專利名稱：音樂數據調節器、裝備音樂數據調節器的樂器和音樂系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及音樂數據調節器，具體地說，涉及調節音樂數據段的音樂數據調節器、裝配該音樂數據調節器的樂器和由該樂器、其它樂器及其它系統部件組成的音樂系統。
背景技術：
存在各種樂器。所有樂器都設計成產生演奏者想要的音調。換句話說，手指在聲學樂器的位置唯一對應于要產生的音調的名稱。例如，聲學鋼琴有多個黑琴鍵和多個白琴鍵，不同的音調名稱分別賦予該多個黑和白琴鍵。當鋼琴家希望產生具有特定音調名稱的鋼琴音調時，他或她按下黑和白琴鍵中一個具有該特定音調名稱的琴鍵。同樣，弦樂器也具有在指板上繃緊的多個琴弦，琴弦和手指在指板上的位置之間的組合被分別賦予了音調名稱。當演奏者希望產生具有特定音調名稱的音調時，他或她用手指將其中一個琴弦壓在指板上的預定位置。管樂器的某些鍵被分別賦予了多組音調名稱。例如，長笛的一個鍵被賦予了八度音階中互不相同的音調名稱。但是，演奏者通過嘴唇來控制八度音階。由此，嘴唇和手指位置之間的組合唯一對應于要通過該管樂器產生的音調的名稱。
三角鋼琴或直立式鋼琴(即聲學鋼琴)是最受歡迎的樂器之一，因此本發明繼續描述這種聲學鋼琴。在聲學鋼琴中，黑和白琴鍵唯一對應于以預定音高(pitch)產生鋼琴音調的琴弦。當鋼琴家希望以預定音高產生鋼琴音調時，他或她按下被賦予了音調名稱的黑/白琴鍵，所按下的琴鍵通過關聯的操作單元使小錘旋轉。小錘在旋轉結束時敲擊關聯的琴弦，使該琴弦振動，從而以預定音高產生鋼琴音調。由此，該唯一性使得可以按照樂曲產生鋼琴音調。
該唯一性使制造商設計出自動演奏鋼琴。制造商為黑和白琴鍵和踏板分別設置琴鍵激勵器和踏板激勵器，并以音樂數據段代碼來存儲手指的動作和腳的動作。當用戶希望重新演奏時，他或她將該音樂數據段代碼下載到控制器中，并通過琴鍵激勵器按照該樂曲使該控制器有選擇性地按下和釋放黑和白琴鍵，以及有時通過踏板激勵器踩下踏板。由于黑和白琴鍵唯一對應于鋼琴音調，因此音樂數據段代碼使得可以重新在聲學鋼琴上演奏。
音樂數據段代碼的一個公知的典型的協議例子是“MIDI(樂器數字接口)”。此后，根據MIDI協議產生的音樂數據段代碼就稱為“MIDI音樂數據段代碼”。琴鍵動作和踏板動作都定義為“事件”。按下的琴鍵和釋放的琴鍵稱為“打開音符事件”和“釋放音符事件”，踏板動作與“效果”相關。音調的音高表示為“音符號”，音量被轉換為“速度”值。當用戶記錄聲學鋼琴的演奏時，記錄裝置接著將琴鍵動作和踏板動作轉換為對應的MIDI音樂數據段代碼。由此該演奏存儲在這組MIDI音樂數據段代碼中。
但是，制造商不能在這組MIDI音樂數據段代碼中存儲諸如“半踏板”的微妙的人為表達。換句話說，不能通過MIDI音樂數據段代碼表達出演奏中微妙的音韻。
另一種數據協議公開在日本專利申請No.中。根據該數據協議，在演奏期間將琴鍵行程和踏板敲擊都連續地存儲在音樂數據段代碼中。當鋼琴家將制音踏板帶入半踏板狀態時，從剩余位置到半踏板點的踏板敲擊存儲在音樂數據段代碼中。當控制器重新演奏時，控制器指示踏板激勵器在將要發生半踏板時根據音樂數據段代碼表示的踏板敲擊來按下制音踏板。由此，半踏板在重新演奏時得以再現。換句話說，使被移動的琴鍵和踏板與在初始演奏中移動的琴鍵和踏板相同。
如上所述，自動演奏鋼琴重新進行已經存儲在這組音樂數據段代碼中的演奏。聲學音調產生系統使得人類演奏者可以產生聲學音調，這些音調是由MIDI音樂數據段代碼表示的音調調整而來。聲學音調產生系統的一個典型例子公開在日本專利申請中。現有技術的聲學音調產生系統包括可被人類演奏者用來演奏出樂曲的鍵盤、通過琴弦的振動產生聲學音調的機械音調產生裝置、以及連接在樂器和機械音調產生裝置之間的數據調節器。
當人類演奏者在鍵盤上彈奏時，鍵盤產生代表希望產生的音調的MIDI音樂數據段代碼，并向數據調節器提供該MIDI音樂數據段代碼。數據調節器根據已經由人類演奏者發出的指令調節MIDI音樂數據段代碼中的音樂數據段。數據調節器例如將速度從弱音的初始值變為另一個值。此外，數據調節器將音調從初始指定的音高變為其它音高來進行變調。數據調節器還向初始指定的音調中增加音高不同的其它音調，并從演奏者按下和/或釋放琴鍵時開始就延遲音調。數據調節器還將窄寄存器中的初始指定的音調分配給寬寄存器中的其它音調。盡管按下的琴鍵和釋放的琴鍵不是唯一對應于通過機械音調產生裝置產生的音調，但該調節基于琴鍵和由人類演奏者最初指定的音調之間的唯一性。由于初始指定的音調和將要產生的音調是由MIDI音樂數據段代碼表達的，因此不能使通過機械音調產生裝置的音調具有微妙的音韻。
在日本專利申請公開的一種用于手指練習的電子鍵盤中打破了上述唯一性。該現有技術的電子鍵盤包括很少的琴鍵，并提示練習者按照一段樂曲用手指來按下琴鍵。該現有技術的用于手指練習的電子鍵盤監控琴鍵，以察看練習者是否正確地按下了琴鍵，并僅當練習者正確地按下琴鍵時才產生音調。在這個例子中，根據練習和樂曲來改變琴鍵和音調名稱之間的相互關聯。但是，這種破壞只是為了練習的緣故。音樂數據段被編碼為MIDI音樂數據段代碼，練習也只限于手指運動。不能對微妙的音韻進行任何練習。當然MIDI音樂數據段代碼也不會使音調產生微妙的音韻。

發明內容
因此本發明的重要目的是提供一種音樂數據調節器，將可以表達出優美音韻的初始音樂數據段調節為也能表達優美音韻的調節后的音樂數據段。
本發明的另一個重要目的是提供一種裝備了該音樂數據調節器的樂器。
本發明還有一個重要目的是提供一種音樂系統，其中所述樂器與另一種樂器組裝在一起。
為了完成該目的，本發明利用一系列表達操縱器的連續運動的初始音樂數據段值來表達將要產生的音調，使得可以將所述初始音樂數據段調節為表示相應操縱器的連續運動的調節后的音樂數據段。
根據本發明的一個方面，提供了一種音樂數據調節器，用于將表達操縱器的連續運動的初始音樂數據段調節為表達相應操縱器的連續運動的調節后的音樂數據段，所述音樂數據調節器包括存儲器，用于存儲至少一條表示用戶給定任務的指令數據，和信息處理器，用于通過執行一系列完成該任務的工作來部分將所述初始音樂數據段變為調節后的音樂數據段。
根據本發明的另一方面，提供了一種包括音調產生系統和音樂數據調節器的樂器，該音調產生系統包括多個由演奏人有選擇地移動以指定將要產生的音調的操縱器，所述音樂數據調節器將表達操縱器的連續運動的初始音樂數據段調節為表達相應操縱器的連續運動的調節后的音樂數據段，其包括存儲器，用于存儲至少一條表示用戶給定任務的指令數據，和信息處理器，用于通過執行一系列完成該任務的工作來部分將所述初始音樂數據段變為調節后的音樂數據段。
根據本發明的另一方面，提供了一種產生音調的音樂系統，包括主樂器、與該主樂器連接的音樂數據調節器以及從樂器，該主樂器包括多個有選擇移動的操縱器以指定將要產生的音調，多個傳感器，監控該多個操縱器并將該多個操縱器的連續運動轉換為運動數據段，每一運動數據段分別表達一系列表示關聯的一個操縱器的連續運動的物理量，和與該多個傳感器連接的信息處理器，用于產生分別表達所關聯的一個操縱器的連續運動的初始音樂數據段，所述音樂數據調節器包括存儲器，用于存儲至少一條表示用戶給定任務的指令數據，和信息處理器，用于通過執行一系列完成該任務的工作來部分將所述初始音樂數據段變為調節后的音樂數據段，所述從樂器包括其它獨立移動的操縱器，多個分別與該其它操縱器關聯的激勵器，所述激勵器還響應驅動信號來有選擇地再現該其它操縱器的連續運動，和與音樂數據調節器連接的運動控制器，用于產生該驅動信號來有選擇地向該多個激勵器提供驅動信號。


