CN1811904A - 自校准变换器系统以及装有这种系统的乐器 - Google Patents

Abstract

一种自校准琴键传感器系统由光学调制器(40)、光学位置变换器(14)、数据收集器(61)和数据分析器(62)组成，并且光学调制器(40)具有用以产生随键行程一起变化的琴键位置信号(yk(s))的灰度标部分(41)和用以产生校准信号(yk(p))的绝对数据部分(42)，该校准信号代表绝对数据部分(42)透明区域(42a1/42a2)之间的经严格调节的距离(D)；数据收集器(61)收集校准信号(yk(p))的离散值、琴键位置信号(yk(s))的离散值以及采样时间，而数据分析器(62)在校准信号(yk(p))峰值(P1)的基础上确定琴键位置信号(yk(s))的斜率，从而估算休息位置与末端位置(RP，EP)之间的真实距离，其中该校准信号峰值产生于经严格调节的距离(D)的两端。

Description

自校准变换器系统以及装有这种系统的乐器

技术领域

本申请涉及一种变换器系统，更具体地说是涉及一种适用于乐器的变换器系统。

背景技术

市场上为音乐迷们提供了各种混和乐器。混合乐器是声学乐器和电系统的结合。其典型的例子公开于日本专利申请公开2002-156967和平6-149234中。现有技术中的位置变换器是将入射光量的变化转换成电信号电势水平类型的。

在混合钢琴中包括两个现有技术的位置变换器，它们用来监测钢琴的弦槌。每一个这种现有技术的位置变换器都由光学调制器和光电耦合器组成。光学调制器连接到弦槌，并且与弦槌一起移动。光电耦合器由钢琴箱支撑，并且是静止的。光电耦合器发射出光束穿过光学调制器，并且将入射光线转换成光电流。

当弦槌在轨道上旋转时，光束由光学调制器进行调制，并且入射光量与轨道上弦槌的当前位置一起变化。光电流量与入射光量一起成比例变化，于是电信号的电势水平就可以代表当前的弦槌位置。然而，是由物理上彼此独立的光学调制器和光电耦合器组合形成该现有技术的位置变换器。

物理上独立的零部件会引起实际弦槌位置和电信号电势水平之间相互关系的非有意改变。这种非有意改变源自环境的影响，例如木制弦槌湿度的变化、施加于琴弦上的张力的改变、光电耦合器光探头(light sound)的恶化、弦槌柄的挠曲、光学调制器透明度的变化等等。这些现象是不可避免的，因此需要给位置变换器采取对策。

发明内容

因此本发明的一个重要目的是提供一种位置变换器系统，它可以为输出特性进行自校准。

本发明还有一重要目的是提供一种安装有该位置变换器系统的乐器。

为了实现这些目的，本发明提出使数据信号与代表物理量预定值的校准信号相关联，从而估算轨道上任意点处数据信号的物理量值。

根据本发明的一个方面，提供了一种自校准变换器系统，该系统用于将表示轨道上操纵器运动的物理量转换成数据信号，该系统包括：产生数据信号的第一信号产生器，该数据信号的量代表所述轨道上的所述物理量，产生校准信号的第二信号产生器，该校准信号的量代表所述轨道上特殊点处所述物理量的预定值，数据收集器，该数据收集器连接到所述第一信号产生器和所述第二信号产生器，并且收集所述轨道上所述数据信号的量的一系列值、所述校准信号的量的另外一系列值以及标记数据段，该标记数据段使所述数据信号的量值与所述校准信号的量值相关联，数据分析器，该数据分析器连接到所述数据收集器，并在轨道某一点处所述物理量的预定值和所数据信号的量值的基础上估算所述轨道某一点处所述数据信号的物理量值，并且确定沿着所述轨道所述物理量和所述数据信号的量之间的关系，从而将所述关系存储于其中，以及确定器，该确定器连接到数据分析器和第一信号产生器并且对所述数据信号做出响应，从而在所述关系的基础上确定所述轨道上任意点处的物理量值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于产生乐音的乐器，包括：多个操纵器，该多个操纵器分别被配予乐音的属性并且各自沿着轨道独立移动；乐音产生系统，该乐音产生系统与所述多个操纵器相关联并且产生所述具有指定属性的乐音；以及自校准变换器系统，该自校准变换器系统监测所述多个操纵器以将表示轨道上每个操纵器运动的物理量转换成数据信号，并且该自校准变换器系统包括产生所述数据信号的第一信号产生器，该数据信号的量代表所述轨道上的所述物理量；产生校准信号的第二信号产生器，该校准信号的量代表所述轨道上特殊点处所述物理量的预定值，数据收集器，该数据收集器连接到所述第一信号产生器和所述第二信号产生器，并且收集所述轨道上所述数据信号的量的一系列值、所述校准信号的量的另外一系列值以及标记数据段，该标记数据段使所述数据信号的所述量值与所述校准信号的所述量值相关联，数据分析器，该数据分析器连接到所述数据收集器，并在轨道某一点处所述物理量的预定值和所数据信号的量值的基础上估算所述轨道某一点处所述数据信号的物理量值，并且确定沿着所述轨道所述物理量和所述数据信号的量之间的关系，从而将所述关系存储于其中，以及确定器，该确定器连接到数据分析器和第一信号产生器并且对所述数据信号做出响应，从而在所述关系的基础上确定所述轨道上任意点处的物理量值。

附图说明

从下面结合附图的描述中可以更为清楚地理解自校准变换器系统与乐器的特征和优点，其中

图1是一个示意性侧视图，示出了安装在本发明自动演奏钢琴中的位置变换器，

图2A是一个底视图，示出了传感器头的布置，该传感器头被包括于琴键传感器的光学位置变换器中，

图2B是一个侧视图，示出了光学调制器与传感器头之间的相对关系，

图3A是一个坐标图，示出了通过测试轨道上琴键运动确定的键行程与琴键位置信号电势水平之间的关系，

图3B是一个坐标图，示出了键行程与校准信号电势水平之间的关系，

图3C是一个坐标图，示出了通过自校准确定的琴键传感器的输出特性，以及

图4是一个示意性侧视图，示出了本发明的另一种琴键传感器。

具体实施方式

用于实施本发明的乐器大体上包括多个操纵器、乐音产生系统和自校准变换器系统。乐音的属性分别被配予给多个操纵器，并且多个操纵器在各自的轨道上独立地移动。当演奏者有选择地操纵多个操纵器时，被操纵的操纵器沿着轨道移动，并且将要赋予乐音的属性由演奏者指定。举例来说，音阶的音调名称和效果例如乐音的拉长和响度的减少就是属性。在属性为音调名称的情况下，演奏者通过有选择地操纵多个操纵器来规定将要产生的乐音的音调名称。如果属性为效果，则演奏者定期指示乐音产生系统将指定的一种或多种效果赋予将要产生的乐音。

