CN101833946B - 配有弱音踏板的自动演奏器钢琴、自动演奏系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了配有弱音踏板的自动演奏器钢琴、自动演奏系统和方法。直立钢琴(100a)配有弱音踏板(110a)，并且演奏者通过压下弱音踏板(110a)使得弦槌行程更短；当用户正在借助于基于直立钢琴(100)制造的自动演奏器钢琴(100)再现音乐曲调时，基于目标值(rx)和实际值(yx)之间的键(1e，1f)的位置差(ex)以及键速度差(ev)，对键(1e，1f)进行伺服控制，并且，被提供给键(1e，1f)的电磁控制键致动器(5)的驱动信号(DR)的占空比(ui)基于位置差/键速度差和位置增益(kx)和速度增益(kv)之间的乘法确定；在压下弱音踏板的情形下减少位置增益的值，以防止不想要的响亮音调的重放。

Description

配有弱音踏板的自动演奏器钢琴、自动演奏系统和方法

技术领域

本发明涉及自动演奏器钢琴，以及更具体地，涉及配有用于改变弦槌的原始位置的弱音踏板系统的自动演奏器钢琴、在其中合并的自动演奏系统和用于控制自动演奏系统的方法。

背景技术

自动演奏器钢琴是原声钢琴和自动演奏系统之间的组合。大钢琴和直立钢琴可以用于自动演奏器钢琴，并且，通过自动演奏系统沿着音乐小节选择性地按下和释放黑键、白键和踏板，以进行自动弹奏。音乐数据被提供给自动演奏系统以进行自动弹奏。音乐系统不仅表示要产生的音调的音高，还表示音调的响度。音调的响度与弦槌就要与琴弦碰撞之前的速度(即，最终弦槌速度)成比例。自动演奏系统分析音乐数据，并确定要按下和释放的黑键和白键、以及最终弦槌速度。

最终弦槌速度可通过将参考点处的键速度调节为目标值来控制。参考点处的键速度被称为“参考键速度”。参考点是键从静止位置到终点位置的键轨迹上的预定键位置，并且，键轨迹是随着时间变化的一系列键位置值。向着终点位置的一系列键位置值被称为“参考前向键轨迹”，而术语“参考后向键轨迹”表示向着静止位置的一系列键位置值。确定参考后向键轨迹，以控制衰减音调的时间。

当音乐数据表示大值的音调响度时，沿着陡峭的参考前向键轨迹移动该音调的黑键或白键，以便以相应的大值的参考键速度经过参考点。另一方面，当音乐数据表示小值的音调响度时，使该音调的黑键或白键沿着平缓的参考前向键轨迹行进，以便以相应的小值的参考键速度经过参考点。由此，自动演奏系统通过将参考键速度调整为目标值，控制音调的响度。

在日本专利申请特开2005-292769中公开了键上的控制序列的典型例子。如前文所述，一系列键位置值形成参考前向键轨迹。参考前向键轨迹上的每个值表示目标键位置，并且参考前向键轨迹上的目标键速度可基于多个目标键位置值确定。现有技术的自动演奏系统包括传感器，其监视电磁控制键致动器的活塞，并且基于从传感器提供的检测信号确定实际键速度或实际键位置。实际键位置或实际键速度也可基于一系列实际键位置值或一系列实际键速度值确定。现有技术的自动演奏系统还包括伺服控制器，其连接到电磁控制键致动器以提供驱动信号，并且，实际键速度和实际键位置被与目标键速度和目标键位置进行比较，以查看键是否确实在参考前向键轨迹上行进。如果产生差异，则现有技术的伺服控制器将该差异乘以增益，并通过该乘法确定驱动信号的占空比。

在现有技术的伺服控制器中，增益可随着目标键位置或目标键速度而变化。然而，对于所有按下的键改变增益，而不考虑踏板上的踩踏(step)。换言之，始终在参考前向键轨迹上的预定点上改变增益。

踏板系统被合并到标准直立钢琴中，并且，踏板已知为“弱音踏板”和“延音踏板”。钢琴师压下延音踏板以延长音调。另一方面，钢琴师压下弱音踏板以减小音调的响度。已知两种弱音踏板机制。所述两种弱音踏板机制之一使得键板横向移位(shift)。通过横向移位减少琴弦的丝数，从而减小响度。另一种弱音踏板机制使得弦槌的原始位置和琴弦之间的距离减小，并使得最终弦槌速度减小。

例如，另一种弱音踏板机制配有背档，其在弦槌阵列的前方横向延伸，并且，弱音踏板与背档链接。当演奏者正在弹奏音乐小节而不压下弱音踏板时，背档与原始位置处的弦槌隔开。在此情况下，当演奏者按下键时，弦槌通过脱离顶杆(jack)而飞过原始位置和琴弦之间的整个距离。另一方面，当演奏者压下弱音踏板时，背档沿后向方向移动，并向着琴弦推动弦槌。结果，减小了到琴弦的距离，并且弦槌飞过减小后的距离。弦槌轻缓地与琴弦碰撞，从而减小音调的响度。

如前所述，迫使黑键和白键在参考前向键轨迹上行进，并且按照使得键以参考键速度经过参考点的方式确定参考前向键轨迹。期望弦槌在目标时间以最终弦槌速度目标值与琴弦碰撞，以产生音调。然而，遇到如下问题，其中，在自动演奏时，在自动演奏系统压下弱音踏板的情况下，弦槌不稳定。例如，产生音调两次。比目标时间更早地产生其他音调。

发明内容

因而，本发明的一个重要目的是提供自动演奏器钢琴，其以高保真度重演弹奏，而与弱音踏板的操纵无关。

本发明的另一重要目的是提供自动演奏系统，其形成自动演奏器钢琴的一部分。

本发明的另一重要目的是提供在自动演奏系统中使用的方法。

本发明人考虑现有技术的自动演奏器钢琴中固有的问题，并且注意到，由于背档的后向移动，弦槌转击器(hammer butt)与顶杆分开。在此情况下，键上的负载减小，直到顶杆与弦槌转击器接触为止。减小的负载下的键行程为距离静止位置3毫米的量级。然而，伺服控制器被设计为在键上的负载不改变的情形下控制电磁控制键致动器。由于驱动信号的占空比的循环改变，这导致键的振荡。电磁控制键致动器开始在占空比增加的情形下推动键的后部。顶杆强烈碰击弦槌转击器，并且弦槌与琴弦强烈碰撞。

基于上述发现提出本发明。本发明人总结出：键的伺服控制在弱音踏板的开状态和关状态之间是不同的。

为实现这些目的，本发明提出：在压下弱音踏板的情形下，减小伺服控制中的增益。

根据本发明的一个方面，提供了一种自动演奏器乐器，用于基于表示要产生的音调和要向所述音调赋予的音效的音乐数据码，沿着音乐小节再现所述音调，并且，所述自动演奏器乐器包括：键盘乐器，其包括：多个键，被选择性地移动，以指定要产生的所述音调的音名，音调生成系统，连接到所述多个键，用于以所述音名产生所述音调，并形成多个力传送路径的部分，所述多个力传送路径中的每一个具有：所述多个键中的一个，动作单元，连接到所述多个键中的所述一个，以通过其传送力，以及弦槌，由所述动作单元驱动，以在弦槌行程上飞行，以及踏板系统，其具有：至少一个踏板，在用于向所述音调赋予所述音效的踏板开状态和用于从所述音调消除所述音效的踏板关状态之间移动，行程改变器，被致动以便将所述弦槌行程从前一值改变为另一值，并被抑制以便将所述弦槌行程从所述另一值变为所述前一值，踏板链接件，连接在所述至少一个踏板和所述行程改变器之间，并将所述至少一个踏板的移动传送到所述行程改变器，以在致动和抑制之间改变所述行程改变器；以及自动演奏系统，其包括：多个致动器，被分别提供用于所述多个力传送路径，以及将驱动信号转换为在所述力传送路径上施加的力，以便使得所述力传送路径移动，多个传感器，分别监视所述多个力传送路径，以及产生代表物理量的实际值的检测信号，所述物理量表示所述多个力传送路径的所述移动，踏板控制器，分析表示所述音效的所述音乐数据码，以及根据对表示所述音效的所述音乐数据码的分析的结果，在所述踏板开状态和所述踏板关状态之间改变所述至少一个踏板，至少一个踏板状态检测器，监视所述至少一个踏板，以便确定表示所述至少一个踏板是处于所述踏板开状态还是所述踏板关状态的踏板状态，信号调节器，连接到所述多个致动器，以及将所述驱动信号调整到幅度的目标值，运动控制器，被按顺序地提供表示所述音调的所述音乐数据码，以及确定用于所述键的所述物理量的目标值，以及伺服控制器，连接到用于接收所述物理量的所述实际值的所述多个传感器、用于接收所述踏板状态的所述至少一个踏板状态检测器、用于接收所述物理量的所述目标值的所述运动控制器、以及用于提供表示所述幅度的所述目标值的控制数据的所述信号调节器，并具有：比较器，将所述物理量的所述目标值中的每一个同与所述目标值中的所述每一个相对应的所述物理量的所述实际值中的一个相比较，以便确定所述目标值中的所述每一个和所述实际值中的所述一个之间的差，以及幅度确定器，连接在所述比较器和所述信号调节器之间，并通过所述差和用于将所述控制数据提供给所述信号调节器的增益值之间的乘法，确定所述幅度的所述目标值，以及增益控制器，其连接在所述踏板状态检测器和所述幅度确定器之间，以及当所述至少一个踏板处于所述踏板开状态时减小所述增益值。

根据本发明的上述方面，所述增益控制器可以在踏板开状态下，在所述多个力传送路径的所述移动的初始阶段中减小所述增益的值，并且可以在所述初始阶段之后的所述移动的阶段中，将所述增益恢复为在减小所述增益的所述值之前的值。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动演奏系统，被提供用于在具有用于产生音调的多个力传送路径和用于通过改变弦槌行程向所述音调给予音效的踏板系统的键盘乐器上由音乐数据码表示的自动弹奏，并且，该自动演奏系统包括：多个致动器，被分别提供用于所述多个力传送路径，以及将驱动信号转换为在所述力传送路径上施加的力，以便使得所述力传送路径移动，其中所述多个力传送路径的每一个具有被移动以便指定所述音调之一的键、通过其传送力的动作单元、以及由所述动作单元驱动以在所述弦槌行程上飞行的弦槌，多个传感器，分别监视所述多个力传送路径，以及产生代表物理量的实际值的检测信号，所述物理量表示所述多个力传送路径的所述移动，踏板控制器，分析表示所述音效的所述音乐数据码，以及根据对表示所述音效的所述音乐数据码的分析的结果，在用于向所述音调给予音效的踏板开状态和用于从所述音调移除所述音效的踏板关状态之间改变所述踏板系统的至少一个踏板，至少一个踏板状态检测器，监视所述至少一个踏板，以便确定表示所述至少一个踏板是处于所述踏板开状态还是所述踏板关状态的踏板状态，信号调节器，连接到所述多个致动器，以及将所述驱动信号调整到幅度的目标值，运动控制器，被按顺序地提供所述音乐数据码，以及确定用于所述键的所述物理量的目标值，以及伺服控制器，连接到用于接收所述物理量的所述实际值的所述多个传感器、用于接收所述踏板状态的所述至少一个踏板状态检测器、用于接收所述物理量的所述目标值的所述运动控制器、以及用于提供表示所述幅度的所述目标值的控制数据的所述信号调节器，并具有：比较器，将所述物理量的所述目标值中的每一个同与所述目标值中的所述每一个相对应的所述物理量的所述实际值中的一个相比较，以便确定所述目标值中的所述每一个和所述实际值中的所述一个之间的差，以及幅度确定器，连接在所述比较器和所述信号调节器之间，并通过所述差和用于将所述控制数据提供给所述信号调节器的增益值的乘法，确定所述幅度的所述目标值，以及增益控制器，其连接在所述踏板状态检测器和所述幅度确定器之间，并当所述至少一个踏板处于所述踏板开状态时减小所述增益值。