從下面參考附圖所做的描述中，所述音樂數據調節器、樂器和音樂系統的特征和優點將會更加容易理解，其中圖1是示出根據本發明的音樂系統的系統配置的框圖，圖2是示出集成在本發明的音樂系統中的主混合鋼琴的結構的橫截面側圖，圖3是示出集成在所述音樂系統中的副混合鋼琴的結構的橫截面側圖，圖4是示出集成在兩個混合鋼琴中的信號處理單元的系統配置的框圖，圖5A是示出所述音樂系統的功能的框圖，圖5B和5C是示出一段音樂數據段和對應的調節后的音樂數據段的視圖，圖6A是示出準備一段初始音樂數據段的方法的流程圖，圖6B是示出調節該初始音樂數據段的方法的流程圖，
圖6C是根據一段調節后的音樂數據段再現琴鍵運動的方法的流程圖，圖6D和6E是示出伺服控制方法的流程圖，圖7是示出根據本發明的另一種音樂系統的橫截面側圖，圖8是示出該音樂系統的功能的框圖，圖9A和9B是示出再現該音樂系統中琴鍵運動的方法的流程圖。
具體實施例方式
參考圖1，體現本發明的音樂系統包括裝備了多個琴鍵的主樂器100、音樂數據調節器101和裝備了音調產生器的從樂器102。主樂器100與音樂數據調節器101連接，該音樂數據調節器又與從樂器102連接。因此，表達操縱器運動的音樂數據段就從主樂器100通過音樂數據調節器101流向從樂器102。如以后將要詳細描述的，從主樂器100輸出的該初始音樂數據段在音樂數據調節器101中被調解為表達操縱器的調節后運動的調節后的音樂數據段。從樂器將調節后的音樂數據段轉化為音調。由此，演奏者引起主樂器100中操縱器的運動，通過從樂器102產生音調。
假定演奏人有選擇地操作操縱器來演奏樂曲。該操縱器連續的在軌跡上運動。演奏人有選擇地引起操縱器在該軌跡上的運動，以指定將要產生的音調。
主樂器100產生表達操縱器運動的初始音樂數據段。每一段初始音樂數據的一系列值都表達一個操縱器在軌跡上的實際運動。可以獲得諸如軌跡上的位置、軌跡上的速度、軌跡上的加速度、插棒式鐵芯或琴鍵上施加的力等各種物理量來表達該運動。也可以利用這些物理量中的一個或多個來表達該運動。
當演奏者以普通方式引起操縱器運動，并且此后以異常方式引起另一個操縱器運動從而給音調賦予人工表達時，主樂器產生一段表達該普通運動的初始音樂數據和一段表達該異常運動的初始音樂數據。由此，主樂器在初始音樂數據段中保存了對音調的人工表達。這是因為一系列初始音樂數據段直接表達了操縱器的連續運動。
該初始音樂數據段從主樂器100發送到音樂數據調節器101，該音樂數據調節器101基于該初始音樂數據段通過預先選擇地數據處理產生調節后的音樂數據段。調節后的音樂數據段表達了操縱器調節后的運動。操縱器調節后的運動與主樂器100中產生的初始運動不同或一致。初始運動和調節后的運動之間的對應取決于預先選擇的數據處理。但是，音樂數據調節器將人工表達從初始音樂數據段移植到調節后的音樂數據段中，從而音樂系統為從樂器的演奏保存了該人工表達。在修改后的運動與初始運動一致的情況下，所述操縱器可以變為另一個操縱器。換句話說，從樂器102引起與另一個操縱器的初始運動相同的調節后運動。
調節后的音樂數據段由音樂數據調節器101提供給從樂器102。從樂器102分析該調節后的音樂數據段，并通過由該調節后的音樂數據段表達的調節后運動確定將要產生的音調。通過從樂器102產生該音調。在演奏人指示音樂數據調節器101將樂曲從一特定琴鍵變換到另一琴鍵的情況下，音樂數據調節器101只將操縱器從通過主樂器100指定的音調名稱變為對應的音調名稱。但是，所述人工表達仍然留在對應的音調中，因為初始運動的特征被移植到調節后的運動中。
從樂器102可以與對主樂器100的操縱器的操縱同步的產生音調，也就是以實時的方式。否則，初始數據或調節后的數據臨時存儲在數據存儲器中，并且當用戶指示音樂系統再現音調時，從樂器102基于該調節后的音樂數據段產生音調。
音樂系統是通過兩個相互分離的樂器或單獨的一個樂器來實現的。否則，主樂器100、音樂數據調節器101和從樂器102在實體上相互依賴。在兩個樂器組成該音樂系統的情況下，音樂數據調節器101集成在主樂器100或從樂器102中。在音樂系統以單獨的一個樂器來實現的情況下，主樂器100和從樂器102可以共享操縱器。例如，操縱器陣列一部分形成主樂器100的部件，一部分形成從樂器102的部件。主樂器和從樂器都可以集成在多個樂器的每個樂器中。在該例中，多個樂器相互間可雙向通信。
音樂系統存在很多應用。多個從樂器102可以設置給單獨的一個主樂器100，并且該單獨的主樂器100通過專用通信信道或公用通信信道與該多個從樂器102通信。在該例中，鋼琴家可以在大型轉換大廳的舞臺上的主樂器100上演奏音樂，而初始音樂數據段分發給附屬大廳內的多個從樂器102。微妙的音韻從主樂器100傳送給該多個從樂器102，從而觀眾能在附屬大廳中欣賞演奏。
該音樂系統在音樂教育中非常有用。教師可以同時向其學生演示。可雙向通信的音樂系統適用于這種用途。由于初始琴鍵運動準確再現在從樂器上，因此學生能準確理解老師在從樂器上的手指運動。老師可以指示學生將他或她們的手指放在從樂器的操縱器上，從而體驗操縱器的運動。
在下面的描述中，術語“前部”表示一個比術語“后部”調節的位置更接近坐在凳子上彈奏的演奏者的位置。畫在前部位置和對應的后部位置之間的直線在“前后方向”上延伸，并且該前后方向與橫向以直角交叉。豎直方向與該前后方向和橫向限定的平面垂直。術語“軸向”取決于部件的配置，術語“縱向的”表示大于部件“寬度”方向的部件長度方向。
第一實施例體現本發明的音樂系統包括分別用作主樂器100和從樂器102的主混合鋼琴101A和從混合鋼琴102A，以及音樂數據調節器101A。主混合鋼琴100A和從混合鋼琴102A通過音樂數據調節器101A和通信信道相互連接。在該例中，音樂數據調節器101A在實體上與主混合鋼琴100A和從混合鋼琴102A分離。為此，數據發送器和數據接收器分別集成在主混合鋼琴100A和從混合鋼琴102A中，音樂數據調節器101A也裝備了數據發送器和數據接收器。在該音樂系統中采用公知的數據通信協議來進行通信。
主混合鋼琴和從混合鋼琴圖2示出主混合鋼琴100A。主混合鋼琴100A大都包括聲學鋼琴100a和電子系統100b。電子系統100b具有數據處理能力，并監控聲學鋼琴100a來產生初始音樂數據段。該初始音樂數據段從電子系統100b發送到音樂數據調節器101A。
聲學鋼琴100a包括具有白琴鍵1Ma和黑琴鍵1Mb的鍵盤1M、操作單元2、小錘4、琴弦4和制音器5。白琴鍵1Ma和黑琴鍵1Mb以公知模式設置，并分別賦予白和黑琴鍵1Ma/1Mb音調名稱。該音調名稱以琴鍵號Kn來表達，從而琴鍵號Kn從最左邊的白琴鍵1Ma到最右邊的白琴鍵1Ma變化。在該例中，88個琴鍵1Ma/1Mb集成在鍵盤1M上，琴鍵號Kn從“1”改變到“88”。為此，最低的音調名稱和最高的音調名稱表達為“Kn1”和“Kn88”。
白琴鍵1Ma和黑琴鍵1Mb在前后方向上延伸，并與平衡桿1a交叉。平衡管腳P從平衡桿1a上伸出，并為白和黑琴鍵1Ma/1Mb提供支點。當力施加到白和黑琴鍵1Ma/1Mb的前部位置以及從該位置撤離時，白和黑琴鍵1Ma/1Mb上下跳躍，并在其余位置和末端位置之間的各軌跡上移動，術語“琴鍵行程(keystroke)”表達了在琴鍵軌跡上從該其余位置到當前琴鍵位置之間的距離。在該例中，白和黑琴鍵1Ma/1Mb的前部末端的末端位置與該其余位置間隔10毫米，由此完整的琴鍵行程是10毫米。
白和黑琴鍵1Ma/1Mb分別與操作單元2連接，從而演奏者通過白和黑琴鍵1Ma/1Mb有選擇地激勵操作單元2。小錘3分別與操作單元2連接，并被驅動來通過控鍵(escape)而進行旋轉。琴弦4在關聯的小錘3上方繃緊，小錘3在旋轉結束時與關聯的琴弦4發生撞擊。然后琴弦4振動，并通過該振動按照與分配給白和黑琴鍵1Ma/1Mb的音調名稱相同的音高產生音調。制音器5與白和黑琴鍵1Ma/1Mb連接，并根據琴鍵的運動而與琴弦4分離和接觸。當制音器5與琴弦4分離時，琴弦4振動，并因此產生音調。但是，當制音器5與琴弦4接觸時，振動被衰減且音調消失。由此聲學鋼琴100a以公知方式動作。
