KR100435211B1 - 악음을 정확히 발생시키는 키보드 악기와 해머의 물리량을정확히 나타내는 출력신호를 변화시키는 해머 센서 - Google Patents

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Abstract

해머 센서는 해머 조립체(2)와 함께 이동이 가능하고, 해머 섕크(2a)에 고정된 바닥판과, 바닥판에 형성되며 이 바닥판과는 투명도가 다른 아크 패턴(73)을 구비한 광 필터 판(70), 아크 패턴을 향하여 광속을 반사하는 광 반사 요소(201a) 및 투과된 광량을 전기신호로 변환하는 광속의 광로 상에 배치된 광 검출 요소(201b)를 포함하며, 광 필터 판은 해머 조립체의 회전각도를 광 검출 요소에 입사하는 광량으로 연속적으로 변환하며, 적합한 광 차폐 케이스가 주변광으로부터 광 요소들을 보호하도록 광 반사 요소 및 광 검출 요소를 고정시킨다.

Description

악음을 정확히 발생시키는 키보드 악기와 해머의 물리량을 정확히 나타내는 출력신호를 변화시키는 해머 센서{KEYBOARD MUSICAL INSTRUMENT FOR EXACTLY PRODUCING TONES AND HAMMER SENSOR VARYING OUTPUT SIGNAL EXACTLY REPRESENTING PHYSICAL QUANTITY OF HAMMER}
본 발명은 건반악기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 예를 들어, 자동연주 피아노, 무음 피아노(silent piano)와 같은 해머(hammer)를 구비하는 건반악기와 이에 사용되는 해머 센서(hammer sensor)에 관한 것이다.
자동연주 피아노는 어쿠스틱 피아노(acoustic piano)에 기초하여 제조된 혼합식(composite) 키보드 악기이다. 솔레노이드 작동 키 작동기(key-actuator)의 배열과 키 센서의 배열이 키보드와 관련하여 제공되고, 전자 제어시스템이 솔레노이드에 의해 작동되는 키 작동기의 배열과 키 센서의 배열에 연결된다. 피아니스트가 키보드상의 곡조(tune)를 연주하는 동안, 흑백의 키들은 피아니스트에 의해 선택적으로 눌려지고, 연관된 키 센서는 전자 제어시스템에 키의 움직임을 보고한다. 전자 제어시스템은 눌려진 흑백의 키들과 해방된 흑백의 키들을 분류하고, 흑백의 키들이 눌려지고(압건) 또는 해방되는(이건) 시간의 경과를 판정한다. 또한, 전자 제어시스템은 키의 벨로시티를 계산한다. 이러한 악음 데이타 정보들은 재생(playback)을 위해서 일련의 악음 데이타 코드로 저장된다. 사용자가 연주를 재연하도록 전자 제어시스템에 지시하면, 전자 제어시스템은 악음 데이타 정보들을 읽어낸다. 전자 제어시스템은 원래의 연주와 동일한 타이밍으로 솔레노이드 작동 키 작동기에 구동신호를 공급하고, 솔레노이드 작동 키 작동기는 키보드 상에서 손가락으로 연주하지 않고도 연관된 흑백키들을 움직이게 한다. 따라서, 자동연주 피아노는 원래의 연주를 기록하고, 키보드 상에서 손가락으로 연주하지 않고도 원래의 연주를 재생한다.
무음 피아노는 또 다른 형태의 혼합식 키보드 악기이다. 키 센서의 배열은 키보드와 관련하여 설치된다. 전자음 발생시스템은 키 센서의 배열에 연결된다. 해머 스토퍼(hammer stopper)는 자유 위치(free position)와 블록킹 위치 (blocking position) 사이에서 가변될 수 있다. 해머 스토퍼가 자유 위치로 가변되면, 해머 스토퍼는 해머의 궤도로부터 벗어난다. 피아니스트는 키보드 상에서 손가락으로 연주함으로써 해머로 악기 현을 선택적으로 타격하고, 악기 현을 진동시킴으로써 어쿠스틱 피아노의 악음(tone)이 발생된다. 피아니스트가 해머 스토퍼를 블록킹 위치로 가변시키면, 해머 스토퍼는 해머의 궤도로 이동한다. 피아니스트가 키보드 상에서 곡조를 손가락으로 연주하더라도, 해머는 악기 현을 타격하기 전에 해머 스토퍼 상에서 되튀게 되고, 어떠한 어쿠스틱 피아노의 악음(tone)도 악기 현으로부터 발생하지 않게 된다. 그러나, 키 센서가 연관된 흑백의 키들을 모니터하고, 전자음(electric tone) 발생 시스템으로 키의 움직임을 보고한다. 전자음 발생 시스템은 눌려진 흑백의 키와 해방된 흑백의 키들을 분류하고, 키의 벨로시티를 결정한다. 전자음 발생 시스템은 발생될 악음을 대표하는 전자신호를 발생한다. 전자음은 음향 시스템에 의해 발생된다.
따라서, 키 센서는 자동연주 피아노와 무음 피아노 모두에 있어서 필수적이다. 피아니스트가 흑백의 키들을 휴지위치로부터 종단위치로 단순히 누르면, 연관된 해머는 키 벨로시티에 비례하는 해머 벨로시티로 회전을 위해 구동되므로, 키 센서는 전자 제어 및 전자음 발생 시스템에게 키의 움직임을 보고한다. 그러나, 연주는 일반적으로 단순한 키의 움직임에 의해 구성되지는 않는다. 흑백의 키는 피아니스트에 의해 반복적으로 눌려지고, 다른 흑백의 키는 그 최종위치로 복귀한다. 이 상황에서, 키 움직임은 키 움직임에 비례하는 해머 벨로시티로 해머의 움직임을 일으키지는 않는다. 결과적으로, 재생된 악음 및 전자음은 원래의 피아노 악음 및 재생될 피아노 악음으로부터 소리의 세기에 있어서 상이하게 재생된다. 따라서, 키 센서는 복잡한 키 움직임에 거의 반응하지 못하게 된다.
해머의 움직임을 거의 정확하게 결정하기 위해서, 해머의 움직임을 직접적으로 검출하는 방안이 고안되었다. 해머 센서의 배열이 피아노 케이스의 내측에 설치된다. 해머 센서는 연관된 해머를 직접적으로 모니터하고, 연관된 해머의 현재 위치를 보고한다. 위치 정보로 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 해머의 움직임을 정확하게 결정하고, 악음 데이타 코드에 악음 데이타 정보들을 저장한다.
여러 종류의 해머 센서가 알려져 있다. 첫 번째 종류의 해머 센서는 개폐판(shutter plate)과 광-커플러(photo-coupler)의 조합으로 이루어진다. 개폐판에는 윈도우(window)가 형성된다. 한편, 광-커플러는 복수의 광속을 발생하게 된다. 개폐판의 궤도는 윈도우를 구비한다고 가정한다. 개폐판은 해머 섕크 (hammer shank)에 고정되고, 따라서, 해머 조립체와 함께 이동 가능하게 된다. 광-커플러는, 예를 들면, 작동 브래킷(action bracket)에 의해 지지되고, 개폐판의 궤도를 가로지르는 광속을 발생시킨다. 연관된 흑백의 키가 눌려지면, 작동기구는 회전을 위한 해머 조립체를 구동시키고, 개폐판은 궤도를 따라 이동한다. 개폐판에 광속이 도달할 때, 개폐판은 광속을 차단한다. 개폐판은 윈도우에 도달할 때까지 광속을 계속해서 차단한다. 개폐판에 광속이 윈도우를 통과하도록 하고, 광속을 다시 차단한다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 전방에서의 차단과 윈도우를 통한 경로 사이에서의 시간의 경과에 기초하여 해머 벨로시티를 계산한다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템에서 해머가 현을 가격하는 타이밍을 결정하도록 적절하게 개폐판이 설계된다.
반사 광-커플러(500)와 반사 박판(502)의 조합으로 된 해머 센서의 두 번째 유형이 도 1에 도시된다. 반사 광-커플러(500)는 정지 브래킷(stationary bracket, 500)에 고정되고, 해머조립체(503)를 향하여 광속을 반사한다. 한편, 반사 박판(502)은 해머 섕크(504)에 부착되고, 해머 섕크(504)의 궤도를 따라 해머 조립체(503)와 함께 이동한다. 광속은 반사 박판(502)에서 항상 반사되어 광-커플러(500)로 되돌아온다. 반사된 빛의 양은 현재의 해머의 위치에 따라 변하고, 반사 광-커플러(500)는 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템에 반사된 빛의 양을 보고한다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 현재의 해머의 위치를 결정하고, 해머의 벨로시티를 계산한다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은, 반사된 빛의 양이 소정 값에 이르면, 해머가 악기 현(505)을 가격하는 시간을 결정한다.
해머 센서의 세 번째 유형은 홀-이펙트 요소(Hall-effect element)와 영구자석의 조합으로 이루어진다. 반사 광-커플러(500)는 홀-이펙트 요소로 대체되고, 영구자석은 해머 섕크(504)에 부착된다. 자기장의 세기는 홀-이펙트 요소와 영구자석 사이의 거리와 함께 변하고, 홀-이펙트 요소는 영구자석에 의해 발생되는 자기장에 전류를 발생시킨다. 전류의 양은 자기장의 세기를 나타내며, 따라서, 홀-이펙트 요소와 영구자석 사이의 거리를 나타낸다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 전류의 양에 기초하여 현재 해머의 위치를 결정하고, 해머의 벨로시티를 계산한다. 전류의 양이 소정 값에 도달하면, 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 악기 현을 가격할 시간이 다가온다는 것을 결정한다. 따라서, 이러한 유형의 해머 센서는 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템과 협조하게 되고, 키보드 상의 연주를 나타내는 악음 데이타 정보들을 기록하고 발생시킴에 있어서 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템에 협조한다. 그러나, 이러한 유형의 해머 센서들은 다음과 같은 문제점들에 봉착하게 된다.첫 번째 유형의 해머 센서 고유의 문제점은 해머 센서의 배열이 적합한 위치로부터 이탈하기 쉽다는 점이다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 광속이 윈도우를 다시 통과하게 되는 타이밍에 기초하여 악기 현을 가격하는 시간을 결정한다. 이것은 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템이 광-커플러와 개폐판 목표위치에 적절히 위치한다는 가정 하에, 악기 현을 정확하게 가격하는 시간을 결정하는 것을 의미한다. 만일 광-커플러와 개폐판이 목표 위치로부터 이탈하면, 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 악기 현을 가격할 시간을 정확하게 결정할 수 없게 된다. 첫 번째 유형의 해머 센서에 대하여는 세심한 작업이 요구되고, 조율작업이 주기적으로 시행되어야 한다.