根据本发明的上述方面，所述增益控制器可以在踏板开状态下，在所述多个力传送路径的所述移动的初始阶段中减小所述增益的值，并且可以在所述初始阶段之后的所述移动的阶段中，将所述增益恢复为在减小所述增益的所述值之前的值。

根据本发明的再一方面，提供了一种控制自动演奏器乐器用于自动弹奏的方法，包括如下步骤：a)获取表示用于产生音调的键盘乐器的键的真实移动的物理量的实际值、表示所述键的期望移动的所述物理量的目标值、以及表示用于向所述音调赋予音效的踏板是否在踏板开状态和踏板关状态之间改变的状态数据；b)基于所述状态数据和所述物理量而确定增益将具有减小的值还是不减小的值，并确定所述物理量的所述实际值和所述物理量的所述目标值之间的差；c)通过所述差和所述减小的值和不减小的值之一之间的乘法，确定驱动信号的幅度的目标值；d)将所述驱动信号调整为所述幅度的所述目标值；e)将所述驱动信号提供给用于所述键的致动器，以便引起所述真实移动；以及f)重复所述步骤a)至e)，直到所述键完成所述真实移动为止。

附图说明

根据结合附图的以下描述，将更清楚地理解自动演奏器钢琴、自动演奏系统和方法的特征和优点，附图中

图1是示出本发明的自动演奏器钢琴的外观的透视图，

图2是示出在自动演奏器钢琴的直立钢琴中合并的机械音调生成系统的结构的截面侧视图，

图3是示出信息处理系统的系统配置、以及信息处理系统和其他系统组件之间的电连接的框图，

图4A是示出键传感器的组件元件的透视图，

图4B是示出在键传感器的光调制器上打印(print)的灰阶的截面侧视图，

图4C是示出光调制器和光耦合器之间的相对位置的前视图，

图5是示出弱音踏板、弱音踏板链接件和弦槌的示意侧视图，

图6是示出伺服控制器的控制序列的框图，

图7是在压下弱音踏板的情形下、在伺服控制中使用的增益表的视图，

图8是示出在未压下弱音踏板的情形下、在伺服控制中使用的另一增益表的视图，

图9是示出在未压下弱音踏板时使用图8中所示的增益表的情形下、参考前向键轨迹上的实际键位置的图，

图10是示出在压下弱音踏板时使用图8中所示的增益表的情形下、参考前向键轨迹上的实际键位置的图，

图11是示出在压下弱音踏板时使用图7中所示的增益表的情形下、参考前向键轨迹上的实际键位置的图，

图12是示出本发明的另一自动演奏器钢琴的结构的截面侧视图，

图13是示出在本发明的另一自动演奏器钢琴中创建的伺服控制环的框图，

图14是示出在本发明的再一自动演奏器钢琴中创建的伺服控制环的框图，

图15是示出在本发明的再一自动演奏器钢琴中创建的伺服控制环的框图，

图16是示出本发明的再一自动演奏器钢琴的结构的截面侧视图。

具体实施方式

实施本发明的自动演奏器乐器主要包括键盘乐器和自动演奏系统。自动演奏系统基于表示要产生的音调和向音调赋予的音效的音乐数据码，在键盘乐器上弹奏音乐小节。

键盘乐器包括多个键、音调生成系统和踏板系统，并且，多个键和踏板系统连接到音调生成系统。具体地，键被选择性地移动，以指定要产生的音调的音名，并且音调生成系统响应于键的移动，以便以所指定的音名产生音调。音调生成系统形成多个力传送路径的部分。

每个力传送路径具有多个键之一、动作单元和弦槌。所述多个键被分别连接到动作单元。每个动作单元向与其关联的弦槌传送力，使得弦槌被驱动在弦槌行程上飞行。

踏板系统具有至少一个踏板、踏板链接件和行程改变器。踏板通过踏板链接件连接到行程改变器，并且在踏板开状态和踏板关状态之间移动。通过踏板链接件将踏板的移动传送到行程改变器。当踏板改变为踏板开状态时，弦槌行程从前一值减小为另一值，并且将音效赋予音调。另一方面，当踏板改变为踏板关状态时，踏板行程恢复为前一值，并从音调消除音效。由此，根据行程改变器的致动/抑制，对音调赋予音效，或从音调消除音效。

自动演奏系统包括多个致动器、多个传感器、踏板控制器、踏板状态检测器、信号调节器、运动控制器和伺服控制器，并且在致动器、传感器、踏板控制器、踏板状态检测器、信号调节器、运动控制器和伺服控制器之间协作控制多个键和踏板系统。

多个致动器被分别提供用于多个力传送路径，并将驱动信号转换为施加到力传送路径上的力。当致动器正将力施加到与致动器相关联的力传送路径上时，使得力传送路径移动。踏板控制器分析表示音效的音乐数据码，并根据对表示音效的音乐数据码的分析的结果，在踏板开状态和踏板关状态之间改变踏板。由此，自动演奏系统引起力传送路径的移动、以及行程改变器的移动，而无需人类演奏者的任何手指动作和任何踏板动作。

传感器分别监视多个力传送路径，并产生代表物理量的实际值的检测信号。物理量的实际值表示多个力传送路径的移动。踏板状态检测器监视踏板，以便确定表示踏板是处于踏板开状态还是踏板关状态的踏板状态。由此，键的移动和踏板的移动被报告给伺服控制器。

信号调节器连接到多个致动器，并将驱动信号调整到幅度的目标值。力传送路径上的力随着幅度成比例地变化。为此，被施加到力传送路径上的力是可控的。运动控制器和伺服控制器参与致动器上的控制序列。控制序列在下文中被详细描述。

运动控制器被顺序地提供表示音调的音乐数据码，并确定用于键的物理量的目标值。伺服控制器连接到用于接收物理量的实际值的多个传感器、用于接收踏板状态的踏板状态检测器、用于接收物理量的目标值的运动控制器，以及还连接到用于提供表示幅度的目标值的控制数据的信号调节器。伺服控制器具有比较器、幅度确定器和增益控制器。

比较器将物理量的每个目标值和对应于前述每个目标值的物理量的实际值中的一个相比较，以便确定每个目标值和前述实际值中的一个之间的差。幅度确定器连接在比较器和信号调节器之间，并通过所述差和用于将控制信号提供给信号调节器的增益值之间的乘法，来确定幅度的目标值。增益控制器连接在踏板状态检测器和幅度确定器之间，并且，当踏板处于踏板开状态时减小增益值。为此，在踏板开状态的情形下的驱动信号的幅度小于在踏板关状态的情形下的驱动信号的幅度。

当行程改变器使得踏板行程减小时，在动作单元和弦槌之间产生空隙，并且与踏板关状态中不同，致动器上的惯性负载减小。在此情形下，驱动信号的幅度随着惯性负载一起减小。由此，正确地控制力传送路径上的力。结果，以最佳响度产生音调。

通过方法控制自动演奏器乐器进行自动弹奏，并且该方法包括六个步骤。在第一步骤中，自动演奏系统获取表示用于产生音调的键盘乐器的键的实际移动的物理量的实际值、表示键的期望移动的物理量的目标值、以及表示用于向音调赋予音效的踏板是否在踏板开状态和踏板关状态之间改变的状态数据。

在第二步骤中，自动演奏系统基于状态数据和物理量来确定增益将具有减小的值还是不减小的值，并确定物理量的实际值和物理量的目标值之间的差。在第三步骤中，自动演奏系统通过所述差和减小的值和不减小的值之一之间的乘法，确定驱动信号的幅度的目标值。

在第四步骤中，自动演奏系统将驱动信号调整为幅度的目标值。在第五步骤中，将驱动信号提供给用于键的致动器，以便引起实际移动。在第六步骤中，自动演奏系统重复上述五个步骤，直到键完成实际移动为止。

在以下描述中，术语“前部”表示与术语“后部”所修饰的位置相比，更接近于坐在凳子上用手指弹奏的演奏者的位置。在前部位置和相应的后部位置之间所绘的线在“纵长方向”上延伸，并且横向方向以直角与纵长方向相交。

第一实施例

首先参照附图的图1，自动演奏器乐器100主要包括直立钢琴100a、自动演奏系统100b和记录系统100c。如下文详细描述的，直立钢琴100a类似于标准直立钢琴的结构，从而人类演奏者通过手指动作和踏板动作在直立钢琴100a上弹奏音乐小节。

自动演奏系统100b是一种计算机体系，并且被拟人化为“自动演奏者”。自动演奏系统100b具有信息处理能力，并且计算机程序在自动演奏系统100b的信息处理器上运行。自动演奏系统100b取代人类演奏者的手指动作，在直立钢琴100a上弹奏音乐小节。音乐小节由多组音乐数据码表示，并且一组音乐数据码被加载到自动演奏系统中以进行自动演奏。顺序地分析音乐数据码，以便确定要通过手指动作(fingering)产生的音调和要通过踏板动作(pedaling)赋予音调的效果。自动演奏系统100b基于分析结果，在直立钢琴100a上进行手指动作和踏板动作，以便通过直立钢琴100a弹奏音乐小节。在此例子中，假设根据MIDI(乐器数字接口)协议准备音乐数据码。

记录系统100c也是计算机体系，并且具有信息处理能力。如下面将详细描述的，自动演奏系统100b的大多数系统组件与记录系统100c共享。另一计算机程序在信息处理器上运行，以在直立钢琴100a上记录弹奏，并产生表示该弹奏的多组音乐数据码。

直立钢琴的结构和行为

直立钢琴100a包括钢琴箱体1a、键板1b、机械音调生成系统1c(见图2)和踏板系统110。钢琴箱体1a具有键座(key bed)1d，其水平伸出，并且键板1b被安装在键座1d上。多个黑键1e和多个白键1f被合并到键板1b中，并在静止位置和终点位置之间独立移动。在此例子中，终点位置与静止位置隔开大约10毫米。

黑键1e和白键1f按公知方式铺设。对于音符开键事件(即，音调的生成)和音符关键事件(即，音调的衰减)，按下和释放黑键1e和白键1f。键架中板(balance rail)BR在横向方向上在键座1d上延伸，并且黑键1e和白键1f在它们的中间位置处与键架中板BR接触。平衡销钉P间隔地从键架中板BR向上伸出，并分别向键1e和1f提供支点。在以下描述中，相对于键架中板BR确定术语“前部”和“后部”。当人类演奏者按下键1e和1f的前部时，或当自动演奏器向上推键1e和1f的后部时，键1e和1f开始从静止位置向终点位置行进。另一方面，人类演奏者和自动演奏器从键1e和1f的前部以及键1e和1f的后部移除力，键1e和1f开始向着静止位置行进。

在以下描述中，术语“按下的键”表示开始向着终点位置行进的黑键1e或白键1f，并且术语“释放的键”表示开始向着静止位置行进的黑键1e或白键1f。

音阶的音名被分别分配给键1e和1f，从而人类演奏者和自动演奏器指定要通过键1e和1f产生的音调。键号被分别分配给音名，从而每个黑键1e和白键1f用表示键号的键码指定。卡钉柱(capstan button)CB从键1e和1f的后部伸出，并且将键1e和1f的移动从卡钉柱CB传送到音调生成系统1c，以指定音调的音高。

在箱体1a中限定了内部空间，并且，在箱体1a内提供机械音调生成系统1c和除了三个踏板110a、110b和110c之外的踏板系统110。三个踏板110a、110b和110c从钢琴箱体1a的下部伸出，并且分别被命名为“弱音踏板”、“消音踏板”和“延音踏板”。弱音踏板110a、消音踏板110b和延音踏板110c由人类演奏者或自动演奏器选择性地压下，以便通过弱音踏板链接件110d、消音踏板链接件110e和延音踏板链接件110f对音调赋予人工表现。