乐音产生系统与多个操纵器相关联，并且产生具有指定一种或多种属性的乐音。在演奏者通过多个操纵器指定音调名称的情况下，乐音产生系统产生具有音调名称的乐音。另一方面，当演奏者通过被操纵的操纵器来指定效果时，乐音产生系统就将效果赋予乐音。假定演奏者指定乐音的拉长，则乐音被拉长而不是如它们平常那样。如果演奏者通过另外的操纵器指定响度的减少，则乐音产生系统将轻柔地产生乐音。

属性可以通过音乐数据段来指定。在这种情况下，乐音产生系统产生具有这些属性的乐音而不用演奏者的操纵。音乐数据段表示指定的属性和其它种类的属性，并且乐音产生系统分析这些音乐数据段，从而通过自校准变换器系统的帮助来产生具有指定属性的乐音。应注意这种帮助不是自校准传感器系统的唯一作用。音乐数据段可以通过自校准变换器系统的帮助产生。

自校准变换器系统包括第一信号产生器、第二信号产生器、数据收集器、数据分析器和确定器。第一和第二信号产生器监测多个操纵器的每一个。当操纵器在轨道上行进时，第一信号产生器产生数据信号，该数据信号的量代表轨道上的物理量，并且该第一信号产生器将该数据信号提供给数据收集器和确定器。另一方面，第二信号产生器产生校准信号，该校准信号的量代表轨道上特殊点处物理量的预定值，并且该第二信号产生器将该校准信号提供给数据收集器。然而，校准信号没有提供给确定器。

假定自校准变换器系统来校准其自身。数据收集器将数据信号的量的每一个值和相关联校准信号的量值以及标记数据段收集于其中。标记数据段可以表示第一和第二信号产生器同时将操纵器的运动转换成数据信号的量值和相关联校准信号的量值的时间。然而，标记数据不限于时间。任意量都可以用作标记数据，只要不论操纵器的运动如何该量都绝对变化即可。因此标记数据段使数据信号的量值与校准信号的量值相关联。

数据分析器对收集的值进行处理，从而确定物理量和数据信号的量之间的关系。由于校准信号的量表示轨道上特殊点处物理量的预定值，因此轨道上任意点处物理量的值可以通过一种或多种数值运算估算出来。具体而言，标记数据段使得数据信号与校准信号相关联，从而数据分析器有可能找出数据信号的量的对应值。该对应值同样产生于轨道上的特殊点处。数据分析器将校准信号的量的预定值映射到数据信号的量的系列值上，并且扩展物理量和数据信号的量之间的关系，该数据信号的量已经在整个轨道上与校准信号相映射。因此，物理量和数据信号的量之间的关系通过自校准而更新。这种关系被存储在数据分析器中。

自校准变换器系统按如下方式帮助乐音产生系统。假定乐音产生系统产生操纵器的运动从而在音乐数据段的基础上产生具有指定属性的乐音。第一信号产生器监测操纵器，并且将数据信号提供给确定器，然后确定器通过获取存储于数据分析器中的关系来确定物理量的当前值。表示操纵器当前运动的物理量的当前值被报告给乐音产生系统，从而让乐音产生系统比较该当前运动和由音乐数据段表示的目标运动，以观察操纵器是否准确地行进于轨道上。如果答案是肯定的，则乐音产生系统允许操纵器继续运动。当答案是否定时，则乐音产生系统使操纵器改变运动。因此，乐音产生系统可以产生带有由音乐数据段所表示属性的乐音。

在乐音产生系统产生音乐数据段的情况下，乐音产生系统在数据信号的量多个系列值的基础上确定操纵器的运动，并且产生表示将要赋予乐音的一种或多种属性的音乐数据段。音乐数据段可以存储于其中，并且在使用者要求乐音产生系统再现乐音时被处理。另外，音乐数据段可以被提供给另外的乐器并通过该乐器产生乐音。

可以理解，自校准变换器系统更新物理量和数据信号的量之间的关系并保持该更新过的关系。当乐音产生系统在一些音乐数据段或所述音乐数据段的基础上产生乐音时，乐音产生系统将参照更新过的关系准确地确定操纵器的运动。

在下面的描述中，术语“前方”是指相对于“后方”而言，更靠近坐在凳子上进行弹奏的演奏者的位置。在前方位置和相应后方位置之间画出的线在“前后方向”上延伸，并且前后方向与横向方向相交成直角。垂直方向垂直于由前后方向和横向方向确定的平面。术语“纵向方向”取决于零件的构造，并且术语“纵向”表示一个方向，在该方向的零件长度大于该零件“宽度”方向的。

                         第一实施例

参照图1，实施本发明的自动演奏钢琴1大体上包括声学钢琴1A和电系统1B。演奏者在声学钢琴1A上演奏乐段，从而在声学钢琴1A中沿着乐段产生声学钢琴乐音。电系统1A用作自动演奏器，并且该自动演奏器不用演奏者的弹奏就在声学钢琴1A上演奏乐段。

                       声学钢琴的结构

声学钢琴1A包括琴弦2、制音器3、弦槌4、具有各自的托木5的动作单元6和键盘10。多个琴键10a包括于键盘10中，并且在键架中板1b上独立地上下倾斜。在这种情况下，八十八个琴键10a设置在键盘10上。当演奏者按下琴键10a的前部时，琴键在各自的轨道上朝着末端位置EP行进。圆键钉15从键架中板1b向上伸出，为琴键10a提供支点。在演奏者没有给琴键施加任何力时，琴键10a的前部位于最低的位置，该最低位置被称作“休息位置”RP。演奏者随着乐段的进行有选择地按下和释放多个琴键10a的前部。

多个琴键10a在其后部与动作单元6连接，并且被按下的琴键10a致动相关联的动作单元6。动作单元6的动作对于本领域技术人员是已知的，因而在下文中为了简明的缘故没有再作更多描述。

弦槌4与动作单元6相关联地设置，并且由柄轴架总档(shank flangerail)(未示出)可旋转地支撑。当相关联琴键10a处于休息位置RP时，弦槌4与相关联动作单元6的顶杆(未示出)保持接触，并且与托木5间隔开。被启动的动作单元6使弦槌4旋转直至脱离，并且在各自脱离时产生自由旋转。

琴弦2与在各自的休息位置的相关联弦槌隔开预定距离，并且被在自由旋转的末端的弦槌4敲击。制音器3与琴键10a的后部连接，并且与相关联琴弦2隔开和接触。当琴键10a位于休息位置RP时，制音器3与相关联琴弦2保持接触，从而阻止相关联琴弦2振动。琴键10a的后部在前往末端位置EP的途中举起相关联制音器3从而使其与琴弦2隔开。制音器3完全离开制音器3的时间选在脱离之后，从而让琴弦2在由弦槌4敲击之前准备好进行振动。