첫 번째 유형의 해머 센서 고유의 또 다른 문제점은 좁은 감지가능 영역 (detectable range)이다. 감지가능 영역은 개폐판의 전방부와 그 내에 형성되는 윈도우 사이의 거리와 동일하며, 해머 조립체의 궤도는 감지가능 영역보다 훨씬 길다. 그러나, 광-커플러는 감지가능 영역 외측의 광전류(photo-current)의 양을 변화시키지는 않는다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 감지가능 영역의 외측에서의 어떠한 위치정보도 얻을 수는 없다.
두 번째 유형의 해머 센서 고유의 문제점은 현재 해머 센서의 위치를 나타내는 전자신호에 개입하는(riding on) 심각한 노이즈 요소이다. 두 번째 유형의 해머 센서는 배경 조도(background illuminance)가 일정한 이상적인 환경에서 설치되며, 두 번째 유형의 해머 센서는 현재의 해머위치를 정확히 나타내는 전자신호를 발생하게 된다. 그러나, 자연광 및/또는 실내광이 광-커플러 상에 입사된다. 불행하게도, 자연광 및/또는 실내광의 강도는 계절과 혼합식 키보드 악기의 위치에 따라 변한다. 이것은 제조업자가 배경 조도(background illuminance)를 예측할 수 없다는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 노이즈 성분이 심각하게 되고, 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템이 악기 현을 가격할 시간과 현재의 해머위치를 잘못 결정하도록 한다.
세 번째 유형의 해머 센서의 고유한 문제점 역시 심각한 노이즈 성분이다. 이것은 홀-이펙트 요소가, 인접한 영구자석에 의하여 발생되는 자기장에서 뿐만 아니라, 연관된 영구자석에 의하여 발생되는 자기장에도 위치하기 때문이다. 해머 조립체는 회전을 위하여 독립적으로 구동되고, 각각의 홀-이펙트 요소에서의 자기장의 세기는 연관된 해머 조립체의 현재의 해머위치 뿐만 아니라, 인접한 해머 조립체의 현재의 해머위치와 함께 변한다. 인접한 영구자석의 자기영향은 노이즈 성분을 야기한다.
두 번째 유형 및 세 번째 유형의 해머 센서 고유의 또 다른 문제점은 근사화 (approximation)로 인한 오류 성분(error component)에 관한 것이다. 광-커플러 및 홀-이펙트 요소의 출력전압은 비선형 플롯 PL1(도2A 참조)에 의해 지시된 바와 같이, 휴지위치로부터 종단위치까지 변화한다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 비선형 플롯 PL1을 선형 플롯 PL2(도2B 참조)로 근접시키고, 선형 플롯 PL2에 기초하여 현재의 해머 위치를 결정한다. 비선형 플롯 PL1과 선형 플롯 PL2의 차이는 위치 데이타 정보로 이입된다. 전자 제어시스템 및 전자음 발생시스템은 위치 데이타 정보에 기초하여 악음 데이타 정보를 발생시킨다. 오류 성분은 악음 데이타 정보에 남게 된다.
따라서, 본 발명의 중요한 목적은 악음을 정확하게 발생시키는 키보드 악기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 광범위한 감지가능 영역과, 현재 해머위치를 정확히 나타내는 출력신호를 발생시키는 데에 있어서의 양호한 신뢰성을 구비하는 해머 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 악음 발생용 키보드 악기에 있어서, 각각의 휴지위치와 각각의 종단위치 사이에서 독립적으로 이동이 가능한 복수의 키, 이동하는 키들이 연관된 작동기구들을 작동시키도록 상기 복수의 키에 각각 접속된 복수의 작동기구, 상기 복수의 작동기구에 각각 결합되어 상기 연관된 작동기구에 의해 회전 구동되는 복수의 해머 및, 악음 데이타 발생 시스템을 포함하고, 상기 악음 데이타 발생 시스템은, 각각이 상기 복수의 해머를 감시하여 부재에 대한 가상 평면상에 각각이 회전 가능한 상기 복수의 해머들의 물리량을 검출하여 해머 신호들을 발생하는 복수의 해머 센서 및, 상기 해머 신호들을 수신하는 상기 복수의 해머 센서에 접속되고, 상기 복수의 해머 각각에 대한 입사 광량의 변화로 나타나는 해머 이동을 분석하여 상기 해머 이동에 의해 발생될 악음을 나타내는 오디오 신호를 발생하는 데이타 처리 서브-시스템을 포함하는 악음 발생용 키보드 악기에 있어서, 상기 복수의 해머 센서 각각은, 상기 부재에 대해 고정되어 있고, 광로의 적어도 일부는 상기 결합된 해머의 수직평면을 가로지르는 방향인 상기 광로를 따라 광속을 반사하는 광 반사 요소, 상기 부재에 대해 고정되어 있고, 입사 광량을 나타내는 해머 신호를 발생하도록 상기 광로 상에 설치된 광 수신요소 및, 상기 결합된 해머와 함께 회전이 가능한 것으로 상기 반사 광속을 받아 상기 물리량 변화를 상기 입사 광량의 변화로 연속적으로 변환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 부재에 대한 가상평면 상에서 회전이 가능한 해머의 물리량을 검출하는 해머 센서에 있어서, 상기 부재에 대해 고정되어 있고, 광로의 적어도 일부는 상기 결합된 해머의 가상평면을 가로지르는 방향인 상기 광로를 따라 광속을 반사하는 광 반사 요소, 상기 부재에 대해 고정되어 있고, 입사 광량을 나타내는 해머 신호를 발생하도록 상기 광로 상에 설치된 광 수신요소 및, 상기 결합된 해머와 함께 회전이 가능한 것으로 상기 반사 광속을 받아 상기 물리량 변화를 상기 입사 광량의 변화로 연속적으로 변환하는 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해머 센서가 제공된다.
키보드악기와 해머 센서의 구성 및 이점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 설명으로부터 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도1은 현재의 해머의 위치를 감지하는 선행기술의 해머 센서를 도시하는 측면도,
도2A는 현재의 해머의 위치와 출력 전압사이의 관계를 도시하는 그래프,
도2B는 선형 근사화(linear approximation)후에 해머의 위치와 출력 전압 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도3은 본 발명에 따른 자동연주 피아노를 도시하는 개략도,
도4는 분해된 상태의 해머 센서를 도시하는 사시도,
도5는 해머 센서의 일부를 형성하는 광 필터 판(photo-filter plate)을 도시하는 정면도,
도6A와 도6B는 다른 각도의 위치에서 광 필터 판을 도시하는 정면도,
도7은 해머 센서의 배열을 도시하는 개략적인 평면도,
도8은 조합된 광 요소에 연결된 광장치를 도시하는 개략도,
도9A는 커버로부터 분리된 광장치를 도시하는 사시도,
도9B는 커버가 조립된 광장치를 도시하며, Ⅰ-Ⅰ선을 따라 도시된 단면도,
도10은 바닥판으로부터 분리된 광장치의 배열을 도시하는 사시도,
도11은 섕크 플랜지 레일에 의해 지지되는 센서 홀더를 도시하는 평면도,
도12는 그랜드 피아노의 내측에 설치된 해머 센서를 도시하며 J-J선을 따라 도시된 측부단면도,
도13은 센서 스테이(stay)를 도시하는 사시도,
도14는 해머 조립체의 궤도를 도시하는 도면,
도15는 본 발명에 따라 실제 사용되는 키보드의 구조를 도시하는 측면도,
도16은 본 발명에 따라 무음 피아노의 구조를 도시하는 측면도, 및
도17은 또 다른 광 요소의 배열을 도시하는 개략 측면도이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
1 : 흑백 키 2 : 해머 조립체
3 : 작동 기구 4 : 현
6 : 댐퍼 7 : 키 베드
8 : 섕크 플랜지 레일 10 : 데이타 프로세서
11 : 운동 제어장치 12 : 서보 제어장치
13 : 전자음 생성기 14 : 솔레노이드 작동 키 작동기
21 : 해머 센서 28 : 데이타 프로세서
29 : 데이타 코드 생성기 70 : 광 필터 판
75 : 프리즘 90 : 바닥판
91 : 슬릿 95: 상판
(제1실시예)
키보드 악기
도면의 도 3을 참조로 하여, 본 발명을 구체화한 자동연주 피아노는 주로 어쿠스틱 피아노 및 전자 제어 시스템을 구성한다. 이 경우에, 그랜드 피아노는 어쿠스틱 피아노로 사용된다. 한편, 직립형 피아노는 자동연주 피아노로 이용할 수 있다. 하기의 설명에서, "전방"은 "후방"보다 어쿠스틱 피아노를 연주하기 위해 피아니스트가 않는 의자에 근접한 위치를 표시한다. "전방 및 후방" 은 전방 위치와 상응하는 후방 위치 사이의 선에 평행한 방향을 표시하며, "측면" 은 전방 및 후방의 방향에 교차하는 방향이다.
상기 어쿠스틱 피아노는 키보드 또는 흑백 키(1)의 배열, 해머 조립체(2), 작동 기구(3), 복수의 현(4) 및 댐퍼(6)를 포함한다. 흑백 키(1)는 공지된 패턴으로 배치되고, 측방향으로 키 베드(7)가 배열된다. 피아니스트가 각각의 흑백 키(1)의 전방부를 내리누를 때, 상기 전방부는 가라앉으며, 상기 흑백 키(1)는 균형 레일(7a) 주위에서 회전된다.
상기 해머 조립체(2)는 흑백 키(1)와 각각 연관되고, 또한 측방향으로 배열된다. 복수의 작동 브라켓(9)은 일정 거리로 상기 키 베드(7)에 걸쳐 배치되며, 상기 해머 조립체(2)는 섕크 플랜지 레일(8)을 통해 상기 작동 브라켓(9)에 회전 가능하게 지지된다. 또한, 상기 작동 기구(3)도 상기 작동 브라켓(9)에 의해 지지되며, 상기 흑백 키(1)와 상기 해머 조립체(2) 사이에 설치된다. 상기 흑백 키(1)의 하향 움직임은 작동 기구(3)로부터 이탈을 통한 회전을 위해 상기 연관된 해머 조립체(2)를 구동하도록 상기 연관된 작동 기구(3)의 발동작용을 일으킨다.
