CN101551995B - 电子键盘乐器 - Google Patents

Abstract

一种电子钢琴，包括设置在其前侧区域上的扬声器和设置在该钢琴的后部位置的另一扬声器。设置在音调产生器部分中的波形存储器内预存有四声道波形数据组，每组相应于一乐音。该四声道波形数据是从自然乐器经由安装在相应于上述扬声器的取样位置上的四个麦克风记录的数据。麦克风以接近-麦克风设置方式安装，其中麦克风靠近该自然乐器的发声构件设置。响应于键的按压，相应于由键按压指定的音高，该四声道波形数据组中的任何一组从该波形存储器中读出，因此该四声道波形数据被并行地提供到各个扬声器。

Description

电子键盘乐器

技术领域

本发明涉及一种电子键盘乐器，它能获得与自然乐器基本相同的声学效果。

背景技术

在常规的用于电子乐器的音调生成方法中，记录由自然乐器产生的乐音的波形，以由PCM编码方案等进行编码的数字波形的数据形式，将所记录的乐音的波形存储到波形存储器之中，然后，当要通过电子乐器产生乐音时，从该波形存储器中读出该波形数据。

另外，在常规的钢琴类电子键盘乐器中，钢琴类电子键盘乐器(以下称为电子钢琴)是这样的一种装置，其具有作为音源(tone source)的波形存储器，所述波形存储器在三个声道中以这样的方式记录(即，取样)声学(即，自然)大钢琴的乐音，即：对于相应于单个键按压操作的每个乐音(或音符)，在该波形存储器中存储一组三声道波形数据。更具体地，为了记录一组三个声道的波形数据，利用一对单方向性的或无指向性的立体声麦克风，在相应于这两个麦克风的两个声道上，立体地记录由大钢琴产生的乐音，并且在一个声道中，利用非立体声的无指向性麦克风，记录与该钢琴音同时产生并包含共鸣音(resonance)等的间接音。

在日本特开第2003-316358号公报所公开的电子钢琴中，其设计为经由立体声双声道扬声器再现立体地记录的双声道波形数据，并经由非立体声的单声道扬声器再现单声道的间接声音波形数据，扬声器的特定安装位置仅由主要考虑的演奏音的立体声效果来确定。另外，当记录立体声的双声道波形数据时，一对立体声麦克风以“远离-麦克风(off-microphone)”的设置方式安装，其中那些麦克风的位置远离该大钢琴的发声源(弦和共鸣板)，因此能以很好的平衡来拾取该立体声波形。另外，一个非立体声的无指向性麦克风也以远离-麦克风的设置方式安装，以便拾取间接音。

通常，在家用电子钢琴的情况下，电子钢琴的人类演奏者就是演奏音的最初听众。因此，对于电子钢琴的钢琴音色(例如大钢琴音色)来说，所期望的是：特别是在人类演奏者的位置(即，被人类演奏者)听到的演奏音是声学大钢琴的声学特性的真实再现。然而，现有技术的电子钢琴的钢琴音色(大钢琴音色)不能充分地再现声学大钢琴的声学特性；特别地，现有技术不能获得与声学大钢琴基本上相同的声学效果，即，它不能获得在人类演奏者位置听到的演奏音的足够真实感和深度感。

发明内容

综观上面所述，本发明的目的是提供一种改进的电子键盘乐器，其能获得与声学(自然)大钢琴基本上相同的声学特性，并且特别地能充分再现在演奏该电子键盘乐器的人类演奏者的位置听到的大钢琴的演奏音的真实感和深度感。

为了达到上述目的，本发明提供一种改进的电子键盘乐器，其包括：键盘，包括多个键；壳体，所述壳体的前侧上设置有所述键盘，所述壳体具有沿从该前侧朝向所述壳体的后侧的方向延伸的表面；多个扬声器，设置在所述壳体的、沿从该前侧朝向该后侧的方向延伸的所述表面上，所述多个扬声器包括大致平行于所述键盘的键设置方向设置的三个或更多个扬声器，并且至少一个扬声器设置在所述三个或更多个扬声器的后方；波形存储器，其中储存有多组波形数据，每组波形数据包括多个声道的波形数据，所述多个声道的波形数据是通过使用多个拾音装置记录由自然乐器产生的声音来制备的，所述多个拾音装置靠近该自然乐器的、产生声音的发声构件设置，并且与所述表面上的多个扬声器的布置类似地设置；乐音信号产生装置，从所述波形存储器读出与由所述键盘上的键按压而指定的乐音相对应的所述多个声道的波形数据，并基于读出的波形数据产生所述多个声道的乐音信号；以及供给装置，将由所述乐音信号产生装置产生的所述多个声道的乐音信号提供到与用于记录所述多个声道的波形数据的所述多个拾音装置的位置布置相对应的各自的扬声器。

在一个实施例中，多个声道的波形数据是由相对靠近自然乐器的发声构件设置的拾取装置而记录的数据。优选地，该自然乐器是大钢琴。

本发明采用的多个拾音装置中，与在壳体前侧区域设置的基本上与键盘的键设置方向平行的三个或更多扬声器相对应的三个或更多拾音装置设置在演奏该键盘的人类演奏者的前面的前侧区域上，并靠近该自然乐器的发声构件(例如弦和共鸣板)。因此，本发明能将在人类演奏者位置听到的声音成份中占据最大部分的声音成份以及由锤击打该自然乐器的相应弦而产生的声音(或乐音)的波形数据存储到波形存储器之中。因此，与在人类演奏者位置听到的声音成份中占据最大部分的声音成份、以及由锤击打相应弦而产生的声音相对应的乐音信号主要由基本上平行于该键盘的键设置方向设置在该壳体的前侧区域上的三个或更多扬声器来发声(即，可听地再现)。另外，与安装在三个或更多个扬声器后方的至少一个扬声器对应的拾音装置设置在远离该自然乐器的人类演奏者的后部位置处，且靠近该自然乐器的发声构件(弦和共鸣板)，因此，从远离该大钢琴的人类演奏者的后部位置产生的声音的波形数据能被存储到波形存储器之中。因此，与从远离该大钢琴的人类演奏者的后部位置产生的声音相对应的乐音信号通过安装在该后部位置的至少一个扬声器而发声。利用靠近该自然乐器的发声构件而安装的多个拾音装置，本发明能将通过清楚地记录由该发声构件产生的纯声或乐音而获得的波形数据存储到该波形存储器之中。因此，例如在自然乐器为大钢琴的情况下，能在各个拾音装置的安装位置处获得由弦和共鸣板产生的纯声或乐音。

