道消息。另一方面，数据字节表示音符号，即要产生的音调的音高和音调的速度。由于delta时间表示从前一音符事件起经过的时间，因此通过累加delta时间的值来表示从开始演奏起经过的时间。在以下描述中，将从前一音符事件起经过的时间，即由delta时间表示的经过的时间称为“相对时间周期”，并且将从开始演奏起经过的时间，即累加后的delta时间称为“绝对时间周期”。

计算机程序

该计算机程序分解为主例程和子例程。主例程使自动演奏系统10和记录系统80初始化，并且检查开关检测器(未示出)，以便查看用户是否向自动演奏系统10或记录系统80给出指令。

将所述子例程之一分配给自动演奏系统10，并且将另一子例程分配给记录系统80。将再一子例程分配用于确定安装在自动演奏器钢琴中的动作单元的型号，其中自动演奏系统10在所述自动演奏器钢琴上重演演奏。准备另一子例程以用于伺服控制。通过执行用于伺服控制的子例程来实现伺服控制器12。

图6示出了主例程、用于确定动作单元2的型号的子例程、以及用于自动演奏的子例程之间的关系。当主例程在中央处理单元20上运行时，用户指示自动演奏系统10重演由一组乐曲数据代码表示的演奏。中央处理单元20确认用户的指令，如通过步骤S1，并且主例程开始周期性地分支到用于确定动作单元2的型号的子例程S2。中央处理单元20通过将在下文中描述的执行来确定动作单元2的型号，并且前进到用于自动演奏的子例程。当自动演奏系统10完成对乐曲曲调的演奏时，中央处理单元20返回主例程。

图7图示了用于确定动作单元2的型号的子例程S2中的作业。当中央处理单元20进入子例程S2时，从标准MIDI文件中读出标识数据，如通过步骤S3。

随后，中央处理单元20检查预定的位，以查看什么型号的动作单元被安装在原声钢琴中，并且增大或减小指示动作单元2的型号的标志，如步骤S5。这样，中央处理单元20将直立式钢琴1的动作单元2的型号与诸如大钢琴的动作单元的动作单元的其它型号以及不具有任何动作单元的其它仪器(例如电子键盘、音序器和个人计算机系统)区分开。将直立式钢琴的动作单元2称为“直立键动作机构(upright key action)”，并且将其余的称为“非直立键动作机构(non-upright key action)”。在任何动作单元都不参与音调生成的情况下，将术语“非直立键动作机构”用于那些键盘乐器和非乐器。

当完成步骤S5处的作业时，中央处理单元20进入用于自动演奏的子例程S3。

在下文中，参考图8来描述用于自动演奏的子例程。尽管在自动演奏期间有选择地重复按压和释放黑键1b和白键1c，但是为简单起见，对关于某个白键1c的键事件进行描述。将所述数据块中的乐曲数据从存储设备23传递到随机存取存储器22。

当进入子例程S3时，伺服控制器12被激活，如通过步骤S6。如上文所述，通过执行所述子例程来实现伺服控制。主例程开始周期性地分支到用于伺服控制的子例程。

中央处理单元20针对自动演奏器钢琴的个体性来修改乐曲数据，并且将单位制从在MIDI协议中的规定的单位制修改为毫米-秒制。结果，将速度转换为以毫米每秒为单位的目标键速度。通过累加delta时间的值来将相对时间周期转换为绝对时间周期，并且在时间轴上绘出音符开事件和音符关事件。这样，准备了重放数据。随后，中央处理单元20开始依序读出形成数据块C的乐曲数据代码，如通过步骤S7。步骤S7处的作业对应于乐曲信息处理器10a的功能。

假设中央处理单元20发现表示某个白键1c的音符开的乐曲数据代码。

中央处理单元20在表示音符关事件的乐曲数据代码中搜索相同的键，并且确定朝向终点位置的基准键轨迹和朝向静止位置的基准键轨迹。朝向终点位置的基准键轨迹和朝向静止位置的基准键轨迹被称为“基准键轨迹对”，并且在下文中，将该基准键轨迹对以及在终点位置处的到达时刻和终点位置处的开始时刻之间的基准键轨迹称为“基准键轨迹组”。这些基准键轨迹，即基准键轨迹组被存储在随机存取存储器22的工作区中，如通过步骤S8。通过子例程来确定所述基准键轨迹对，并且在下文中参照图9来描述用于该基准键轨迹对的子例程。