踏板系统110连接到机械音调生成系统1c，使得弱音、消音和延音踏板110a、110b和110c的移动被传送到机械音调生成系统1c，以向音调赋予效果。

机械音调生成系统1c包括动作单元2、弦槌组件3、琴弦4和制音器组件6。动作单元2分别连接到键1e和1f，使得按下的键1e和1f致动相关联的动作单元2。被致动的动作单元2从其原始位置移动。弦槌组件3分别连接到动作单元2，并且，制音器组件6也分别连接到动作单元2。被致动的动作单元2使得相关联的制音器组件6与相关联的琴弦4分开，使得琴弦4准备好振动。被致动的动作单元2还驱动相关联的弦槌组件3旋转，并且弦槌组件3与琴弦4碰撞，以便使得琴弦4振动。由此，动作单元2、弦槌组件3、制音器组件6和琴弦4彼此协作产生音调，并充当机械音调生成系统1c。

在以下描述中，术语“原始位置”表示当相关联的键1e和1f停留在静止位置上时机械音调生成系统1c的组成部分的位置。

动作单元2沿横向方向在键1e和1f的后部上方布置，并且键1e和1f的卡钉柱CB分别保持与动作单元2接触。动作单元2由总档(center rail)CR可旋转地支撑，总档CR又由键座1d上的动作托架(action bracket，未示出)支撑。按下的键1e和1f使得动作单元2以由箭头AR1指示的方向旋转。当从按下的键1e和1f上移除力时，由于动作单元2的自重，允许动作单元2向着原始位置移动，并以与箭头AR1相反的方向旋转。

每个动作单元2具有顶杆(jack)2a、联动器组件(whippen assembly)2b和调节钮2c。联动器组件2b由总档CR可旋转地支撑，并且顶杆2a由联动器组件2b可旋转地支撑。调节钮2c由总档CR支撑，并且顶杆2a具有与调节钮2c相对的尖端(toe)。

当顶杆2a的尖端与调节钮2c接触时，顶杆2a在联动器组件2b上旋转，并且，以由箭头AR2指示的方向，通过从相关联的弦槌组件3脱离而驱动相关联的弦槌组件3旋转。顶杆2a还具有腿部(leg portion)，其从项杆2a的旋转轴向上伸出。

当动作单元2停留在原始位置上时，顶杆2a的上表面保持与相关联的弦槌组件3接触。当通过与调节钮2c的接触而驱动顶杆2a在联动器组件2b上旋转时，顶杆2a的腿部碰击相关联的弦槌组件3，以便引起向着琴弦4的旋转。

琴弦4被设计为分别以音阶的音名生成音调，并且音名与分别被分配给键1e和1f的音名一致。为此，借助于键1e和1f指定要产生的音调的音名。琴弦4在钢琴箱体1a的框架上方伸展。

弦槌组件3也在横向方向上在动作单元2上方布置，并由总档CR可旋转地支撑。每个弦槌组件3被分为弦槌转击器(hammer butt)3a、弦槌柄(hammershank)3b和弦槌头3c。弦槌转击器3a可旋转地连接到总档CR，并且弦槌柄3b从弦槌转击器3a向上向前伸出。弦槌头3c连接到弦槌柄3b的上末端，并向着琴弦4伸出。

当黑键1e和白键1f停留在静止位置上时，动作单元2和弦槌组件3在其原始位置上，并且，弦槌柄3b在形成弱音踏板链接件110d的一部分的背档(hammer rail)110h上静止。当黑键1e或白键1f开始向着终点位置行进时，按下的键1e或1f使得动作单元2以由箭头AR1指示的方向旋转，并且，顶杆2a开始推动弦槌转击器3a，以便迫使在由箭头AR2指示的方向上旋转相关联的弦槌组件3。顶杆2a的尖端越来越接近调节钮2c。尖端与调节钮2c接触，并且顶杆2a从弦槌转击器3a脱离。然后，弦槌组件3开始向着琴弦4的自由旋转。弦槌头3c在自由旋转的终点处与琴弦4碰撞，并且琴弦4通过其振动生成音调。

弦槌组件3在琴弦4上弹回，并且弦槌组件3的制动木(catcher)被动作单元2的托木(back check)接收。当按下的键1e或1f被释放时，动作单元3返回原始位置，并且弦槌柄3b与背档110h的后表面接触。

制音器组件6在弦槌组件3的背面上在横向方向上布置。每个制音器组件包括力传送机构6a和制音器头6b。力传送结构6a由总档CR可旋转地支撑，并且，制音器头6b连接到力传送机构6a的上末端。总是在逆时针方向上推进力传送结构6a。为此，当黑键1e或白键1f停留在静止位置上且未按下延音踏板110c时，制音器头6b保持与琴弦4接触，并防止琴弦4通过共振而振动。

当键1e或1f正从静止位置向着终点位置行进时，力传送结构6a将力从按下的键1e或1f传递到制音器头6b，并且制音器头6b从琴弦4分开。然后，琴弦4准备好振动。当按下的键1e或1f被释放时，制音器头6b在向着静止位置的途中与琴弦4接触，并使得振动衰减。

如前所述，踏板系统110具有三个踏板110a、110b和110c、以及三个踏板链接件110d、110e和110f，并且背档110h形成弱音踏板链接件110d的一部分。延音踏板链接件110e和消音踏板链接件110f类似于标准直立钢琴中的那些，并且是本领域技术人员公知的。当压下延音踏板100c时，延音踏板链接件110f在释放键1e和1f之后保持制音器头6b与琴弦4分开，从而延长音调。当压下消音踏板110b时，消音踏板链接件110e使得毡片(sheet of felt，未示出)7在弦槌组件3和琴弦4之间移动。在此情形下，当弦槌头3c向着琴弦4飞行时，弦槌头3c通过毡片与琴弦4碰撞，以便微弱地生成音调。尽管弱音踏板链接件110d也类似于标准直立钢琴的弱音踏板链接件，但详细地描述弱音踏板链接件110d，以更好地理解本发明。

背档110h在弦槌组件3的阵列前方横向延伸，并且弱音踏板110a通过弱音踏板链接件110d的其余链接件连接到背档110h。背档110h由动作托架(未示出)可旋转地支撑，并且以由箭头AR3指示的方向和箭头AR3的相反方向旋转。

当弱音踏板110a在原始位置静止时，发现背档110h位于图2中所示的原始位置，并且所有弦槌组件3的弦槌柄3b保持与背档110h接触。在此情形下，当按下黑键1e和白键1f时，按下的键1e和1f使得相关联的顶杆2a从弦槌组件3脱离。弦槌组件3从原始位置处的背档110h向琴弦4飞过整个弦槌轨迹或完整的弦槌行程，并且弦槌头3c与琴弦4碰撞。弦槌组件3在琴弦4上弹回，并在与箭头AR2相反的方向上旋转。弦槌组件3的制动木被动作单元2的托木捕捉。当按下的键1e和1f被释放时，允许动作单元2和弦槌组件以与箭头AR1相反的方向、以及与箭头AR2相反的方向旋转，并且弦槌柄3b再次与背档110h接触。

当压下弱音踏板110a时，弱音踏板110a通过弱音踏板链接件110d的链接，使得背档110h在由箭头AR3指示的方向上旋转，从而减小背档110h和琴弦4之间的距离。在此情形下，弦槌组件3被迫使移动到向着琴弦4的途中的预定位置。当按下的键1e和1f使得顶杆2a从弦槌组件3脱离时，弦槌组件3飞过部分弦槌轨迹，并且，弦槌头3c轻柔地与琴弦4碰撞。结果，音调的响度减小。由此，响度减小是通过弱音踏板110a和弱音踏板链接件110d赋予音调的效果。

当键1e或1f正在未压下弱音踏板110a的情形下从静止位置行进时，按下的键1e或1f使得动作单元2从弦槌组件3断开，即，在与琴弦4分开2到3毫米的弦槌位置处放开(let off)，之后，弦槌3在自由旋转的终点处与琴弦4碰撞。在以小响度高速重复生成音调的情况下，该行为是漏音的原因，这被称为“漏碰”(miss-touch)。为了防止演奏者漏碰，弱音踏板110a有效针对漏碰。当以高速重复的方式压下弱音踏板110a时，背档110h在后向方向上推动弦槌组件3。结果，弦槌行程减小。减小的弦槌行程使得弦槌组件3敏捷地响应于高速重复。

自动演奏系统的系统配置

自动演奏系统100b包括键传感器8的阵列、控制器11、电磁控制键致动器5的阵列、电磁控制踏板致动器110i、110j和110k、盘驱动器120(见图1)和操纵面板130(见图1)。如图1所示，控制器11从键座1d悬挂。盘驱动器120和操纵面板130被容纳在控制器11的外壳11d中，并且被暴露于外壳11d的前面板。人类演奏者将诸如例如DVD(数字多用盘)或CD(Compact Disk)的盘碟DK加载到盘驱动器120中，并将盘碟DK变为另一盘碟。在此例子中，标准MIDI文件被存储在盘碟DK中。

操纵面板130包括触摸屏。触摸屏是诸如例如液晶显示器面板的视觉图像再现装置和与视觉图像再现装置的屏幕重叠的检测器之间的组合。液晶显示面板在控制器11的辅助下在屏幕上显示各种视觉图像，如消息、列表、开关和控制杆。当用户使得手指与屏幕的区域接触时，检测器向控制器11报告区域的位置，并且控制器11确定在该区域中产生的视觉图像。如果视觉图像表示屏幕上的数个区域中的作业，则控制器11指定由用户指示的作业。人类演奏者还推动和移动在屏幕上表示开关和控制杆的视觉图像，以便向自动演奏系统100b给出用户指令、用户选项和用户选择。由此，操纵面板130充当人机界面。

转到附图的图3，控制器11包括信息处理系统111和缩写为“PWM”的脉宽调制器25，并且信息处理系统111和脉宽调制器25被容纳在外壳11d中。

信息处理系统111包括中央处理单元11a、外围处理器(未示出)、缩写为“ROM”的只读存储器件11b、缩写为“RAM”的随机存取存储器件11c、缩写为“BUS”的共享总线系统11e、内部时钟(未示出)和信号接口(未示出)。中央处理单元11a、外围处理器、只读存储器件11b、随机存取存储器件11c和信号接口连接到共享总线系统11e，从而，中央处理单元11a可通过共享总线系统11e与外围处理器、只读存储器件11b、随机存取存储器件11c和信号接口通信。

中央处理单元11a是信息处理能力的发源，并且计算机程序在中央处理单元11a上运行，以便实现由计算机程序表示的作业。中央处理单元11a由诸如直接存储器存取处理器的外围处理器支持。

只读存储器件11b的一部分通过半导体闪存器件实现。各种信息被按非易失性方式存储在只读存储器件11b中。然而，存储在半导体闪存中的数据是可重写的。形成计算机程序的一组指令代码是各种信息之一，并且子例程程序被设计用于自动演奏。多组音乐码可被存储在半导体闪存中。查找表定义了弦槌位置信号和弦槌位置的值、以及键位置信号和键位置的值，并被存储在半导体闪存器件中。多个增益表还被存储在只读存储器件11b中，并且后面将详细描述计算机程序和多个增益表。

随机存取存储器件11c充当工作存储器，并且，键位置数据、弦槌位置数据和活塞速度数据被按可重写的方式存储在随机存取存储器件11c中创建的数据表中。在用于键的数据表中，存储位置被分配给键1e和1f中的每一个，并且预定数目的键位置数据被按先入先出的方式存储在存储位置中。类似地，在用于弦槌的数据表中，存储位置被分配给每个弦槌3，并且，预定数目的弦槌位置数据被按先入先出的方式存储在存储位置中。由音乐数据码表示的音乐数据、表示驱动信号DR的平均电流量或占空比的驱动数据、以及计算结果还被存储在随机存取存储器件11c中。对于电磁控制键致动器5以及电磁控制踏板致动器110i、110j和110k中的每一个存储平均电流量。在可通过通信网络从程序源下载计算机程序的情况下，计算机程序被临时存储在随机存取存储器11c中。

信号接口(未示出)连接到脉宽调制器25、以及记录系统100c和自动演奏器系统100b的传感器。被分配给传感器的信号接口包括模数转换器(其中之一用图6中的参考数字24标记)和数据缓冲器，并且传感器的模拟输出信号被转换为数字数据信号。数字信号被临时存储在数据缓冲器中，并且中央处理单元11a周期性地通过计算机程序的另一子例程程序将数字数据信号传递到随机存取存储器件11c中的数据表。