악음 현(4)의 상기 세트는 음계의 음색으로 지정되며, 상기 해머 조립체 (2), 구체적으로, 흑백 키(1)와 연관된다. 흑백 키(1)가 휴지위치에 체류하는 동안, 상기 해머 조립체(2)는 연관된 현 세트(4)로부터 일정 거리로 유지된다. 상기 해머 조립체(2)는 연관된 작동 기구(3)로부터 이탈 이후 자유 회전을 시작하며, 상기 연관된 현 세트(4)를 가격한다. 그 후, 현 세트(4)는 악음을 발생하기 위하여 진동한다. 한편, 상기 해머 조립체(2)는 현 세트(4)상에서 되튀어, 상기 휴지위치를 향해 복귀한다. 상기 해머 조립체(2)는 백 체크(3a)에 의해 부드럽게 수용되며, 내리 눌린 흑백 키(1)의 해방 후에, 상기 휴지위치에 도달한다.
상기 댐퍼(6)는 현 세트(4)에 각각 설치된다. 상기 댐퍼(6) 각각은 내리 눌린 흑백 키(1)에 의해 상기 연관된 현 세트(4)로부터 일정 거리로 유지되며, 상기 흑백 키(1)의 해제 후에, 상기 현 세트(4)에 접촉된다. 상기 댐퍼가 현 세트(4)로부터 일정 거리로 유지될 때, 상기 현 세트(4)에 진동이 허용된다. 한편, 상기 댐퍼(6)가 상기 연관된 현 세트(4)에 얹혀 있는 동안, 상기 현 세트(4)는 진동할 수 없다.
상기 전자 제어 시스템은 두개의 서브 시스템으로 분류된다. 상기 서브 시스템의 일측은 재생에 사용되고, 하기에서 "자동 연주 서브시스템"으로써 언급된다. 상기 전자 서브 시스템의 타측은 상기 키보드 연주를 나타내는 악음 데이타 코드를 만들어 내며, 하기에서 "악음 데이타 발생 서브 시스템"으로써 언급된다.
상기 자동연주 서브시스템은 레코더나 전달 시스템에 연결되어 있으며, 악음 데이타 코드는 손가락을 사용하지 않고, 상기 흑백 키(1)를 선택적으로 회전하는 상기 자동연주 서브시스템에 공급된다. 상기 자동연주 서브시스템은 데이타 프로세서(10), 운동 제어장치(11), 서보 제어장치(12), 전자음 생성기(13) 및 솔레노이드 작동 키 작동기(14)의 배열을 포함한다. 상기 솔레노이드 작동 키 작동기(14)는 상기 흑백 키(1)의 상기 후방 부분 아래에 각각 설치되며, 붙박이(built-in) 벨로시티 센서가 장착된다. 상기 악음 데이타 코드는 상기 데이타 프로세서(10)에 연속적으로 공급되며, 상기 데이타 프로세서(10)는 상기 운동 제어장치(11)에 상기 서보 제어장치(12)를 통해 상기 솔레노이드 작동 키 작동기(14)의 플런저가 발사 및 후퇴를 명령한다. 구동 신호가 상기 서보 제어장치(12)로부터 솔레노이드 작동 키 작동기에 공급될 때, 상기 솔레노이드 작동 키 작동기(14)는 상기 솔레노이드로부터 플런저를 상향으로 돌출하며, 상기 붙박이 벨로시티 센서는 현재 플런저 벨로시티를 보고하기 위해 서보 제어장치(12)에 피드백 신호를 공급한다.
상세하게, 상기 악음 데이타 코드는 두 종류로 분류된다. 제1 분류의 상기 악음 데이타 코드는 노트 온 이벤트(note-on event)/노트 오프 이벤트(note-off event)와 같은 종류의 이벤트, 회전된 흑백 키(1)를 나타내는 상기 키 코드, 상기 벨로시티, 즉, 발생된 악음의 세기 등을 대표하는 악음 데이타 정보를 저장한다. 제2 분류의 상기 악음 데이타 코드는 상기 결과가 발생하는 연주의 상기 개시로부터 시간의 경과를 나타내는 제어 데이타 정보를 저장한다.
악음 데이타 코드가 상기 연관된 노트 온 이벤트가 발생하는 시간을 나타낸다고 가정하면, 상기 데이타 프로세서(10)는 상기 키 코드를 기초로 하여 회전되는 상기 흑백 키(1)의 하나를 특정하며, 상기 흑백 키(1)에 대한 궤도를 결정한다. 상기 데이타 프로세서(10)는 상기 회전시작 시간(t) 및 상기 초기 벨로시티(Vr), 즉, 좌표(t,Vr)를 상기 운동 제어장치(11)에 통지한다. 상기 운동 제어장치(11)는 궤도의 일련의 좌표를 판정하며, 목표 벨로시티를 서보 제어장치(12)에 연속적으로 공급한다. 서보 제어장치(12)는 구동 신호의 크기를 판정하고, 상기 연관된 솔레노이드 작동 키 작동기(14)에 구동 신호를 공급한다. 구동신호에 의해, 솔레노이드는 자기장을 형성하며, 플런저를 상향으로 돌출시킨다. 플런저는 연관된 흑백 키(1)의 정지부를 가압한다. 따라서, 플런저에 의해 가압된 흑백 키(1)는, 상기 현 세트(4)로부터 댐퍼(6)에 일정 거리를 유지하며, 상기 균형 레일(7a) 주위에 흑백 키(1)의 회전을 발생시킨다. 상기 흑백 키(1)는 상기 작동 기구(3)를 가동시키며, 상기 해머(2)는 이탈을 통해 자유 회전으로 구동된다. 상기 해머(2)가 현 세트(4)를 가격하며, 상기 현 세트(4)는 악음을 발생시킨다. 따라서, 자동연주 서브시스템은 키보드 상에서 어떠한 손가락도 사용하지 않고 음악 작품을 연주한다.
사용자가 상기 전자음 생성기(13)를 선택할 때, 상기 데이타 프로세서(10)는 적합한 타이밍으로 악음 데이타 코드를 전자음 생성기(13)에 전달하며, 전자음 생성기(13)는 악음 데이타 코드로부터 아날로그 음성 신호를 생성한다. 전자음 생성기(13)는 예를 들면, 스피커 시스템 및/또는 헤드폰과 같은 적당한 음원으로부터 상기 피아노 악음에 상응하는 전자음을 반사한다. 자동연주 서브시스템은 솔레노이드 작동 키 작동기(14)와 전자음 생성기(13) 사이의 앙상블을 연주할 수 있다.
악음 데이타 발생 서브 시스템은 해머 센서(21)의 배열, 데이타 프로세서(28) 및 음악 데이타 코드 생성기(29)를 포함한다. 해머 센서(21)는 해머 조립체(2)를 각각 모니터하고, 궤도상에 해머 조립체(2)의 현재 물리량을 나타내는 해머 신호를 발생한다. 예를 들면, 해머 센서(21)는 휴지위치와 현재 해머 위치 사이의 각을 판정하며, 구체적으로, 해머 신호는 연관된 해머 조립체(2)의 각도 또는 현재 해머의 위치를 나타낸다. 해머 신호는 데이타 프로세서(28)의 데이타 입력 포트에 공급되며, 적절한 아날로그 디지탈 변환기(도시되지 않음)에 의해 디지탈 신호로 변환된다. 데이타 프로세서(28)는 입력 포트를 주기적으로 스캐닝하여, 모든 해머 조립체(2)에 관한 작업 메모리(도시되지 않음)에 해머 데이타 일부를 저장한다. 따라서, 데이타 프로세서(28)는 일련의 해머 데이타 일부가 흑백 키(1) 각각에 대한 작업 메모리에 저장되도록 소정의 주기에서 데이타의 스캐닝 및 데이타 인출을 반복한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 궤도상의 해머 작동을 나타내는 해머 데이타 일부를 분석한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 내리 눌린 흑백 키(1)를 특정하는 것을 판정하며, 연주의 초기부터 각각의 결과까지의 시간의 경과를 판정한다. 상기 악음 데이타 코드 생성기(29)는 상기 각도의 편차에 기초한 벨로시티를 연산한다. 따라서, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 데이타 부분에 기초한 악음 데이타 부분을 저장한다. 악음 데이타 코드는 적절한 정보 저장 매체(도시되지 않음)에 저장된다. 그렇지 않다면, 악음 데이타 코드는 공중선 또는 개인 통신 네트워크를 통해 다른 악음 장치 또는 데이타 기억장치에 전달된다.
해머 센서
도면의 도 4로 돌아가서, 상기 해머 센서(21)는 상기 해머 조립체(2)에 연관되어 설치된다. 상기 해머 조립체(2)는 해머 섕크(2a)의 선단에 매너 펠트(manner felt)를 갖으며, 상기 해머 섕크(2a)는 핀(71)에 의해 해머 섕크 플랜지(2b)에 회전 가능하게 연결된다. 상기 핀은 상기 해머 섕크(2a)에 대한 회전축을 제공하며, 상기 해머 섕크(2a)는 핀(71) 주위에 회전을 위해 구동된다.
상기 해머 센서(21)는 서로 유사하다. 각각의 해머 센서(21)는 광 필터 판(70), 광 반사포트(201a) 및 광 수신부(201b)를 포함한다. 광 필터 판(70)은 일반적으로 중심축을 갖는 단면 형상으로 형성된다. 광 필터 판(70)은, 회전축이 중심축에 정렬되도록 상기 해머 섕크(2a)의 측면에 고정된다. 예를 들면, 상기 광 필터 판(70)은 감압성 이중 코팅 접착 테이프로 해머 섕크(2a)의 측면에 부착된다. 각각의 해머 센서(21)의 광 반사포트(201a)는 인접한 해머 센서(21)의 광 수신부와 함께 일체된다. 인접한 해머 센서(21)의 광 반사포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)는 광 장치를 형성하는 프리즘(75)에 조립되며, 반대 방향으로 지시된다. 구체적으로, 각각의 해머 센서(21)의 상기 광 수신 포트(201b)는 인접한 해머 센서(21)의 광 반사포트(201a), 광 수신부(202b)와 함께 일체된다. 인접한 해머 센서(21)의 광 반사포트(201a) 및 프리즘(75)은 악음 광 장치의 조합을 형성한다. 광 반사포트(201a)의 광로는 광 수신 포트(201b)의 광로에 정렬된다. 광 필터 판(70)은 광 장치와 교차되며, 상기 광 장치는 광 반사포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)의 광로가 광 필터 판(71)의 중심축으로부터 파생되는 방법으로 배열된다.