随后，中央处理单元20周期性地检查内部时钟，以便查看改变目标键位置的时刻是否到来，如通过步骤S9。当时间正朝着改变目标键位置的绝对时刻流逝时，步骤S9处的答案给出为否定“否”，并且中央处理单元20重复步骤S9处的作业。当改变目标键位置的绝对时刻到来时，步骤S9处的答案改变为肯定“是”。在步骤S9处第一次改变为肯定答案时，中央处理单元20开始强迫某个白键1c在基准键轨迹上行进。

对于步骤S9处的肯定答案“是”，中央处理单元20将基准轨迹数据提供给伺服控制器，如通过步骤S10。中央处理单元20提取由键位置信号yk代表的位置数据和速度信号ym，并且分别在一系列实际键位置值和一系列活塞速度值的基础上计算实际键速度和实际活塞位置。中央处理单元20还计算基准键轨迹上的目标键速度。中央处理单元20将目标键位置和目标键速度与实际键位置/实际活塞位置和实际键速度/实际活塞速度相比较，以查看白键1c是否到达终点位置，如通过步骤S11。当白键1c正在向终点位置的基准键轨迹上行进时，步骤S11处的答案给出为否定“否”，并且中央处理单元20返回步骤S9。这样，中央处理单元20重复由步骤S9、S10和S11组成的循环，并且强迫白键1c在基准键轨迹上行进。在朝向终点位置的基准键轨迹上，所述某个白键1c使顶杆32脱离弦槌转击器34。弦槌3开始向琴弦4旋转，并且与琴弦4碰撞。这样，弦槌3引起琴弦4的振动，使得通过琴弦4的振动产生原声钢琴音调。

当返回终点位置的绝对时刻到来时，步骤S9处的答案改变为肯定“是”，并且在步骤S10，中央处理单元20开始将表示朝向静止位置的键轨迹的基准轨迹数据提供给伺服控制器12。伺服控制器12强迫所述某个白键1c在朝向静止位置的基准键轨迹上行进。当所述某个白键1c经过使制音器3与琴弦4相接触的点时，原声钢琴音调被迅速衰减。这样，在伺服控制器12的控制下发生音符关事件。

当所述某个白键1c到达基准键轨迹的终点时，步骤S11处的答案改变为肯定“是”，中央处理单元进行到步骤S12，并且检查随机存取存储器22，以便查看是否已经处理了所有乐曲数据，如步骤S12。

如果还有乐曲数据未被处理，则步骤S12处的答案给出为否定“否”，并且中央处理单元20返回步骤S7。这样，中央处理单元20重复由步骤S7至S12组成的循环，并且依序驱动电磁控制的键致动器5，以便顺着乐曲曲调产生音调。

当中央处理单元20确认没有任何乐曲数据未被处理时，步骤S12处的答案改变为肯定“是”，并且进行到步骤S13。在步骤S13，中央处理单元20使伺服控制器停止，并且随后返回主例程。

图9图示了用于确定基准键轨迹的子例程S8的作业序列。在此实例中，黑键1b和白键1c在基准键轨迹上进行匀速运动，使得直线表示基准键轨迹。在此实例中，基准键轨迹被归类为三组。

在将控制黑键1b和白键1c从静止位置向终点位置行进以及反过来时，基准键轨迹被归类为第一组，并且被称为“标准基准键轨迹”，其形成“标准基准键轨迹组”的一部分。

在将控制黑键1b和白键1c在静止位置和终点位置之前改变运动方向，例如在半行程键中的运动的情况下，根据动作单元的型号，基准键轨迹被归类为第二组和第三组。如果使用直立式动作单元，则基准键轨迹被归类为第二组，并且被称为“相交基准键轨迹”，其形成“相交基准键轨迹组”。另一方面，如果使用非直立式动作单元，则基准键轨迹被归类为第三组，并且被称为“用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹”，其形成“用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组”。

假设中央处理单元20进入子例程S8。中央处理单元20从随机存取存储器22读出表示音符开事件的重放数据，如通过步骤S14，并且确定最终弦槌速度VH以及弦槌3与琴弦4碰撞的撞击时刻TH。