内部时钟之一测定从开始自动弹奏起经过的时间、或从开始记录起经过的时间。内部时钟可由软件实现。在采用软件时钟的情况下，在随机存取存储器11c中实现内部时钟。

回到附图的图2，键传感器8并联到信息处理系统111的信号接口，并且分别被提供用于键1e和1f，以向控制器11报告相关联的键1e和1f的实际键位置。如后面将详细描述的，在对键1e和1f的伺服控制中，使用表示实际键位置的键位置数据。

图4A至图4C示出了键传感器8之一。光耦合器101和光调制器102组合形成键传感器8。光耦合器101被提供在键座1d上，并且光调制器102从相关联的键1e或1f的前部的下表面垂下。光耦合器101充当光遮断器，其具有例如半导体发光二极管的发光元件104和例如半导体光晶体管的光检测103。发光元件104从电流产生光，并且光检测元件104将入射光转换为电流。发光元件104和光检测单元103在壳体101a中彼此分开，并且在发光元件104和光检测单元103之间产生横跨光调制器102的轨迹的光束。灰阶102a被打印在光调制器102的主表面上，并使得光调制器102的透射率(transmittance)在光调制器102的轨迹延伸的方向上逐渐变化。为此，当键1e或1f正在从静止位置向终点位置行进时，光调制器102在轨迹上与键1e或1f一起移动，并且使得光检测元件103上的光量随着当前键位置而变化。光检测元件将入射光转换为电流，该电流的量取决于入射光量。由此，当前键位置被转换为电流量，并且从电流产生键位置信号KS。键1e和1f的整个轨线落入光束的横截面中，从而信息处理系统111可基于由键位置信号KS代表的键位置数据确定当前键位置。

转回图2，控制器11还并联链接到电磁控制键致动器5和电磁控制踏板致动器110i至110k。将驱动信号DR选择性地从控制器11提供到电磁控制键致动器5、以及电磁控制踏板致动器110i、110j和110k，以便引起键1e和1f的移动、以及踏板110a、110b和110c的移动。具体地，信息处理系统111确定驱动信号DR的电流量，并将表示驱动信号的电流量的数据码提供到脉宽调制器25。驱动信号DR由脉冲串实现，从而脉宽调制器25通过优化脉冲串的占空比，将平均电流量调整为目标值。如后面将详细描述的，平均电流量在键1e和1f的移动中可变，以便迫使键1e和1f在参考键轨迹上行进。

电磁控制键致动器5的阵列从箱体1a的键座1d垂下，并被布置在黑键1e的后部和白键1f的后部下面的横向方向上。电磁控制键致动器5被分别提供用于键1e和1f，从而控制器11借助于相关联的电磁控制键致动器5选择性地移动键1e和1f。

每个电磁控制键致动器5包括螺线管5a和活塞5b。控制器11连接到螺线管5a，并且驱动信号DR流过螺线管5a以便产生磁场。活塞5b被提供于螺线管5a内部，并且磁力被施加到活塞5b，以便使得活塞5b从螺线管5a向上伸出。伸出的活塞5b向上推动相关联的键1e或1f的后部，而无需人类演奏者的任何手指力。当驱动信号DR从螺线管5a移除时，借助于回复弹簧(未示出)，活塞5b缩回螺线管5a中。由于动作单元2的自重，缩回的活塞5b允许相关联的键1e或1f的后部下降。由此，控制器11通过电磁控制键致动器5选择性地驱动黑键1e和白键1f。

电磁控制踏板致动器110i、110j和110k被提供于踏板链接件110d、110e和110f中，并被容纳在箱体1a中。控制器11并联连接到电磁控制踏板致动器110d、110e和110f，并且驱动信号DR被选择性地从控制器11提供到电磁控制踏板致动器110i、110j和110k。

转到图5，弱音踏板110a从底框梁(bottom sill)1h伸出，并由托架在底板1i上可旋转地支撑。底框梁1h和底板1i形成部分箱体1a。弱音踏板链接件110d包括弱音踏板杠杆113a、弱音踏板杆114a和114b、臂118a和背档110h。弱音踏板杠杆113a、弱音踏板杆114a和114b以及臂118a充当弱音踏板链接件110d的链接。

弱音踏板110a借助于螺栓(bolt)112b连接到弱音踏板杠杆113a，并且弱音踏板杠杆113a在底板1i上由托架113b可旋转地支撑。回复弹簧113c被提供于弱音踏板杠杆113a的前部和托架113b之间。为此，始终在逆时针方向上推进弱音踏板杠杆113a的前部。弱音踏板杆114b连接到背档110h，并推拉背档110h。臂118a在其一端连接到背档110h，并在另一端连接到销钉(pin)118b。因为销钉118b由动作托架(未示出)可旋转地支撑，所以，弱音踏板杆114b使得臂118a和背档110h围绕销钉118b旋转。

当未在弱音踏板110a上施加任何力时，回复弹簧113c通过弱音踏板杠杆113a使得弱音踏板110a停留在原始位置，并且弱音踏板链接件110d将背档110h保持在图5中由虚线绘出的原始位置处。当在弱音踏板110a上施力时，弱音踏板110a被压下，并且弱音踏板110a下拉弱音踏板杠杆113a的前部。弱音踏板杠杆113a的后部上升，并且弱音踏板杆114a和114b在向上的方向上移动。弱音踏板杆114b推动背档110h，并引起由箭头AR3指示的方向上的旋转。背档110h向着琴弦4推动弦槌柄3b。结果，弦槌头3c和琴弦4之间的距离减小。

电磁控制踏板致动器110i、110j和110k在构造上彼此类似。为此，描述针对于用于弱音踏板链接件110d的电磁控制踏板致动器110i，并且用表示图2中的电磁控制踏板致动器110i的相应组成部分的标记来标记其他电磁控制踏板致动器110j和110k的组成部分，而不进行详细描述。

电磁控制踏板致动器110i具有螺线管110m、活塞110n和内置活塞传感器119。螺线管110m由箱体1a支撑，并且驱动信号DR流过螺线管110m以便产生磁场。活塞110n被插入弱音踏板链接114a和弱音踏板114b之间，并且，相对于螺线管110m在上下方向上移动。当活塞110n在磁场中在向上的方向上移动时，踏板链接件110d使得背档110h在逆时针方向上(即，由箭头AR3指示的方向上)围绕销钉118b旋转，并使得弦槌头3c和琴弦4之间的距离减小，而在弱音踏板110a上无任何力。距离的减小导致在比背档110h的原始位置处的弦槌行程的初始阶段更短的弦槌行程的初始阶段期间，顶杆2a在弦槌转击器3a上施力。为此，弦槌组件3在比背档110h的原始位置处的弦槌组件3的时间段更短的时间段内加速，并且弦槌头3c轻柔地与琴弦4碰撞。

内置活塞传感器119监视活塞110n，并将实际踏板速度转换为踏板速度数据。内置活塞传感器119将代表踏板速度数据的踏板速度信号PS提供到信息处理系统111的信号接口。如后面将详细描述的，在对踏板110a的伺服控制中使用踏板速度数据，并且通过伺服控制改变驱动信号DR的平均电流量。

电磁控制踏板致动器110j和110k的行为与电磁控制踏板致动器110i相似。由此，由控制器11取代人类演奏者，通过电磁控制踏板致动器110i、110j和110k选择性地驱动弱音踏板110a、消音踏板110b和延音踏板110c。

记录系统的系统配置

转到附图的图2，记录系统100c包括弦槌传感器7、信息处理系统111和键传感器8。在自动演奏系统100b和记录系统100c之间共享信息处理系统111和键传感器8。通过光耦合器101和光调制器102的组合实现每个弦槌传感器7。光调制器102被安装到每个弦槌柄3b，并且与弦槌组件3一起移动。另一方面，光耦合器101由动作托架(未示出)借助于合适的框架(未示出)支撑，并且是静态的。弦槌组件3引起光耦合器101和光调制器102之间的相对运动，并且，弦槌传感器7产生代表弦槌轨迹上的行进期间的弦槌位置数据的弦槌位置信号HS，并且，将弦槌位置信号HS从弦槌传感器7提供到信息处理系统111的信号接口。整个弦槌轨迹落入弦槌传感器7的可检测范围内。弦槌位置数据表示弦槌位置。

计算机程序的另一子例程程序被设计为记录直立钢琴100a上的演奏。当中央处理单元11a正在重复用于记录的子例程程序时，基于键位置数据和弦槌位置数据产生音乐数据码，并且，表示直立钢琴100a上的弹奏的该组音乐数据码被存储在标准MIDI文件中。通过线缆或公共通信网，标准MIDI文件被存储在盘驱动器120和/或被传送到服务器计算机、另一电子键盘或另一自动演奏器钢琴。

计算机程序

通过执行计算机程序进行自动弹奏和记录。计算机程序被分为主例程程序和子例程程序，并且主例程程序有条件地分支到子例程程序。如前所述，子例程程序之一被分配给自动弹奏，而另一子例程程序被分配给记录。再一子例程程序被分配给从信号接口到随机存取存储器11c的数据传递。

当用户打开电源开关时，中央处理单元11a启动主例程程序。中央处理单元11a首先初始化信息处理系统111，并校准用于弦槌传感器7和键传感器8的查找表。在初始化和校准之后，中央处理单元11a开始与用户通信。中央处理单元11a在操纵面板130的触摸屏上产生表示作业列表的视觉图像，并等待用户的指令。换言之，中央处理单元11a重复用于与用户通信的主例程程序的循环。在作业列表中写入自动弹奏和记录。

当用户从作业列表中选择作业时，中央处理单元11a使表示所选作业的标志(flag)有效，并且，主例程程序周期性地分支到用于所选作业的子例程程序。在已经使表示自动弹奏或记录的标志有效的情况下，主例程程序进一步周期性地分支到用于从信号接口到随机存取存储器11c的数据传递的子例程程序，并且，中央处理单元11a在随机存取存储器11c的相应数据表中写入当前键位置、或当前键位置和当前弦槌位置。因为用于数据传递的子例程程序具有比用于自动弹奏的子例程程序和用于记录的子例程程序更高的优先级，所以，中央处理单元11a针对键1e/1f和弦槌3，对最新的键位置数据和最新的弦槌位置数据进行数据分析。

假设用户从作业列表中选择了记录。主例程程序周期性地分支到子例程程序。当主例程程序分支到用于记录的子例程程序时，中央处理单元11a检查用于键1e和1f的数据表，以查看键1e和1f中的任一个是否改变键位置。当人类演奏者按下键1e或1f时，中央处理单元11a在按下的键的列表中写入按下的键的键号，并在内部时钟上读取人类演奏者按下键1e或1f的时间，以在被分配给按下的键1e和1f的存储位置中存储表示该时间的时间数据。然后，中央处理单元11a与键位置数据一起分析弦槌位置数据。有可能基于一系列键位置数据值确定按下的键1e或1f的键速度。

另一方面，当人类演奏者释放按下的键1e或1f时，中央处理单元11a从按下的键的列表中移除键号，并在释放的键的列表中写入释放的键1e或1f的键号。中央处理单元11a在内部时钟上读取人类演奏者释放按下的键1e或1f的时间，并在被分配给释放的键1e或1f的存储位置中存储表示该时间的时间数据。

当键号处于按下的键的列表中时，中央处理单元11a检查弦槌位置数据，以查看弦槌组件3是否改变移动方向，即，弦槌组件3是否与琴弦4碰撞。当给出肯定的答案时，中央处理单元11a读取弦槌组件3改变移动方向的时间，并确定表示前一键事件和碰撞之间的持续时间的持续时间数据。中央处理单元11a还基于弦槌位置数据的一系列值来计算最终弦槌速度。最终弦槌速度与通过琴弦4的振动产生的音调的响度成比例。以用于音符开键事件的音乐数据码的形式存储表示键号、响度、持续时间等的弹奏数据。