按照本发明，其中三个或更多个扬声器基本上平行于键盘的键设置方向设置在壳体的前侧区域，以便可听地产生或发出乐音信号，该乐音信号对应于在人类演奏者位置听到的声音成份之中占据最大部分的声音成份以及由锤击打相应弦而产生的声音，这样可以真实地再现由自然乐器(大钢琴)产生的声音的水平空间感(spaciality)或广阔性(extensity)。另外，由于与从远离该自然乐器(大钢琴)的人类演奏者的后部位置产生的声音相对应的乐音信号通过安装在后部位置的至少一个扬声器来发声，因而本发明能再现由该自然乐器(大钢琴)产生的声音的水平扩展感觉。另外，因为用于记录波形数据的拾音装置相对靠近发声构件设置，因此本发明能记录从该自然乐器(大钢琴)的发声构件(弦和共鸣板)产生的纯声以作为波形数据，并且可听地再现与从该发声构件产生的该纯声相对应的乐音信号。

即，利用本发明，其中三个或更多个扬声器设置在壳体的、从前侧向后延伸的上表面的前侧区域上，并且至少一个扬声器设置在三个或更多个扬声器的后方，并且其中，在与壳体上表面上分散设置的三个或更多四个扬声器和至少一个其他扬声器的安装位置相对应的位置处拾取的波形数据通过这些扬声器而再现，从而本发明能以逼真的方式再现自然乐器(大钢琴)的声音的声学特性，比如该自然乐器的声音的立体传播(spatial spread)，即，向后或远离人类演奏者延伸的共鸣板在其整个表面上发声所具有的气氛(atmosphere)和厚深感(rich depth feeling)。特别地，本发明能以非常逼真的方式再现在人类演奏者位置听到的自然乐器的演奏声音。

下面将描述本发明的实施例，但应该理解的是，本发明并不局限于所描述的实施例，在不脱离本发明的基本原理的情况下，本发明可以做出各种变形。因此本发明的范围完全由随附权利要求书确定。

附图说明

为了更好地理解本发明的目的和其他特征，下面将结合附图详细地描述其优选实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的电子键盘乐器(电子钢琴)的俯视图。

图2是示出图1的电子钢琴的示例性电气硬件设置的方块图。

图3A和图3B示例性地说明当记录待存储到波形存储器中的波形数据时麦克风是如何设定的，其中

图3A是自然(声学)大钢琴的俯视图，且图3B是沿箭头X方向获取的该大钢琴的侧视图；

图4A-图4C示例性地说明该自然大钢琴的弦与两个麦克风之间的间隙或距离，其中图4A是示出传统的“远离-麦克风”设置方式的示意图，图4B是示出更靠近弦设置的两个麦克风的示意图，且图4C是一个实例的示意图，其中使用了比图4B中数量更多的麦克风；

图5A-图5C是示例性地说明了在实施例中采用的接近-麦克风(on-microphone)设置方式的示意图，；

图6是示出图1的电子钢琴中CPU所执行的音符打开(note-on)事件处理的示例性操作顺序的流程图；以及

图7是示出图6的音符打开事件处理中所参照的音色数据的示例性数据结构的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明实施例的电子键盘乐器1的俯视图。该电子键盘乐器1包括：键盘2，具有可由人类演奏者操作以进行演奏的多个键；壳体3，将该键盘2保持在适当位置；以及四个扬声器4a、4b、4c和4d，设置在壳体3的上表面上。使用包括电子电路的音调产生器部分，响应于人类演奏者在键盘2上的操作，从而电子地产生乐音信号，并且通过扬声器4a-4d可听地产生或发出与所产生的乐音信号相应的模拟音频信号。该电子键盘乐器1是“电子钢琴”，其设计为主要产生钢琴音色的乐音。在本说明书中，该电子键盘乐器1有时被称为“电子钢琴”。而且，在本说明书中，电子键盘乐器1的、设置有键盘2的一侧(即，面对人类演奏者的一侧)将被称为该电子键盘乐器(电子钢琴)1的“前侧”；而该电子键盘乐器1的、与该前侧相对的一侧将被称为该电子键盘乐器(电子钢琴)1的“后侧”。图1中的下侧与该电子键盘1的“前侧”对应，而图1中的上侧与该电子键盘1的“后侧”对应。正如所显示的，该键盘2位于该壳体3的前侧上。

该壳体3被做成大钢琴类型的壳体，其具有从前侧向后延伸的相对大的表面。该电子键盘1的壳体3的深度(即，前后尺寸)比声学(自然)大钢琴的壳体小。在上述的四个扬声器4a-4d中，扬声器4a、4b和4c设置在该壳体3的前侧区域，并与键盘2的键设置方向基本上呈平行的一排，并且从后向前方向观看，扬声器4a、4b和4c位于该人类演奏者的左、中和右。左扬声器4a和右扬声器4b相对于中扬声器4b基本上是左右对称的。另外，扬声器4d位于壳体3的、远离人类演奏者的后部。在本说明书中，位于人类演奏者左侧的扬声器4a被称为“L声道扬声器”，位于人类演奏者中部的扬声器4b被称为“C声道扬声器”，位于人类演奏者右侧的扬声器4c被称为“R声道扬声器”，而位于壳体3的、远离人类演奏者的后部的扬声器4d被称为“S声道扬声器”。

这四个扬声器4a-4d的安装位置对应于麦克风相对大钢琴的安装位置(即，波形数据取样位置)，所述麦克风用于将四声道的波形数据记录(取样)到后述的波形存储器。在本发明的电子钢琴1的当前实施例中，扬声器4a-4d基于在与扬声器4a-4d相应的位置处所记录的波形数据，可听地产生或发出钢琴音，因此，所发出的钢琴音可以具有与相应的波形数据被取样时一样的立体感。即，从在后面的描述可以清楚地知道，当前的电子钢琴1的实施例可以逼真的方式恰当地再现气氛和厚深感，也就是声学钢琴的共鸣板在其表面所发声音的感觉，以及在该人类演奏者的位置处听到的钢琴1的演奏音的特别出色的声学特性。