電子系統100b包括琴鍵傳感器6M和信號處理單元10M。琴鍵傳感器6M與信號處理單元10M連接，信號處理單元10M通過通信信道與音樂數據調節器101A連接。表達白和黑琴鍵1Ma/1Mb的運動的運動數據段從琴鍵傳感器6M提供給信號處理單元10M。在該例中，琴鍵行程或當前琴鍵位置序列代表琴鍵運動。信號處理單元10M基于運動數據段產生初始音樂數據段，并將表示該初始音樂數據段的數字音樂數據段信號DS1通過通信信道提供給音樂數據調節器101A。
琴鍵傳感器6M例如由光電耦合器和開關板(shutter plate)實現。開關板分別固定在白和黑琴鍵1Ma/1Mb的下表面上，并與白和黑琴鍵1Ma/1Mb一起在各自的軌跡上運動。光電耦合器將光束輻射到有關的開關板的軌跡上，從而光量隨著開關板的當前位置而改變，并因此隨著琴鍵軌跡上的當前琴鍵位置而改變。完整的琴鍵行程與琴鍵傳感器6M的可檢測范圍交疊。日本專利申請2004-77521中公開的琴鍵傳感器可用于電子系統100b。因此，琴鍵傳感器6M將琴鍵軌跡上的當前琴鍵位置或白和黑琴鍵1Ma/1Mb的琴鍵行程轉換為琴鍵位置信號AS1，并將該琴鍵位置信號AS1提供給信號處理單元10M。
信號處理單元10M包括接口(未示出)、數據處理器(未示出)、存儲器(未示出)和數據發送器(未示出)，琴鍵傳感器6M與該接口連接。琴鍵信號AS1到達接口。模擬數字轉換器集成在接口中，從而琴鍵位置信號AS1被轉換為數字琴鍵位置信號。計算機程序在該數據處理器中運行，該數據處理器基于琴鍵運動數據段通過執行編程指令周期性地產生表達88個琴鍵1Ma/1Mb的運動的初始音樂數據段。
參考圖3，從混合鋼琴102A由自動演奏鋼琴實現，并且也分為聲學鋼琴102a和電子系統102b。聲學鋼琴102a在結構上類似于聲學鋼琴100a。為此，聲學鋼琴102a的大多數部件都具有分配給聲學鋼琴100a的對應部件的附圖標記，為簡單起見省略了詳細的描述。但是，鍵盤、白琴鍵和黑琴鍵分別標有附圖標記“1S”、“1Sa”和“1Sb”，以便與主混合鋼琴100A的對應部件區分開來。
電子系統102b包括琴鍵傳感器6S、信號處理單元10S和由螺線管操作的琴鍵激勵器7。琴鍵傳感器6S由光學傳感器實現，這些光學傳感器與用于琴鍵傳感器6M的相同，并且琴鍵傳感器6S與信號處理單元10S和由螺線管操作的琴鍵激勵器7一起形成伺服控制環。琴鍵傳感器6S向信號處理單元10S輸出模擬琴鍵位置信號AS2。除了計算機程序和螺線管驅動電路單元27之外，信號處理單元10S在硬件上類似于信號處理單元10M。為此，下面只詳細描述計算機程序。
由螺線管操作的琴鍵激勵器7分別提供給白和黑琴鍵1Sa/1Sb，并安裝在白和黑琴鍵1Sa/1Sb的后部下方。磁軛和螺線管都由琴鍵座1b通過支架(未示出)支撐，并且相對于琴鍵座1b固定。另一方面，插棒式鐵芯7a從關聯的螺線管伸出和縮回。信號處理單元10S的螺線管驅動電路27與螺線管連接，并有選擇地向螺線管提供驅動信號u。當給螺線管提供了驅動信號u后建立了磁場，并使得關聯插棒式鐵芯7a向上推動白和黑琴鍵1Sa/1Sb的后部。
參考圖4，每個信號處理單元10M和10S都包括縮寫為“CPU”的中央處理單元20、縮寫為“ROM”的只讀存儲器21、縮寫為“RAM”的隨機存取存儲器22、通信接口23和縮寫為“I/O”的信號接口24。由于螺線管驅動器27只集成在信號處理單元10S中，因此用虛線繪制方框27。在該例中，只讀存儲器21由半導體電可擦除和可編程的只讀存儲器實現，例如閃存。
中央處理單元20是數據處理能力的源頭。計算機程序存儲在只讀存儲器21中，中央處理單元20順序的從只讀存儲器21中取出該計算機程序的編程指令代碼，以完成所給定的任務。只讀存儲器21中還存儲了校準數據和控制數據信息。集成在信號處理單元10M中的中央處理單元20和集成在信號處理單元10S中的中央處理單元之間的任務是不同的。其它表達系數、閾值、參考值等等的數據代碼也存儲在只讀存儲器21中，中央處理單元20在數據處理期間有選擇地讀取該數據代碼。電可擦除和可編程的只讀存儲器適用于該計算機程序的高級版本。
數據處理的結構臨時存儲在隨機存取存儲器22中，并且將預先確定的存儲位置分配給標志、表、計數器和定時器。
通信接口23與音樂數據調節器101連接。音樂數據段代碼從信號處理單元10M的通信接口23輸出到音樂數據調節器101中，調節后的音樂數據段到達信號處理單元10S的通信接口23。
信號接口24包括模擬數字轉換器(未示出)，琴鍵傳感器6M或6S有選擇地與模擬數字轉換器連接。從琴鍵傳感器6M/6S連續輸出的模擬琴鍵位置信號AS1與時鐘信號同步地被周期性轉換為數字琴鍵位置信號DS2，該數字琴鍵位置信號DS2由中央處理單元20取出。盡管未在附圖中示出，信號接口24還包括與操縱板連接的數據緩沖器。中央處理單元20通過該數據緩沖器提供表達可視圖像的數據代碼，并向用戶告知主混合鋼琴100A或從混合鋼琴102A的當前狀態以及將由用戶選擇地選項。由此，用戶通過該操縱板與主混合鋼琴100A或從混合鋼琴102A通信。
信號處理單元10S還包括螺線管驅動器27。螺線管驅動器27具有脈沖寬度調制器。使驅動信號u適合適當的占空比(duty ratio)，并提供給由螺線管操作的琴鍵激勵器7的螺線管。由于由螺線管操作的琴鍵激勵器7與驅動信號u的平均電流(也就是驅動信號u的占空比)成正比的將力施加到插棒式鐵芯7a上，因此插棒式鐵芯行程以及琴鍵行程都可以通過螺線管驅動器27中的脈沖寬度調制來控制。
這些系統部件20、21、22、23、24與總線系統20B連接，數據代碼、地址代碼和控制代碼在系統部件20至24之間傳送。螺線管驅動器27也與總線系統20B連接，從而中央處理單元20指示螺線管驅動器27在目標占空比下。
音樂數據調節器音樂數據調節器101A具有數據處理能力，并響應用戶的指令以將初始音樂數據段調節為調節后的音樂數據段。該音樂數據調節器的系統配置類似于圖4所示的信號處理單元10M的系統配置。為此為簡單起見下面不再贅述。
通過操作面板將用戶指令下達給音樂數據調節器101A，表示用戶指令的指令數據存儲在隨機存取存儲器22中。或者，用戶通過主混合鋼琴100A或從混合鋼琴102A向音樂數據調節器101A下達指令。其中一個指令指示音樂數據調節器101A如何調節初始音樂數據段，并使音樂數據調節器101A準備好對初始音樂數據段進行調節。換句話說，主例行程序為音樂數據段調節分支出子例行程序。該指令可以指示八度音階移位或變換。
變換表存儲在只讀存儲器21中。當用戶指示音樂調節器101A變換時，中央處理單元20用標識數據段KnM訪問該表，讀取表示不同琴鍵的琴鍵號Kn的調節后的標識數據段KnS，產生包含運動數據段rxS、rvS的調節后的音樂數據段、調節后的標識數據段KnS和時間數據段t。
音樂系統的功能圖5A示出音樂系統的功能。如結合信號處理單元10M的系統配置所述的，琴鍵傳感器6M連續產生表示運動數據段yxMa的模擬琴鍵位置信號AS1，并且通過接口24的模擬數字轉換器將模擬琴鍵位置信號AS1周期地轉換為數字琴鍵位置信號DS2。存儲在數字琴鍵位置信號DS2中的運動數據段表達為“yxMd”。運動數據段yxMd也表達了白和黑琴鍵1Ma/1Mb或琴鍵行程的當前琴鍵位置。中央處理單元20從接口24中取出數字琴鍵位置信號DS2，并通過數字數據處理完成以下任務。