当弦槌4与相关联琴弦2撞击时，琴弦2振动以产生声学钢琴音乐音，并且弦槌4在琴弦2上回弹。弦槌4落下，于是相关联托木5接收弦槌。当演奏者释放被按下的琴键10a时，该琴键10a与托木5一起开始朝着休息位置RP返回。弦槌4再次与相关联顶杆(未示出)接触，并且托木5与弦槌4隔开。制音器3在回到休息位置RP的途中与振动的琴弦2接触并吸收振动。为此，声学钢琴乐音得以迅速地消除。

                       电系统的系统构造

电系统1B包括一列螺线管操作的琴键致动器7、一列琴键传感器11和控制器17。每个琴键传感器11都由光学位置变换器14和光学调制器40的组合实现。光学调制器40连接到相关联琴键10a前部的下表面，并且与琴键10a一起移动。另一方面，光学调制器相对于中盘(未示出)静止，并且将琴键轨道上的当前琴键位置和同样是琴键轨道上的参考位置转换成琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)。

该一列螺线管操作的琴键致动器7设置在琴键10a后部下方，并且由中盘(未示出)承载该一列螺线管操作的琴键致动器7。螺线管操作的琴键致动器7分别与多个琴键10a相关联，并且每个螺线管操作的琴键致动器7都包括螺线管16和柱塞7a。螺线管16连接到控制器17，驱动信号uk流经螺线管16。柱塞7a可以从螺线管16中伸出和缩回，并且在缩回时其顶端位于相关联琴键10a下表面非常接近的地方。

当螺线管16由驱动信号uk供给能量时，将会产生磁场，并且有磁力施加于柱塞7a上。该磁力使柱塞7a向上伸出从而柱塞7a推动琴键10a的后部。因此，不用任何钢琴演奏者的按键动作螺线管操作的琴键致动器7就可以产生琴键的运动。

琴键传感器11连接到控制器17，从而将琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)输入到控制器17中，虽然在附图中没有示出，但控制器17中还包括与共享总线系统连接的中央处理单元、程序存储器、工作存储器(working memory)和信号界面，并且计算机程序运行于中央处理单元中以完成使用者给定的任务。

计算机程序分成主程序和几个子程序。当中央处理单元反复执行主程序时，中央处理单元通过操纵面板(未示出)与使用者交流。该操纵面板(未示出)设置有显示器窗口、指示器和各种开关。中央处理单元在显示器窗口上产生特征图像从而告知使用者当前状态和提示消息。使用者通过操纵开关将指示和回答传给中央处理单元。一个指示是使电系统1B重新进行由一组音乐数据段所表示的演奏，该组音乐数据段根据MIDI(乐器数字界面(Musical Instrument Digital Interface))协议进行编码。另一个指示是执行自校准。自校准将在下文中结合琴键传感器11进行描述。

现在对操作回放模式中自动演奏钢琴1的动作进行描述。一段音乐通过自动演奏产生，并且自动演奏在操作回放模式中被执行。控制器17的作用分成伺服控制器17a、运动控制器18和钢琴控制器19，并且通过执行其中一个子程序来实现。

当使用者通过操纵面板(未示出)指示自动演奏器1重新进行演奏时，主程序开始定时地跳转到子程序。虽然对下面工作的描述就象中央处理单元通过子程序持续做该工作一样，但主程序在每个定时中断跳转到子程序，并且在中央处理单元执行指示达预定时间段以后子程序返回到主程序。

光学位置变换器14连续监测相关联光学调制器40，并且通过琴键位置信号yk(s)将表示当前琴键位置的琴键位置数据段报告给控制器17。当前琴键位置等同于从休息位置RP的键行程。在工作存储器中已经准备了一表格，并且存储位置分别分配给多个琴键10a。琴键位置信号上的离散值被定期采样，并且被转换成数字琴键位置信号，该信号同样表示琴键位置数据段。琴键位置数据段与提取琴键位置数据段的时间一起存储在分配给琴键10a的存储位置。因此，在工作存储器中为多个琴键10a中的每一个都收集了预定量的琴键位置数据段。

假定使用者指定一段音乐。表示该段音乐的一组音乐数据段被传递给钢琴控制器19。钢琴控制器19启动定时器来测量时间的流逝，并且寻找将被处理的音乐数据段。

当钢琴控制器19找到表示音符开事件的音乐数据段时，钢琴控制器19指定将被移动的琴键10a，并且确定目标轨道，即目标琴键10a的一系列随时间变化的目标琴键位置值。钢琴控制器19将目标琴键轨道告知给运动控制器18。

运动控制器18测量时间，并且定期更新目标琴键轨道上的目标琴键位置值。运动控制器18将目标琴键10的目标琴键位置当前值rk告知给伺服控制器17a。

伺服控制器17a在目标琴键位置rk该系列值的基础上计算目标琴键速度，并且访问分配给目标琴键10a的存储位置。伺服控制器17a读出表示当前琴键位置系列值的琴键位置数据段，并且在该当前琴键位置系列值的基础上计算当前琴键速度。

伺服控制器17a将当前琴键位置与目标琴键位置以及当前琴键速度与目标琴键速度进行比较，从而确定当前琴键位置和目标琴键位置之间的位置差以及当前琴键速度与目标琴键速度之间的速度差。位置差和速度差与位置放大系数和速度放大系数相乘，并且乘积彼此相加。乘积的和代表驱动信号uk的平均电流。在这种情况下，脉冲宽度调制器(未示出)包括于伺服控制器17中，并且该脉冲宽度调制器(未示出)将驱动信号uk调节至等同于平均电流的目标占空比。

驱动信号uk被提供给位于目标琴键10a后部下方的螺线管16。磁力被施加于磁场中的柱塞7a上，并且柱塞7a将力施加到目标琴键10a的后部。

当目标琴键10a在轨道上行进时，琴键传感器11通过琴键位置信号yk(s)将当前琴键位置报告给伺服控制器17a，并且伺服控制器17a将当前琴键位置和当前琴键速度与目标琴键位置和目标琴键速度定期进行比较，以使目标琴键10a在目标琴键轨道上行进。

准确行进于目标琴键轨道上的目标琴键10a使相关联动作单元6产生相关联弦槌4的在目标弦槌速度的自由旋转。由于乐音以与弦槌速度成比例的响度从振动的琴弦2上产生，因此弦槌4通过相关联琴弦2的振动以目标响度产生声学钢琴乐音。

当钢琴控制器19找到目标琴键10a的表示音符关事件的音乐数据段时，钢琴控制器19确定目标返回琴键轨道，并且运动控制器18和伺服控制器17使目标琴键10a在目标返回琴键轨道上行进。

钢琴控制器19顺序地处理音乐数据段从而为琴键10a确定目标琴键轨道和目标返回琴键轨道，并且运动控制器18和伺服控制器17与琴键传感器11协同作用使琴键10a在目标轨道和目标返回琴键轨道上行进。