图2是示出图1的电子钢琴1的示例性电气硬件设置的方块图。在图1的电子钢琴1中，CPU10、闪存11和RAM12一起构成了用于控制该电子钢琴1的所有操作的控制部分(微型计算机)。该控制部分经由总线17连接到操作单元13、显示器件14和音调产生器部分20。该闪存11中存储由CPU10执行的各种控制程序。用于放大由音调产生器部分20产生的乐音信号(模拟音频信号)的放大器15连接到音调产生器部分20，且一四声道扬声器单元16连接到该放大器15。图2的扬声器单元16对应于图1所示的四声道扬声器4a、4b、4c和4d，并且放大器15具有与扬声器单元16的四个声道对应的四个信号处理通道。显示器件14在CPU10的控制下显示各种信息。

操作单元13包括：用于执行演奏的多个演奏操作构件，例如具有多个键(在示出的实例中为88个键)的键盘2和制音踏板(damper pedal)；用于设定参数(例如，音色参数)的设定操作构件。不同的音高(音符)被指定给键盘2(操作单元13)的多个键，并且人类演奏者可以操作键盘2(操作单元13)来输入音调生成指令(音符打开事件)，包括音符打开时序、指定音高(音符)的音符编号(note number)、与键按压强度相应的速度数据等等。CPU10响应由人类演奏者在键盘2上的操作而输入的音符打开事件，执行音符打开事件处理，并且它将各种控制参数发送到音调产生器20的控制寄存器。

音调产生器部分20包括波形存储器21、连接到波形存储器21的波形读出/内插(readout/interpolation)部分22、连接到该波形读出/内插部分22的特性控制部分23、连接到该特性控制部分23的混频器部分24、连接到该混频器部分24的数模转换(DAC)部分25、以及控制寄存器26。该控制寄存器26是用于存储将要提供给波形读出/内插部分22、特性控制部分23和混频器部分24的控制参数的值的寄存器。音调产生器部分20根据储存在控制寄存器26中的各种控制参数执行处理，用于在每个取样周期(或循环)生成用于预定数量(例如64个)音调生成通道的乐音信号。

波形存储器21中预存有多组四声道波形数据，每组代表一个音调(音符)。储存在波形存储器21中的四声道波形数据是通过如下步骤所获得的数据：对于每个音高(音符)，利用安装在预定的四个位置处的四个麦克风将声学大钢琴的演奏音记录到四个记录声道；然后利用适当的熟知的编码方案(例如PCM编码方案)，将由四个麦克风拾取的(钢琴音的)四声道模拟音频信号的电压值转换成数字音频数据。四声道波形数据与设置在电子钢琴1中的四个扬声器4a-4d(参见图1)关联地存储在波形存储器21中。

在每个取样周期(或循环)，上述的波形读出/插入部分22生成用于多个音调生成通道的读地址，根据如此生成的读地址从波形存储器21读出该多个音调生成通道的波形数据，然后在读出的波形数据的取样之间进行内插(interpolate)，之后输出多个音调生成通道的内插的波形数据。另外，在每个取样周期，该特性控制部分23控制从波形读出/内插部分22输出的多个音调生成通道的波形数据的特性，例如音色和音量。在当前实施例中，混频器部分24和DAC25中的每个都具有与四个不同的扬声器对应的四个信号处理通道。在每个取样周期，该混频器部分24通过在四个不同的路线上控制从特性控制部分23输出的多个音调生成通道的波形数据的电平、然后将如此电平控制的波形数据相加在一起，从而形成四个信号通道的波形数据。另外，在每个取样周期，DAC25将四个信号处理通道的数字波形数据转换成模拟音频信号，并且将转换的音频信号输出到放大器15的相应通道。

也就是说，音调产生器部分20以如此的方式设置，使得在每个取样周期为多个音调生成通道生成乐音信号，为每个输出通道(信号处理通道)分别对乐音信号进行电平控制，然后将它们加在一起。即，通过只将施加到特定的输出通道的电平设定为预定电平而其他输出声道的电平设定为零(-∞分贝)，给定的一个音调生成通道的乐音信号可以输出到该特定的输出通道。

正如稍后将详细描述的那样，本发明的当前实施例被设置成响应一个音调生成指令(即，一个键按压操作)，在该四个音调生成通道中，根据四声道波形数据来形成四个乐音信号，并且将如此形成的四个乐音信号输出到相应的输出声道。

放大器15以预定的增益值将输入到四个信号处理通道的每一个的模拟音频信号放大。由放大器15如此放大的模拟音频信号(乐音信号)被提供到四声道扬声器单元16(即图1中的扬声器4a、4b、4c和4d)中的相应的一个，因此，相应于该四声道模拟音频信号的钢琴音通过扬声器单元16的四个扬声器几乎同时发声。即，与在四个位置处拾取的音调(即，电子钢琴1的演奏音)相应的乐音信号通过扬声器4a-4d可听地呈现出来或发出声音，所述四个位置与大钢琴的扬声器4a-4d的安装位置对应。因此，作为整体，该电子钢琴1能再现演奏音的立体传播效果，其非常相似于由声学大钢琴所获得的效果，即，从前侧向后延伸的共鸣板在其整个表面发声的气氛和厚深感。

图3A和图3B为说明当前实施例中在记录待储存到波形存储器21中的波形数据时麦克风(拾音装置)相对于钢琴如何定位(position)的示意图。更具体地，图3A是自然(声学)大钢琴30的俯视图，该大钢琴30的演奏音要被记录到波形存储器21中，而图3B是沿箭头X方向所获得的该自然(声学)大钢琴的侧视图。在当前实施例中，四个单方向(例如，心形)麦克风31a、31b、31c和31d被用来拾取钢琴30的演奏音。麦克风31a-31d连接到多声道记录装置(multi-track recorder)33的相应的各个记录声道。由各个麦克风31a-31d拾取的大钢琴30的四声道乐音被记录到与麦克风31a-31d对应的多声道记录装置33的声道中。