首先，中央處理單元20如在方框30中那樣對音樂數據段進行標準化。換句話說，聲學鋼琴102a和琴鍵傳感器6M的個性特征從運動數據段yxMd中消除，如果需要，在主混合鋼琴100A采用的單元中的音樂數據段yxMd被轉換為從混合鋼琴102A采用的單元中的運動數據段yxM。在隨機存取存儲器22中積累每個白和黑琴鍵1Ma/1Mb的標準化運動數據段yxM。
接著在方框32中，中央處理單元20基于標準化的運動數據段yxM來確定表達當前琴鍵速度的另一種運動數據段yvM，并且也在隨機存取存儲器22中積累運動數據段yvM。當前琴鍵速度可以通過運動數據段yxM的微分求得。
接著，中央處理單元20基于運動數據段yxM和yvM產生初始音樂數據段rM。詳細地說，從所有白和黑琴鍵1Ma/1Mb提供給接口24的模擬琴鍵位置信號AS1由模擬數字轉換器順序地轉換為數字琴鍵位置信號DS2，中央處理單元20分別將琴鍵號Kn連接到數字琴鍵位置信號DS2，以便在分別分配給白和黑琴鍵1Ma/1Mb的存儲位置中積累標準化的運動數據段yxM和運動數據段yvM。此外，中央處理單元20使用一個計數器周期性地測量經過的時間，并且在取出每個運動數據段yxMd時讀取該時間t。中央處理單元20對每個標準化運動數據段yxM和運動數據段yvM標以時間t，并在分配給相關的一個白和黑琴鍵1Ma/1Mb的預定存儲位置中積累運動數據段，作為表達在時刻t時的標準化當前琴鍵位置的運動數據段rxM和表達在時刻t時的當前琴鍵速度的運動數據段rvM。因此，每個初始音樂數據段rM包括運動數據段rxM、運動數據段rvM、時間數據段t和表達琴鍵號Kn的標識數據段KnM，如圖5B所示。在圖5B中，運動數據段rxM/rvM和標識數據段KnM都標有時間數據段t1，并形成初始音樂數據段Rm。在運動數據段rxM/rvM中描述了白和黑琴鍵KnM的運動。方框34表示初始音樂數據段rM的發送。
接著，中央處理單元20將初始音樂數據段rM發送到通信接口23，在方框35中將初始音樂數據段rM發送到音樂數據調節器101A。
音樂數據調節器101A響應用戶的指令來調節初始音樂數據段rM。用戶通過操作面板(未示出)向音樂數據調節器101A下達指令。假定用戶指示音樂數據調節器101A將產生的音調的音高移位一個八度音階。此后將該調節稱為“八度音階移位”。
在方框36中初始音樂數據段rM到達音樂數據調節器101A，并且該音樂數據調節器101A部分地將初始音樂數據段rM改變為調節后的音樂數據段rS。在該例中，用戶指示音樂數據調節器101A進行八度音階移位。為此，在方框37中，音樂數據調節器101A從初始音樂數據段rM中提取標識數據段KnM，并向琴鍵號Kn加上“12”或減去“12”。此后，分別將琴鍵號Kn-12和Kn+12稱為“第一移位的琴鍵號KnS1”和“第二移位的琴鍵號KnS2”，調節后的標識數據段KnS1和KnS2表示第一移位的琴鍵號KnS1和第二移位的琴鍵號KnS2。
初識標識數據段KnM被置換為調節后的標識數據段KnS1/KnS2。運動數據段rxM/rvM和時間數據段t沒有改變，并用作運動數據段rxS/rvS和時間數據段t。結果是，調節后的音樂數據段rS包括運動數據段rxS/rvS、時間數據段t和調節后的標識數據段KnS1/KnS2，如圖5C所示。因此，在調節后的音樂數據段rS中仍然描述了琴鍵KnS1和KnS2的運動。
數據調節一結束，音樂數據調節器101A就向從混合鋼琴102A發送調節后的音樂數據段rS，如方框38所示。
假定在方框39中從混合鋼琴102A接收調節后的音樂數據段rS。中央處理單元20作為信號處理單元10S的數據處理能力的源頭，取出調節后的音樂數據段rS，并分析調節后的音樂數據段rS。中央處理單元20基于標識數據段KnS1和KnS2來指定白琴鍵或黑琴鍵1Sa/1Sb，并在方框40中基于運動數據段rxS/rvS通過分析確定時刻t時的目標琴鍵位置rxS和目標琴鍵速度rvS。
在圓圈41和42中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀出實際的琴鍵位置yxS和實際的琴鍵速度yvS，并將目標琴鍵位置rxS和目標琴鍵速度rvS與實際琴鍵位置yxS和實際琴鍵速度yvS進行比較，以檢查差別ex/ev到底有多大。后面將會詳細描述，琴鍵傳感器6S監控白琴鍵1Sa和黑琴鍵1Sb，從而向信號處理單元10S報告實際的琴鍵位置yk，并且每個采樣周期都要更新實際琴鍵位置yxS和實際琴鍵速度yvS。
在方框43和44中，中央處理單元20將行程差ex和速度差ev分別乘以增益kx和kv，并在圓圈45中將乘積ux與乘積uv相加。增益kx和kv使得行程差ex和速度差ev分別轉換為占空比中的相應百分比值。
中央處理單元20將乘積和u(也就是(ux+uv))提供給螺線管驅動器27，并請求螺線管驅動器27向標有第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2的白琴鍵或黑琴鍵1Sa/1Sb提供驅動信號。螺線管驅動器27將驅動信號u調整為等于乘積和u的目標占空比，并將驅動信號u提供給白琴鍵或黑琴鍵1Sa/1Sb。
當給螺線管提供驅動信號u時，螺線管增加了在插棒式鐵芯7a上的推力，插棒式鐵芯7a向著目標琴鍵位置移動白琴鍵或黑琴鍵1Sa/1Sb。
琴鍵傳感器6S將實際琴鍵位置yk轉換為模擬琴鍵位置信號AS2，并將表達實際琴鍵位置yk的運動數據段yxSa提供給信號處理單元10S。
通過集成在接口24中的模擬數字轉換器將模擬琴鍵位置信號AS2轉換為表達運動數據段yxSd的數字琴鍵位置信號DS3，并由中央處理單元20取出該運動數據段yxSd。
在方框31中，中央處理單元20標準化運動數據段yxSd，以便從運動數據段yxSd中消除聲學鋼琴102a的個性特征和琴鍵傳感器6S的個性特征，并將實際琴鍵位置yxS存儲到隨機存取存儲器22中。在方框33中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀出實際的琴鍵位置yxS系列，并確定實際的琴鍵速度yvS。
為了從下一段調節后的音樂數據段rS中確定行程差ex和速度差ev，從隨機存取存儲器22中讀出實際琴鍵位置yxS和實際琴鍵速度yvS。
從上面的描述中可以理解，音樂數據調節器101A將表達琴鍵運動的初始數據段調節為也表達琴鍵運動的調節后的音樂數據段。從混合鋼琴102A處理調節后的音樂數據段，并基于調節后的音樂數據段產生琴鍵運動。結果是，小錘3在旋轉結束時引起琴弦4振動，并從振動的琴弦4發出音調。盡管由從混合鋼琴102A產生的音調在屬性上與主混合鋼琴100A指定的音調不同，但音樂系統使得所產生的音調只屬于該指定的音調，以響應用戶的指令。
盡管根據不同于MIDI協議的音樂協議對初始音樂數據段進行編碼，根據本發明的音樂系統還是產生了屬于所指定的音調但不同于該指定音調的音調。
計算機程序下面參考圖6A至6E描述通過主混合鋼琴100A、音樂數據調節器101A和從混合鋼琴102A中的數據處理而實現的控制方法。盡管主混合鋼琴100A和從混合鋼琴102A對所有的白和黑琴鍵1Ma/1Mb都重復該控制序列，這些附圖還是被簡化為好像分別只有一個琴鍵形成鍵盤1M和1S。
當鋼琴家在鍵盤1M上彈奏樂曲時，他或她按下白琴鍵1Ma。琴鍵號Kn被分配給該白琴鍵1Ma。當白琴鍵1Ma在從其余位置到結束位置的軌跡上運動時，關聯的琴鍵傳感器6M根據當前琴鍵位置連續改變模擬琴鍵位置信號AS1。模擬琴鍵位置信號AS1被輸入接口24。
接口24周期性地從模擬琴鍵位置信號AS1中采樣出離散值。假定在步驟S1中采樣出離散值。通過模擬數字轉換將該離散值轉換為對應的二進制值，在步驟S2中，中央處理單元20從模擬數字轉換器中取出由該二進制值表達的運動數據段。