                     自校准位置变换器系统

实施本发明的自校准位置变换器系统包括琴键传感器11和控制器17。另一子程序运行于中央处理单元中以校准琴键传感器11。当使用者指示电系统1B校准琴键传感器11时，主程序就跳转到进行自校准的子程序。用于自校准的子程序由控制器17的两个功能块61和62表示，即图1中示出的数据收集器61和数据分析器62，并且数据收集器61和数据分析器62在执行子程序的过程中与钢琴控制器19、运动控制器18和伺服控制器17a协同作用。由于琴键传感器11与数据收集器61和数据分析器62有较深关系，因此首先描述琴键传感器11，然后再描述数据收集器61和数据分析器62。

参照图1和图2对琴键传感器11进行描述。如前所述，每一个琴键传感器11都由光学调制器40和光学位置变换器14组合实现。光学调制器40与相关联琴键10a一起移动，并且对光学位置变换器14发出的光线进行调制。

在这种情况下，光学调制器40由具有透明区域和不透明区域的滤光器板来实施。在下文中滤光器板同样被标以附图标记“40”。滤光器板40被分成两部分41和42。滤光器板40由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)透明板制成，并且在透明板上形成有不透明的黑条。

不透明黑条在一个部分41中以不规律的间距彼此间隔开，并且该不规律间距从下端朝着琴键10a减小。因此，在部分41中形成灰度标，并且部分41被称作“灰度标部分”41。

另一方面，不透明条在另一部分42中彼此邻接，并且形成三个不透明区域42b1、42b2和42b3。不透明区域42b2与两个不透明区域42b1和42b3间隔开，从而在不透明区域42b2和不透明区域42b1/42b3之间产生透明区域42a1和42a2。不透明区域42b1和透明区域42a1之间的边界与不透明区域42b2和透明区域42a2之间的边界以预定距离间隔开。在这种情况下，预定距离被调整为2毫米。边界之间的距离被严格地调整到预定值，并且部分42在下文中被称作“参考数据部分”42。没有必要严格调整从休息位置RP到透明区域42a1和42a2的边界的距离。

琴键位置信号yk(s)由滤光器板40上的灰度标部分41调制，并且校准信号yk(p)通过参考数据部分42产生。

光学位置变换器14包括光线发射单元11a、光纤对12A/12B、光线发出传感器头20、光线接收传感器头30、光纤对13A/13B和光线检测单元14A。光线发出传感器头20和光线接收传感器头30交替布置在琴键列10a的下方，并且固接到遮光盒上板11P的反面。光线发出传感器头20通过间隙与相邻的光线接收传感器头30间隔开。固定在相关联琴键10a下表面上的光学调制器40通过狭缝(未示出)伸入遮光盒中，并且在轨道上行进，这些轨道分别穿过间隙。

光纤对12A/12B被组成多个束，并且多个光纤对12A/12B的束分别与设置在光线发射单元11a中的光线发射元件11aa相对。在这种情况下，五对光纤12A/12B组成多个束中的一个，从而使多个光线发射元件11aa的每一个都与五个光纤对12A/12B相对。

相似地，光纤对13A/13B也组成多个束，并且该多个光纤对13A/13B的束分别与光线检测单元14A中的光线检测元件14Aa/14Ab相对。在这种情况下，五对光纤13A/13B组成每个束，该每个束与每对光线检测元件14Aa/14Ab相对。

光线发射元件11aa顺序地由电压供给能量，从而检测光线OP从每个光线发射元件11aa发射出来。在这种情况下，光线发射元件11aa由半导体发光二极管实现。检测光线OP从每个光线发射元件11aa入射到相关联束的光纤对12A/12B上，并且通过光纤对12A/12B分配给光线发出传感器头20。检测光线OP作为未经调制的光束24A/24B从光线发出传感器头20发射出来。未经调制的光束24A/24B穿过光学调制器40，然后经过调制的光束OP1/OP2落到光线接收传感器头30上。经过调制的光束OP1/OP2从光线接收传感器头30传播给光线检测单元14A，并且经过调制的光束OP1/OP2通过相关联的光线检测元件14Aa转换成光电流。该光电流用作琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)。举例来说，光线检测元件14Aa/14Ab由半导体光线检测晶体管实现。

由于光学位置变换器14彼此相似，因此在下文中将更详细地描述图2A中与中心处琴键10a相关联的一个光学位置变换器14。虽然在图2A中仅示出了三个光学位置变换器14，但是有八十八个光学位置变换器14分别与八十八个琴键10a相关联。

光线发出传感器头20与右琴键10a共用，而光线接收传感器头30与左琴键10a共用。为此，未经调制的光束24A/24B从光线发出传感器头20被导向两个侧向方向，并且经过调制的光束OP1/OP2入射到位于其两侧的光线接收传感器头30上。如下面将要描述的，未经调制的光束24A/24B不是从每个光线接收传感器头30两侧的光线发出传感器头同时发射。

光线发出传感器头20和光线接收传感器头30由透明人造树脂制成，例如丙烯酸树脂。光线发出传感器头分成主体21、第一光线发出端口22和第二光线发出端口23。然而，主体21、第一光线发出端口22和第二光线发出端口23具有整体结构。每个光线发出端口22/23由一对凸透镜形成，并且V字形光线反射表面形成在凸透镜之间。从图2B可以看出，第二光线发出端口23较之第一光线发出端口22更宽地从主体21伸出，并且第一光线发出端口22和第二光线发出端口22分别与灰度标部分41和参考数据部分42相对。两个通道形成于主体21中，并且通道的中心线与V形反射表面的角对齐。两个通道分别分配给相关联对的光纤12A和12B，并且V形反射表面分别面对在通道中的光纤12A/12B的端面。

在相关联琴键10a处于休息位置RP时，未经调制的光束24A/24B分别在在图2B中的点24A(r)和24B(r)处落到灰度标部分41和参考数据部分42上。当相关联琴键到达末端位置EP时，未经调制的光束24A/2B被分别投射到点24A(e)和24B(e)上。当未经调制的光束24B从点24B(r)移动到点24B(e)时，该未经调制的光束24B行进穿过透明部分42a1和42a2。

光纤接收传感器头30的构造与光线反射传感器头20的构造相同，并且与光线发出传感器头20相似的是，主体31、第一光线接收端口32和第二光线接收端口33形成整体结构。为此，光线接收传感器头30的这些部分在图2A中被标以光线发出传感器头20对应部分的附图标记，并且不再进行详细描述。

假定检测光线OP到达光纤12A/12B的端面。检测光线OP入射到V形反射表面上，并且分成两对未经调制的光束24A/24B。第一光线发出端口22和第二光线发出端口23使这两对未经调制的光束24A/24B成为平行光线，并且这两对未经调制的光束24A/24B朝着光线发出传感器头20两侧的光学调制器40侧向发射。