在大钢琴30中，具有88个键的键盘32设置在壳体的前侧上，大钢琴30的人类演奏者面对该前侧。众所周知，键盘32的键以这样的方式安排：使得分配到这些键的音高在从人类演奏者观看的从左至右方向上半步半步地增加。在该大钢琴30壳体的内部，与88个键的音高对应的多个弦(发声源或构件)在大致从该大钢琴30的前侧向后部的方向(图3A的上下方向)上被拉紧。一旦由人类演奏者按压了一个键，与所按压的键相应的锤击打相应的弦。并且，在该大钢琴30的壳体内设置共鸣板。由锤击打而产生的弦振动被传递到共鸣板，在共鸣板处该振动引起共鸣和扩展。

在四个麦克风31a-31d中，麦克风31a、31b和31c设置在该壳体的前侧区域上，基本上位于该大钢琴30的壳体内设置的一横列的制音器(damper)的上方，并为基本上与键盘32的键设置方向平行的一行。当沿从后向前方向观看时，麦克风31a、31b和31c位于人类演奏者的左侧、中部和右侧，并且麦克风31d位于壳体的、远离人类演奏者的后部。众所周知，在该大钢琴的那些弦中，低音调键区域内的弦和中音调键区域内的弦以彼此部分竖直交叉这样的方式拉伸。麦克风31d基本上被安装在如上所述低音调键区域内的弦与中音调键区域内的弦彼此交叉的区域的上方。

如图3B所示，四个麦克风31a-31d以其方向指向大钢琴30的发声源或构件(弦和共鸣板)的方式来安装，并且麦克风31a-31d以“接近-麦克风”设置方式来安装，在该“接近-麦克风”设置方式中，发声源或构件(弦和共鸣板)以及麦克风的乐音接收点设置为彼此靠近。根据该“接近-麦克风”设置方式，正如众所周知的那样，每个麦克风能集中和清晰地拾取从作为拾取对象而被瞄准的特定部分产生的乐音。

如上所述，麦克风31a、31b和31c基本上位于大钢琴30的制音器的上方。麦克风31a-31c的安装位置是下述位置：能恰当地拾取在人类演奏者的位置处所听到的声音成份中占据最大部分的声音成份，并且还能最有效地拾取通过给定的锤击打相应的弦而产生的乐音。因此，通过以接近-麦克风的设置方式将麦克风31a-31c基本上设置在制音器的上方，可以对于每个高音、中音和低音键区域，清楚地拾取钢琴演奏音的以下乐音(即，通过弦和共鸣板产生的乐音，并且具有少量的间接声音)，这种乐音对于在人类演奏者位置处真实地再现钢琴演奏音的听感(listen feel)来说是重要的，例如是在人类演奏者位置处听到的声音成份之中占据最大部分的声音成份、以及由锤击打相应的弦而产生的声音。

现在，参考图4A至图5C，来描述设于前侧区域上的麦克风31a-31c的数目与麦克风和弦(发声构件)间距离之间的关系。图4A至图5C的每一个都从前面示出大钢琴。直线34示意地表示设置在大钢琴壳体内部的多个弦(对应于88个音高)。直线34的左端表示最低的音高(音符名“A0”)对应的弦的位置，而直线34的右端表示与最高的音高(音符名“C8”)对应的弦的位置。图4A示出了如上述的第2003-316358号公报所公开的麦克风设置的一个实例，其利用一对左右麦克风35来记录立体声的双声道波形数据。图4A等中的附图标记A表示每个麦克风35的乐音接收部分与在该麦克风35的声音拾取范围内最靠近该麦克风35的弦34之间的最小距离，并且图4A等中的附图标记B表示每个麦克风35的乐音接收部分与在该麦克风35的声音拾取范围内最远离该麦克风35的弦34之间的最大距离；这些是多个麦克风35之一与在该麦克风35的拾取范围内的最近和最远的弦之间的距离。在多个麦克风用于给定的范围内的情况下，只需要所述多个麦克风中的任何一个以接近-麦克风设置方式安装从而拾取乐音。如果最小距离A与最大距离B之间的差值相对较大，则从更靠近麦克风35的乐音接收部分的弦产生的乐音与从更远离麦克风35的乐音接收部分产生的乐音在所记录的波形数据之间将导致很大的音质差异。因此，如果通过击打多个弦而记录多个音高的多组波形数据，则该多组波形数据的音质在音高方向上互不相同。因此，希望最小距离A与最大距离B之间的差值尽可能地小。另外，在如图4A所示以“远离-麦克风”设置方式来记录波形数据的情况下，通常增加弦34与每个麦克风35之间的距离(例如将该距离设定为大约60cm)，并且使两个麦克风35的位置之间有足够大的左右距离，以便减少最小距离A与最大距离B之间的差值，从而在钢琴的整个音调(键)区域上以良好的平衡来记录立体声波形。然而，在这种情况下，由于发声构件与每个麦克风35之间的距离变大了，因此不能集中且清楚地拾取从特定部分产生的乐音(即，仅由弦和共鸣板产生的乐音)。

实验发现，为了只记录“由弦和共鸣板产生的纯声或乐音”，必须将弦34与麦克风35之间的最小距离A最大设定为大约25cm(即，最大距离B与最小距离A之比为“2.5”或更小)。然而，如果两个麦克风35的位置靠近弦34(即，如果采用接近-麦克风设置方式)，则最小距离A与最大距离B之间的差值将不希望有地变大，如图4B所示。

为了减少最小距离A与最大距离B之间的差值，只需要如图4C所示增加设置在左右方向上的麦克风35的数量。在图4C示出的实例中，在键设置方向上设置有五个麦克风35。随着麦克风35数量的增加，可以减小最小距离A与最大距离B之间的差值，因此可以使由麦克风35取样的波形数据在音高方向上的音质统一。然而，由于增加了麦克风35的数量，就需要增加取样点的数量并且因此增加要储存的波形数据的通道数量，因此需要更大的存储容量。

在图5A所示的实例中，仅使用图4C所示的五个麦克风35中的三个，即中部、最左边和最右边的麦克风，而其他麦克风被移除。利用图5A所示的麦克风的设置，位于中部麦克风的拾取范围与左、右麦克风的拾取范围之间的边界附近的弦离任何麦克风都很远。如图5B所示，如果左和右麦克风都向中部移动，则这三个麦克风能以整体上减小最小距离A与最大距离B之间的差值这样的方式设置。如果每个麦克风35与相应的发声构件(弦34)之间的最小距离A被设定为10cm，则即使只采用了三个麦克风35，也可以如图5B所示，通过调整三个麦克风之间的距离来减少最小距离A与最大距离B之间的差值，从而使最大距离B与最小距离A之比能减少到大约2(二)。利用当今的麦克风性能，即使每个麦克风35与相应的发声构件(弦34)之间的最小距离A被设定为大约10cm，也可以无声音失真地记录波形数据。因此，利用图5B所示的麦克风设置，可以在大致位于制音器上方的位置(即，锤击打位置的附近)记录由弦和共鸣板产生的纯音，其在大钢琴的整个音调范围上具有均匀的音质；此外，此设置是最佳的，因为它不需要用来存储波形数据的大的存储容量。