在步驟S3中，中央處理單元20標準化運動數據段yxMd以產生標準化的運動數據段yxM。由于琴鍵傳感器6M的個性化特征而產生的錯誤成分包括不規則的偏移電壓S和不規則的增益R。不規則的偏移電壓S和不規則的增益R作為校準數據存儲在只讀存儲器21中。信號處理單元10M通過實驗確定這些因子S和R，并將它們存儲在電可擦除和可編程的只讀存儲器21中。該錯誤成分從運動數據段yxMd中被消除。
yxM＝R×yxMd+S 等式1運動數據段yxMd還包括另一個由于聲學鋼琴100A的個性特征而產生的錯誤成分。琴鍵傳感器6M和白和黑琴鍵1Ma/1Mb之間的相對位置是引起該錯誤成分的原因。確定了在其余位置和結束位置時的運動數據段yxMd，并作為校準數據段YXDr和YXDe存儲在只讀存儲器21中。中央處理單元20從如下所示從運動數據段yxMd中消除由于聲學鋼琴100A的個性特征引起的錯誤成分。
yxM＝(yxMd-YXDr)/(YXDe-YXDr)等式2在從混合鋼琴102A中，執行對應于主混合鋼琴100A中標準化的標準化。
在步驟S4中，中央處理單元20將標準化的運動數據段yxM與表達其余位置的參考數據進行比較，以檢查白琴鍵1Ma是否還留在該其余位置。當白琴鍵1Ma留在該剩余位置時，答案是否定的“不”。然后，中央處理單元20將對象琴鍵從分配了琴鍵號Kn的白琴鍵1M改變為下個琴鍵K(n+1)。如上所述，圖6A示出控制序列就好像只有一個白琴鍵1M形成鍵盤1M。假定中央處理單元12返回步驟S1，并重新進行由步驟S1至S4組成的循環，直到步驟S4中的答案變為肯定答案為止。
當鋼琴家按下白琴鍵1Ma時，琴鍵傳感器6M開始改變運動數據段yxMa，步驟S4中的回答為肯定的“是”。然后在步驟S5中中央處理單元20確定分配給白琴鍵1Ma的琴鍵號Kn。琴鍵傳感器6M分為多個分配了不同采樣周期的時隙的組，并且每個組的琴鍵位置信號AS1被輸入不同的模擬數字轉換器中。中央處理單元20基于時隙與取出運動數據段yxMd的模擬數字轉換器的組合來指定白琴鍵1Ma。中央處理單元20讀取取出運動數據段yxMd的時間，并將標準化的運動數據段yxM和時間數據段t存儲在分配給琴鍵號Kn的預定存儲位置。在該預定存儲位置中與時間數據段t一起按照先進先出的方式積累標準化運動數據段yxM的預定數量的值。
接著，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取一系列標準化運動數據段yxM的值，并在步驟S6中例如通過微分確定琴鍵速度。中央處理單元20將表達琴鍵速度的運動數據段yvM和標準化運動數據段yxM積累在隨機存取存儲器22的預定存儲位置中。
一旦完成步驟S6中的工作，中央處理單元20就在步驟S7中從分配給琴鍵號Kn的預定存儲位置中讀取標準化運動數據段yxM、運動數據段yvM和時間數據段t，并產生初始音樂數據段rM。如上所述，音樂數據段包括表達目標琴鍵位置或琴鍵行程的運動數據段rxM、表達目標琴鍵速度的運動數據段rvM、時間數據段t和表達琴鍵號Kn的標識數據段KnM。
最后，在步驟S8中將初始音樂數據段rM傳送給發送器，并發送給音樂數據調節器101A。
圖6A中所示的大部分控制方法都由運行在中央處理單元20的計算機程序實現。該計算機程序用作子例行程序，而主例行程序周期性地在每個定時器中斷時跳至該子例行程序。該計算機程序中還集成了其他或她子例行程序。當主例行程序在中央處理單元20上運行時，中央處理單元20請求操作面板(未示出)產生表達主混合鋼琴100A的當前狀態的各種圖像和提示消息，并接收用戶指令。
圖6B示出將初始音樂數據段調節為調節后的音樂數據段rS的方法。該方法由運行在音樂數據調節器101A的數據處理單元中的計算機程序的子例行程序實現。當主例行程序在中央處理單元20上運行時，中央處理單元20周期性地檢查分配給初始音樂數據段rM的信號輸入端口。假定鋼琴家已經指示音樂數據調節器101A進行八度音階移位。
假定初始音樂數據段到達信號輸入端口。然后，中央處理單元20確認接收了數字音樂信號DS1。主例行程序跳至子例行程序。
在步驟S9中，中央處理單元20從信號輸入端口取出初始音樂數據段rM，并將初始音樂數據段rM存儲在內部存儲器中。在步驟S10中，中央處理單元20讀取標識數據段KnM，并確定第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2。中央處理單元20將第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2存儲在隨機存取存儲器22中。
在八度音階移位中只有標識數據段KnM發生改變，而運動數據段rxM和rvM不改變。為此在步驟S11中，中央處理單元20將運動數據段rxM和rvM復制到調節后的音樂數據段rS中。時間數據段t和調節后的標識數據段KnS1和KnS2還構成一部分調節后的音樂數據段rS。
接著在步驟S12中，中央處理單元20將調節后的音樂數據段rS傳送到發送器，在步驟S13中，調節后的音樂數據段rS從該發送器傳送到從混合鋼琴102A。
圖6C示出在從混合鋼琴102A上再現琴鍵運動的方法。該方法的大部分都通過執行運行在中央處理單元20中的一部分計算機程序來實現。該計算機程序包括一個主例行程序和若干子例行程序，并且所述部分計算機對應于一個子例行程序。當用戶指示從混合鋼琴102A重現主混合鋼琴100A上的演奏時，主例行程序開始在每個定時器中斷時都跳至該子例行程序。盡管中央處理單元20對所有的白和黑琴鍵1Sa/1Sb都重復該控制序列，但為簡單起見圖6C還是示出好像只有一個白琴鍵1Sa形成鍵盤1S的控制序列。
在步驟S14中，中央處理單元20從通信接口23取出調節后的音樂數據段rS，并將該調節后的音樂數據段rS存儲在隨機存取存儲器22中。
接著，在步驟S15中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取調節后的標識數據段KnS1、KnS2和運動數據段rxS、rvS。在步驟S16中，中央處理單元20指定將要被移動的白琴鍵1Sa，并確定該白琴鍵1Sa的目標琴鍵位置和目標琴鍵速度。將要被移動的白琴鍵1Sa所分配的琴鍵號分別與第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2一致。
在步驟S17中，中央處理單元20通過伺服控制環來控制白琴鍵1Sa。圖6D和6E示出步驟S17中的控制序列。盡管通過該序列控制所有的白和黑琴鍵1Sa/1Sb，但為簡單起見只描述對分配了第一移位琴鍵號KnS1的白琴鍵1Sa的伺服控制。
在步驟S20中對關聯白琴鍵1Sa的琴鍵傳感器6S提供的模擬琴鍵位置信號AS2進行采樣，并將離散值轉換為數字琴鍵位置信號DS3。在步驟S21中，中央處理單元20從模擬數字轉換器中取出運動數據段yxDs。該運動數據段yxDs存儲在已分配給白琴鍵1Sa的預定存儲位置中。
在步驟S22中，中央處理單元20標準化運動數據段yxSd。步驟S22中的標準化與步驟S3的標準化相同。在步驟S23中，中央處理單元20將標準化運動數據段yxS與運動數據段rxS進行比較，并確定它們之間的行程差ex。在步驟S24中，中央處理單元20將該行程差ex乘以增益Kx，從而確定乘積ux。該乘積ux存儲在隨機存取存儲器22中。
在步驟S25中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取運動數據段yxS的一系列值，并確定實際的琴鍵速度。表達該實際琴鍵速度的運動數據段yvS存儲在分配給琴鍵號KnS1的預定存儲位置中。
接著在步驟S26中，中央處理單元20將運動數據段rvS與運動數據段yvS進行比較，并確定速度差ev。在步驟S27中，中央處理單元20將該速度差ev乘以增益Kv，并將乘積uv存儲在隨機存取存儲器22中。