中央处理单元20还确定黑键1b或白键1c经过基准点的基准键速度Vr和基准时刻Tr，如步骤S15。所述基准点是通过实验确定的，并且被发现处于静止位置下方的9.0毫米和9.5毫米之间。如在上文中结合相关技术所述，基准键速度Vr与最终弦槌速度VH成比例，并且最终弦槌速度VH与通过琴弦4的振动产生的音调的响度成比例。

由于假设黑键1b和白键1c进行匀速运动，因此基准键速度Vr被表示为

Vr＝α×VH+β    ...等式1

其中，α和β是通过实验确定的系数。ΔT表示基准时刻Tr和撞击时刻TH之间的时间延迟。在实验中，利用双曲线来良好地近似时间延迟ΔT和撞击时刻TH之间的关系。由于这一原因，将时间延迟ΔT表示为：

ΔT＝-(γ/VH)+δ  ...等式2

其中，γ和δ是通过实验确定的系数。当通过使用等式2确定时间延迟ΔT时，基准时刻Tr比撞击时刻TH早了时间延迟ΔT。

由于黑键1b或白键1c以匀速运动从静止位置XR向基准点X行进，因此该键耗费从静止位置到基准点X的时间周期(X/Vr)，并且黑键1b或白键1c开始向终点位置行进的绝对时刻TR被表示为(Tr-X/Vr)。由上述关系，(Vr×(t-TR)+XR)表示朝向终点位置的基准键轨迹。

当完成步骤S15处的作业时，中央处理单元从随机存取存储器22读出表示关于相同键的音符关事件的重放数据，如通过步骤S16，并且在该重放数据的基础上确定小于0的释放键速度VKN、以及黑键1b或白键1c开始向静止位置行进的键释放时刻TH。

中央处理单元20确定在朝向静止位置的基准键轨迹上的基准键速度VrN、以及制音器39与琴弦4相接触的衰减时刻TrN。制音器39与振动的琴弦4相接触所在的键位置被称为朝向静止位置的基准键轨迹上的基准点XN，并且基准键速度VrN是在基准点XN处的释放键速度。基准键速度VrN小于0。黑键1b或白键1c在衰减时刻TrN到达基准点XN。在此实例中，具有处于10毫米的键行程处的终点位置XE。被释放的键1b或1c花费了从终点位置XE和基准点XN的相对时间TrN’，并且基准点XN被表示为：

XN＝VrN×TrN’+XE    ...等式3

由于被释放的键1b或1c以匀速运动移动，因此初始键速度等于基准键速度VrN，所述基准键速度VrN等于释放键速度VKN。

通过使用等式3来确定相对时间TrN’。由于从终点位置XE移动到基准点XN的被释放的键1b或1c花费了相对时间TrN’，因此被释放的键1b或1c开始终点位置XE的释放时刻TEN比衰减时刻TrN早相对时间TrN’。由于已经确定了衰减时刻TrN和相对时间TrN’，因此中央处理单元20能够确定释放时刻TEN。因而，朝向静止位置的基准键轨迹被表示为(VrN×(t-TEN)+XE)。

将基准键速度对表示为(Vr×(t-TR)+XR)和(VrN×(t-TEN)+XE)。然后，中央处理单元检查该基准键速度对，以查看朝向终点位置的基准键轨迹是否与朝向静止位置的基准键轨迹相交，如步骤S18。

当没有发现任何交点时，重放数据指示在静止位置和终点位置之间的全行程，并且中央处理单元20确定基准键轨迹(Vr×(t-TR)+XR)和(VrN×(t-TEN)+XE)与在时刻TE和TEN之间的基准键轨迹一起形成标准基准键轨迹组，如步骤S19。

如果中央处理单元20在基准键轨迹(Vr×(t-TR)+XR)和(VrN×(t-TEN)+XE)之间发现交点时，重放数据表示诸如在重复时的半行程之类的半行程，并且步骤S18处的答案给出为肯定。

对于步骤S18处的肯定答案“是”，中央处理单元20前进到步骤S20，并且检查所述标志，以便查看动作单元2是被归类为直立式动作单元还是非直立式动作单元，如步骤S20。