在图5C所示的实例中，该左和右麦克风从它们在图5B的位置进一步向中部移动，如图5C所示，以便获得这样的麦克风设置，即，其更注重记录从大钢琴30的中部音调或键区域产生的乐音。

因此，通过大体在制音器上方大钢琴30的前侧区域以最小化最小距离A与最大距离B之间的差值这样的方式来设置三个麦克风，如图5B所示，可以对高音、中音和低音键区域的每一个，清楚地记录对于真实地再现在人类演奏者位置听到的大钢琴的演奏音来说很重要的乐音，例如在人类演奏者位置听到的声音成份之中占据最大比例的声音成份和由相应的锤击打弦而产生的乐音。

另外，众所周知的，在从最低音键到最高音键的方向(即，音调增加方向)上，钢琴的弦的长度减小。因此，即使单独使用麦克风31a也能相当高质量地拾取由高音键区域内的弦产生的乐音。然而，在中音和低音键区域，从远离制音器的位置(即，从钢琴30的后部位置)产生的乐音不能由麦克风31b和31c单独地充分拾取。但是，在当前实施例中，其中在低音键区域的弦与中音键区域的弦互相交叉的区域附近，壳体的后部位置，以接近-麦克风设置方式设置麦克风31d，因此，可以通过麦克风31d清楚地拾取由钢琴30后部位置的弦和共鸣板产生的中音和低音键区域的乐音。

即，在本发明的当前实施例中，大体在制音器上方的前侧区域沿着键设置方向以接近-麦克风设置方式设置三个麦克风31a-31c，在低音键区域的弦与中音键区域的弦互相交叉的区域附近的后部位置，以接近-麦克风设置方式设置另外一个麦克风31d，并且由各个麦克风31a-31d拾取的各个独立的音高(tone pitch)被记录到多声道记录装置33的四个记录声道中的相应的一个之中。因此，作为整体，当前实施例能将高质量波形数据存储到波形存储器21之中，所述高质量波形数据具有自然大钢琴的声学特性，比如声学大钢琴音的立体传播，即气氛和厚深感，这些是从壳体的前侧向后延伸的共鸣板在其整个表面发声所具有的。

然后，按照常规的方法处理以上述方式记录的四声道波形(全波(fullwave))数据，以产生四个波形数据，所述四个波形数据的每个都包括冲击部分(attack portion)以及跟在冲击部分后的循环部分(loop portion)，并且如此产生的波形数据作为一组波形数据被存储到波形存储器21之中。因此，根据经由麦克风31a记录的波形数据产生相应于L声道扬声器4a的波形数据，根据经由麦克风31b记录的波形数据产生相应于C声道扬声器4b的波形数据，根据经由麦克风31c记录的波形数据产生相应于R声道扬声器4c的波形数据，并且根据经由麦克风31d记录的波形数据产生相应于S声道扬声器4d的波形数据。在如此产生的四个波形数据中，在创建其冲击部分时，相应于S声道扬声器4d的波形数据的前端或开始端加入了几毫秒的无声波形。因此，如果四波形数据组同时再现，则S声道波形数据的乐音波形的冲击将在其他声道的波形数据之后延迟几毫秒。

由于钢琴音在各音调范围(即，键区域)的特性不同，因此就需要为每一预定的音调范围制备不同的波形数据。因此，在当前实施例中，大钢琴30的88(八十八)个键被划分成预定的音调范围，每个包括多个键(例如三个键)，并且为每一个这样的音调范围取样四声道波形数据，以产生要在音调产生器部分使用的四个波形数据。另外，由于钢琴音按照键按压强度或速度(触摸)会有不同的音量速度，并且按照音量速度(tone volume velocity)又会有不同的乐音特性，所以需要为每种预定的键按压强度或速度(触摸)范围创建不同的波形数据。因此，在当前实施例中，按压键的强度或速度级别被划分成多个键按压强度(触摸)范围，对每个这样的键按压强度(触摸)范围取样四声道波形数据，以创建要在音调产生器部分使用的四个波形数据。在本说明书中，将待制备的一组波形数据的音调范围和键按压强度范围称为“区域(region)”。即，对于要利用大钢琴30来记录的钢琴音色，该波形存储器21存储与多个区域关联的多组四声道波形数据(每个均包括冲击部分和循环部分)。

另外，如本领域所公知的，当用踩压制音踏板(或延音踏板)来演奏钢琴时，对应于所有键的制音器同时与弦分离。因此，不仅每个被按压键的乐音能有一个扩展的持续时间，而且在由按压键的锤击打弦而产生的乐音与未直接被相应锤击打的其他弦产生的乐音之间还会产生共鸣，因此可以获得独特的演奏音。在本说明书中，额外加入到普通钢琴演奏乐音上的钢琴声被称为“制音器声(damper sound)”。为了真实地再现钢琴的这种制音器声，当前实施例的电子钢琴1还为每一乐音在波形存储器21中存储一组制音器声的四声道波形数据(即，制音器声波形数据)。经由麦克风31a记录的制音器声波形数据被存储为相应于L声道扬声器4a的D-L声道制音器声波形数据，经由麦克风31b记录的制音器声波形数据被存储为相应于中间声道扬声器4b的D-C声道制音器声波形数据，经由麦克风31c记录的制音器声波形数据被存储为相应于R声道扬声器4c的D-R声道制音器声波形数据，而经由麦克风31d记录的制音器声波形数据被存储为相应于S声道扬声器4d的D-S声道制音器声波形数据。