在步驟S28中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取乘積ux和uv，并將它們相加。該乘積和表達了驅動信號u的目標占空比，并且中央處理單元20將該目標占空比u提供給螺線管驅動器27。在步驟S30中，螺線管驅動器27將該驅動信號u調整到目標占空比，并將該驅動信號u提供給關聯白琴鍵1Sa的由螺線管操作的琴鍵激勵器7。
圖6A和6B所示的控制序列對所有的白和黑琴鍵1Ma/1Mb都要執行，圖6C至6E所示的控制序列對所有將要被移動的白和黑琴鍵1Sa/1Sb都要重復。結果是，琴鍵運動由不同于白和黑琴鍵1Ma/1Mb的白和黑琴鍵1Sa/1Sb再現。由于運動數據段rxM/rvM表達了該軌跡上的連續琴鍵運動，因此可以通過運動數據段rxM/rvM來表達異常的琴鍵運動。換句話說，任何優美的音律都存儲在運動數據段rxM/rvM的一系列值中。音樂數據調節器101A從運動數據段rxM和rvM中產生運動數據段rxS和rvS，從而將優美的音律移植到運動數據段rxS和rvS中。由此，初始音樂數據段rM使得可以表達出演奏中的優美音律，并且音樂數據調節器101A可以將初始音樂數據段rM調節為調節后的音樂數據段rS而不會破壞優美的音律。
第二實施例參考圖7，體現本發明的另一個音樂系統由單獨的一個自動演奏鋼琴110實現。換句話說，該單獨的一個自動演奏鋼琴110象主樂器100、音樂數據調節器101和從樂器102那樣工作。
自動演奏鋼琴110包括聲學鋼琴100b、由螺線管操作的琴鍵激勵器7T、琴鍵傳感器陣列6T和數據處理單元10T。聲學鋼琴100b類似于聲學鋼琴102a，為此，除了鍵盤1T之外，聲學鋼琴100b的部件標有分配給聲學鋼琴102a的對應部件的標記，也就是白琴鍵1Ta和黑琴鍵1Tb。由于由螺線管操作的琴鍵激勵器7T和傳感器陣列6T類似于由螺線管操作的琴鍵傳感器7和傳感器陣列6M/6S，因此下面為簡單起見不再進行描述。
數據處理單元10T具有數據處理能力，并且其中運行計算機程序。數據處理單元10T的功能是音樂數據產生器11、運動再現器12和音樂數據調節器13。聲學鋼琴100b、琴鍵傳感器陣列6T和音樂數據產生器11對應于主樂器100，而聲學鋼琴100b、由螺線管操作的琴鍵激勵器7T、琴鍵傳感器陣列6T和運動再現器12對應于從樂器102。除了通信接口23之外，數據處理單元10T的系統配置類似于圖4所示的數據處理單元，從而數據處理單元10T的系統部件標有分配給圖4的對應系統部件的標記。
圖8詳細示出了數據處理單元10T的功能，而圖9A和9B示出該音樂系統中采用的方法。假定用戶指示數據處理單元10T同時產生八度音階移位之后的音調。當用戶在鍵盤1T上彈奏樂曲時，他或她選擇性的壓下和釋放白和黑琴鍵1Ta獲1Tb。假定用戶按下分配了琴鍵號Kn的白琴鍵1Ta。關聯的琴鍵傳感器6T連續的將當前琴鍵位置轉換為模擬琴鍵位置信號AS1，并將表達當前琴鍵位置的運動數據段yxMa報告給接口24。在步驟S40中采樣出離散值，并且將該表達運動數據段yxMa的離散值轉換為表達運動數據段yxMd的二進制制數。在步驟S41中由中央處理單元20從模擬數字轉換器中取出運動數據段yxMd，并存儲在隨機存取存儲器22中。
在步驟S42中中央處理單元20標準化運動數據段yxMd以產生標準化的運動數據段yxM。標準化步驟S42對應于圖8的功能塊30。
在步驟S43中，中央處理單元20將標準化運動數據段yxM與表達剩余位置的參考數據進行比較，以檢查白琴鍵1Ta是否還留在該剩余位置。當白琴鍵1Ta留在該剩余位置時，答案是否定的“不”。盡管中央處理單元20將對象琴鍵從分配了琴鍵號Kn的白琴鍵1Ta改變為下個琴鍵K(n+1)，控制序列還是被簡化。中央處理單元重新進行由步驟S40至S43組成的循環，直到步驟S43中的答案變為肯定的為止。
當鋼琴家按下白琴鍵1Ta時，琴鍵傳感器6T開始改變運動數據段vxMa，步驟S43中的回答為肯定的“是”。然后在步驟S44中中央處理單元20確定分配給白琴鍵1Ma的琴鍵號Kn。中央處理單元20讀取取出運動數據段yxMd的時間，并將標準化的運動數據段yxM和時間數據段t存儲在分配給琴鍵號Kn的預定存儲位置。由此，標準化運動數據段yxM的值在該預定存儲位置中積累起來。
接著，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取標準化運動數據段yxM的一系列值，并在步驟S45中確定琴鍵速度。步驟S45對應于圖8中的功能塊32。中央處理單元20將表達琴鍵速度的運動數據段yvM和標準化運動數據段yxM積累在隨機存取存儲器22的預定存儲位置中。
一旦完成步驟S45中的工作，中央處理單元20就在步驟S46中從分配給琴鍵號Kn的預定存儲位置中讀取標準化運動數據段yxM、運動數據段yvM和時間數據段t，并產生初始音樂數據段rM。如上所述，音樂數據段包括表達目標琴鍵位置或琴鍵行程的運動數據段rxM、表達目標琴鍵速度的運動數據段rvM、時間數據段t和表達琴鍵號Kn的標識數據段KnM。步驟S46對應于圖8的功能塊34。由此，音樂數據產生器11通過對應于步驟S1至S7的步驟S40至S46產生初始音樂數據段rM。
初始音樂數據段rM存儲在隨機存取存儲器22中，并且音樂數據調節器13開始調節初始音樂數據段rM。
在步驟S47，中央處理單元20讀取標識數據段KnM，并確定第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2。八度音階移位步驟S47對應于圖8中的功能塊37。中央處理單元20將第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2存儲在隨機存取存儲器22中。
在八度音階移位中只有標識數據段KnM發生改變，而運動數據段rxM和rvM不改變。為此，在步驟S48中，中央處理單元20將運動數據段rxM和rvM復制到運動數據段rxS和rvS中。在步驟S49，中央處理單元20將運動數據段rxS和rvS、時間數據段t和調節后的標識數據段KnS1和KnS2聚集起來，并產生調節后的音樂數據段rS。調節后的音樂數據段rS存儲在隨機存取存儲器22中。由此音樂數據調節器13的功能類似于步驟S10和S11中的工作。
在步驟S50中，中央處理單元20從隨機存取存儲器22中讀取調節后的音樂數據段rS，并確定目標琴鍵位置rxS、目標琴鍵速度rvS和琴鍵號KnS1和KnS2。步驟S50的工作對應于圖8中的功能塊40。
在步驟S51，中央處理單元20指定白琴鍵1Ta為將要移動的琴鍵，并在步驟S52開始通過伺服控制環來控制分配了第一移位琴鍵號KnS1和第二移位琴鍵號KnS2的白琴鍵1Ta。步驟S52的工作對應于圖8中功能塊31、33、41、42、43、44和45。由于功能塊31、33、41、42、43、44和45類似于圖5A所示的功能塊，因此此后為避免重復不再贅述。運動再現器12的功能類似于步驟S15、S16和S17的工作。
伺服控制環基于調節后的音樂數據段的系列值來準確再現琴鍵運動，與初始音調相差一個八度音階的音調實際上與該初始音調同時產生。換句話說，這三個音調同時由琴弦4產生從而使演奏非常感人。
從前面的描述中可以理解，主樂器100、音樂數據調節器101和從樂器102通過單獨的一個自動演奏鋼琴實現。實現第二實施例的音樂系統達到了第一實施例的所有優點。
盡管示出和描述了本發明的特定實施例，很明顯，本領域的技術人員可以在不偏離本發明的精神和范圍的情況下作出各種修改和調整。