如果所述标志等于位“0”，则动作单元2被归类为直立式动作单元，并且步骤S20处的答案给出为否定“否”。对于该否定答案“否”，中央处理单元20确定在自动演奏器钢琴中能够再现半行程，并且如下获得相交基准键轨迹组。

被按下的键1b或1c在时刻TR从静止位置XR开始，并且在时刻TE到达终点位置XE。另一方面，被释放的键在时刻TEN从终点位置XE开始，并且在时刻TRN到达静止位置。这两个轨迹在时刻Tc彼此相交，并且时刻Tc被表示为

Tc＝(Vr×TE-VrN×TEN)/(Vr-VrN)    ...等式4

从时刻TR到时刻Tc的基准键轨迹(Vr×(t-TR)+XR)以及从时刻Tc到时刻TRN的基准键轨迹(VrN×(t-TEN)+XE)形成相交基准键轨迹组。

如果所述标志被增大为或等于位“1”，则有可能不再现半行程，并且步骤S20处的答案给出为肯定“是”。对于该肯定答案“是”，中央处理单元20通过执行子例程S22来确定用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组。

图10图示了子例程S22的作业序列，并且图11示出了相交基准键轨迹组45a和用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组45b。参照图10和11来描述通过不脱离进行的撞击。黑/白键1b/1c以Vr和VrN的键速度在相交基准键轨迹组45a上行进，并且这两个基准键轨迹在时刻Tc彼此相交。利用“Xc”来标注交点。在相交基准键轨迹组的这两个基准键轨迹的基础上计算时刻Tc和交点Xc。

当中央处理单元20确定黑/白键1b/1c必须在基准键轨迹组45b上行进时，利用基准键轨迹组45b来代替相交基准键轨迹组45a。黑/白键1b/1c以Vrd的键速度向交点Xd行进，并且以VrdN的键速度向静止位置TRN行进。与交点Xc相比，交点Xd离终点位置XE更远。然而，黑/白键1b/1c在相同的时刻Tc到达交点Xd。这导致相关联的电磁控制的键致动器5使黑/白键1b/1c缓慢地在静止位置XR和交点Xd之间行进，以便减小从Xc到Xd的键行程。这样，用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组的特征在于比相交基准键轨迹组中的键行程短的键行程。

“XD”代表用于通过不脱离进行的撞击的最佳键行程。本发明人通过实验来确定实现此实施例的自动演奏器钢琴的最佳键行程。如上文所述，终点位置XE与静止位置XR隔开10毫米。最佳键行程XD为距静止位置XR7毫米的量级，并且应当在最佳键行程XD加减1毫米、即(7±1)毫米内控制黑键1b和白键1c。最佳键行程XD加减1毫米被称为“允许范围”。

中央处理单元20在上述条件下如下控制白键1c。首先，中央处理单元20确定交点Xc，如步骤S24。交点Xc由等式5给出。

Xc＝XR+Vr×(Tc-Tr)    ...等式5

其中XR为0。

随后，中央处理单元20将交点Xc与最佳键行程XD相比较，以查看计算结果是否落在允许范围、即(7±1)毫米内，如步骤S25。

如果交点Xc比允许范围更靠近静止位置XR、即Xc＜XD-1.0，则中央处理单元20确定交点Xd应处于允许范围内的最浅键行程、即XD-1.0处，如步骤S26。

如果交点Xc比允许范围更远离静止位置XR、即Xc＞XD+1.0，则中央处理单元20确定交点Xd将处于允许范围内的最深键行程、即XD+1.0处，如步骤S27。

在步骤S26或S27处的作业之后，中央处理单元20在从交点Xc向交点Xd的改变的基础上计算基准键速度Vrd和VrdN，如步骤S28。基准键速度Vrd被给出为(Vr×(Xd/Xc))，并且其它基准键速度VrdN被给出为(VrN×(Xd/Xc))。已经如通过步骤S15和S17确定了基准键速度Vr和VrN。

另一方面，当交点Xc落在允许范围内时，中央处理单元20使用用于通过不脱离进行的撞击的相交基准键轨迹组45a而不做任何改变，如步骤S29。中央处理单元20返回图9所示的子例程。

当中央处理单元20返回到图9所示的子例程时，中央处理单元20将在步骤S19、S21和S22之一确定的表示基准键轨迹组的基准轨迹数据存储在随机存取存储器22中，如步骤S23。