광 필터 판(70)은 부채꼴부(70r)와 연장부(70s,70t)를 갖는다. 부채꼴부(70r)의 중심은 원(71a)을 나타내고, 상기 중심(71a)은 상기 핀(71)에 정렬된다. 상기 연장부(70s)는 상기 부채꼴부(70r)의 두 개의 반경면의 일 측으로부터 돌출하고, 타측의 연장부(70s)는 나머지 반경면으로부터 돌출한다. 연장부(70s)는 모서리(70u)에서 다른 연장부(70t)에 병합된다.
상기 광 필터 판(70)은, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 투명 물질로 형성되며, 아크 패턴(73)은 광 필터 판(70)의 주표면상에 형성된다. 아크 패턴(73)은 반투명의 다수의 아크(73-1, 73-2, ...및 73-m)로 구성된다. 상기 아크(73-1, 73-2, ...및 73-m)는 부채꼴부(70r)의 중심 주위에 동축으로 배열되고, 폭 방향으로 변화된다. 상기 아크(73-1, 73-2, ...및 73-m)는 극좌단에서 가장 폭이 넓으며, 극우단에서 가장 폭이 좁다. 상기 폭은 인접한 두 개의 아크 사이의 각각의 투명한 틈이 극좌단으로부터 극우단을 향해 증가되도록 점차적으로 변화된다. 따라서, 투명부에 대한 반투명부의 비율이 각도에 따라 변화된다. 예를 들면, 투명부에 대한 반투명부의 비율은 반시계 방향으로 증가된다.
도 6A는 해머 섕크(2a)가 고정된 광 필터 판(70)을 도시한다. 상기 연장부(70s)의 반경면은 해머 섕크(2a)의 하부 표면과 동일 평면상에 있으며, 타측의 연장부(70t)의 반경면은 해머 섕크(2a)의 끝단 표면과 동일 평면상에 있다. 상기 모서리(70u)는 하부 표면이 종단면과 만나는 선(2ar)에 정렬된다. 광 필터 판(70)의 중심선(71a) 및 상기 핀(70)의 중심선은 서로 일치하며, 이들 중심선은 해머 섕크(2a)의 중심선에 대해 수직이다. 따라서, 광 필터 판(70)은 해머 섕크(2a)에 용이하게 조립되도록 설계된다. 해머 조립체(2)가 정지 위치에 있을 때, 광 반사 포트(201a)의 광로(80s)는 도 6A에 도시된 아크 패턴(73)과 교차한다. 참조 "S"는 중심선(71a)과 광로(80s) 사이에 도시되는 가상선을 나타낸다.
피아니스트가 연관된 흑백 키(1)를 가압하는 것을 가정하면, 작동기구(3)는 해머 조립체(2)의 회전을 발생시키며, 해머 섕크(2a)는 도 6B에 도시된 것과 같이 2a로부터 2a'의 위치로 변화한다. 위치(2a, 2a') 사이의 각은 θ로 표시된다. 광 반사 포트(201a)와 광 수신 포트(201b) 사이의 광로는 80s에서 광 필터 판(70)을 교차한다. 80s와 80s'사이의 각은 2a와 2a'사이의 각과 동등하며, 또한 θ로 표시된다.
상술된 것과 같이, 투명부에 대한 반투명부의 비는 반시계 방향으로 증가된다. 이것은 광 수신 포트(201b)에서 상기 광 밀도가 반시계방향으로 감소되는 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 해머 섕크(2a)가 휴지위치로부터 타격점으로 회전되며, 광 수신 포트(201b)의 광 밀도가 점차적으로 감소된다. 단위 각도의 감소는 임의로 설계된다. 이러한 이유로, 상기 각(θ)은 광 밀도의 차이로 연산 판정될 수 있다.
광 수신 포트(201b)는 ,예를 들면, 광 다이오드와 같은 광 검출 요소에 연결되며, 광 검출 요소는 신호 출력 포트에 적합한 변환기에 연결된다. 광 검출 요소는 빛을 광전류로 변환하며, 광전류의 양은 광 밀도에 비례한다. 변환기는 광전류를 직류 전압으로 변환하도록 작용하며, 직류 전압은 광 전류량에 반비례한다. 이러한 이유로, 광검출 요소의 출력 전압은 도 2B에 도시된 플롯(PL2)과 같은 광 밀도에 반비례하여 선형 증가된다. 따라서, 해머 센서(21)는 전압에 대해 선형인 광 밀도의 특성을 나타내며, 비선형에 기인한 오류가 해머 신호로 결코 도입되지 않는다.
상기 광 장치는 광 필터 판(70)과 교차되며, 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이, 광 반사 포트(201a), 광 수신 포트(201b) 및 프리즘(75)을 포함한다. 광 반사 포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)는 각각 볼록 렌즈에 의해 실행된다. 상기 프리즘(75)은, 예를 들면, 아크릴 수지와 같은 투명 합성 수지로 형성되며, 각각에 대해 한 쌍의 평행한 평탄면 사이에 노치를 갖는다. 광 반사 포트(201a)는 평탄면 쌍의 일측에 고정되며, 광 수신 포트(201b)는 타측 평탄면에 고정된다. 상기 노치는 경사면으로 정의되며, 광속은 화살표로 나타낸 광로를 변화시키도록 경사면상에 각각 반사된다. 상기 프리즘(73)은 하기에 상술되는 함몰 부위에 위치한 얇은 구멍 쌍에 형성된다.
상기 광 장치는 광 반사요소 및 광 검출요소를 갖는 결합된 광 요소(201)에 연결되며, 광섬유(100)는 상기 결합된 광 요소(201)와 상기 광 장치 사이에 빛을 전파한다. 상기 광섬유(100)는 얇은 구멍(100b)에 삽입되며, 상기 광섬유(100)의 선단부는 상기 얇은 구멍의 저부면에 도달한다. 상기 결합된 광 요소(202)는 빛을 반사하며, 시간 공유 방식과 같이 선택적으로 빛을 해머 신호로 변환한다. 예를 들면, 상기 결합된 광 요소(202)는 도 7에 도시된 것과 같이 극우 요소(202)로부터 극좌 요소(202)를 향해 빛을 연속적으로 반사되며, 상기 광속은 상기 좌측상의 상기 결합된 광 요소(202)에 각각 입사된다.
상술한 것과 같이, 광 장치의 상기 광 반사 포트(201a)는 인접한 광 장치의 광 수신 포트(201b)와 쌍을 이루며, 광로는 광 필터 판(70)을 통해 그 사이에 발생된다. 광속이 전류에 대한 빛의 변환으로 지정된 시간 슬롯에서 도 8에 도시된 상기 광 장치의 상기 볼록 렌즈 또는 상기 광 수신부(201b)에 입사하며, 상기 입사광은 우측 경사면상에 반사되고, 상기 반사광은 광섬유(100)에 대한 일단(100a)에 수렴된다. 빛은 광섬유(100)를 통해 결합된 광 요소(202)에 전달된다. 결합된 광 요소(202)의 광 검출 요소는 빛을 광전류로 변환하고, 적절한 변환기는 광전류로부터 해머 신호를 발생시킨다.
광 반사로 할당된 다음 시간 슬롯에서는, 결합된 광 요소(202)의 광 반사 요소는 빛을 반사하며, 빛은 광섬유(100)를 통해 타단측(100b)으로부터 전달된다. 빛은 단측(100a)으로부터 프리즘(75)에 반사된다. 빛은 경사면으로 진행하여, 경사면상에 반사된다. 상기 빛은 두 개의 광속으로 분할되며, 광속은 광 반사 포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)를 나타낸다. 평행광은 광 반사 포트(201a) 또는 볼록 렌즈로부터 인접한 광장치로 반사된다.
상기 광장치는 광 실드 커버(97)로 조립된다. 광 실드 커버(97)는 반투명 합성수지로 형성된다. 상기 광 실드 커버(97)는 흑색으로 이루어질 수 있다. 중공은 광 실드 커버(97)에 형성되며, 관통공(98a, 98b)은 광 실드 커버(97)의 측벽에 형성된다. 사각 구멍(98c)은 양 측벽에 더 형성되며, 다른 사각 구멍(98d)은 광 실드 커버(97)의 전방 벽에 형성된다. 폭이 좁은 슬릿(도시되지 않음)은 광 실드 커버(97)의 후방 벽에 형성된다. 광장치는 중공에 끼워맞춤 수용되며, 광 실드 커버(97)는 바람직하지 못한 빛으로부터 프리즘(75)의 상부 표면을 봉쇄한다. 상기 위치 결정 함몰부(203)는, 프리즘(75)의 하부 표면이 광 실드 커버(97)로 덮혀지지 않기 때문에 노출된다. 광 실드 커버(97)는 도 10에 도시된 광장치에서 제거된다. 광 장치가 광 실드 커버(97)로 조립될 때, 광섬유(100)는 얇은 슬릿을 통과하고, 관통공(98a, 98b)은 광 반사 포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)에 각각 정렬된다. 이러한 이유로, 광속은 관통공(98a)을 통해 광 반사 포트(201a)로부터 광 필터 판(70)을 향해 반사되며, 입사광은 타측 관통공(98b)을 통해 광 수신 포트(201b)에 도달한다.
바닥 판(90) 및 상판(95)이 결합된 센서 홀더를 형성한다. 광 실드 커버(97)로 조립된 광장치는 바닥판(90)에 장착된다(도 10 참조). 바닥판(90)은 예를 들면, 알루미늄 판, 철판 또는 흑색 합성수지 판과 같은 반투명 재질로 형성된다. 바닥판(90)은 평탄부(90a) 및 올림부(90b)로 구성된다. 올림부(90b)는 역 U자형상을 갖는다. 슬릿(91)은 일정 거리로 바닥판(90)에 형성되며, 각각의 슬릿(91)은 평탄부(90a)로부터 올림부(90b)까지 연장한다. 슬릿(91)은 광 필터 판(70)에 각각 정렬된다. 바닥판(90)이 센서 스테이(99)(도 11 참조)를 통해 섕크 레일(8)에 고정될 때, 광 필터 판(70)은 슬릿(91)에 배치되며, 어떠한 장애물도 없이 슬릿에서 이동 가능하다. 조율 구멍(93)은 올림부(90b)에 더 형성되며, 반복 조절 나사가 조율 구멍(93)에서 노출된다.