光學琴鍵傳感器沒有對本發明的技術范圍設置任何限制。當前琴鍵位置可以通過其他種類的位置傳感器檢測，例如電位計。此外，琴鍵運動可以通過軌跡上的琴鍵速度或琴鍵加速度來表達。為了測量琴鍵速度或琴鍵加速度，速度傳感器或加速度傳感器對白和黑琴鍵1Ma/1Mb進行監控。速度傳感器可以通過磁鐵和線圈來實現。半導體加速度傳感器對本領域的技術人員來說是公知的。
主樂器100可以由低音鋼琴或自動演奏鋼琴來實現。在自動演奏鋼琴用作主樂器100的情況下，螺線管驅動器電路和由螺線管操作的琴鍵激勵器閑置，只有琴鍵傳感器發揮作用以產生運動數據段。低音鋼琴包括小錘制動器和轉變機構。小錘制動器橫向地設置在小錘和琴弦之間的空間中，用戶通過轉變機構改變釋放位置和阻塞位置之間的小錘制動器，如箭頭AR所示。當小錘制動器留在釋放位置時，小錘在旋轉結束時與琴弦發生碰撞，并引起琴弦振動。當用戶將小錘制動器改變到阻塞位置時，小錘制動器從小錘的軌跡中移出，并使得小錘在敲擊琴弦之前回彈到該軌跡上。由此，小錘制動器在阻塞位置阻止琴弦振動。為此，在阻塞位置不能由琴弦產生聲學鋼琴的音調。
聲學鋼琴沒有對本發明的技術范圍設置任何限制。其中一個混合鋼琴或兩個混合鋼琴都可以替換成電子鍵盤。從樂器可以由任何基于風琴或大鍵琴的自動演奏樂器實現。同樣，主樂器可以由裝備了傳感器陣列的管樂器或裝備了傳感器陣列的弦樂器實現。主樂器還可以由個人計算機系統實現。
脈沖寬度調制也沒有對本發明的技術范圍設置任何限制。螺線管驅動器可以改變驅動信號的電壓電平。
這些任務可以通過對應于軟件的硬件來實現。
可以產生針對當前琴鍵位置或琴鍵行程的初始運動數據段。在這種情況下，從混合鋼琴102A或運動再現器13基于運動數據段的系列值確定目標速度。當然，可以通過速度傳感器來只確定當前琴鍵速度，從而初始運動數據段表達了琴鍵軌跡上的當前琴鍵速度。
如果用戶希望在鍵盤1T上演奏之后收聽聲學鋼琴音調，則在隨機存取存儲器22中累積調節后的音樂數據段rS，中央處理單元20在確認用戶要求之后開始處理調節后的音樂數據段。
八度音階移位沒有對本發明的技術范圍設置任何限制。在上述實施方式中，同時產生與初始音調相差一個八度音階的兩個音調。但是，可以通過八度音階移位只產生一個音調或產生多于兩個的音調。轉換表可以存儲在音樂數據調節器中以變換初始演奏。
初始音樂數據段和調節后的音樂數據段之間的琴鍵號可以不改變。換句話說，標識數據段KnM可以復制到調節后的音樂數據段中。
音樂數據調節器可以將琴鍵運動從由初始運動數據段表達變為由調節后的運動數據段表達的其它類型琴鍵運動。為了減小音量，可以成比例的減小初始運動數據段的系列值。該系列值可以縮短或擴展。
在第一實施例的調整中，音樂數據調節器101A可以集成在信號處理單元10M或10S中。
琴弦4可以從主混合鋼琴100A中除去。否則，琴弦4可以置換成緩沖墊。在主混合鋼琴100A中不會產生任何音調。
在上述實施例中，本發明只是用于琴鍵運動。踏板運動可以通過其它初始音樂數據段、表達踏板行程的踏板運動數據段、時間數據段t和表達踏板被鋼琴家踩下的標識數據段來表達。初始音樂數據段可以簡單地復制到調節后的音樂數據段中，從而踏板的運動就好像是演奏者踩在從混合鋼琴102A的踏板上一樣。
權利要求的語言與上述實施例的部件之間的關聯如下所述。
一個白和黑琴鍵1Ma/1Mb和踏板或一個黑和白琴鍵1Ta/1Tb和踏板對應于“操縱器”，一個白和黑琴鍵1Sa/1Sb或一個白和黑琴鍵1Ta/1Tb對應于“對應的操縱器”。隨機存取存儲器22和只讀存儲器一起構成“存儲器”，中央處理單元20、只讀存儲器21、隨機存取存儲器22和對應于圖6B或9B所示方法的計算機程序一起構成“信息處理器”。
白和黑琴鍵1Ma/1Mb、1Sa/1Sb或1Ta/1Tb、操作單元2、小錘3、琴弦4和制音器5一起形成“音調產生系統”。
琴鍵傳感器6M用作“多個傳感器”，信號處理單元10M或音樂數據產生器11對應于“信息處理器”。螺線管操作的琴鍵激勵器7對應于“多個激勵器”，信號處理單元10S和琴鍵傳感器6S或運動再現器12和琴鍵傳感器6T一起構成“運動控制器”。
權利要求
1.一種音樂數據調節器(101；101A；13)，用于將表達操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的連續運動的一初始音樂數據段(rM)調節為表達對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的連續運動的調節后的一音樂數據段(rS)，其特征在于，所述音樂數據調節器包括一存儲器(22)，用于存儲至少一段表示由用戶給定任務的指令數據，和一信息處理器(20/21/22)，用于通過執行一系列用于完成所述任務的工作(S9-S13；S47-S49)來部分地將所述初始音樂數據段變為所述調節后的音樂數據段。
2.根據權利要求1所述的音樂數據調節器，其中向所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)分配了音調名稱(Kn)，該音調名稱不同于分配給所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的音調名稱(Kn+12/Kn-12)，從而所述初始音樂數據段(rM)包含的一標識數據段(KnM)不同于包含在所述調節后的音樂數據段(rS)中的一標識數據段(KnS1/KnS2)。
3.根據權利要求2所述的音樂數據調節器，其中分配給所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的所述音調名稱(Kn)與分配給所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的音調名稱(Kn+12/Kn-12)相差一個八度音階。
4.根據權利要求1所述的音樂數據調節器，其中給所述操縱器分配了與分配給所述對應操縱器的相同的音調名稱，從而所述初始音樂數據段(rM)包括的運動數據段(rxM/rvM)不同于包含在所述調節后的音樂數據段(rS)中的運動數據段(rxS/rvS)，并且表達所述連續運動類似于所述操縱器的連續運動。
5.根據權利要求1所述的音樂數據調節器，其中，所述初始音樂數據段(rM)包含表達所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始標識數據段(KnM)和表達所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始運動數據段(rxM/rvM)，所述調節后的音樂數據段(rS)包含表達所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一調節后的標識數據段(KnS1/KnS2)和表達所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一調節后的運動數據段(rxS/rvS)。
6.根據權利要求5所述的音樂數據調節器，其中所述物理量是從位置、速度、加速度和力中選出的至少一種。
7.根據權利要求5所述的音樂數據調節器，其中所述物理量是從位置、速度、加速度和力中選出的兩種的一個組合。
8.一種樂器(100A；102A；110)，包括一音調產生系統(1M/2/3/4/5；1S/2/3/4/5；1T/2/3/4/5)，包括多個由演奏者有選擇地移動的操縱器(1Ma/1Mb；1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)，用以指定將要產生的音調，其特征在于，所述樂器還包括一音樂數據調節器，(101A；13)，將表達操縱器(1Ma/1Mb；1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的連續運動的一初始音樂數據段(rM)調節為表達對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的連續運動的一調節后的音樂數據段(rS)，所述音樂數據調節器包括一存儲器(22)，用于存儲至少一段表示用戶給定任務的指令數據，和一信息處理器(10T)，用于通過執行一系列完成所述任務的工作(S9-S13；S47-S49)來部分地將所述初始音樂數據段變為所述調節后的音樂數據段。