图12示出了伺服控制序列。假设以1毫秒的时间间隔来将基准轨迹数据传递到伺服控制器12。虚线中的块代表伺服控制器12的功能。按照下面所述强迫黑/白键1b/1c在基准键轨迹组上行进。

假设表示目标键位置的当前值rx的基准轨迹数据到达目标值计算器50。目标值计算器50在目标键位置的一系列先前值的基础上确定目标键速度的当前值rv。在此实例中，假设黑键和白键1b和1c在目标键轨迹上进行匀速运动，使得目标键速度恒定。当黑/白键1b/1c在朝向终点位置的基准键轨迹上前进时，目标键速度rv等于基准键速度Vr或Vrd。另一方面，目标键速度rv等于朝向静止位置的基准键轨迹上的基准键速度VrN或VrdN。

另一方面，模拟-数字转换器57a和57b周期性地对键位置信号yk和活塞速度信号ym进行采样，并且以等于基准轨迹数据的时间间隔的时间间隔，将关于键位置信号yk的离散值yxka和关于活塞位置信号ym的离散值yvma分别转换为数字键位置信号yxkd和活塞速度信号yvmd。

将数字键位置信号yxkd和数字活塞速度信号yvmd分别正规化为数字正规化键位置信号yxk和数字正规化活塞速度信号yvm，如块58b和58a。从数字键位置信号yxkd和数字活塞速度信号yvmd消除自动演奏器钢琴的个体性，并且以毫米-秒单位制来表示键位置和活塞速度。

在一系列当前活塞速度yvm值的基础上、通过积分来计算当前活塞位置yxm，如块60，并且在一系列当前键速度yxk值的基础上、通过微分或多项式逼近来计算当前键速度yvk，如块59。

将当前活塞速度yvm的值加到当前键速度yvk的值上，如块61，并且将当前活塞位置yxm的值加到当前键位置yxk的值上，如块62。分别将速度的和数yv以及当前位置的和数yx与目标速度rv的值和目标位置rx的值进行比较，并且确定速度差ev和位置差ex，如块51和52。分别将速度差ev的值和位置差ex的值乘以增益Kv和Kx，分别如块53和54。

将乘积uv加到乘积ux上，如块55，并且将和数u提供给脉宽调制器26。脉宽调制器26将驱动信号DR调整为和数u。结果，驱动信号DR具有平均电流值ui。将驱动信号DR提供给电磁控制的键致动器5。

以1毫秒的时间间隔重复上述伺服控制序列，使得强迫黑/白键1b/1c在基准键轨迹组上行进。在中央处理单元20在步骤S28确定用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组的情况下，伺服控制器12从随机存取存储器22连续读出表示基准键轨迹组的基准轨迹数据，并且控制电磁控制的键致动器5，以便在没有任何脱离的情况下引起弦槌3的自由旋转。

更详细地讲，被按下的键1b/1c使联动器组件31和顶杆32沿图2中的逆时针方向围绕销钉90e旋转，并且使被按下的键1b/1c停止在交点Xd上。当联动器组件31和顶杆32围绕销钉90e旋转时，顶杆32推动弦槌3，并且引起弦槌3的旋转。当黑/白键1b/1c停止运动时，弦槌3与顶杆32分开，并且开始向琴弦4旋转。尽管未经脱离的弦槌3比通过脱离而旋转的弦槌3慢，但是用于不脱离的键行程比用于脱离的键行程短。结果，弦槌3在目标时刻Tc与琴弦4碰撞。

如上文所述，动作单元2的灵敏性比合并在大钢琴中的动作单元的灵敏性差。换言之，尽管伺服控制器12由于动作单元2的差灵敏性而不能使黑键1b和白键1c以高速行进，但是短键行程Xd使得有可能以与大钢琴上的原始演奏的时间间隔一样短的时间间隔来重复音调。

第二实施例

除了用于确定基准键轨迹组的子例程S8’的作业序列以外，实现第二实施例的自动演奏器钢琴与已经描述的自动演奏器钢琴相似。子例程S8’形成用于实现第二实施例的自动演奏器钢琴的计算机程序的一部分。主例程和其它子例程与安装在实现第一实施例的自动演奏器钢琴中的计算机程序的主例程和其它子例程相同。由于这一原因，仅对子例程S8’进行描述。