对于每个键，这种制音器声波形数据是通过以下步骤获得的：首先记录在不操作制音器踏板时通过按压键产生的波形数据(即，制音器-关闭状态的波形数据)，并且记录在操作制音器踏板时通过按压键产生的波形数据(即，制音器-启动状态的波形数据)；然后从制音器-启动状态的波形数据减去制音器-关闭状态的波形数据。该制音器声波形数据代表了制音器操作产生的效果(混响成份(reverberation component))，例如声音的扩展和弦的共鸣效应。该制音器声波形数据也被处理成具有冲击部分和循环部分的波形数据，然后被存储到波形存储器21。为了在电子钢琴1上可听地再现制音器声(即，制音器-启动状态的钢琴音)，指定音高(音符)的普通钢琴音的波形数据与相应的制音器声波形数据被额外地合成在一起。

图6是示出电子钢琴1中的CPU10所执行的音符打开事件处理的示例性操作顺序的流程图。下面的段落描述了响应于音符打开事件而执行的音符打开事件处理，该音符打开事件指示响应于人类演奏者按压单键操作生成一个音调(tone)。另外，图7是示出图6的音符打开事件处理中涉及到的音色数据的示例性数据结构。多个这种音色数据被预存在一个适当的存储器中，比如电子钢琴1的闪存11或RAM12。

在图7的示意性实例中，多个(Ntc)音色数据(音色数据1、音色数据2、…、音色数据Ntc)被预存在该存储器中，如附图标记40所示。人类演奏者可以通过操作操作单元13，从多个(Ntc)音色数据之中选择当前要使用的一个音色(即，当前音色)。每个音色数据包括：包括音色识别数据等的头部(header portion)、波形读出控制数据、音色变化控制数据、音量变化控制数据、制音器声控制数据和其他控制数据，以作为控制音色的音调生成的控制数据41。上述音色变化控制数据、音量变化控制数据、制音器声控制数据和其他控制数据是用于在后述的音调生成通道中设定不同参数值的数据。如图7中的附图标记42所指示的，该波形读出控制数据包括区域管理数据、与多个区域关联地存储的数据组(数据组1，数据组2，…，数据组Nds)，每个数据组与要在相应的区域中使用的一组普通乐音和制音器声的波形数据的读出相关。

如附图标记43所指示的，对应于一个区域的每个数据组包括与制音器-关闭状态下的钢琴音相关的L声道数据、C声道数据、R声道数据和S声道数据、以及与制音器声相关的D-L声道数据、D-C声道数据、D-R声道数据和D-S声道数据。如附图标记44所指示的，上述声道数据的每一个都包括指示原始波形数据的原始音调的数据(OP)、指示该波形数据的冲击部分的起始地址的波形起始地址(WS)、指示该波形数据的循环部分的起始地址的循环起始地址(LS)、以及指示存储该循环部分的末尾(即，重复读取的末尾)的取样点数据的结束地址的循环结束地址(LE)，其中所述原始波形数据被取样以创建存储在波形存储器21中的波形数据(冲击部分+循环部分)。

一旦由人类演奏者按压了一个键，与所按压键相应的音符打开事件数据产生。该音符打开事件数据包含指示开始生成与被按压键相应的音调的音符打开数据、指示要产生的音调的音高的音符编号数据(note number data)、以及指示相应于键按压速度的音量速度的速度数据。例如，音符打开事件数据是符合MIDI(乐器数字接口)标准的数据，该音符编号数据用128个不同数值(即，0-127)中的一个来指示音高(音符)，并且该速度数据用128个不同数值(即，0-127)中的一个来指示键按压速度(或强度)。

在步骤S1，CPU10根据当前音色的区域管理数据以及包含在音符打开事件数据中的音符编号数据和速度数据来确定“区域”。具体地，音符编号值(即，“0”-“127”中的128个不同值)和速度值(即，“0”-“127”中的128个不同值)以分开的区域彼此不重叠这样的方式被区域管理数据分成多个区域，并且多个数据组(数据组1，…，数据组Nds)与多个区域相关地被预先存储，如图7中附图标记42所示。即，每个区域对应于任何一个数据组，并且每个数据组包括根据区域(即，音调范围或键按压强度(或速度)范围)读出波形数据所需的不同数据。通过CPU10在步骤S1中根据包含在音符打开事件数据中的音符编号数据和速度数据来确定该“区域”，从而指定与由音符编号数据表示的音高范围对应的波形数据的数据组、和与由速度数据表示的键按压强度(速度)范围相应的波形数据的数据组。注意，为每一音色制备不同的区域管理数据组，并且对每一音色来说，在整个音符编号值范围和速度值范围内设定的区域总数、以及各个区域的范围是独立地选择的。

在下一步骤S2中，CPU10将相应于确定区域的数据组的四声道波形数据分配到音调产生器部分20(波形读出/内插部分22)的各个音调生成通道(TG通道)。如果在按压键时没有操作制音器踏板(即，如果键被按压而制音器踏板未被操作)，则普通音调的四声道(即，L声道、R声道、C声道和S声道)波形数据被分配到音调产生器部分20的各个四音调生成通道。如果在按压键时操作了制音器踏板(即，如果键被按压且制音器踏板被操作)，则除了四声道(即，L声道、R声道、C声道和S声道)波形数据之外，制音器声的四声道(即，D-L声道、D-R声道、D-C声道和D-S声道)波形数据也被读出。因此，对于与被按压的键相应的一个音调，总共八个声道的波形数据被分配到音调产生器部分20的八个音调生成通道的各个音调生成通道。

在步骤S3，CPU10在已于步骤S2中分配了普通音调的四声道波形数据的四个音调生成通道中设定音调生成参数。另外，当还可听地产生了制音器声时，CPU10也在已于步骤S2中分配了制音器声的四声道波形数据的四个音调生成通道中设定音调生成参数。这里，要在各个音调生成通道中设定的参数包括波形读出参数、音色变化参数、音量变化参数(tone volume variationparameter)、逐个输出声道(output-channel-by-output-channel)电平参数等等。