위치 결정 러그(92) 복수 쌍은 평탄부(90a)에 형성되며, 위치 결정 함몰부(203) 복수 쌍에 끼워맞춰 수용된다. 작업자가 바닥판(90)에 광장치를 장착할 때, 작업자는 위치 결정 러그(92) 쌍에 위치 결정 함몰부(203) 쌍을 정렬하여, 광장치를 가압한다. 이후, 위치 결정 러그(92) 은 함몰부(203) 쌍에 끼워맞춰 수용되며, 프리즘(75)의 하부 표면은 평탄부(90a)의 상부 표면에 접촉된다. 프리즘(75)의 경사표면은 올림부 (90b)의 수직 벽을 향하게 된다. 따라서, 평탄부(90a) 및 수직벽은 프리즘(75)의 하부 표면 및 경사 표면에 바람직하지 않은 빛을 차단한다. 광장치는 평탄부(90a)에 장착될 때, 광로는 슬릿(91)에 수직방향으로 연장한다.
바닥판(90)에 장착된 광장치는 상판(95)으로 덮혀진다. 상판(95)은 바닥판(90)과 유사한 반투명 재질로 형성된다. 상판(95)은 잔류부로부터 하향으로 구부러진 양 단부(95a, 95b)를 갖는다. 평탄부(90a)는 수평면(B)에 대하여 올림부 (90b)로부터 각(α)으로 후방으로 연장하며, 후방 단부는 상향으로 구부러진다. 상판(95)이 바닥판(90)으로 내려올 때, 전방 단부(95a)는 올림부(95b)의 상부 표면에 접촉되며, 후방 단부(95b)는 평탄부(90a)의 후방 단부에 접촉된다. 상판(95)은 적합한 체결수단에 의해 바닥판(90)에 고정된다. 결과적으로, 광 실드 커버(97)가 조립된 광장치는 바닥판(90)과 상판(95) 사이의 공간에 설치된다.조율 구멍(96)은 일정 거리로 상판(95)에 형성된다. 상판(95)이 바닥판(90)에 고정될 때, 상판의 조율 구멍(96)은 바닥판의 조율 구멍(93)에 각각 정렬된다. 조율 구멍(93, 96)은 공구가 센서 스테이(99)로부터 상판(95)과 바닥판(90)을 해체하지 않고, 반복 조절 나사(도 12 참조)로의 접근을 허용한다.
앞선 설명으로부터 이해된 바와 같이, 센서 홀더(90,95) 및 광 실드 커버 (97)는 주위 빛으로부터 광 장치를 보호하며, 노이즈는 해머 신호를 발생하지 않는다. 또한, 위치 결정 함몰 쌍(203) 및 위치 결정 러그 쌍(92)은 조립 작업을 용이하게 하며, 연관된 광 수신포트(201b)에 정렬된 광 반사 포트(201)를 제공한다. 따라서, 센서 홀더(90, 95) 사용은 이러한 관점에서 바람직하다.
하기에서는, 해머 센서(21)가 해머 조립체(2)에 연결되어 설치되는 방법에 대해 설명한다. 도 11 및 도 12는 섕크 플랜지 레일(8)에 지지된 센서 홀더(90, 95)를 도시한다. 현 세트(4)는 네 개 또는 다섯 개 그룹으로 분류된다. 센서 스테이(99)는 섕크 플랜지 레일(8)에 연결되고, 현 그룹 사이의 틈 아래에 해머 조립체 사이 틈으로 후방으로 돌출한다. 센서 홀더(90, 95)는 센서 스테이(99)의 후방 단부에 연결된다.
우선, 센서 스테이(99)는 도 13을 참조로 상술된다. 센서 스테이(99)는 두 부분(99a, 99b)으로 분류된다. 전방부(99a)의 단면은 역 U자 형상이며, 후미부(99b)의 단면은 역 L자 형상을 갖는다. 전방부(99a)는 후미부(99b)로부터 일정 거리 떨어져 있으며, 후미부(99b)는 전방부(99a)에 대해 상향으로 구부려진다. 관통공(302)은 전방부(99a)에 형성되어, 볼트가 관통공을 향해 하향으로 삽입되도록 한다. 한편, 두 개의 관통공은 후미부(99b)에 형성되어, 두 개의 볼트(300a)가 각각 상향으로 삽입되도록 한다. 한 쌍의 노치 쌍(99d)은 전방부(99a)의 수직벽에 형성되어, 섕크 플랜지 레일(8)의 수직면(8c)과 섕크 플랜지 레일(8)의 홈에 삽입된 가이드 와이어(9) 사이의 거리와 동일한 거리로 전방 단면으로부터 일정 거리로 유지된다(도 12 참조).
가이드 와이어(9)는 섕크 플랜지 레일(8)상에 해머 조립체(2)를 정확하게 위치하기 위하여 이용된다. 해머 섕크(2a)는 해머 섕크 플랜지(2c)에 회전 가능하게 연결되고, 노치(2d)는 해머 섕크 플랜지(2c)에 형성된다. 섕크 플랜지 레일(8)에 단부가 형성되며, 수직면(8c)은 소정의 거리에 의해 홈, 구체적으로, 가이드 와이어(9)로부터 일정거리로 유지된다. 해머 섕크 플랜지(2c)의 단면과 노치(2d) 사이의 거리는 소정 거리로 조절된다. 작업자가 섕크 플랜지 레일(8)에 해머 조립체(2)를 고정할 때, 작업자는 가이드 와이어(9)에 노치(2d)를 정렬하며, 볼트에 의해 섕크 플랜지 레일(8)에 해머 섕크 플랜지(2c)를 고정한다. 따라서, 가이드 와이어(9)는 섕크 플랜지 레일(8)상에 해머 조립체(2)가 정확하게 위치하기 위하여 제공된다.
센서 홀더(90,95)는 하기의 그랜드 피아노 내부에 설치된다. 광 필터 판(70)은 해머 섕크(2a)의 측면에 부착된다. 센서 스테이(99)는 볼트(300a)에 의해 바닥판(90)에 고정된다. 그 후에, 센서 스테이(99)는 해머 조립체(2) 사이의 틈으로 이동되며, 전방 단면은 수직면(8c)에 접촉된다. 노치(99d)는 가이드 와이어 (9)와 맞물린다. 센서 스테이(99)가 섕크 플랜지 레일(8)에 정확하게 위치될 때, 광 필터 판(70)은 슬롯(91)에 배치되며, 어떠한 장애물 없이 섕크 플랜지 레일에서 움직일 수 있다. 따라서, 센서 스테이(99)는 섕크 플랜지 레일(8)에 용이하게 위치되며, 바닥판(90)에 형성된 슬릿(91)에 정렬된 광 필터 판(70)을 만든다. 볼트(302a)는 관통공(302)에 삽입되며, 도 11 및 도 12에 도시된 것과 같이 섕크 플랜지 레일(8)에 나사 체결된다.
광 실드 커버(97)는 광장치에 부착되며, 광장치는 위치 결정 함몰부(203) 및 위치 결정 러그부(92)에 의해 소정 위치에 정확하게 위치된다. 광장치는 센서 스테이(99)가 섕크 플랜지 레일(8)에 고정되기 전에 바닥판(90)에 배치될 수 있다. 결국, 바닥판(90)상의 광장치는 상판(95)으로 덮혀지며, 상판(95)은 적절한 체결수단에 의해 바닥판(90)에 고정된다.
이해된 바와 같이, 노치(99d), 수직면(8c) 및 가이드 와이어(9)는 해머 섕크(2a)위의 적합한 위치에 놓여진 바닥판(90)을 만들며, 광 필터 판(70)은 적합한 위치에 슬릿(91)이 배치된다. 위치 결저 함몰부(203) 및 러그부(92)는 광 필터 판(70)에 광장치를 적절하게 위치시킨다. 따라서, 제조자는 센서 홀더(90, 95) 및 센서 스테이(99)를 이용하여 그랜드 피아노 내부에 해머 센서(21)를 용이하게 설치한다.
자동연주 피아노의 동작
피아니스트는 자동연주 피아노를 통한, 연주를 표현하는 악음 데이타 코드를 발생하고 키보드에 손가락을 대지 않은 채, 자동연주 피아노에게 악음을 연주할 것을 지시한다. 따라서, 자동연주 피아노는 악음 데이타 코드의 발생모드 및 자동 연주모드로 선택적으로 설정된다. 악음 데이타 코드 발생모드에서는, 악음 데이타 코드들이 적당한 정보저장매체, 예를 들면 반도체 메모리, 자기디스크 또는 광학디스크 등에 기록된다. 또는, 악음 데이타 코드들은 공중 또는 개인 통신선을 통해 데이타 저장장치 또는 다른 악기로 전송된다. 한편, 한 세트의 악음 데이타 코드는 공중선 및 개인 통신선을 통해 자동연주 피아노에게 공급되거나 정보저장매체로부터 읽혀져 피아노 악음 및/또는 전자음이 한 세트의 악음 데이타 코드를 바탕으로 생성된다.
피아니스트가 악음 데이타 발생모드를 선택하는 것으로 가정한다. 악음 데이타 코드 생성 서브시스템이 가동된다. 파이니스트가 악음을 손가락으로 연주하는 동안, 피아니스트는 도3에 도시된 백색 키(1)를 눌렀다가 그 후 거기에서 떼는 것으로 가정한다.