尽管将标准基准键轨迹组、相交基准键轨迹组和用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组有选择地分配给由乐曲数据表示的键运动，但是通过执行自子例程S8’，将标准基准键轨迹组或用于通过不脱离进行的撞击的键轨迹组有选择地分配给每个键运动。由于这一原因，在子例程S8’中不包括步骤S20和S21。

通过实现第二实施例的自动演奏器钢琴获得了第一实施例的优点。

此外，用于第二实施例的计算机程序比用于第一实施例的计算机程序简单。

尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将清楚的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。

可以利用有线逻辑电路来实现乐曲信息处理器10a、运动控制器11、伺服控制器12和记录器13。

可以利用产生键速度信号或键加速度信号的键传感器以及产生活塞位置信号或活塞加速度信号的活塞传感器来代替键传感器6和活塞传感器5a。这是因为以下事实：可以通过积分和/或微分来将位置、速度和加速度互相转换。可以将光学变换器、霍尔元件和永磁体的组合以及惠斯通桥电路和重块的组合用于活塞、键和弦槌传感器。

可以将计算机程序存储在存储设备中，并且从存储设备23传递到随机存取存储器22。可以通过公共通信网络从程序源下载所述计算机程序。

用于通过不脱离进行的撞击的最佳键行程XD取决于在自动演奏器钢琴中采用的动作单元的结构。动作单元的尺寸还对最佳键行程XD有影响。因此，7毫米是最佳键行程的示例。

在第一和第二实施例中，在相交基准键轨迹组的基础上产生用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组。这一特征不对本发明的技术范围设置任何限制。在交点XD充当终点位置的假设下，可以与相交基准键轨迹组相似地计算用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组。

可以在黑键1b和白键1c进行匀加速运动的假设下确定基准键轨迹。另外，可以在匀加速运动跟随在匀速运动之后或者不同种类运动的其它组合的假设下确定基准键轨迹。

可以基于诸如例如位置、速度、加速度以及黑键和白键下表面上的压力的不同种类的物理量的差来进行伺服控制。

本发明所属的键盘乐器可以是键机构上与在其上进行原始演奏的打击乐器不同的自动打击乐器。该打击乐器可以是钢片琴。若干种类的电子键盘乐器具有动作单元，并且本发明属于这些种类的电子键盘乐器。因此，钢琴不对本发明的技术范围设置任何限制。

自动演奏系统可以以键速度Vr和VrN沿着用于通过不脱离进行的撞击的基准键轨迹组来移动黑键和白键1b和1c。由于交点Xd比交点Xc更远离终点位置，因此开始静止位置的时刻从时刻TR延迟到时刻TR2，如图11所示。可以通过适当的阻挡器和用于联动器组件的阻挡器来物理地限制键行程。

可以通过自动演奏系统10来直接检查动作单元的灵敏性。例如，控制单元91重复地激励电磁控制的键致动器5，并且基于动作单元2的行为来评估动作单元2的灵敏性。弦槌传感器7可以参与该评估。因此，标识数据不是必不可少的。

电磁控制的键致动器不对本发明的技术范围设置任何限制。可以将液压致动器或气动致动器或电动机用于自动演奏系统。

伺服控制不是必不可少的。另一控制器可以在不具有任何反馈控制环的情况下，根据基准键轨迹组来简单地改变驱动信号的平均电流。

所述组成部件和作业与权利要求语言相关如下。直立式钢琴1对应于“乐器”。黑键1b和白键1c充当“多个操纵器”。从静止位置到终点位置的键运动对应于“全行程运动”，并且用于半行程的键运动和重复时的键运动是“其它运动”的示例。琴弦4作为整体构成“音调生成器”。乐曲信息处理器10a和运动控制器11充当“基准轨迹产生器”，并且控制单元91和作业S4、S5、S6至S13实现基准轨迹产生器。伺服控制器12对应于“控制器”，并且用于伺服控制器12的任务是通过图12所示的伺服控制环完成的。

首标H对应于“背景数据部分”，并且数据块C对应于“乐曲数据部分”。

朝向终点位置的基准键轨迹对应于“前向基准轨迹”，并且朝向静止位置的基准键轨迹对应于“反向基准轨迹”。

Claims (20)