更具体地，对于已经分配了普通音调的波形数据的每个音调生成通道，在步骤S1中指定的数据组中与相应声道的波形数据相关的波形起始地址WS、循环起始地址LS和循环结束地址LE，以及基于音符编号值与原始音调OP之间的差值的波形数据读出速度(F数)均被设定为波形读出参数。然后，根据当前音色的音色变化控制数据来设定用于控制音色变化的参数(滤波器包络参数等等)的值，以作为音色变化参数。另外，根据当前音色的音量变化控制数据来设定用于控制音量变化的参数(振幅包络参数等等)的值。另外，设定用于控制输出声道的电平的参数，使得乐音信号只输出到相应的信号处理通道。例如，如果所涉及到的音调生成通道被分配了L声道波形数据，那么提供给相应于L-声道的音调生成通道的输出被设定到一预定电平，并且提供给其他音调生成通道的输出都被设定为零。对于分配了C声道、R声道和S声道波形数据的其他音调生成通道中的每一个，提供到与该C声道、R声道或S声道对应的信号处理通道的输出电平被设定为一预定电平，而提供到其他信号处理通道的输出电平被设定为零，这与上述情况类似。

另外，对于已经分配了制音器声波形数据的每个音调生成通道，在步骤S1中指定的数据组中与相应声道的波形数据相关的波形起始地址WS、循环起始地址LS和循环结束地址LE，以及基于音符编号值与原始音调OP之间的差值的波形数据读出速度(F数)均被设定为波形读出参数。然后，根据当前音色的制音器声控制数据来设定用于控制音色变化和音量变化的参数的值，以作为音色变化和音量变化参数。另外，设定用于控制输出声道的电平的参数，使得乐音信号只输出到相应的信号处理通道。

在步骤S4中，CPU10指示音调产生器部分20经由已经在上述的步骤S2中分配了波形数据的所有音调生成通道开始生成乐音。因此，每个音调生成通道基于根据波形存储器21中的参数WS、LS和LE来编址的波形数据形成乐音信号。即，波形读出/内插部分22在波形起始地址WS处开始读出波形数据，以相应于F数的速度继续读出波形数据，然后，一旦到达循环结束地址LE，就跳转回到循环起始地址。即，根据地址信号，该波形读出/内插部分22执行用于读出波形数据的冲击部分的处理，然后重复地读出循环部分。由于读出速度(即，F数)被设定为一个值，该值相应于由音符打开事件指定的音高(音符)与分配到该音调生成通道的波形数据的原始音调OP之间的差值(以音分(cent)计算)，所以在读出和内插过程中，从波形存储器读出的波形数据可以被移音(pitch-shifted)，以便变成由音符打开事件指定的音高的乐音信号。当前实施例中使用的波形存储器读取方式是音高异步方式，其中波形存储器读取与预定取样周期同步，然而本发明也可以使用音高同步波形存储器读取方式。

在每个音调生成通道中，根据在步骤S3中设定的音色变化参数和音量变化参数，特征控制部分23对从波形存储器读出的并且每个取样周期(或循环)都被取样间(inter-sample)内插的波形数据进行频率和振幅特性控制，然后将其作为乐音信号输出到混频器部分24。然后，在混频器部分24中，在每个取样周期，对于每个输出声道，都对每个音调生成通道的乐音信号进行电平控制，并且，对于每个输出声道，如此电平控制的乐音信号被加在一起，然后作为四信号处理通道的波形数据输出。从混频器部分24输出的四信号处理通道的波形数据中的每一个都经由DAC25转换成模拟音频信号，并且以预定的增益值放大。然后，如此放大的模拟音频信号被提供到图1的扬声器单元16的L声道、C声道、R声道和S声道扬声器4a-4d，其对应于L、C、R和S声道的波形数据。

总结一下上面所说的，当没有产生制音器声(即，在制音器-关闭状态)时，响应于单个键按压操作，普通音调的四声道波形数据被分配到音调产生器部分20的四个音调生成通道，并且根据分配的四声道波形数据在四个音调生成通道中形成四个乐音信号，且经由四个信号处理通道的每一个输出。这四个信号处理通道的波形数据被转换成模拟信号，进行功率放大，然后提供到四声道扬声器中相应的一个。

当产生制音器声(即，在制音器-启动状态下产生普通音调)时，响应于单个键按压操作，普通音调的四声道波形数据和制音器声的四声道波形数据被分配到音调产生器部分20的八个音调生成通道。然后，根据普通音调的已分配的四声道波形数据，在四个普通音调生成通道中形成四个乐音信号，并且根据制音器声的已分配的四声道波形数据，在剩余的四个音调生成通道中形成四个波形信号。如此形成的总共八个信号经由四个信号处理通道的每一个被输出。这四个信号处理通道的波形数据被转换成模拟信号，进行功率放大，然后提供到四声道扬声器中相应的一个。

以此方式，乐音信号(电子钢琴1的演奏音)通过设置在电子钢琴1前侧区域上基本上平行于键盘2的L声道、C声道和R声道扬声器4a、4b和4c而被可听地再现或发声，其中所述乐音信号相应于经由大体安装在制音器上方大钢琴30前侧区域上的三个麦克风31a-31c以“接近-麦克风”设置方式记录的“由自然大钢琴30的弦和共鸣板产生的乐音”。因此，当前实施例能真实地再现由大钢琴演奏的乐音的水平空间感和扩展性。在当前实施例中，通过L声道、C声道和R声道扬声器4a、4b和4c可听地再现的每个乐音信号对应于从钢琴产生的直接声音分量，其中所述直接声音分量占据了在人类演奏者位置处听到的钢琴声成份中的最大部分，并包括弦的振动声、共鸣板的共鸣声、由相应的锤击打弦而产生的杂音等等。这些声音是根据在各个取样位置以高质量记录的波形数据而再现的。另外，对应于经由安装在大钢琴30后部位置的麦克风31d用“接近-麦克风”设置方式记录的“由自然大钢琴后部位置处的弦和共鸣板产生的低或中音音调”的乐音信号通过远离键盘2安装的S声道扬声器4d可听地再现或发声。因此，当前实施例能再现由低或中音键区域内的弦产生的乐音的向后扩展感。另外，通过S声道扬声器4d给电子钢琴1的演奏音加入向后扩展的感觉，当前实施例能真实地再现制音器声的振动。

即，在电子钢琴1的当前实施例中，其中，三个扬声器4a-4c设置在壳体3的、从前侧向后延伸的上表面的前侧区域上，且扬声器4d设置在这三个扬声器4a-4c的后方，并且其中，在与这四个扬声器4a-4d的安装位置对应的位置处拾取的波形数据通过在壳体3的上表面上分散设置的四个扬声器4a-4d来再现。因此，作为整体，本发明的当前实施例能以逼真的方式再现大钢琴的声学特性，例如大钢琴的演奏音的立体传播，即，从前侧向后延伸的声学钢琴的共鸣板在其整个表面发声时具有的气氛和厚深感，具体地，它能以极其逼真的方式再现在人类演奏者位置听到的大钢琴的演奏音。