피아니스트가 백색 키(1)의 전방 단부상에 힘을 가할 때, 전방 단부는 단부를 향해 가압하고 눌러진 백색 키(1)는 댐퍼(6) 및 작동 기구(3)의 가동을 촉발시킨다. 댐퍼(6)는 현 세트(4)로부터 이격되고 현 세트(4)는 진동할 태세를 갖춘다. 작동 기구(3)가 해머 섕크(2a)를 가압하고, 해머 섕크(2a)는 회전을 시작한다. 잭(jack)이 조절 버튼에 접촉될 때, 잭은 방향을 바꾸고, 해머 조립체(2)는 잭으로부터 이탈한다. 해머 조립체(2)는 자유 회전되어 현 세트(4)를 가격한다. 현(4)은 진동하여 피아노 악음을 발생한다. 가격과 동시에, 해머 조립체(2)는 현 세트(4)에서 되튀어 역으로 회전한다. 해머 조립체(2)는 백체크(3a)에 의해 수용되고 백체크(3a)는 해머 조립체(2)를 유지한다. 피아니스트에 의해 눌려진 백색 키(1)를 뗄 때, 백색 키(1)는 휴지위치를 향해 복귀하고 백체크(3a)는 가라앉는다. 그에 따라, 해머 조립체(2)는 휴지위치를 향해 복귀한다. 댐퍼(6)는 다시 휴지위치로 가는 도중에 현 세트(4)와 접촉되어지고 댐퍼(6)는 진동을 흡수한다. 그리고 나서, 피아노 악음은 쇠퇴한다. 해머 조립체(2)는 휴지위치에 도달하고, 그 후, 백색 키(1)가 휴지위치에 도달한다. 해머 동작은 도14에 묘사되어 있다.
피아노 악음을 재생하기 위해서는 다음의 것들을 나타내는 타이밍 데이타들을 획득할 것이 요구된다.
1. 백색 키(1)가 하향 동작을 시작하는 시간 T10,
2. 해머 조립체(2)가 회전을 시작하는 시간 T1,
3. 해머 조립체(2)가 현(4)을 타격하는 시간 T2,
4. 백 체크(3a)가 해머 조립체(2)를 수용하는 시간 T3,
5. 백 체크(3a)가 휴지위치를 향해 복귀하기 시작하는 시간 T4,
6. 댐퍼(6)가 현(4)과 접촉되어지는 시간 TD,
7. 해머 조립체(2)가 휴지위치로 복귀하는 시간 T5,
및
8. 백색 키(1)가 휴지위치로 복귀하는 시간 T11
악음데이타 코드 생성기(29)는 다음의 것들을 결정한다.
9. 타격 바로 직전의 해머 벨로시티 V1과 타격 바로 직후의 해머 벨로시티 V2
10. 백 체크(3a)로부터 해방되고 바로 직후의 해머 벨로시티 V3
악음 데이타 코드 생성기(29)는 현(4)으로 가는 도중의 시간 Ts1 및 Ts2를 나타내는 타이밍 데이타와 해머 벨로시티 V1을 계산하기 위한 구간 D1의 길이를 나타내는 데이타 정보를 필요로 한다. 유사하게, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 휴지위치로 가는 도중의 시간 Ts3 및 Ts4를 나타내는 타이밍 데이타와 해머 벨로시티 V2를 계산하기 위한 구간 D2의 길이를 나타내는 데이타 정보를 필요로 한다. 그러나, 해머 벨로시티 V2는 필요하지 않을 수도 있다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 또한 시간 Ts5 및 시간 Ts6를 나타내는 타이밍 데이타와 거리 d3 및 구간 D3의 길이를 나타내는 데이타 정보를 필요로 한다.
상세하게는, 백색 키(1)와 연관된 해머 센서(21)는 광속(light beam)을 통해 항상 해머 조립체(2)를 감시한다. 해머 조립체(2)가 휴지위치에 머물러 있는 동안에는, 광속(80s)은 아크 패턴(73, arc pattern, 도6A 참조)을 통과하고 광 수신 포트(201b)에 조사된 광량은 변하지 않는다. 광량은 최대이며, 해머 신호의 잠재 레벨은 최소화된다. 해머 조립체(2)가 회전을 시작할 때, 광-필터판(70)의 회전은 광 수신 포트(201b)에 조사된 광량의 감소를 촉발시키고 해머 신호의 잠재 레벨이 증가된다. 데이타 프로세서(28)는 해머 센서(21)가 해머 신호의 잠재 레벨을 변화시키는지 여부를 보기 위해 데이타 입력 포트를 주기적으로 체크하기 때문에, 악음 데이터 코드 생성기(29)는 쉽게 시간 T1을 결정한다.
백색 키(1)는 시간 T1 이전에 동작을 시작한다. D11은 가상구간의 길이를 나타내며, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 가상구간의 길이 D11을 해머 벨로시티 V1으로 나눈다. 나눈 몫은 키 동작 및 해머 동작 사이의 시간 거리와 같다. 그리고 나서, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 나눈 몫과 같은 시간만큼 시계(clock)를 되돌려 놓고 시간 T10을 결정한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 벨로시티 V1에 의존하는 적당한 값을 선택하기 위해 가상구간의 길이 D11에 대한 한 세트의 값을 저장할 수도 있다.
피아노 악음이 재생될 때, 솔레노이드 작동 키 작동기(14)는 시간 T10에 해당하는 시간에 백색 키(1)의 뒷부분을 가압하기 시작한다. 다시 말해, 서보 제어장치(12)는 시간 T10에 해당하는 시간에 솔레노이드 작동 키 작동기(14)로 구동 신호를 공급한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 T10에서 키-온(key-on)을 결정하고, 악음 데이타 코드에 저장한다.
시간 t1 이후에, 해머 조립체(2)는 현(4)을 향해 회전하고, 광속(80s)은 아크형 패턴(73)상에서 반시계방향으로 움직인다(도6A 및 6B 참조). 광 수신 포트(201b)에 조사되는 광량은 점차로 감소되며, 그에 따라 해머 신호의 양이 증가한다. 데이타 프로세서(28)는 해머 신호가 여전히 그 양을 증가시키고 있는지 여부를 보기 위해 데이타 입력 포트를 주기적으로 체크한다. 해머 조립체(2)가 현(4)을 타격할 때, 해머 조립체(2)는 거기에서 되튀어 역으로 회전한다. 이러한 이유로, 광속이 아크 패턴(73)상에서 시계방향으로 움직이며, 광 수신 포트(201b)에 조사되는 광량이 증가된다. 그에 따라, 해머 신호는 그 양을 감소시킨다. 그리고, 응답은 부정으로 바뀌어, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 전환점에서 시간 T2를 결정한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 T2에서 노트-온(note-on)을 결정하고 그것을 악음데이타 코드에 저장한다. 재생에서, 전자음 생성기(13)는 시간 T2에 대응하는 시간에 전자음을 발생하기 시작하고, 데이타 프로세서(10)는 시간 T10 및 시간 T2를 바탕으로 궤도(t, Vr)를 결정한다.
이전에 공지된 자동연주 피아노에서, 악음 데이타 코드 생성기는 키 센서에 의해 보고된 시간 T10을 바탕으로 시간 T2에서 노트-온 이벤트를 평가하며, 평가된 시간 T2는 실제의 노트-온 타이밍에서 벗어나는 경향이 있다. 한편, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 센서(21)에 의해 보고된 해머 동작을 바탕으로 노트-온 이벤트를 직접 결정한다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 자동연주 피아노에서 생성된 악음 데이타 코드는 정확하게 원래의 연주를 묘사한다.
더욱이, 시간 T2에서의 전환점은 해머 조립체(2)의 궤도의 실제 종단위치 (end position)이며, 그 종단 위치에서의 광 강도가 실제로 측정된다. 시간 T1에서의 위치는 실제 휴지 위치이며 그 휴지 위치에서의 광강도는 쉽게 결정된다. 광 필터 판(70)이 예를 들어 오염으로 인해 투명도가 변하고, 결합된 광 요소(202)가 예를 들어 노화로 인해 광 반사 특성이 변하고 및/또는 광섬유(100)가 광전파 특성이 변한다고 할지라도, 악음 데이타 코드 생성기 서브시스템은 종단/휴지 위치에서의 광 강도의 측정값을 바탕으로 잠재 레벨과 각도(angle)/해머 위치 사이의 관계를 쉽게 보정한다.
악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 벨로시티 V1을 다음과 같이 계산한다. 가상구간 D1의 길이 및 구간 D1의 극끝점(far end point)과 현(4) 사이의 차이 d1이 악음 데이타 코드 생성기(29)에 저장된다. 구간 D1의 길이 및 차이 d1은 예를 들어 각각 5mm 및 0.5mm 이다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 구간 D1의 양 끝점을 계산하고 그에 따라 그 양 끝점에서의 해머 신호의 실제 값과 해머 신호의 예상 값을 비교함으로서 시간 Ts2 및 Ts2를 결정한다. 그리고 나서, 해머 벨로시티 V1은 다음과 같이 주어진다.
V1=D1/(Ts2-Ts1)
해머 벨로시티 V2가 필요한 경우에, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 전환점으로부터 d2만큼 이격되어 있는 구간 D2의 길이 및 구간 D2의 양끝에서의 시간 Ts3/Ts4를 바탕으로 그것을 유사하게 계산한다. 그럼으로써, 악음 데이타 코드 생성기 (29)는 실제로 측정된 시간 T2를 바탕으로 구간 D1/D2의 양 끝점에서의 시간 Ts1/ Ts2 및 Ts3/Ts4를 결정한다. 이러한 이유로, 현이 왜곡되고, 및/또는 해머 센서 (21)가 부지불식간에 이동된다고 할지라도, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 정확하게 해머 벨로시티를 결정한다. 피아노 톤의 세기는 해머 벨로시티 V1에 비례한다. 더욱이, 아크형 패턴(73)은 해머 신호의 잠재 레벨이 선형으로 변하도록 설계되었다. 이러한 이유로, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 정확하게 피아노 악음의 세기를 결정한다. 세기 또는 벨로시티는 악음데이타 코드에 저장된다.
해머 조립체(2)는 시간 T3에서 휴지위치로 향하는 도중에 백체크(3a)에 의해 수용되어, 시간 T3와 시간 T4 사이의 시간 주기 동안 백체크(3a)에 머문다. 해머 조립체(2)가 백체크(3a)상에서 움직이지 않기 때문에, 해머 신호는 잠재 레벨을 일정하게 유지한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 신호가 일정 시간 주기동안 잠재레벨을 변화시키는지 여부를 보기 위해 메모리를 체크한다. 응답이 긍정적으로 주어지면, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 조립체(2)가 시간 T3에서 백체크(3a)에 의해 수용되었다고 결정한다.
악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 조립체(2)가 역방향 회전을 다시 시작했는지 여부를 보기 위해 메모리를 추가로 체크한다. 악음 데이타 코드 생성기 (29)가 해머 조립체(2)를 다시 역방향 회전시키는 것을 발견할 때, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 T4를 결정한다.