另一方面，当释放的键1e或1f处于释放的键的列表中时，中央处理单元11a基于一系列键位置数据计算释放的键速度，并估计制音器头6b与振动的琴弦4接触的时间，即，要衰减音调的时间。中央处理单元11a确定从前一键事件(即，前一音符开事件或前一音符关事件)到要衰减音调的时间的持续时间，并且，以用于音符关键事件的音乐数据码的形式存储表示键号、持续时间等的弹奏数据。

当人类演奏者选择性地压下弱音踏板110i、消音踏板110j和延音踏板110k时，中央处理单元11a产生对应于压下的踏板110i、110j和110k的效果的控制改变消息，并在踏板开事件数据码中存储控制改变消息。另一方面，当人类演奏者从按下的状态释放弱音踏板110i、消音踏板110j和延音踏板110k，中央处理单元11a在踏板关事件数据码中存储控制改变消息。

当人类演奏者正在直立钢琴100a上弹奏音乐曲调时，中央处理单元11a重复上述对于按下的键1e和1f以及释放的键1e和1f的上述作业序列，以便产生表示弹奏的音乐数据码。当人类演奏者完成直立钢琴上的弹奏时，他或她推压停止开关的视觉图像。然后，中央处理单元11a从音符开键事件数据码、音符关键事件数据码、踏板开事件数据码和踏板关事件数据码中删除直立钢琴100a的个体性，即，归一化音乐数据码，并在标准MIDI文件中存储该组音乐数据码，作为多种音乐数据码。

软件模块“音乐数据产生器”表示在图2中的记录期间的上述作业序列。

接着，对用于直立钢琴100a上的自动弹奏的子例程程序进行描述。用于自动弹奏的子例程程序的作业等价于如图2所示的软件模块“钢琴控制器10”、“运动控制器12a”和“伺服控制器12b”。当用户从操纵面板130的触摸屏上的作业列表中选择自动弹奏时，中央处理单元11a使表示自动演奏的标志有效，并再现表示音乐曲调的列表的视觉图像，其标准MIDI文件已经被存储在盘驱动器120中。在用户在音乐曲调的列表中不能发现他或她喜欢的音乐曲调时，他可将另一盘碟DK加载到盘驱动器中，或通过通信网络从合适的数据库下载。

当用户从列表中选择喜欢的音乐曲调时，标准MIDI文件被传递到随机存取存储器11c，并且，在操纵面板130的触摸屏上产生表示开始开关、停止开关和中断开关等的视觉图像。由此，自动演奏系统100b准备好在直立钢琴100a上弹奏喜欢的音乐曲调。

假设用户使得他或她的手指与开始开关的视觉图像接触。主例程程序开始周期性地分支到用于自动弹奏的子例程程序和用于数据传递的子例程程序。

钢琴控制器10如下工作。当该组音乐数据码被传递到随机存取存储器11c时，中央处理单元11a通过最接近于当前时间的持续时间数据码设置内部时钟。持续时间数据码表示从自动弹奏或目前发生的键事件和/或踏板事件的启动起到下一键事件和/或踏板事件的持续时间。内部时钟被周期性地递减。当内部时钟到达零时，中央处理单元11a将键事件码和/或踏板事件数据码传递到运动控制器12a。钢琴控制器10重复内部时钟上的设置工作，递减内部时钟，以及将键事件数据码和踏板事件数据码传递到运动控制器12a，直到喜欢的音乐曲调结束为止。

钢琴控制器10还检查弱音踏板110a的当前踏板位置，以查看弱音踏板110a是在开状态还是关状态。钢琴控制器10基于由踏板速度信号PS表示的一系列实际踏板速度值，通过积分确定实际踏板位置，并比较实际踏板位置值与弱音踏板110a的效果被赋予到音调的临界值。当实际踏板位置超出临界值时，中央处理单元11a确定弱音踏板110a处于开状态，并使踏板状态标志PF有效。当弱音踏板110a正处于开状态时，中央处理单元11a保持踏板状态标志PF有效(raised)。另一方面，如果实际踏板位置小于临界值，则弱音踏板110a的效果不被赋予但音调。然后，中央处理单元11a取消(take down)踏板状态标志PF。钢琴控制器10向伺服控制器12b通知踏板状态，如图2中踏板状态标志PF的数据行所示。

运动控制器12a分析键事件数据码和踏板事件数据码，并确定用于每个按下的键、每个释放的键、每个压下的踏板和每个释放的踏板的参考前向键轨迹、参考后向键轨迹、参考前向踏板轨迹和参考后向踏板轨迹。在以下描述中，“参考键轨迹”和“参考踏板轨迹”表示参考前向键轨迹和参考后向键轨迹中的任一个、以及参考前向踏板轨迹和参考后向踏板轨迹中的任一个。

如结合相关技术描述的，参考前向键轨迹是向着终点位置的目标键位置的一系列值，并且参考前向键轨迹上的目标键位置随时间变化。当键1e或1f在参考前向键轨迹上行进时，键1e或1f以参考键速度的目标值经过参考点，且参考键速度的目标值上的键1e或1f使得相关联的弦槌头3c在目标时间以最终弦槌速度的目标值与琴弦4碰撞。由此，通过迫使键1e或1f在参考前向键轨迹上行进，可控制音调的响度。

类似地，参考后向键轨迹也是向着静止位置的目标键位置的一系列值，并且目标键位置随时间变化。如果迫使释放的键1e或1f在参考后向键轨迹上行进，则释放的键1e或1f使得相关联的制音器头6b在要衰减音调的目标时间与振动的琴弦4接触。

黑键1e和白键1f在静止位置和终点位置之间行进，从而最大键行程等于大约10毫米。因此，参考键轨迹上的目标键位置的值在大约10毫米内变化。目标键位置的单位是毫米，并且，值落入0毫米到10毫米的范围内，即，从静止位置到终点位置的全键行程内。

参考前向踏板轨迹是在向下的方向上移动的踏板110i、110j或110k的目标踏板位置的一系列值，并且，目标踏板位置随时间变化。在迫使踏板110i、110j或110k在参考前向踏板轨迹上行进的状态下，将踏板效果在目标时间赋予一个或多个音调。

参考后向踏板轨迹也是向着向上的方向移动的踏板110i、110j或110k的目标踏板位置、以及沿向上的方向移动的踏板110i、110j或110k的目标踏板位置的系列，并且目标踏板位置随时间变化。只要踏板110i、110j或110k在参考后向踏板轨迹上移动，则在目标时间，从一个或多个音调移除音效。

当从钢琴控制器10提供键事件数据码时，运动控制器12a基于键事件数据码指定键1e或1f和目标时间，并确定参考键轨迹。本领域技术人员已经知道如何确定参考键轨迹和参考踏板轨迹。为此，为简明起见，省略具体描述。运动控制器12a周期性地将目标键位置值提供到伺服控制器12b。在此例子中，将每个键1e或1f的目标键位置的值以1毫秒的间隔从运动控制器12a提供到伺服控制器12b，所述1毫秒等于实际键位置的数据传递的间隔。

类似地，运动控制器12a周期性地将目标踏板位置的值提供到伺服控制器12b，用于对踏板110a、110b或110c的伺服控制。

因为直立钢琴100a的电磁控制键致动器5以及键1e和1f是彼此独立的不同机构，伺服控制器12b可同时迫使多个键1e和1f以及至少一个踏板110i、110j或110k在参考键轨迹和参考踏板轨迹上行进。在图6中例示了伺服控制序列。尽管伺服控制器12b通过多个伺服控制序列迫使键1e和1f以及踏板110i、110j或110k在参考键轨迹和参考踏板轨迹上并行地行进，但后面为了简明起见，仅仅参照图6描述一个伺服控制序列。

假设在自动弹奏中键1e或1f从静止位置向着终点位置移动。将音符开键事件数据码从钢琴控制器10提供到运动控制器12a，并且，运动控制器12a确定键1e或1f的参考前向键轨迹。运动控制器12a以1毫米的间隔周期性地将目标键位置的值rx提供到伺服控制器12b，并且，伺服控制器12b通过图6所示的环(loop)开始伺服控制。在伺服控制环中，按1毫秒的间隔执行以下功能。

在开始伺服控制时发现键1e或1f位于静止位置，并且，键位置传感器7提供代表实际键位置的值yxa的模拟键位置信号KS。模拟键位置信号KS通过在信息处理系统111中合并的信号接口的模数转换器24而被转换为数字数据信号。

该数字数据信号表示目标键位置的离散值yxd，并且离散值yxd被临时存储在信号接口的数据缓冲器中。当主例程程序分支到用于数据传递的子例程程序时，将离散值yxd从数据缓冲器传递到随机存取存储器11c，并被写入被分配到键1e或1f的存储位置中。以1毫秒的间隔更新最新的离散值yxs。

中央处理单元11a从实际键位置的离散值yxd中消除键位置传感器7的个体性和按下的键1e或1f的个体性，如功能块38所示，并确定归一化的离散值yx。此后，中央处理单元11a基于归一化的离散值yx以及先前的归一化的离散值yx来计算实际键速度，以便确定实际键速度的值yv，如功能块39所示。

当目标键速度的值rx到达伺服控制器12b时，中央处理单元11a基于新提供的值rx和先前提供的值rx，通过例如多项式适配(polynomial adaptation)的微分(differentiation)来计算目标键速度，并确定目标键速度的值rv，如功能块30所示。例如，为了确定特定时间的键速度，从数据表中取出先前的7个值和接下来的7个值，并通过将这些值适配到二次曲线来确定键速度的值。目标键速度的单位为毫米每秒，即毫米/秒，并且在从0到500毫米的范围中找到值rv。

随后，中央处理单元11a分别将目标键位置的值rx和目标键速度的值rv与实际键位置的值yx和实际键速度的值yv进行比较，并确定目标键位置的值rx和实际键位置的值yx之间的差ex、以及目标键速度的值rv和实际键速度的值yv之间的差ev，如功能块31和32所示。

目标键位置的值rx被提供给功能块“增益计算器”33、以及功能块31。尽管电磁控制键致动器5的活塞5b和电磁控制踏板致动器110i、110j和110k的活塞110n与相关联的键1e和1f、以及相关联的踏板110a、110b和110c接触，但键1e和1f以及踏板属于与活塞5b和110n所属的机械系统不同的机械系统，并且在运动传递特性上不同。为此，难以通过简单地基于差ex和ev的伺服控制来再现由参考键轨迹表示的键移动和由参考踏板轨迹表示的踏板移动。为了准确地再现参考键轨迹上的键移动和参考踏板轨迹上的踏板移动，通过位置增益kx和速度增益kv对差ex和ev加权，并且，在通过固定值f来对差ex和ev与增益kx和ev之间的乘积的和进行加权。

如前所述，顶杆2a和弦槌组件3根据弱音踏板110a的当前状态而不同地工作。本发明人发现，通过改变参考前向键轨迹上的位置增益kx、速度增益kv和固定值f，吸收了工作中的差异。为此，增益计算器33被提供用于键移动的准确再现。

如前结合只读存储器11b所述，在只读存储器11b中定义了增益表，如图7和图8所示。图7示出了在弱音踏板110a已经超出临界值的情形下(即，踏板开状态)的目标键位置rx和位置增益kx、速度增益kv和固定值f之间的关系。在此情形下，踏板状态标志PF已经有效。另一方面，图8示出了在弱音踏板110a的踏板位置在原始位置和临界值之间的情形下(即，踏板关状态)的目标键位置rx和位置增益kx、速度增益kv和固定值f之间的关系。在此情形下，钢琴控制器10将踏板状态标志PF保持取消(down)。目标键位置kv等于从静止位置起的键行程。

当发现踏板状态标志PF有效时，中央处理单元11a访问图7中所示的增益表，并根据目标键位置rx的值rx，读取位置增益kx、速度增益kv和固定值f。如果发现值rx在0和4毫米之间，则从增益表中读出0.3、0.3和目标键速度的值rv的10％，作为位置增益kx、速度增益和固定值f，并将它们分别提供到放大器34、放大器35和加法器36b。如果值rx大于4毫米且小于8毫米，则位置增益kx为0.3不变，而速度增益kv和固定值f变为0.5和{9％+(rv-100)/100％}。如果值rx等于或大于8毫米，则位置增益kx和速度增益kv分别变为0.15和0.6，而固定值f保持为{9％+(rv-100)/100％}。在第一数值范围和第二数值范围之间的边界上的值(即，4毫米)大于在踏板开状态的情形下的顶杆2a和弦槌转击器3a之间的空隙(即，3毫米)，并小于该空隙的值的两倍。