继续描述落到光线发出传感器头20左侧的光学调制器40上的未经调制光束对24A/24B。未经调制的光束24A落到灰度标部分41上，并且未经调制的光束24A的强度由光学调制器40依据相关联琴键10a的当前琴键位置进行调制。未经调制的光束24B落在参考数据部分42上，并且未经调制的光束24B的强度同样由光学调制器40依据相关联琴键10a的当前琴键位置进行调制。因此，由于部分41/42中黑条的图案，两个未经调制的光束24A/24B由光学调制器40依据当前琴键位置以不同的方式进行调制。

经过调制的光束OP1/OP2分别落到第一和第二光线接收端口32和33上。经过调制的光束OP1/OP2在V形反射表面上被反射，并且被引导至光纤13A/13B的端面。经过调制的光束OP1/OP2入射到在端面上，并且通过光纤13A/13B传播给光线检测元件对14Aa/14Ab。因此，经过调制的光束OP1/OP2通过相关联对的光线检测元件14Aa/14Ab转换成光电流。

从光线检测元件14Aa输出的光电流量与灰度标部分41中发射点透明部分的面积成比例，并相应地与当前琴键位置成比例。光电流量的变化通过合适的电流-电压转换器例如电阻器转换成琴键位置信号yk(s)的电势水平的变化。

相似地，从光线检测元件14Ab输出的光电流量与参考数据部分42中发射点透明部分的面积成比例，并且光电流的变化量通过合适的电流-电压转换器转换成校准信号yk(p)电势水平的变化。校准信号yk(p)代表参考数据段，该参考数据段同样表示电势水平并相应地表示当前琴键位置或键行程。

琴键10a按以下方式规定。下面规定琴键10a的方法公开在日本专利申请公平9-152871中。光线发射元件11aa按一定时间间隔定期被供以能量。每个时间间隔被分成多个时隙，并且这多个时隙分别分配给多个光线发射元件11aa。换句话说，每个光线发射元件11aa在多个时隙的一个中被供以能量，并且在分配给其它光线发射元件11aa的时隙内电压从每个光线发射元件11aa上移除。因此，检测光线OP作为光脉冲顺序地从多个光线发射元件11aa发射出来。

虽然光脉冲入射到多个光纤对12A/12B中，但多个光纤对12A/12B终止于相关联光线发出传感器头20，该光线发出传感器头20通过其它光线发出传感器头20彼此间隔开。换句话说，仅由光线接收传感器头30隔开的光线发出传感器头20被分配给不同的时隙。结果，两对未经调制的光束24A/24B不会同时入射到任意一个光线接收传感器头30上。

在某个时隙中同时发射的多对未经调制的光束24A/24B，作为多对经过调制的光束OP1/OP2入射到相关联的光线接收传感器头30上，并且多对经过调制的光束OP1/OP2被转换成该某个时隙中的琴键位置信号/校准信号yk(s)/yk(p)。当两对未经调制的光束24A/24B从图2A所示的右光线发出传感器头20同时发射时，两对经过调制的光束OP1/OP2分别入射到右光线发出传感器头20两侧的光线接收传感器头30上，并且两对光纤13A/13B传播给不同的两对光线检测元件14Aa/14Ab。于是，多个时隙和多对光线检测元件14Aa/14Ab组成大量的组合，这些组合分别被分配给八十八个琴键10a。这些组合与琴键数Kn之间的关系保存于控制器17中的只读存储器中。当控制器17取出一个时隙中的琴键位置数据段时，该控制器确定该时隙与分配给光线接收传感器头对14Aa/14Ab的模-数转换器之间的组合，并且从只读存储器中读出与该组合对应的琴键数Kn。因此，控制器17为多个琴键10a的每一个收集琴键位置数据段和时间数据段。

假定使用者指示电系统1B校准琴键传感器11。数据收集器62将测试数据段提供给钢琴控制器19，并且要求钢琴控制器19分别沿着线性测试轨道移动琴键10a。钢琴控制器19在测试数据段的基础上确定线性测试轨道，并且将该线性测试轨道告知运动控制器18。与上文描述的回放相似，运动控制器18与伺服控制器17a协同作用，从而通过螺线管操作的琴键致动器7的帮助使琴键10a顺序地在线性测试轨道上行进。

当琴键10a行进于休息位置RP与末端位置EP之间的线性测试轨道上时，琴键传感器11产生琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)，并且将该琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)提供给伺服控制器17a和数据收集器16。如结合回放所描述的一样，伺服控制器17a通过使用位置信号yk(s)在琴键10a上实施伺服控制。

数据收集器61在每个取出数据的时刻取出由琴键位置信号yk(s)代表的位置数据段和由校准信号yk(p)代表的参考数据段。数据收集器61明确线形测试轨道上分配给琴键10a的琴键数Kn，并且读出当前时间。数据收集器61将每一对琴键位置数据段和校准数据段与表示当前时间的时间数据段一起保存在分配给相关联琴键10a的预定存储位置。从而，数据收集器61为所有琴键10将琴键位置数据段、参考数据段和时间数据段收集在存储器中。

数据分析器62分析琴键位置数据段、校准数据段和时间数据段以确定琴键传感器11的输出特性，即如下所述的琴键位置信号yk(s)的电势水平与键行程之间的关系。

图3A和3B分别示出了键行程x与琴键位置信号yk(s)电势水平之间以及键行程x与校准信号yk(p)电势水平之间的关系。当一个琴键10a从休息位置RP移动到末端位置EP时，琴键位置信号yk(s)的电势水平随着键行程一起从YR变化到YE，并且校准信号yk(p)的电势水平在键行程X1和键行程X2处突然地升高。换句话说，校准信号yk(p)象脉冲P1一样两倍升高。在下面的描述中，假定光学位置变换器11相对键行程x线性地改变琴键位置信号yk(s)和校准信号yk(p)的电势水平。

虽然休息位置RP的电势水平YR和末端位置EP的电势水平YE是已知的，但是休息位置RP和末端位置EP之间的键行程x是不确定的，因为声学钢琴1A具有自己的个性特征。换句话说，休息位置RP和末端位置EP之间的键行程x在琴键10a之间和声学钢琴之间是不同的。在图3A中如果末端位置位于在横坐标上的(EP)处，则电势水平与键行程x之间的关系以线LA1表示。然而，如果完全键行程短于或长于休息位置RP与末端位置EP之间的距离，则末端位置将在(EP)的左侧或右侧，并且关系以线LA2或LA3表示。因此，休息位置RP的电势水平YR和末端位置EP的电势水平YE不能使数据分析器62确定休息位置RP和末端位置EP之间的真实距离。由于光学位置变换器14的老化和环境影响，键行程x与休息和末端位置RP和EP处的电势水平是可变的。换句话说，应为琴键传感器11更新电势水平与键行程x之间的关系。在这种情况下，突然的电势上升使得确定休息位置RP与末端位置EP之间的真实的距离或者完全键行程x成为可能。为了更好的理解，琴键位置数据段和参考数据段在下文中同样分别标以“yk(s)”和“yk(p)”。