시간 T4의 결정 후에, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 Ts5 및 시간 Ts6을 결정한다. 거리 d3 및 구간 D3의 길이는 알려져 있으며, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 Ts1 및 시간 Ts2와 유사하게 시간 Ts5 및 시간 Ts6를 결정한다. 그리고 나서, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 구간 D3의 길이를 시간 Ts5 및 시간 Ts6의 시간 주기로 나누고 해머 벨로시티 V3를 결정한다.
피아니스트가 흰키(1)을 떼면, 흰키(1)는 휴지위치를 향해 복귀하기 시작하고 댐퍼(6)가 쓰러지는 것을 허용한다. 댐퍼(6)는 시간 TD에서 현(4)과 접촉되어지고, 현(4)의 진동을 흡수한다. 이 경우에, 댐퍼가 쓰러져 걸쳐진 거리로 구간 D3의 길이는 조절된다. 해머 조립체(2)가 구간 D3의 극끝점에 도달할 때, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 댐퍼(6)가 현(4)과 접촉되어진 것으로 간주하고, 시간 TD를 시간 Ts6와 동일하게 되도록 결정한다. 악음 데이타 코드 생성기 (29)는 시간 TD에서 노트-오프(note-off) 이벤트가 발생한다고 결정하고, 이것을 악음 데이타 코드에 저장한다.
실제 연주에서, 피아니스트는 표현을 전달하기 위해 해방된 키(1)의 벨로시티를 정교하게 조절한다. 피아니스트가 흑백 키(1)를 서서히 복귀시킬 때, 댐퍼(6)는 역시 서서히 쓰러지고, 현(4)의 진동도 연장된다. 상세하게는, 현(4)은 저-피치(low-piched) 음을 발생하고 있는 것으로 간주된다. 연주자가 흑백 키(1)를 서서히 복귀시키면, 댐퍼(6)가 현(4)에 도달하기 전에 진동하는 현(4)은 댐퍼와 접촉하기 시작한다. 연주자가 흑백 키(1)와 댐퍼(6)를 그대로 유지하고 있는 동안에는, 진동은 계속 이어지지만 진폭은 점차로 감소한다. 따라서, 연주자는 휴지 위치로 가는 도중에 흑백 키(1)를 그대로 유지함으로써 악음을 연장할 수 있다. 이 경우에, 시간 TD는 해머 벨로시티 V3에 따라 변화된다. 구간 D3의 길이는, 피아노 톤을 감소시키는 타이밍이 실제 연주에서의 악음 감소와 동일하도록 하기 위해, 해머 벨로시티 V3에 의존하여 변화될 수도 있다.
해방된 후에, 백색 키(1)는 휴지 위치를 향해 역방향으로 이동되며, 시간 T5에서 휴지 위치에 도달한다. 백색 키(1)는 휴지 위치에서 동작을 멈추고 해머 신호는 잠재 레벨을 일정하게 유지한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 신호가 잠재 레벨을 일정 시간 주기동안 일정하게 유지하는지 여부를 보기 위해 메모리를 체크한다. 응답이 긍정적으로 주어지면, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 백색 키(1)가 시간 T5에서 휴지 위치에 도달한 것으로 결정한다.
마지막으로, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간 T11을 평가한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 구간 D12에 대한 한 세트의 값을 가지며 해머 벨로시티 V3에 의존하여 그 중 하나의 값을 선택한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 구간 D12의 길이, 해머 벨로시티 V3 및 시간 T5를 바탕으로 시간 T11을 계산한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 키-오프 이벤트가 시간 T11에서 발생하였음을 결정하고 이것을 악음데이타 코드에 저장한다.
해머 조립체(2)는, 피아니스트가 단순히 흑백 키(1)의 전방 끝단부를 휴지 위치로부터 종지 위치까지 눌렀다가 그 이후에 그것을 뗀 경우에, 도14에서 도시된 궤도상에서 움직인다. 피아니스트가 연주에서 모든 흑백 키(1)를 단지 휴지 위치로부터 종단 위치까지 누른다는 것은 드문 일이다. 실제 연주에서, 피아니스트는 휴지 위치에 도달하기 전에 몇 몇 키들을 떼며, 휴지 위치에 도달하기 전에 다른 키들을 누른다. 피아니스트가 키를 초당 15회 이상을 반복하면, 해머는 도14에 도시된 궤도에서 벗어나는 경향이 있다. 이것은 휩펜 힐(whippen heel)과 캡스턴 나사 사이에 순간적으로 간극이 발생하는 것 때문이다. 피아니스트가 불규칙한 시간 거리에서 반복적으로 키를 누르면, 해머 동작을 재생하기가 어렵다. 이러한 이유로, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 동작의 재생이 가능하도록 악음 데이타 정보를 수정한다. 자동연주 피아노가 직립형 피아노를 바탕으로 제작될 경우에, 피아니스트가 키를 초당 7회 이상 반복한다면 정정이 요구된다. 그러나, 전자음 생성기(13)는 고속 반복을 나타내는 악음데이타 코드에 반응한다. 악음 데이타 코드 생성기(29)는 악음데이타 정보를 정정하지 않으며, 실제 악음 데이타 정보를 나타내는 악음 데이타 코드를 생성한다.
전술한 바로부터 이해할 수 있듯이, 본 발명에 따른 해머 센서(21)는 연관된 해머 조립체(2)를 전체 궤도에 걸쳐 감시하며, 궤도상에서 현재의 해머 위치를 나타내는 해머 신호를 데이타 프로세서(28)로 공급한다. 악음 데이타 코드 생성기 (29)는 타이밍 데이타로부터 악음데이타 정보를 추출하여 시간 T1-T5 및 악음데이타 코드에 그것들을 저장하기 위한 벨로시티를 결정한다. 그럼으로써, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 정확하게 키-온 이벤트, 노트-온 이벤트, 노트-오프 이벤트 및 키-오프 이벤트 그리고 재생되는 악음의 세기를 결정한다.
특히, 아크 패턴(73)은 임의로 결정된다. 이것은 제작자가 해머 위치와 광수신포트상에 조사되는 광량 사이의 관계를 설계할 수 있다는 것을 의미한다. 제작자가 그 관계를 선형으로 설계할 때, 데이타 프로세서(28)는 그 선형관계를 이용하여 실제 해머 위치를 결정하며, 어떠한 근사화도 필요하지 않다. 그럼으로써, 어떠한 오류 요소도 타이밍 데이타에 도입될 수 없으며, 원래의 연주가 악음데이타 코드로부터 충실하게 재생된다.
광 필터 판(70)은 해머 조립체(2)가 회전되는 평면에 대해 거의 수직한 가상 선 상에 고정 배열된 광장치에 의해 물리량의 변화가 감지될 수 있도록 한다. 광 필터 판(70)과 광장치 사이의 거리는 변하지 않는다.이 때문에, 좁은 공간에 광장치를 수용하는 것이 가능하다. 실제로, 해머센서(21)는 광 실드 커버(97)로 덮혀지며, 센서 홀더(90/95)에 수용된다. 광 실드 커버(97) 및 센서 홀더(90/95)는 광장치를 주위 빛으로부터 차단한다. 이는 해머센서(21)가 노이즈 성분으로부터 자유롭게 되는 것을 의미한다. 노이즈 성분이 타이밍 데이터로 결코 도입되지 않도록 한다.악음 데이타 발생 서브 시스템은 도 3의 참조(21a)로 도시된 키 센서의 배열을 추가로 포함한다. 실례로, 키 센서(21a)는 키-오프 이벤트를 검출하며, 연주자가 해제하는 시간은 키 센서(21a)로부터 데이타 프로세서(28)로 공급된 신호를 기초로 결정된다. 키 센서(21a)의 배열은 해머 센서(21)에 평행하게 동작할 수 있다. 실례로, 해머가 노트 온 이벤트를 검출하지 못하면, 악음 데이타 코드 발생기(29)는 키 센서에서 공급된 신호를 기초로 현(4)을 가격할 시간을 결정한다.
(제2 실시예)
도 15에서, 본 발명을 채용한 연주용 키는 직립형 피아노에 기초하여 제조된다. 흑백 키(40) 및 작동기구(41)는 직립형 피아노와 유사하고 해머 조립체 및 현 세트는 무음 해머(dummy hammer,43)와 충격 흡수재(44)로 대치된다. 연습생이 흑백의 키(41)에 타건할 때, 작동기구(42)가 작동되고, 무음 해머(43)가 회전 구동된다. 무음 해머(43)는 충격 흡수재(44)에서 되튀어, 어떠한 악음도 발생되지 않는다.
연주용 키는 전자음 발생 시스템을 더 포함한다. 전자음 발생 시스템은 해머 센서(45)의 배열, 제어기(46) 및 사운드 시스템(47)을 포함한다. 해머 센서(45)는 해머 센서(21)와 유사하고, 각각 무음 해머(43)를 감시한다. 해머 센서(45)는 궤도상의 무음 해머의 현재의 해머 위치들을 나타내는 해머 위치 신호들을 발생하여, 이들 신호를 제어기(46)에 공급한다. 제어기(46) 및 사운드 시스템(47)은 데이타 프로세서(28), 악음 데이타 코드 생성기 및 전자음 생성기(13)에 상응하고 있다. 제어기(46)는 악음 데이타 코드들과, 악음 데이타 코드들로부터 발생되어 전자음 발생용의 사운드 시스템(47)에 공급되는 오디오 신호를 발생한다.
해머 센서(45)는 제어기(46)가 해머 운동을 정확하게 나타내는 악음 데이타 코드들을 발생하도록 해머 섕크(shank)의 각도 범위보다 넓은 검출 가능한 범위를 갖는다. 키보드는 자동 연주 피아노의 다른 잇점을 달성한다.
(제3 실시예)
도 16은 본 발명을 채용한 무음 피아노를 도시한 것이다. 무음 피아노는 어쿠스틱 피아노와 전자음 발생 시스템 사이의 중간물로서, 해머 스톱퍼(51)가 해머 조립체 배열 상에 설치되어 있다. 어쿠스틱 피아노의 구성요소들은 자동 연주 피아노의 대응하는 구성요소들을 나타내는 참조부호로 표시하였으며, 전자음 발생 시스템은 해머 센서(21), 데이타 프로세서(28), 악음 데이타 코드 생성기(29) 및 전자음 생성기(13)를 포함한다. 이들 시스템의 구성요소(21, 28, 29)는 악음 데이타 코드 발생 서브-시스템의 구성요소와 유사하게 행동한다. 이러한 이유로, 어쿠스틱 피아노와 전자음 발생 시스템에 대해 설명하지 않는다.