如果踏板状态标志PF已经被取消，则中央处理单元11a访问图8中所示的增益表，而非图7中所示的增益表，并根据目标键位置rx的值rx，读取位置增益kx、速度增益kv和固定值f。如果发现值rx在0和4毫米之间，则从增益表中读出0.5、0.4和{9％+(rv-100)/100％}，作为位置增益kx、速度增益和固定值f，并将它们分别提供到放大器34、放大器35和加法器36b。如果值rx大于4毫米且小于8毫米，则位置增益kx和速度增益kv变为0.3和0.5，而固定值f不变。如果值rx等于或大于8毫米，则位置增益kx和速度增益kv分别变为0.15和0.6，而固定值f保持为{9％+(rv-100)/100％}。

比较图7所示的增益表和图8所示的增益表，在弱音踏板110a的效果被赋予音调的情形下，在目标键位置rx从0到4毫米的区域中，至少位置增益kx和速度增益kv减小。这是因为，弦槌转击器3a在按下键1e和1f之前已经与顶杆2a的头分开。分开的间隔是3毫米的量级。为此，电磁控制键致动器5的负载减小，直到顶杆2a与弦槌转击器3a接触为止。如果图8中所示的增益表应用于伺服控制，而不考虑弱音踏板110a的状态，则由于大的位置增益kx和大的速度增益kv，活塞5b被过度加速和强烈减速。为了防止电磁控制键致动器5过度加速或强烈减速，对于在弱音踏板110a的开状态下的伺服控制准备其他增益表。位置增益kx和速度增益kv的减小导致振荡(oscillation)的限制。从伺服控制器12b迫使键1e或1f严格地在参考前向键轨迹上行进的角度来看，多个增益表比单个增益表更优。

通过实验和/或计算机模拟确定位置增益kx的值、速度增益kv的值和固定值f。

转回图6，目标键位置rx的值和踏板状态标志PF被输入到增益计算器33。中央处理单元11a选择图7或图8中所示的增益表，并比较目标键速度rx的值与三个区域的边界处的临界值(即，4毫米和8毫米)，以便在所选增益表中选择所述三个区域之一。中央处理单元11a从所选增益表中读出位置增益kx的值、速度增益kv的值和固定值f的值。如前所述，以1毫秒的间隔更新目标键位置rx的值，并且也以1毫秒的间隔改变位置增益kx的值和速度增益kv的值以及固定值f。由此，实现增益计算器33的功能。

位置增益kx的值、速度增益kv的值和固定值f被分别提供给放大器34、放大器35和加法器36b。差ex和ev分别乘以位置增益kx的值和速度增益kv的值。以毫米为单位的位置差ex和以毫米/秒为单位的速度差ev被转换为对于位置成分的百分比值、以及对于速度成分的另一百分比值。由此，通过放大，单位(即，毫米和毫米/秒)被转换为另一单位，即，百分比。

在加法器36a，乘积ux和uv彼此相加，并且，固定值f被进一步加上加法器36b处的乘积的和u。和(u+f)表示驱动信号DR的占空比，即，驱动信号DR的平均电流的目标量ui。

表示和(u+f)的控制数据从信息处理系统111被提供到脉宽调制器25，并且，脉宽调制器25将驱动信号DR的占空比调整为与平均电流的目标量ui相对应的值。驱动信号DR流进对键1e或1f提供的电磁控制键致动器5的螺线管5a。驱动信号DR根据占空比的值来保持电磁场的强度不变，或改变该强度。当驱动信号DR的占空比不变时，电磁控制键致动器5保持键1e或1f的下表面上的推力(thrust)不变。然而，如果驱动信号DR的占空比增加或减小，则键1e或1f被加速或减速。

键1e或1f改变实际键位置yxa，并且键位置传感器7改变模拟键位置信号KS的电势电平。因此，模数转换器24改变输出信号的离散值yxd。当下一伺服控制环开始时，目标键位置的下一值rx被提供给功能块30，并且，归一化离散值yxd，以在目标键位置和实际键位置之间进行比较。由此，周期性地重复上述伺服控制环，直到键1e或1f到达参考前向键轨迹的终点为止。

当按下的键1e或1f要被释放时，运动控制器12a确定释放的键1e或1f的参考后向键轨迹，并且，伺服控制器12b迫使释放的键1e或1f在参考后向键轨迹上行进，类似于在参考前向键轨迹上那样。

当踏板110a、110b或110c之一要被压下和释放时，运动控制器12a和伺服控制器12b的工作与按下的键和释放的键1e或1f类似。

钢琴控制器10、运动控制器12a和伺服控制器12b在标准MIDI文件的音符开键事件、音符关键事件、踏板开键事件和踏板关键事件的全部中重复上述作业，并选择性地驱动黑键1e、白键1f和踏板110a、110b和110c，以再现弹奏。

实验

本发明人通过实验确认增益表的选择性使用的优点。本发明人通过在未压下弱音踏板110a的情形下使用图8所示的增益表对键1e或1f进行伺服控制。通过使用实线绘出参考前向键轨迹，并且，实际键位置如图9中的虚线所示那样变化。虚线与参考前向键轨迹几乎平行地变化。实线和虚线之间的差表示伺服控制环的标准能力。

接着，本发明人在压下弱音踏板110a的情形下对键1e或1f进行伺服控制。图8中所示的增益表用于对键1e或1f的伺服控制，并且在图10中绘出实际键位置。另一方面，图7中所示的增益表用于对键1e或1f的伺服控制，并且在图11中绘出实际键位置。

比较图11中的图和图9中的图，图11中所示的图呈现出与图9中所示的图的趋势接近的趋势。键1e或1f不振荡。然而，图10中所示的图呈现出与图9中所示的趋势相当不同的趋势。图10中所示的图两次穿过参考前向键轨迹，并变得接近和离开参考前向键轨迹。换言之，键1e或1f振荡。键1e或1f在使用图8中所示的增益表的情形下表现得不稳定。由此，与简单地使用图8中所示的增益表相比，选择性地使用图7和图8中所示的增益表有利于对键1e和1f的稳定的伺服控制。

如将从前述说明理解的，有利的是，在压下弱音踏板110a的情形下减小位置增益kx和速度增益kv。这是因为，在弱音踏板110a变为开状态的情形下，电磁控制键致动器5上的负载由于顶杆2a和弦槌转击器3a之间的空隙而减小。本发明有利于对键1e和1f的伺服控制的良好再现性。

键1e和1f的振荡有时导致弦槌组件3非期望地与琴弦4碰撞两次，即，在琴弦4上二次敲击。增益的减小有效地针对于键1e和1f的振荡以及因此带来的二次敲击。

第二实施例

转到图12，实施本发明的另一自动演奏器钢琴100A主要包括直立钢琴100Aa和自动演奏系统100Ab。在自动演奏器钢琴100A中未合并任何记录系统。

直立钢琴100Aa在结构上类似于直立钢琴100a，因此，用指定直立钢琴100a的相应组成部分的标记来标记直立钢琴100Aa的组成部分，而不加详细描述。

自动演奏系统100Ab在系统配置上类似于自动演奏系统100b，因此用指定自动演奏系统100b的相应系统组件的标记来标记自动演奏系统100Ab的系统组件。除了用于伺服控制的子例程程序的一部分之外，在自动演奏系统100Ab的中央处理单元11a上运行的计算机程序与自动演奏系统100b中的计算机程序相同。为此，参照图13，描述针对于用于伺服控制的子例程程序的该部分。

图13示出了通过执行用于伺服控制的子例程程序实现的伺服控制环。除了增益计算器33A和放大器35A之外，图13所示的伺服控制环的功能与图6中所示的伺服控制环的功能30、31、32、34、36a、36b、38和39相同。为此，用指定图6中所示功能的标记来标记图13中的伺服控制环中的功能，而不加详细描述。

增益计算器33A与增益计算器33的不同之处在于，根据弱音踏板110a的当前踏板状态，在弱音踏板110a的踏板开状态和踏板关状态之间，速度增益值kv和固定值f不变。在弱音踏板110a的踏板开状态和踏板关状态之间，仅位置增益值kx改变。在用于伺服控制的子例程程序中定义了速度增益值kv，且为此，在增益控制器33A和放大器35A之间没有绘出任何数据线路，并且，符号“kv”被放置在表示放大器35A的框中。在此例子中，在伺服控制中对速度控制加权，且速度增益值kv大于位置增益值kx。

具体地，当弱音踏板110a被维持在踏板关状态下时，中央处理单元11a根据目标键位置rx落入的数值范围，从用于踏板关状态的增益表中选择特定的位置增益值kx之一，并且，以类似于增益计算器33的方式，基于速度增益值kv计算固定值f。将所选的位置增益值kx和固定值f从增益计算器33A提供到放大器34和加法器36b。

当演奏者压下弱音踏板110a时，踏板状态标志PF有效。在对键1e和1f的伺服控制中，访问用于踏板开状态的增益表，并且，增益计算器33A根据目标键位置rx选择位置增益值kx之一，并计算固定值f。最接近静止位置的数值范围的位置增益值kx小于踏板关状态的增益表中相同数值范围的位置增益值kx。将所选位置增益值kx和恒定的固定值f从增益计算器33A提供到放大器34和加法器36b。结果，键1e和1f不易于振荡，并且防止琴弦4被二次敲击。

第三实施例

转到图14，实施本发明的再一自动演奏器钢琴100B主要包括直立钢琴100Ba和自动演奏系统100Bb。

直立钢琴100Ba在结构上类似于直立钢琴100a，因此用指定直立钢琴100a的相应组成部分的标记来标记直立钢琴100Ba的组成部分，而不加详细描述。

自动演奏系统100Bb在系统配置上类似于自动演奏系统100b，因此用指定自动演奏系统100b的相应系统组件的标记来标记自动演奏系统100Bb的系统组件。除了用于伺服控制的子例程程序的一部分之外，在自动演奏系统100Bb的中央处理单元11a上运行的计算机程序与自动演奏系统100b中的计算机程序相同。为此，参照图14，描述针对于用于伺服控制的子例程程序的该部分。

图14示出了通过执行用于伺服控制的子例程程序实现的伺服控制环。除了增益计算器33B之外，图14所示的伺服控制环的功能与图6中所示的伺服控制环的功能30、31、32、34、35、36a、36b、38和39相同。为此，用指定图6中所示功能的标记来标记图14中的伺服控制环中的其它功能，而不加详细描述。

增益计算器33B不同于增益计算器33之处在于，基于实际键位置yx而非目标键位置rx来从增益表中选择数值范围。为此，数据线路从用于归一化的功能块38延伸到用于键速度计算的功能块39和增益控制器33B两者。

通过根据弱音踏板110a的踏板状态选择性地访问增益表，图14中所示的伺服控制环也实现图6中所示的伺服控制环的优点。

第四实施例

转到图15，实施本发明的再一自动演奏器钢琴100C主要包括直立钢琴100Ca和自动演奏系统100Cb。

直立钢琴100Ca在结构上类似于直立钢琴100a，因此用指定直立钢琴100a的相应组成部分的标记来标记直立钢琴100Ca的组成部分，而不加详细描述。

自动演奏系统100Cb在系统配置上类似于自动演奏系统100b，因此用指定自动演奏系统100b的相应系统组件的标记来标记自动演奏系统100Cb的系统组件。除了用于伺服控制的子例程程序的一部分之外，在自动演奏系统100Cb的中央处理单元11a上运行的计算机程序与自动演奏系统100b中的计算机程序相同。为此，参照图15，描述针对于用于伺服控制的子例程程序的该部分。

图15示出了通过执行用于伺服控制的子例程程序实现的伺服控制环。除了增益计算器33C之外，图15所示的伺服控制环的功能与图6中所示的伺服控制环的功能30、31、32、34、35、36a、36b、38和39相同。为此，用指定图6中所示功能的标记来标记图15中的伺服控制环中的其它功能，而不加详细描述。