数据分析器62搜索存储器以观察哪些参考数据段超过了临界值。数据分析器62找到X1和X2处的参考数据段。换句话说，校准信号yk(p)的电势水平在键行程X1和X2处突然上升，并且不透明区域42b1与透明区域42a1之间的边界以及不透明区域42b2与透明区域42a2之间的边界分别对应X1和X2。不透明区域42b1和透明区域42a1之间的边界与不透明区域42b2和透明区域42a2之间的边界以预定距离D隔开。为此，键行程X1和键行程X2之差等于距离D。

接着，数据分析器62确定参考数据段超过临界值时的时间数据段，并且读出琴键位置数据段yk(s)，该数据段与键行程X1和键行程X2处的参考数据段yk(p)同时收集。琴键位置数据段yk(s)在图3B中以Y1和Y2表示。如果线LA1表示琴键位置信号yk(s)电势水平与键行程x之间的真实关系，则琴键位置数据段Y1和Y2将在线LA1上找到。然而，如果线LA2或LA3代表真实的关系，则琴键位置数据段Y1和Y2将在线LA2或LA3上找到。

然后，数据分析器62确定Y1和Y2之间画出的直线的斜率。具体而言，数据分析器62从琴键位置数据段Y2的值中减去琴键位置数据段Y1的值，并且差(Y2-Y1)除以预定的距离D。结果就表示斜率。数据分析器62将琴键位置信号yk(s)的电势水平增加(Y2-Y1)/D，并且将和(yk(s)+(Y2-Y1)/D)与电势水平YE进行比较。如果发现该和在电势水平YE邻域之外，则数据分析器62重复进行增加和比较。换句话说，数据分析器62将从休息位置RP处电势水平YR所画出的线进行延伸。当和落入邻域内时，数据分析器认定琴键10a到达末端位置，并且确定完全键行程k。例如，数据分析器62将预定距离D乘以(tE-tR)/(t2-t1)，其中t1和t2是Y1和Y2被收集的时间，而(tE-tR)是重复次数与单位时间之间的乘积。

结果，对于目标琴键10a，琴键传感器11的电势水平yk(s)相对于键行程的特性以图3中的线LB表示。校准工作对其它琴键10a重复进行，从而为所有的光学位置变换器14确定出电势水平相对于键行程的特征。电势对应于键行程的特征存储于永久存储器中，例如闪存中。

如前所述，电势水平相对于键行程的特性不可避免地随时间而变化，从而使控制器17需在差别变得严重之前执行校准子程序。当对声学钢琴1A进行调音时，调音师或使用者通过操纵面板(未示出)指示进行校准。

当电系统1B重新进行演奏时，伺服控制器17a访问存有琴键位置信号yk(s)电势水平的永久存储器，并且在电势水平相对于键行程的特性LB的基础上确定当前琴键位置以进行伺服控制。

从前面的描述可以理解，光学位置变换器14不仅产生琴键位置信号yk(s)而且产生校准信号yk(p)，而数据收集器61和数据分析器62确定光学位置变换器14的真实输出特性LB。当电系统1B有选择地按下和释放琴键10a时，伺服控制器17a准确地确定当前琴键位置和当前琴键速度，从而迫使琴键10a在目标琴键轨道上行进。这可以产生高保真度的回放。

在电系统1B用作录音机的情况下，控制器17在琴键位置数据段的基础上准确地确定被按下琴键10a的琴键运动和被释放琴键10a的琴键运动，并且产生一组表示声学钢琴1A上的演奏的音乐数据编码。

当调音师对声学钢琴1A进行工作时，调音师可以在显示器上监视琴键运动，并且在休息位置和末端位置RP/EP对琴键10a准确地进行调音。

在上述实施例中，灰度标部分41和绝对数据部分42形成于单个板上，从而使位置数据段yk(s)与参考数据段yk(p)严格相联系。

                        第二实施例

来看图4，实施本发明的位置变换器系统用在自动演奏钢琴80中监视琴键运动。自动演奏钢琴80大体上包括声学钢琴80A和电系统80B。除了光学位置变换器50和光学调制器40A，声学钢琴80A和电系统80B与声学钢琴1A和电系统1B都相似。除了反射型传感器头单元50a和光学调制器40A，光学位置变换器50与光学位置变换器14都相似。光线发射单元11a、光纤对12A/12B、光纤对13A/13B和光线检测单元14A同样形成光学位置变换器50的组成部分。然而，光线发出传感器头和光线接收传感器头仅具有第二光线发出端口23和第二光线接收端口33。换句话说，第一光线发出端口22和第一光线接收端口32被从光学位置变换器50的光线发出传感器头和光线接收传感器头上除去了。因此，光学调制器40A仅由绝对数据部分42组成，并且在光学调制器40A中不包括任何灰度标部分。

每个光学位置变换器14的第一光线发出端口22和第一光线接收端口32由光线发出头51和光线接收头52替代，它们组合形成了反射型光学传感器头单元50a。光纤12A和13A分别连接到光线发出头51和光线接收头52。检测光线OP作为光束从光线发出头51朝着琴键10aa的下表面发射，并且反射光OP1入射到光线接收头52上。当琴键10a在目标轨道或测试轨道上行进时，反射光的强度随当前琴键位置一起变化。由于光学调制器40A固定在琴键10a的下表面10aa，因此光学调制器40A的运动与琴键运动相联系，并且入射光线的量或者反射光OP1的强度随入射光线OP2一起变化。

电系统80B的功能与电系统1B的那些功能相似，并且校准工作也是按照与第一实施例相似的方式进行。为此，第一实施例的优点同样也可以由第二实施例实现。

虽然已经示出和描述了本发明的特别实施例，但对本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围情况下可以进行各种改变和变形。

数据收集器61可以在线性测试轨道上重复获得数据，以让数据分析器62在多组琴键位置数据段yk(s)和参考数据段yk(p)的基础上确定输出特性LB。这多组数据可以求平均值以从琴键位置数据段yk(s)和参考数据段yk(p)消除误差。

输出特性可以表示为非线性线，只要该非线性线可表示为已知方程即可。这意味着透明区域与不透明区域的定量(ration)在灰度标部分是非线性变化。

本发明的光学位置变换器14可以用于声学钢琴1A的其它部件，例如，弦槌4、柱塞7和踏板(未示出)。在光学位置变换器14与弦槌4相关联的情况下，调音师调节调节按钮(未示出)以使顶杆在弦槌轨道上的合适点处脱离。而且，调音师可以在弦槌数据段的基础上将托木5调节到合适的高度。