1.一种用于在乐曲数据的基础上演奏乐曲的自动演奏器乐器，包括：

乐器(1)，包含

多个操纵器(1b，1c)，被独立地移动，用于指定要通过全行程运动和其它运动而有选择地产生的音调的音高，

多个动作单元(2)，分别由所述多个操纵器(1b，1c)驱动，并且分别被提供有顶杆(32)，

多个弦槌(3)，分别与所述顶杆(32)相关联，并且通过所述顶杆(32)的脱离而被驱动以进行旋转，和

音调生成器(4)，响应于所述多个弦槌(3)的所述旋转，以通过所述多个操纵器(1b，1c)指定的所述音高来产生所述音调；以及

自动演奏系统(10)，包含

多个致动器(5)，分别与所述多个操纵器(1b，1c)相关联地被提供，并且响应驱动信号(DR)，以便有选择地移动所述多个操纵器(1b，1c)，

基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)，检查所述乐曲数据，以查看是否要为所述多个操纵器(1b，1c)请求所述全行程运动或所述其它运动，并且根据要请求的运动来确定用于所述多个操纵器(1b，1c)的基准键轨迹组，和

控制器(12)，连接到所述多个致动器(5)和所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)，并且调整所述驱动信号(DR)的幅度，以便使所述多个操纵器(1b，1c)在所述基准轨迹组上行进，

其特征在于

用于所述多个操纵器(1b，1c)中的一个的所述基准键轨迹组中的一个(45b)使所述多个弦槌(3)中的相关联的一个在没有所述脱离的情况下开始所述旋转，以便产生所述其它运动之一。

2.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)准备用于要在比所述全行程运动中的全行程短的行程上行进的所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个的所述基准键轨迹组中的所述一个(45b)。

3.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中，当所述乐器数据中的一个表示重复产生的音调时，所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个反复地在比所述全行程短的所述行程上行进。

4.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)检查所述多个动作单元(2)，以便查看所述多个动作单元(2)的灵敏性是否比在准备所述乐曲数据时使用的另一乐器的动作单元的灵敏性差，并且在答案给出为肯定以及所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个将在比所述全行程短的所述行程上行进的条件下，准备所述基准轨迹组中的所述一个(45b)。

5.如权利要求4所述的自动演奏器乐器，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)在所述乐曲数据中的一个的基础上确定所述动作单元的所述灵敏性。

6.如权利要求5所述的自动演奏器乐器，其中，所述乐曲数据中的所述一个被存储在乐曲数据文件的背景数据部分(H)中，并且表示所述乐曲的其它乐曲数据被存储在所述乐曲数据文件的乐曲数据部分(C)中。

7.如权利要求6所述的自动演奏器乐器，其中，根据MIDI协议准备所述乐曲数据文件。

8.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中，为期望在所述全行程上行进的所述多个操纵器(1b，1c)中的另一个准备所述基准轨迹组中的另一个，并且所述基准轨迹组中的所述另一个具有从所述多个操纵器(1b，1c)中的所述另一个的静止位置(XR)到所述多个操纵器(1b，1c)中的所述另一个的终点位置(XE)的前向基准轨迹、从所述终点位置(XE)到所述静止位置(XR)的反向基准轨迹、以及在所述终点位置(XE)处的静态基准轨迹。

9.如权利要求8所述的自动演奏器乐器，其中，所述基准轨迹组中的所述一个(45b)具有在所述静止位置(XR)和所述终点位置(XE)之间的交点(Xd)处与所述反向基准轨迹相交的所述前向基准轨迹。

10.如权利要求9所述的自动演奏器乐器，其中，所述基准轨迹组中的再一个(45a)具有在所述交点(Xd)和所述静止和终点位置(XR，XE)之一之间的另一交点(Xc)处与所述反向基准轨迹相交的所述前向基准轨迹，并且，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)在所述动作单元(2)的灵敏性比用来准备所述乐曲数据的另一乐器的动作单元差的条件下、准备用于所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个的所述基准轨迹组中的所述一个(45b)，并且在所述乐器(1)的所述动作单元(2)的灵敏性接近所述另一乐器的所述动作单元的条件下，准备用于所述多个操纵器(1b，1c)中的再一个的所述基准轨迹组中的所述再一个(45a)。