增益计算器33C不同于增益计算器33之处在于，基于实际键位置yx而非目标键位置rx来从增益表中选择数值范围。为此，数据线路从用于键速度的功能块39延伸到用于加法的功能块32和增益控制器33C两者。增益控制器33C对键速度值yv进行积分，并在所选增益表中选择数值范围之一。可通过微分，基于键位置值yx确定键速度yv。

通过根据弱音踏板110a的踏板状态选择性地访问增益表，图15中所示的伺服控制环也实现图6中所示的伺服控制环的优点。

第五实施例

转到图16，再一自动演奏器钢琴100D主要包括直立钢琴100Da、自动演奏系统100Db和记录系统100Dc。直立钢琴100Da和记录系统100Dc在结构上类似于直立钢琴100a和记录系统100c，因此用指定直立钢琴100a的相应组成部分和记录系统100c的软件模块的标记来标记直立钢琴100Da的组成部分和记录系统100Dc的软件模块，而不加详细描述。

自动演奏系统100Db不同于自动演奏系统100b之处在于，实际键速度yv被输入伺服控制环。键位置信号KS仅仅用于记录。具体地，对于自动演奏系统100Db，用电磁控制键致动器5D替换电磁控制键致动器5的阵列。每个电磁控制键致动器5D包括螺线管5a、活塞5b和内置活塞传感器5c。螺线管和活塞与电磁控制键致动器5的那些相同。内置活塞传感器5c监视活塞5b，并产生代表活塞速度的活塞速度信号PV。在此例子中，内置活塞速度传感器5c由固定线圈和可移动永磁体实现。永磁体与活塞5b一起在固定线圈内移动，并将活塞速度转换为电流。

模拟活塞速度信号PV被提供给形成自动演奏系统100Db一部分的控制器11D的信息处理系统111的信号接口。对模拟活塞速度信号PV进行模数转换，并且，在数据表中周期性地积累数字活塞速度信号的离散值。所述离散值被归一化，并且，归一化的离散值表示实际活塞速度，其等于实际键速度，并且，通过积分，基于一系列实际键速度值确定实际键位置。将实际键位置和实际键速度与目标键位置rx和目标键速度rv进行比较，以便确定位置差ex和速度差ev。将位置差ex和速度差ev乘以位置增益kx和速度增益kv，并且，类似于第一实施例，通过功能块36a和36b确定目标占空比(u+f)。将位置增益kx、速度增益kv和固定值f从增益计算器33提供到放大器34和35、以及加法器36b。选择性地使用图7和图8中所示的增益表，从而获得第一实施例的优点。

如从前面描述中将理解的，根据本发明，踏板开状态下的增益值相对于踏板关状态下的增益值而减小。即使在踏板开状态下由于在顶杆和弦槌转击器之间产生的空隙而减小键致动器的负载，键致动器也轻柔地移动相关联的键，直到顶杆与弦槌转击器接触为止，从而在自动弹奏中高保真地再现原始的键移动。弦槌不会以非期望的大值的最终弦槌速度碰撞。

尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员将明白，可进行各种改变和修改，而不会脱离本发明的精神和范围。

直立钢琴不对本发明的技术范围设置任何限制。本发明可应用于任何类型的原声钢琴，只要当用户压下踏板机构的踏板以向音乐小节赋予人为表达时、弦槌与在原始位置上停止的动作单元稍微分开即可。一种电子键盘配有动作单元和弦槌，并且弦槌行程随踏板变化。本发明可应用于电子键盘。

本发明的自动演奏器钢琴还可包括静音系统和电子音调生成系统。静音系统具有位于弦槌组件和琴弦之间的弦槌停止器，并且弦槌停止器在琴弦与弦槌撞击的自由位置和弦槌在到达琴弦之前从弦槌停止器上弹回的阻挡位置之间变化。当弦槌停止器正停留在阻挡位置上时，通过电子音调生成系统产生电子音调，并且动作单元、制音器和弦槌向人类演奏者给出唯一的钢琴键触碰。在此实例、即静音钢琴中，在弦槌停止器停留在阻挡位置上的情形下，位置增益的减小对于自动弹奏中的不稳定键移动也是有效的。

钢琴控制器10不是本发明的必要元素。可从自动演奏器钢琴100、100A、100B、100C或100D外部的服务器计算机定时提供音符事件数据码和踏板事件数据码。

键位置传感器8和/或弦槌位置传感器7可用另一类传感器替换，如键速度传感器和/或弦槌速度传感器，只要该类传感器将表示键的移动或弦槌的移动的物理量转换为检测信号即可。在键位置传感器8和弦槌位置传感器7用键速度传感器和/或弦槌速度传感器替换的情况下，基于键速度值和/或弦槌速度值计算实际键位置和/或弦槌位置。键加速度传感器和/或弦槌加速度传感器可用于本发明的自动演奏器钢琴。

三个踏板110a、110b和110c不对本发明的技术范围设置任何限制。踏板系统可仅仅具有延音踏板和弱音踏板。

踏板110a、110b和110c可以不被伺服控制。在此实例中，简单地通过电磁控制踏板致动器压下和释放踏板，并且不在电磁控制致动器中提供内置活塞传感器110p。控制器简单地在关状态和开状态之间改变电磁控制踏板致动器。在此实例中，用踏板传感器监视弱音踏板110a，并且踏板传感器通过检测信号将当前踏板状态报告给控制器。否则，可从合适的传感器向信息处理系统111报告背档的位置或弦槌的原始位置。状态标志根据当前踏板状态而有效和取消，并且中央处理单元11a根据当前踏板状态选择最优增益表。监视弱音踏板110a的踏板传感器可通过反射型光耦合器或压感片实现。

软件模块10、12a、12b和13的一部分可通过有线逻辑电路实现。例如，比较器31和32可由减法器实现，并且放大器34和35可由乘法器实现。

MIDI协议不对本发明的技术范围设置任何限制。在MIDI协议之前以及在MIDI协议之后提出了各种音乐数据协议。

在上述实施例中，由键位置数据值和键速度数据值表示键1e和1f的移动。然而，作为各种物理量的键位置和键速度不对本发明的技术范围设置任何限制。键1e和1f的移动可仅仅由一个物理量、或这两类或超过两类的物理量的另一组合表示，例如键位置和键的加速度，或键位置、键速度和键1e和1f上的力。

物理量的单位和值的数值范围不对本发明的技术范围设置任何限制。合适的单位和数值范围取决于钢琴的组成部分的大小和传感器的位置。目标键位置可用厘米表示，并且，值rx的范围可比10毫米更长或更短。

图7和图8中所示的增益表的值不对本发明的技术范围设置任何限制。图7和图8中所示的增益表对于实施例的直立钢琴100a是最优的。如果直立钢琴具有重量不同的弦槌、性能不同的电磁控制键致动器和行程不同的键，则应为直立钢琴定制增益表。

伺服控制的时间间隔可不同于1毫秒，即，短于或长于1毫秒。伺服控制的时间间隔取决于控制器11的系统配置和能力。

数据表不对本发明的技术范围设置任何限制。可如下计算位置增益kx和速度增益kv。例如，仅仅图8中所示的增益表被存储在只读存储器11b中，并且，在用于伺服控制的子例程程序中准备递减量(decrement)。如果踏板状态标志PF有效，则中央处理单元11a从图8中所示的增益表中的值减去该递减量。可在用于伺服控制的子例程程序中定义位置增益kx、速度增益kv和固定值f。

计算机程序可被存储在合适的信息存储介质中，如磁带盒、磁盘、软盘、光盘和磁光盘，以便独立于自动演奏器钢琴提供给用户。否则，可通过诸如因特网的通信网络从合适的程序服务器下载计算机程序。

背档110h是用于减小弦槌行程的部件的典型例子。然而，背档110h不对本发明的技术范围设置任何限制。琴弦可变得接近位于原始位置处的弦槌组件，以减小弦槌行程。

电磁控制键致动器5不对本发明的技术范围设置任何限制。首先，联动器组件2b可由合适的电磁控制致动器直接驱动旋转。其次，电磁控制键致动器5可用另一类致动器替换，如气体致动器、液体致动器、电机、聚合体或致动器。

动作单元2(即，顶杆2a、联动器组件2b和调节钮2c的组合)的结构不对本发明的技术范围设置任何限制。预期动作单元将键的移动转换为弦槌的旋转，并且，已经提出了各类动作单元。各类动作单元中的任何一个可被合并到本发明的自动演奏器钢琴中，只要借助于该类动作单元将键的移动转换为弦槌的旋转即可。动作单元具有板簧(leaf spring)，并且板簧被键弹性变形，以在弹性变形的板簧恢复时引起弦槌的旋转。

上述实施例的组成部分如下与权利要求语言相关联。每个自动演奏器钢琴100、100A、100B、100C和100D对应于“自动演奏器乐器”。直立钢琴100a、100Aa、100Ba、100Ca或100Da充当“键盘乐器”，并且自动演奏系统100b、100Ab、100Bb、100Cb或100Db对应于“自动演奏系统”。音乐数据码或MIDI音乐数据码对应于“音乐数据码”，并且音调响度的减少是“音效”。

键盘1a对应于“键盘”，并且黑键1e和白键1f充当“多个键”。机械音调生成系统1c或静音钢琴/电子键盘的电子音调生成系统充当“音调生成系统”，并且，键1e和1f、动作单元2和弦槌3组合形成多个力传送路径。每个动作单元2充当“动作单元”，并且每个弦槌组件3对应于“弦槌”。

弱音踏板110a、从其去除背档110h的弱音踏板系统110d以及背档110h组合形成“至少一个踏板系统”，并且，弱音踏板110a和弱音踏板链接件110d分别对应于“至少一个踏板”和“踏板链接件”。背档110h充当“行程改变器”。

电磁控制键致动器5对应于“多个致动器”，并且，驱动信号DR充当“驱动信号”。占空比或平均电流量等价于“幅度”。键位置传感器8对应于“多个键传感器”，并且，键位置信号KS充当“检测信号”。实际键位置是“物理量”，并且，实际键位置值是“物理量的实际值”。

用于确定参考踏板轨迹的运动控制器12、伺服控制器12b、脉宽调制器25和具有内置活塞传感器119的电磁控制踏板致动器110i作为整体构成“踏板控制器”，并且，内置活塞传感器119、用于内置活塞传感器119的信号接口、信息处理系统111和踏板状态标志PF组合形成“至少一个踏板状态检测器”。

脉宽调制器25充当“信号调节器”，并且，对于键1e和1f操作的运动控制器12a和伺服控制器12b分别对应于“运动控制器”和“伺服控制器”。功能块30、31、32、38和39组合形成“比较器”，并且，功能块34、35A、36a和36b组合形成“幅度确定器”。功能块33A充当“增益控制器”。

电磁控制键致动器5引起的每个键的移动是“实际移动”，并且，由参考前向键轨迹表示的移动是“预期移动”。图8中所示的值是“不减小的值”，并且图7中所示的值是“减小的值”。

当目标键位置kx落入从0到4毫米的范围内时，从0到4毫米的范围等价于“多个力传送路径的移动的初始阶段”。大于4毫米的范围等价于“在所述初始阶段之后的阶段”。在实施例中，键行程的“预定值”是4毫米，并且“空隙的值”是3毫米。

Claims (20)

1.一种自动演奏器乐器(100；100A；100B；100C；100D)，用于基于表示要产生的音调和要向所述音调赋予的音效的音乐数据码，沿着音乐小节再现所述音调，所述自动演奏器乐器包括：