本发明的技术范围不限于自动演奏钢琴。本发明的自校准传感器系统可以包括于另外种类的键盘乐器中，例如，静音钢琴或电子钢琴。而且，本发明的技术范围不限于键盘乐器。自校准系统可以结合于打击乐器中，例如钢片琴。

本发明不限于两个透明区域42a1和42a2。绝对数据部分可以具有三个透明区域，从而数据分析器可以将斜率确定为第一和第二透明区域之间斜率与第二和第三透明区域之间斜率的平均值。此外，另外的绝对数据部分可以仅有一个与休息位置隔开预定距离的透明区域。

透明区域42a1和42a2可以由形成于金属板上的缝隙来实现。在这种情况下，金属板提供了不透明区域42b1、42b2和42b3。

反射型传感器头单元50a和光纤12A、13A可以由反射型光电耦合器代替。相似地，光线发出传感器头、光线接收传感器头、光纤12A/12B和13A/13B、光线发射单元11a以及光线检测单元14A可以由多个透明类型的光电耦合器代替。

本发明的技术范围不限于光学位置变换器。霍尔元件和永磁体片可以用作位置传感器。例如，多片永磁体沿着轨道嵌入琴键的侧表面部分，而霍尔装置与轨道相对。所述多片永磁体元件以已知的距离彼此隔开。当琴键从休息位置朝着末端位置行进时，霍尔装置改变电势水平，并产生多个峰值。因此，多片永磁体和霍尔装置按照与绝对数据部分42、光线发射元件11aa、光纤12B和13B、光线发出端口23、光线接收端口33以及光线检测元件14Aa相似的方式动作。

本发明的技术范围不限于位置变换器。速度传感器或加速度传感器可以用在琴键传感器系统中。这是因为这些种类的物理量可以相互转换。线圈和永磁棒可以组合形成速度传感器，并且半导体加速度传感器可以用作加速度传感器，在该半导体加速度传感器中惠斯登桥式电路与重量片集成成为整体。琴键运动可以表示为静电电容的变化。因此，任意种类的传感器都可用于所述系统中，只要这种传感器可以将表示琴键运动的物理量转换成电信号即可。

数据分析器可以估算休息位置RP和末端位置EP之间另外位置处的键行程x。因此，本发明的技术范围不限于完全键行程。在前述的实施例中，数据分析器重复增加电势水平，并且将结果与末端位置EP处的电势水平YE进行比较。然而，进行估算的方法不限于数值运算。休息位置RP与末端位置EP之间的距离可以通过比例分配来计算。

第一和第二实施例的部件与权利要求中的用语与按下述方式相联。

键行程x和琴键10a分别对应于“物理量”和“操纵器”，并且琴键位置信号yk(s)和参考信号yk(p)分别用作“数据信号”和“参考信号”。在第一实施例中光线发射元件11a、光纤12A、第一光线发出端口22、第一光线接收端口32、光纤13A、光线检测元件14Aa和灰度标部分41整体组成“第一信号产生器”，而在第二实施例中光线发射元件11a、光纤12A、光线发出头51、光线接收头52、光纤13A、光线检测元件14Aa和下表面10aa整体组成“第一信号产生器”。光线发射元件11a、光纤12B、第二光线发出端口23、第二光线接收端口33、光纤13B、光线检测元件14Aa和绝对数据部分42组合形成“第二信号产生器”。琴键位置信号yk(s)对应于“数据信号”，而时间数据段用作“标记数据”。预定距离D为物理量的“预定值”，并且键行程值X1和X2对应于“特殊点”。末端位置EP对应于轨道上的“某个点”。

光线发射元件11aa、光纤12A和第一光线发出端口22的组合或者光线发射元件11aa、光纤12A和光线发出头51的组合整体组成第一信号产生器的“产生器”，并且灰度标部分41或下表面10aa用作“调制器”。第一光线接收端口32、光纤13A和光线检测元件14Aa的组合或者光线接收头52、光纤13A和光线检测元件14Aa的组合整体组成第一信号产生器的“转换器”。

光线发射元件11aa、第二光线发出端口23和光纤12B整体组成第二信号产生器的“产生器”，而第二光线接收端口33、光纤13B和光线检测元件14Ab组合形成第二信号产生器的“转换器”。绝对数据部分42用作第二信号产生器的“调制器”。不透明区域42b1、42b2和42b3形成“剩余部分”。

多个琴键10a对应于“多个操纵器”，而琴弦2、制音器3、弦槌4、动作单元6和螺线管操作的琴键致动器7整体组成乐音产生系统。

Claims (20)

1、一种自校准变换器系统(1B；80B)，该系统用于将表示轨道上操纵器(10a)运动的物理量转换成数据信号(yk(s))，该系统包括：

产生所述数据信号(yk(s))的第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)，该数据信号的量代表所述轨道上的所述物理量；以及

确定器(17a)，该确定器连接到所述第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)，并且对所述数据信号(yk(s))做出响应，从而在所述物理量和所述数据信号(yk(s))的所述量之间关系的基础上确定所述轨道上任意点处的物理量值，

其特征在于，所述自校准变换器系统还包括

产生校准信号(yk(p))的第二信号产生器(11aa/12B/23/33/13B/14Ab)，该校准信号的量代表所述轨道上特殊点(X1/X2)处所述物理量的预定值(D)，

数据收集器(61)，该数据收集器连接到所述第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)和所述第二信号产生器(11aa/12B/23/33/13B/14Ab)，并且收集所述轨道上所述数据信号(yk(s))的所述量的一系列值(LA1)、所述校准信号(yk(p))的所述量的另外一系列值(P1)以及标记数据段，该标记数据段使所述数据信号(yk(s))的所述量值与所述校准信号(yk(p))的所述量值相关联，以及

数据分析器(62)，该数据分析器连接到所述数据收集器(61)，在所述物理量的所述预定值(D)和轨道某一点处所述数据信号(yk(s))的所述量值(YE)的基础上估算所述轨道某一点处所述数据信号(yk(s))的所述物理量值(EP)，并且确定沿着所述轨道所述物理量和所述数据信号(yk(s))的所述量之间的所述关系(LB)，从而将所述关系存储于其中。

2、根据权利要求1所述的自校准变换器系统，其特征在于所述第一信号产生器包括

产生器(11aa/12A/22)，该产生器发射横过所述轨道的通量(24A)，

调制器(41；10aa)，该调制器连接到所述操纵器(10a)以调制所述通量(24A)，以及

转换器(32/13A/14Aa)，该转换器将经过调制的通量(OP1)转换成所述数据信号(yk(s))。

3、根据权利要求2所述的自校准变换器系统，其中所述产生器包括

从电能产生检测光线(OP)的光线发射元件(11aa)，

光线发出端口(22)，该光线发出端口以光束(24A)形式发出用作所述通量的所述检测光线(OP)，以及

连接于所述光线发射元件(11aa)和所述光线发出端口(22)之间的光纤(12A)。

4、根据权利要求3所述的自校准变换器系统，其中所述光线发出端口(22)还以另外光束(24A)的形式朝着与另外的操纵器(10a)固连的另外的调制器(41)发出所述检测光线(OP)，从而使所述操纵器(10a)与所述另外的操纵器(10a)共享所述光线发出端口(22)。