해머 스톱퍼(51)는 해머 섕크 위로 측방향으로 연장하고, 자유 위치와 차단 위치 사이에서 회전 가능하다. 해머 스톱퍼(51)가 도 16에 도시한 바와 같이 자유 위치에 있는 동안, 해머 조립체(2)는 연관된 현(4)을 타격하게 되어, 진동하는 현(4)이 피아노 악음을 발생한다. 사용자가 해머 스톱퍼(51)를 차단위치로 변경할 때, 해머 스톱퍼(51)는 시계방향으로 90° 회전되고 해머 섕크의 궤도로 이동된다. 사용자가 흑백의 키(1)를 눌렀을 때, 작동기구(3)가 작동되어, 연관된 해머 조립체(2)가 도피로를 통해 회전되게 구동한다. 그러나, 해머 섕크는 현(4)을 타격하기 전에 해머 스톱퍼(51)에서 되튄다. 이 때문에, 어떠한 피아노 악음도 발생되지 않는다. 해머 센서(21)는 연관된 해머 조립체(2)를 감시하여 해머 신호들을 데이타 프로세서(28)에 공급한다. 데이타 프로세서(28)는 메모리에 위치 데이타들을 저장하고, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 악음 데이타 정보를 나타내는 악음 데이타 코드들을 발생한다. 전자음 생성기(13)는 악음 코드 데이타를 받아 악음 데이타 코드로부터 오디오 신호를 발생한다. 오디오 신호는 오디오 신호를 전자음들로 변환시키는 헤드폰(도시되지 않음)에 공급된다.
무음 피아노는 자동연주 피아노의 모든 잇점을 달성한다.
제1 내지 제3 실시예에서, 광 반사 포트(201a), 광섬유(100) 및 조합된 광 요소(202) 전체가 광 반사 요소를 구성하며, 광 수신 포트(201b), 광섬유(100) 및 조합된 광 요소(202) 전체가 광 수신 요소를 구성한다. 아크 패턴(73)으로 형성된 광 필터 판(70)은 변환기로서 작용한다. 섕크 플랜지 레일(8)은 부재에 대응하고 있다.
본 발명의 특정의 실시예들을 도시 및 기술하였지만, 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이, 다양한 변경 및 수정이 행해질 수 있음은 이 기술에 숙련된 자들에게 명백할 것이다.
물리량은 해머 벨로시티 혹은 액셀레이션일 수 있다.
광 필터 판은 슬릿 패턴을 가진 불투명 물질로 형성될 수 있다. 불투명 물질은 알루미늄이며, 복수의 아크 슬릿은 조합된 슬릿 패턴을 형성한다. 슬릿 패턴은 에칭에 의해 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 슬릿 패턴은 프레싱을 사용하여 형성된다. 광 필터 판은 한 쌍의 편광판에 의해 구현될 수도 있다.
악음 데이타 코드 생성기(29)는 시간(T1)과 시간(T10) 사이의 시간 동안 음의 값을 저장할 수 있다. 이 경우, 악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 벨로시티(V1)에 따라 음의 값 중 하나를 선택하고 이를 시간(T1)에 더한다.
악음 데이타 코드 생성기(29)는 해머 벨로시티 V1/V3에 의거하여 시간(T10)/시간(T11)을 직접 추정하기 위해서 시간 Δt(도 14 참조)에 대한 값의 집합을 저장할 수 있다.
해머 위치에 따라 패턴이 광량을 변화시키는 한, 광 필터 판에 어떠한 패턴이든 사용될 수 있다. 도트 패턴, 체커 패턴 및 라인-공간 패턴이 패턴의 예이다.
해머 위치와 광량 사이의 관계는 비선형일 수 있다. 전술한 실시예에서, 투과된 광은 광 수신 포트에 입사된다. 그러나, 반사광이 광 수신 포트에 입사될 수도 있다.
광장치는 도 17에 도시한 바와 같이 광 반사 요소(204) 및 광 검출 요소(206)에 선택적으로 접속될 수도 있다.
한 쌍의 광 반사/광 검출 소자는 광 반사 포트(201a) 및 광 수신 포트(201b)에 할당된 위치들에 설치될 수 있다.
해머 센서(21, 45)는 궤도상의 개별 위치들에서 관련 해머 조립체들을 검출할 수 있다.
해머 위치, 해머 벨로시티 및 해머 액셀레이션과 같은 하나 이상의 물리량이 해머 이동을 분석하기 위해서 검출 및/또는 계산될 수 있다. 해머 벨로시티는 하나 이상의 구간(section)에서 계산될 수 있다. 이 경우, 타이밍 데이타들로부터 측정 오차를 제거하기 위해서 해머 벨로시티값의 평균을 취한다.
물론, 위치 데이타는 또 다른 타이밍 데이타에 대해 분석될 수 있다. 악음 데이타 코드를 발생하기 위해 어떤 유형의 타이밍 데이타는 생략될 수 있다. 즉, 해머 센서들이 해머 조립체의 각도 범위보다 넓은 검출가능한 범위를 가질지라도, 해머 센서들은 해머 신호들을 발생하기 위해 궤도 내 소정의 구간들에서 관련 해머 조립체를 감시한다.
본 발명은 악음을 정확하게 발생시키는 건반악기를 제공하는 것이며, 또한, 광범위한 감지가능 영역과, 현재 해머위치를 정확히 나타내는 출력신호를 발생시키는 데에 있어서의 양호한 신뢰성을 구비하는 해머 센서를 제공하는 것이다.

Claims (10)

  1. 각각의 휴지위치와 각각의 종단위치 사이에서 독립적으로 이동가능한 복수의 키(1; 41);
    이동하는 키들이 연관된 작동기구들을 작동시키도록 상기 복수의 키(1; 41)에 각각 접속된 복수의 작동기구(3; 42);
    상기 복수의 작동기구(3; 42)에 각각 연관되며, 연관된 작동기구에 의해 회전 구동되는 복수의 해머(2; 43); 및
    악음 데이타 발생 시스템을 구비하는 악음 발생용 키보드 악기에 있어서, 상기 악음 데이타 발생 시스템은,
    각각이 복수의 해머(2; 43)를 감시하여 해머 신호들을 발생하는 부재(8)에 대한 가상평면 상에 각각이 회전가능한 복수의 해머들의 물리량을 검출하는 복수의 해머 센서(21; 45), 및
    해머 이동을 통해 발생되는 악음을 나타내는 오디오 신호를 발생하기 위해 해머 신호를 수신하고 복수의 해머(2; 43) 각각에 대한 입사 광량의 변화로 나타나는 해머 이동을 분석하는 복수의 해머 센서(21; 45)에 접속된 데이타 처리 서브시스템(21/28/29/13; 46)을 포함하며,
    상기 복수의 해머 센서(21; 45) 각각은,
    상기 부재(8)에 대해 고정되어 있고, 광로의 적어도 일부가 연관된 해머의 가상평면을 가로지르는 방향으로 광로를 따라 광속을 반사하는 광 반사요소(201a/100/202; 201a/100/204),
    상기 부재(8)에 대해 고정되어 있고, 입사 광량을 나타내는 해머 신호를 발생하도록 광로 상에 설치된 광 수신요소(201b/100/202; 201b/100/206), 및
    연관된 해머(2; 43)와 함께 회전이 가능한 것으로 반사 광속을 받아 물리량 변화를 입사 광량의 변화로 연속적으로 변환하는 변환기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환기(70)는 연관된 해머의 회전 동안 광로에 대해 표면이 이동되는 베이스 부재, 및 상기 베이스 부재로부터의 입사 광량에 영향을 미치는 광학 특성이 상이한 패턴(73)을 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학 특성은 광속에 대한 투명도인 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 베이스 부재는 상기 패턴보다 투명도가 큰 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 패턴(73)은 연관된 해머에 대한 회전축(71a)에 중심이 정렬되어 있고 연관된 해머의 회전각도와 함께 패턴(73) 영역과 표면의 노출영역 사이의 비를 변화시키는 복수의 아크(73-1,...,73-m)에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 패턴(73)은 해머 신호를 연관된 해머의 회전각도와 함께 선형으로 가변시키는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기
  7. 제1항에 있어서, 상기 악음 데이타 발생 시스템은 해머 센서(21)를 주변 광으로부터 보호하는 광 차폐 부재(90/95/97)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  8. 제1항에 있어서, 각각이 상기 복수의 해머(2)에 의해 타격되어 악음을 발생하는 복수 세트의 현(4)과, 각각이 상기 복수의 키(1)에 접속되어 연관된 키들이 이동된 후에 복수 세트의 현(4)이 선택적으로 진동하게 하는 복수의 댐퍼(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  9. 제8항에 있어서, 각각이 상기 복수의 키를 이동시키는 것으로 솔레노이드로 동작되는 복수의 작동기(14)와, 데이타 처리 서브 시스템으로부터 발생되는 악음을 나타내는 악음 데이타 코드들이 공급되어 상기 악음을 발생할 수 있는 현 세트에 연관된 솔레노이드 동작 작동기를 활성화시키는 데이타 처리부(10/11/12)를 포함하는 자동 연주 서브시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악음 발생용 키보드 악기.
  10. 부재(8)에 대한 가상평면 상에서 회전가능한 해머(2; 43)의 물리량을 검출하는 해머 센서에 있어서,
    상기 부재(8)에 대해 고정되어 있고, 광로의 적어도 일부는 연관된 해머의 가상평면을 가로지르는 방향으로 광로를 따라 연장하는 광속을 반사하는 광 반사요소(201a/100/202; 201a/100/204);
    상기 부재(8)에 대해 고정되어 있고, 입사 광량을 나타내는 전자 신호를 발생하도록 광로 상에 설치된 광 수신요소(201b/100/202; 201b/100/206); 및
    상기 연관된 해머(2; 43)와 함께 회전이 가능한 것으로 반사 광속을 받아 물리량 변화를 입사 광량의 변화로 연속적으로 변환하는 변환기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 해머 센서.
KR10-2001-0071614A 2000-11-17 2001-11-17 악음을 정확히 발생시키는 키보드 악기와 해머의 물리량을정확히 나타내는 출력신호를 변화시키는 해머 센서 KR100435211B1 (ko)

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