键盘乐器(100a；100Aa；100Ba；100Ca；100Da)，其包括：

多个键(1e，1f)，被选择性地移动，以指定要产生的所述音调的音名，

音调生成系统(1c)，连接到所述多个键(1e，1f)，用于以所述音名产生所述音调，并形成多个力传送路径的部分，所述多个力传送路径中的每一个具有：

所述多个键(1e，1f)中的一个，

动作单元(2)，连接到所述多个键(1e，1f)中的所述一个，以通过其传送力，以及

弦槌(3)，由所述动作单元(2)驱动，以在弦槌行程上飞行，以及踏板系统(110)，其具有：

至少一个踏板(110a)，在用于向所述音调赋予所述音效的踏板开状态和用于从所述音调消除所述音效的踏板关状态之间移动，

行程改变器(110h)，被致动以便将所述弦槌行程从前一值改变为另一值，并被抑制以便将所述弦槌行程从所述另一值变为所述前一值，以及

踏板链接件(110d)，连接在所述至少一个踏板(110a)和所述行程改变器(110h)之间，并将所述至少一个踏板(110a)的移动传送到所述行程改变器(110h)，以在致动和抑制之间改变所述行程改变器(110h)；以及

自动演奏系统(100b；100Ab；100Ca；100Da)，其包括：

多个致动器(5)，被分别提供用于所述多个力传送路径，以及将驱动信号(DR)转换为在所述力传送路径上施加的力，以便使得所述力传送路径移动，

多个传感器(8)，分别监视所述多个力传送路径，以及产生代表物理量的实际值的检测信号(KS)，所述物理量表示所述多个力传送路径的所述移动，

踏板控制器(12a，12b，25，110i)，分析表示所述音效的所述音乐数据码，以及根据对表示所述音效的所述音乐数据码的分析的结果，在所述踏板开状态和所述踏板关状态之间改变所述至少一个踏板(110a)，

至少一个踏板状态检测器(111，119，PF)，监视所述至少一个踏板(110a)，以便确定表示所述至少一个踏板(110a)是处于所述踏板开状态还是所述踏板关状态的踏板状态，

信号调节器(25)，连接到所述多个致动器(5)，以及将所述驱动信号(DR)调整到幅度的目标值，

运动控制器(12a)，被按顺序地提供表示所述音调的所述音乐数据码，以及确定用于所述键(1e，1f)的所述物理量的目标值，以及

伺服控制器(12b)，连接到用于接收所述物理量的所述实际值的所述多个传感器(8)、用于接收所述踏板状态的所述至少一个踏板状态检测器(111、119、PF)、用于接收所述物理量的所述目标值的所述运动控制器(12a)、以及用于提供表示所述幅度的所述目标值的控制数据的所述信号调节器(25)，并具有：

比较器(30，31，32，38，39)，将所述物理量的所述目标值中的每一个同与所述目标值中的所述每一个相对应的所述物理量的所述实际值中的一个相比较，以便确定所述目标值中的所述每一个和所述实际值中的所述一个之间的差(ex，ev)，以及

幅度确定器(34，35，36a，36b；34，35A，36a，36b)，连接在所述比较器(30，31，32，38，39)和所述信号调节器(25)之间，并通过所述差(ex，ev)和用于将所述控制数据提供给所述信号调节器(25)的增益(kx，kv；kx)的值的乘法，确定所述幅度的所述目标值，

其特征在于，

所述伺服控制器(12b)还包括增益控制器(33；33A；33B；33C)，其连接在所述踏板状态检测器(111，119，PF)和所述幅度确定器(34，35，36a，36b)之间，以及当所述至少一个踏板处于所述踏板开状态时减小所述增益的值。

2.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中，所述增益控制器(33；33B；33C)在踏板开状态下，在所述多个力传送路径的所述移动的初始阶段中减小所述增益(kx)的值，并在所述初始阶段之后的所述移动的阶段中，将所述增益恢复为在减小所述增益的所述值之前的值。

3.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中，所述初始阶段被定义为从零到预定值的键行程。

4.如权利要求3所述的自动演奏器乐器，其中，所述预定值大于在所述踏板开状态下的所述动作单元(2)和所述弦槌(3)之间的空隙的值，并小于所述空隙的所述值的两倍。

5.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中，所述多个物理量至少表示相对于所述多个键(1e，1f)的静止位置的位置。

6.如权利要求5所述的自动演奏器乐器，其中，所述物理量还表示所述多个键(1e，1f)的速度，使得所述差表示位置差(ex)和速度差(ev)。

7.如权利要求6所述的自动演奏器乐器，其中所述增益包括位置增益(kx)和速度增益(kv)，从而所述位置差(ex)和所述速度差(ev)被分别乘以所述位置增益(kx)和所述速度增益(kv)，并且通过所述位置差(ex)和所述位置增益(kx)之间的乘积、所述速度差(ev)和所述速度增益(kv)之间的乘积、以及固定值(f)的加法，来确定所述幅度的所述目标值。

8.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中，所述键盘乐器是具有充当至少一个踏板的弱音踏板(110a)的直立钢琴(100a，100Aa；100Ba；100Ca；100Da)，并且，所述行程改变器是背档(110h)，其从原始位置向着要与所述弦槌(3)撞击的琴弦(4)移动特定距离，并返回到所述原始位置。

9.如权利要求8所述的自动演奏器乐器，其中，所述多个致动器(5)被分别提供用于所述多个键(1e，1f)，以便在所述多个键(1e，1f)上施加所述力，并且，通过所述动作单元(2)的移动，将所述多个键(1e，1f)的移动转换为所述弦槌(3)向着所述琴弦(4)的旋转，由此，所述弦槌(3)与所述琴弦(4)在所述旋转的终点处碰撞，以通过所述琴弦(4)的振动产生所述音调。

10.一种自动演奏系统(100b；100Ab；100Ca；100Da)，被提供用于在具有用于产生音调的多个力传送路径和用于通过改变弦槌行程向所述音调给予音效的踏板系统(110)的键盘乐器(100a；100Aa；100Ba；100Ca；100Da)上由音乐数据码表示的自动弹奏，该自动演奏系统包括：

多个致动器(5)，被分别提供用于所述多个力传送路径，以及将驱动信号(DR)转换为在所述力传送路径上施加的力，以便使得所述力传送路径移动，其中所述多个力传送路径的每一个具有被移动以便指定所述音调之一的键(1e，1f)、通过其传送力的动作单元(2)、以及由所述动作单元(2)驱动以在所述弦槌行程上飞行的弦槌(3)，

多个传感器(8)，分别监视所述多个力传送路径，以及产生代表物理量的实际值的检测信号(KS)，所述物理量表示所述多个力传送路径的所述移动，

踏板控制器(12a，12b，25)，分析表示所述音效的所述音乐数据码，以及根据对表示所述音效的所述音乐数据码的分析的结果，在用于向所述音调给予音效的踏板开状态和用于从所述音调移除所述音效的踏板关状态之间改变所述踏板系统(110)的至少一个踏板(110a)，

至少一个踏板状态检测器(111，119；PF)，监视所述至少一个踏板(110a)，以便确定表示所述至少一个踏板(110a)是处于所述踏板开状态还是所述踏板关状态的踏板状态，

信号调节器(25)，连接到所述多个致动器(5)，以及将所述驱动信号(DR)调整到幅度的目标值，

运动控制器(12a)，被按顺序地提供所述音乐数据码，以及确定用于所述键(1e，1f)的所述物理量的目标值，以及

伺服控制器(12b)，连接到用于接收所述物理量的所述实际值的所述多个传感器(8)、用于接收所述踏板状态的所述至少一个踏板状态检测器(111、119、PF)、用于接收所述物理量的所述目标值的所述运动控制器(12a)、以及用于提供表示所述幅度的所述目标值的控制数据的所述信号调节器(25)，并具有：

比较器(30，31，32，38，39)，将所述物理量的所述目标值中的每一个同与所述目标值中的所述每一个相对应的所述物理量的所述实际值中的一个相比较，以便确定所述目标值中的所述每一个和所述实际值中的所述一个之间的差(ex，ev)，以及

幅度确定器(34，35，36a，36b；34，35A，36a，36b)，连接在所述比较器(31，32，38，39)和所述信号调节器(25)之间，并通过所述差(ex，ev)和用于将所述控制数据提供给所述信号调节器(25)的增益(kx，kv；kx)的值的乘法，确定所述幅度的所述目标值，

其特征在于，

所述伺服控制器(12b)还包括增益控制器(33；33A；33B；33C)，其连接在所述踏板状态检测器(111，119，PF)和所述幅度确定器(34，35，36a，36b；34，35A，36a，36b)之间，并当所述至少一个踏板(110a)处于所述踏板开状态时减小所述增益(kx，kv；kx)的值。

11.如权利要求10所述的自动演奏系统，其中，所述增益控制器(33；33B；33C)在踏板开状态下，在所述多个力传送路径的所述移动的初始阶段中减小所述增益(kx)的值，并在所述初始阶段之后的所述移动的阶段中，将所述增益(kx)恢复为在减小所述增益(kx)的所述值之前的值。

12.如权利要求11所述的自动演奏系统，其中，所述初始阶段被定义为从零到预定值的键的键行程。

13.如权利要求12所述的自动演奏系统，其中，所述预定值大于在所述踏板开状态下的所述动作单元(2)和所述弦槌(3)之间的空隙的值，并小于所述空隙的所述值的两倍。

14.如权利要求10所述的自动演奏系统，其中，所述物理量至少表示相对于所述键(1e，1f)的静止位置的位置。

15.如权利要求14所述的自动演奏系统，其中，所述物理量还表示所述键的速度，使得所述差表示位置差和速度差。

16.如权利要求15所述的自动演奏系统，其中，所述增益包括位置增益(kx)和速度增益(kv)，从而所述位置差(ex)和所述速度差(ev)被分别乘以所述位置增益(kx)和所述速度增益(kv)，并且，通过所述位置差(ex)和所述位置增益(kx)之间的乘积、所述速度差(ev)和所述速度增益(kv)之间的乘积、以及固定值(f)的加法，来确定所述幅度的所述目标值。

17.如权利要求10所述的自动演奏系统，其中，所述键盘乐器是具有充当至少一个踏板的弱音踏板(110a)的直立钢琴(100a；100Aa；100Ba；100Ca；100Da)，并且，所述行程改变器是背档(110h)，其从原始位置向着要与所述弦槌(3)撞击的琴弦(4)移动特定距离，并返回到所述原始位置。

18.如权利要求17所述的自动演奏系统，其中，所述多个致动器(5)被分别提供用于所述键(1e，1f)，以便在所述键(1e，1f)上施加所述力，并且，通过所述动作单元(2)的移动，将所述键(1e，1f)的移动转换为所述弦槌(3)向着所述琴弦(4)的旋转，由此，所述弦槌(3)与所述琴弦(4)在所述旋转的终点处碰撞，以通过所述琴弦(4)的振动产生所述音调。

19.一种控制自动演奏器乐器(100；100A；100B；100C；100D)用于自动弹奏的方法，包括如下步骤：

a)获取表示用于产生音调的键盘乐器(100a；100Aa；100Ba；100Ca；100Da)的键(1e，1f)的真实移动的物理量的实际值、表示所述键(1e，1f)的期望移动的所述物理量的目标值、以及表示用于向所述音调赋予音效的踏板(110a)是否在踏板开状态和踏板关状态之间改变的状态数据(PF)；

b)基于所述状态数据(PF)和所述物理量而确定增益(kx，kv；kx)将具有减小的值还是不减小的值，并确定所述物理量的所述实际值和所述物理量的所述目标值之间的差(ex，ev)；

c)通过在所述减小的值和不减小的值中选择的一个值与所述差(ex，ev)之间的乘法，确定驱动信号(DR)的幅度的目标值；

d)将所述驱动信号(DR)调整为所述幅度的所述目标值；

e)将所述驱动信号(DR)提供给用于所述键(1e，1f)的致动器(5)，以便引起所述真实移动；以及

f)重复所述步骤a)至e)，直到所述键(1e，1f)完成所述真实移动为止。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述步骤c)包括如下子步骤：

c-1)将充当第一类所述差的位置差(ex)和充当第二类所述差的速度差(ev)分别乘以充当第一类所述增益的位置增益(kx)和充当第二类所述增益的速度增益(kv)，

c-2)将所述位置差(ex)和所述位置增益(kx)之间的乘积、所述速度差(ev)和所述速度增益(kv)之间的乘积、以及固定值(f)相加，以便确定所述乘积与所述固定值的和，以及

c-3)将所述和确定为所述幅度的所述目标值。

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