应注意，在电子钢琴1前侧区域上设置的三个扬声器4a-4c之间沿左右方向的距离可以大于在记录波形数据时所安装的相应的麦克风31a-31c之间的距离。在图1所示的电子钢琴1中，左扬声器4a和右扬声器4c互相相隔相对较大的距离(即，靠近电子钢琴1的左和右侧边缘)。通过如此增加三个扬声器4a-4c之间在左右方向上的距离，就可以加强钢琴音的立体声感觉。另外，虽然安装在后部位置的S声道扬声器4d比相应的麦克风31d更靠近人类演奏者的位置，也能给再现音调加入足够的深度感觉。另外，对应于安装在后部位置的S声道扬声器4d的S声道波形数据的再现可以稍微滞后于对应于前侧L声道、C声道和R声道扬声器4a、4b和4c的波形数据的再现，以便进一步加强钢琴音的立体声感觉。例如，S声道波形数据主体的前端的地址可以稍微移位到其他三个声道的波形数据的波形启动地址WS之后，使得S声道波形数据的读取时序可以被延迟于其他三个声道的读取时序之后。

另外，已经关联如下的情况描述了本发明的实施例，在所述的情况中，提供了四声道扬声器，包括安排在前侧区域上的三个扬声器4a-4c和设置在三个扬声器4a-4c后方的一个扬声器4d，其中一组四声道波形数据与该四声道扬声器关联地存储在波形存储器21中，并且其中，在将这种四声道波形数据记录到波形存储器21中时，四个麦克风31a-31d安装在预定的四个位置，用于在这四个位置处取样。然而，扬声器的数量、对于每个音调要被存储到波形存储器21中的波形数据的声道数量、以及在记录这种波形数据时安装的麦克风的数量都不受限于在前述的实施例的描述中指定的那些数量。上述的实施例可以以任何期望的方式修改，只要三个或更多个扬声器被安排在电子钢琴1的前侧区域上，且至少一个其他扬声器安装在该电子钢琴1的后部位置，并且在相应于所述扬声器的位置的取样位置处取样的多个声道的波形数据存储到存储器中；这种变型能获得与上述实施例相同的有益效果。

此外，已经关联如下的情况描述了本发明实施例，在所述的情况中，对于包括多个键的每个键范围(区域)，一组四声道波形数据被存储在存储器中。作为选择，对于键盘的每个键，在存储器中存储了这样的一组四声道波形数据，即，88个不同组的四声道波形数据可以与88个键关联地存储在存储器中。此外，已经关联如下的情况描述了本发明实施例，在所述的情况中，存储在波形存储器21中的每个波形数据不是由麦克风本身记录的全部波形的波形数据，而是通过处理由麦克风记录的全部波形的波形数据而创建的具有冲击部分和随后的循环部分的波形数据。作为选择，从生成的音调的升起(音调生成开始)到下降(音调生成结束)的全部波形的波形数据可以被存储在波形存储器21中。在这种情况下，在音调产生器部分20的每个音调生成通道中生成音调时，波形读出/内插部分22从升起到下降只要读取一次波形数据。用于对要存储到波形存储器21的波形数据进行编码的编码方案并不局限于上述的PCM编码方案，而是可以为任何其他适合的已知编码方案。

此外，虽然已经关联如下的情况描述了本发明实施例，在所述的情况中，大钢琴音色的波形数据被取样，但是按照本发明的技术思想或基本原理，通过以“接近-麦克风”设置方式安装麦克风，就可以在多个预定的取样位置上记录或取样适应于图1的电子钢琴1的任何其他音色的波形数据，比如大键琴音色的波形数据。即，按照本发明，在波形数据取样时使用的自然乐器可以是大钢琴之外的乐器，比如拨弦古钢琴或长钢琴，只要所使用的自然乐器具有键盘并能经由与键盘上键对应的弦产生音调即可。

Claims (2)

1.一种电子键盘乐器，包括：

键盘，包括多个键；

壳体，所述壳体的前侧上设置有所述键盘，所述壳体具有沿从该前侧朝向所述壳体的后侧的方向延伸的上表面；

波形存储器，其中储存有多组波形数据，每组波形数据包括与拾取乐音的许多拾音装置对应的多个声道的波形数据，每组波形数据由如下两部分组合而成：

（1）由所述拾音装置的三个或更多个第一拾音装置中的各个拾音装置记录的第一波形数据，所述三个或更多个第一拾音装置在自然乐器的制音器上方的区域内设置为一行，所述自然乐器具有用于响应于演奏操作而产生振动的多个发声构件和用于停止所述发声构件产生的振动的制音器，其中所述第一拾音装置与对应的发声构件之间的最小距离设定为25cm或更小，且所述第一拾音装置与对应的发声构件之间的最大距离与所述最小距离之比设定为2.5或更小；以及

（2）由所述拾音装置的至少一个第二拾音装置记录的第二波形数据，所述至少一个第二拾音装置位于所述制音器上方的区域向后的所述壳体的后部位置；

多个扬声器，设置在所述壳体的所述上表面上，所述多个扬声器包括设置在所述键盘附近并大致平行于所述键盘的三个或更多个第一扬声器以及设置在所述三个或更多个第一扬声器的后方的至少一个第二扬声器，所述三个或更多个第一扬声器的安装位置对应于各自的所述第一拾音装置的安装位置，且所述第二扬声器的安装位置对应于所述第二拾音装置的安装位置；

乐音信号产生装置，从所述波形存储器读出与由所述键盘上的键按压而指定的乐音相对应的一组波形数据，并基于读出的一组波形数据产生所述多个声道的乐音信号；以及

供给装置，将由所述乐音信号产生装置产生的所述多个声道的乐音信号以与记录用于产生所述多个声道的乐音信号的多个声道的波形数据的拾音装置的安装位置对应的方式提供到所述第一扬声器和第二扬声器中的各自的扬声器。

2.根据权利要求1所述的电子键盘乐器，其中该自然乐器是大钢琴、大键琴和长钢琴之一。

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