11.一种自动演奏系统(10)，用于在乐曲数据的基础上通过乐器(1)产生音调，所述乐器(1)具有多个操纵器(1b，1c)、分别连接到所述多个操纵器(1b，1c)并且分别被提供有顶杆(32)的多个动作单元(2)、通过所述顶杆(32)的脱离而被驱动以进行旋转的多个弦槌(3)、以及响应于所述弦槌(3)的所述旋转而产生所述音调的音调生成器(4)，所述自动演奏系统(10)包括：

多个致动器(5)，分别与所述多个操纵器(1b，1c)相关联地被提供，并且响应驱动信号(DR)，以便有选择地移动所述多个操纵器(1b，1c)；

基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)，检查所述乐曲数据，以查看是否要为所述多个操纵器(1b，1c)请求全行程运动或其它运动，并且根据要请求的运动来确定用于所述多个操纵器的基准键轨迹组；和

控制器(12)，连接到所述多个致动器(5)和所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)，并且调整所述驱动信号(DR)的幅度，以便使所述多个操纵器(1b，1c)在所述基准轨迹组上行进，

其特征在于

用于所述操纵器(1b，1c)中的一个的所述基准键轨迹组中的一个(45b)使所述多个弦槌(3)中的相关联的一个在没有所述脱离的情况下开始所述旋转，以便产生所述其它运动之一。

12.如权利要求11所述的自动演奏系统，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)准备用于要在比所述全行程运动中的全行程短的行程上行进的所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个的所述基准键轨迹组的所述一个(45b)。

13.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，当所述乐曲数据中的一个表示重复产生的音调时，所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个反复地在比所述全行程短的所述行程上行进。

14.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)检查所述多个动作单元(2)，以便查看所述多个动作单元(2)的灵敏性是否比在准备所述乐曲数据时使用的另一乐器的动作单元的灵敏性差，并且在答案给出为肯定以及所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个要在比所述全行程短的所述行程上行进的条件下，准备所述基准轨迹组中的所述一个(45b)。

15.如权利要求14所述的自动演奏系统，其中，所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)在所述乐曲数据中的一个的基础上确定所述动作单元(2)的所述灵敏性。

16.如权利要求15所述的自动演奏系统，其中，所述乐曲数据中的所述一个被存储在乐曲数据文件的背景数据部分(H)中，并且表示所述乐曲的其它乐曲数据被存储在所述乐曲数据文件的乐曲数据部分(C)中。

17.如权利要求16所述的自动演奏系统，其中，根据MIDI协议来准备所述乐曲数据文件。

18.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，为期望在所述全行程上行进的所述多个操纵器(1b，1c)中的另一个准备所述基准轨迹组中的另一个，并且所述基准轨迹组中的所述另一个具有从所述多个操纵器(1b，1c)中的所述另一个的静止位置(XR)到所述多个操纵器(1b，1c)中的所述另一个的终点位置(XE)的前向基准轨迹、从所述终点位置(XE)到所述静止位置(XR)的反向基准轨迹、以及在所述终点位置(XE)处的静态基准轨迹。

19.如权利要求18所述的自动演奏系统，其中，所述基准轨迹组中的所述一个(45b)具有在所述静止位置(XR)和所述终点位置(XE)之间的交点(Xd)处与所述反向基准轨迹相交的所述前向基准轨迹。

20.如权利要求19所述的自动演奏系统，其中，所述基准轨迹组中的再一个(45a)具有在所述交点1(Xd)和所述静止和终点位置(XR，XE)之一之间的另一交点(Xc)处与所述反向基准轨迹相交的所述前向基准轨迹，并且所述基准轨迹产生器(10a，11；91，S4，S5，S6-S13)在所述动作单元(2)的灵敏性比用来准备所述乐曲数据的另一乐器的动作单元差的条件下，准备用于所述多个操纵器(1b，1c)中的所述一个的所述基准轨迹组中的所述一个(45b)，并且在所述乐器(1)的所述动作单元(2)的灵敏性接近所述另一乐器的所述动作单元的条件下，准备用于所述多个操纵器(1b，1c)中的再一个的所述基准轨迹组中的所述再一个(45a)。

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