5、根据权利要求2所述的自校准变换器系统，其中所述调制器(41)具有灰度标以调制所述通量(24A)。

6、根据权利要求2所述的自校准变换器系统，其中所述操纵器(10a)的表面(10aa)用作所述调制器。

7、根据权利要求2所述的自校准变换器系统，其中所述变换器包括

光线接收端口(32)，该光线接收端口接收作为所述通量(24A)的穿过所述调制器(41)的经过调制的光束(OP1)，

光线检测元件，该光线检测元件将所述经过调制的光束(OP1)转换成用作所述数据信号(yk(s))的光电流，以及

连接于所述光线接收端口(32)和所述光线检测元件(14Aa)之间的光纤(13A)。

8、根据权利要求7所述的自校准变换器系统，其中所述光线接收端口(32)还接收另外的经调制的光束(OP1)，该另外的经过调制的光束通过连接到另外的操纵器(10a)的另外的调制器(41)进行调制，从而使所述操纵器(10a)与所述另外的操纵器(10a)共享所述光线接收端口(32)。

9、根据权利要求1所述的自校准变换器系统，其中所述第二信号产生器包括

产生器(11aa/12/23)，该产生器发出横过所述轨道的通量(24B)，

调制器(42)，该调制器连接到所述操纵器(10a)以调制所述通量(24B)，以及

转换器(33/13B/14Ab)，该转换器将经过调制的通量(OP2)转换成所述数据信号(yk(s))。

10、根据权利要求9所述的自校准变换器系统，其中所述产生器包括

光线发射元件(11aa)，该光线发射元件从电能产生检测光线(OP)，

光线发出端口(23)，该光线发出端口以光束(24B)的形式发出用作所述通量的所述检测光线(OP)，以及

光纤(12B)，该光纤连接在所述光纤发射元件(11aa)和所述光纤发射端口(23)之间。

11、根据权利要求10所述的自校准变换器系统，其中所述光线发出端口(23)还以另外的光束的形式朝着连接到另外的操纵器(10a)的另外的调制器(42)发射所述检测光线(OP)，从而使所述操纵器(10a)与所述另外的操纵器(10a)共享所述光线发出端口(23)。

12、根据权利要求9所述的自校准变换器系统，其中所述调制器(42)由透明度与剩余部分(42b1/42b2/42b3)不同的所述特殊点(42a1/42a2)形成，从而使所述通量(24B)在所述特殊点(42a1/42a2)处至少被调制两次。

13、根据权利要求12所述的自校准变换器系统，其中所述特殊点由透明部分(42a1)与所述剩余部分(42b1)之间的边界以及另外的透明部分(42a2)与所述剩余部分(42b2)之间的另外的边界实现。

14、根据权利要求12所述的自校准变换器系统，其中所述边界与所述另外的边界以预定距离(D)隔开，从而使所述关系表示所述数据信号的所述量(yk(s))，该数据信号的所述量在所述轨道上随所述操纵器(10a)的当前位置一起变化。

15、根据权利要求1所述的自校准变换器系统，其中所述物理量是所述轨道上所述操纵器的当前位置与起点(RP)之间的距离。

16、根据权利要求15所述的自校准变换器系统，其中所述数据分析器(62)确定在所述距离的单元值处的所述数据信号的所述量的增量，并且估算作为所述物理量的所述值的所述轨道上所述某一点(EP)处的所述距离的值。

17、根据权利要求9所述的自校准变换器系统，其中所述变换器包括

光线接收端口(33)，该光线接收端口接收作为所述通量、穿过所述调制器(42)的经过调制的光束(OP2)，

光线检测元件(14Ab)，该光线检测元件将所述经过调制的光束(OP2)转换成用作所述数据信号(yk(s))的光电流，以及

光纤(13B)，该光纤连接在所述光线接收端口(33)和所述光线检测元件(14Ab)之间。

18、根据权利要求17所述的自校准变换器系统，其中所述光线接收端口(33)还接收另外的经过调制的光束(OP2)，该另外的经过调制的光束通过固连到另外的操纵器(10a)的另外的调制器(42)进行调制，从而使所述操纵器(10a)与所述另外的操纵器(10a)一起共享所述光线接收端口(33)。

19、一种用于产生乐音的乐器，包括：

多个操纵器(10a)，该多个操纵器分别被配予乐音的属性并且分别沿着轨道独立移动；

乐音产生系统(2/3/4/6/7)，该乐音产生系统与所述多个操纵器(10a)相关联并且产生具有指定属性的所述乐音；以及

自校准变换器系统(1B；80B)，该自校准变换器系统监测所述多个操纵器(10a)以将表示轨道上每个操纵器(10a)运动的物理量转换成数据信号(yk(s))，并且该自校准变换器系统包括

产生所述数据信号(yk(s))的第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)，该数据信号的量代表所述轨道上的所述物理量；以及

确定器(17a)，该确定器连接到所述第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)，并且对所述数据信号(yk(s))做出响应，从而在所述数据信号(yk(s))的所述量与所述物理量之间关系的基础上确定所述轨道上任意点处的物理量值，

其特征在于，

所述自校准系统还包括

产生校准信号(yk(p))的第二信号产生器(11aa/12B/23/33/13B/14Ab)，该校准信号的量代表所述轨道上特殊点(X1/X2)处所述物理量的预定值(D)，

数据收集器(61)，该数据收集器连接到所述第一信号产生器(11aa/12A/22/32/13A/14Aa)和所述第二信号产生器(11aa/12B/23/33/13B/14Ab)，并且收集所述轨道上所述数据信号(yk(s))的所述量的一系列值(LA1)、所述校准信号(yk(p))的所述量的另外一系列值(P1)以及标记数据段，该标记数据段使所述数据信号(yk(s))的所述量值与所述校准信号(yk(p))的所述量值相关联，以及

数据分析器(62)，该数据分析器连接到所述数据收集器(61)，在所述物理量的所述预定值(D)和轨道某一点处所述数据信号(yk(s))的所述量值(YE)的基础上估算所述轨道某一点处所述数据信号(yk(s))的所述物理量值(EP)，并且确定沿着所述轨道所述物理量和所述数据信号(yk(s))的所述量之间的所述关系(LB)，从而将所述关系存储于其中。

20、根据权利要求19所述的乐器，其中琴键(10a)以及动作单元(6)、弦槌(4)、琴弦(2)与琴键致动器(7)的组合用作所述多个操纵器和所述乐音产生系统，从而使所述乐器在声学钢琴(1A；80A)的基础上构成。

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