9.根據權利要求8所述的樂器，其中所述演奏者是在所述多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)上彈奏樂曲的人演奏者。
10.根據權利要求9所述的樂器，還包括多個傳感器(6M；6T)，用于將所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的連續運動轉換為表達該連續運動的一運動數據段(yxM)，連接到所述多個傳感器(6M；6T)并產生包含所述運動數據段(yxM)的所述初始音樂數據段(rM)的信息處理器(10M；10T)。
11.根據權利要求10所述的樂器，其中所述操縱器和所述多個傳感器對應于聲學鋼琴(100a；100b)的白和黑琴鍵(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)和監控所述白和黑琴鍵(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的琴鍵傳感器(6M；6T)。
12.根據權利要求11所述的樂器，其中所述白和黑琴鍵(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)與操作單元(2)、小錘(3)、琴弦(4)和制音器(5)一起形成所述音調產生系統。
13.根據權利要求10所述的樂器，其中所述初始音樂數據段(rM)包含表達從所述多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)中選出的所述操縱器的一初始標識數據段(KnM)和表達所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始運動數據段(rxM/rvM)，所述調節后的音樂數據段(rS)包含表達所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一調節后的標識數據段(KnS1/KnS2)和表達所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一調節后的運動數據段(rxS/rvS)。
14.根據權利要求8所述的樂器，其中所述演奏者是自動演奏器，包括多個激勵器(7)，相應驅動信號(u)來移動所述多個操縱器，和運動控制器(10S/6S；12/6T)，分析所述調節后的音樂數據段(rS)，以產生所述驅動信號(u)和有選擇地向所述多個激勵器(7)提供所述驅動信號(u)。
15.根據權利要求14所述的樂器，其中所述調節后的音樂數據段(rS)包含表達從所述多個操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)中選出的所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一調節后的標識數據段(KnS1/KnS2)和表達所述對應操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一調節后的運動數據段(rxS/rvS)，所述初始音樂數據段(rM)包含表達所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始標識數據段(KnM)和表達所述操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始運動數據段(rxM/rvM)。
16.一種產生音調的音樂系統，其特征在于包括一主樂器(100；100A；100b/11)，包括多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)，有選擇地移動用以指定將要產生的音調，多個傳感器(6M；6T)，監控所述多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)，并將所述多個操縱器的連續運動轉換為多段運動數據(yxM)，每段運動數據表達一系列表示關聯的所述多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)之一的連續運動的物理量值，和一與所述多個傳感器(6M；6T)連接的信息處理器(10M；10T)，并產生多段初始音樂數據(rM)，每段初始音樂數據表達所關聯的所述多個操縱器(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)之一的連續運動；一與所述主樂器(100；100A；100b/11)連接的音樂數據調節器(101；101A；13)，并包括一存儲器(22)，用于存儲至少一段表示用戶給定任務的指令數據，和一信息處理器(20/21/22/23/24/20B)，用于通過執行一系列完成所述任務的工作(S9-S13；S47-S49)來部分將所述多段初始音樂數據段(rM)變為表示用于其他或她操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的所產生的連續運動的多段調節后的音樂數據(rS)；以及一從樂器(102；102A；100b/12)，包括所述其它獨立移動的操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)，多個分別與所述其它操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)關聯的多個激勵器(7)，所述激勵器還響應驅動信號(u)來有選擇地再現所述其它操縱器(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的連續運動，和一與所述音樂數據調節器連接的運動控制器(10S/6S；12/6T)和產生所述驅動信號(u)來有選擇地向所述多個激勵器(7)提供所述驅動信號(u)。
17.根據權利要求16所述的音樂系統，其中所述主樂器(100；100A)遠離所述從樂器(102；102A)，從而至少將所述初始音樂數據段(rM)或所述調節后的音樂數據段(rS)通過通信信道發送到所述音樂數據調節器和所述從樂器中的一個。
18.根據權利要求17所述的音樂系統，其中所述初始音樂數據段(rM)包含表達所述操縱器之一(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一初始標識數據段(KnM)和表達所述操縱器之一(1Ma/1Mb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一初始運動數據段(rxM/rvM)，所述調節后的音樂數據段(rS)包含表達所述其它操縱器之一(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一調節后的標識數據段(KnS1/KnS2)和表達所述其它操縱器之一(1Sa/1Sb；1Ta/1Tb)的一系列物理量值的一調節后的運動數據段(rxS/rvS)。
19.根據權利要求16所述的音樂系統，其中一個操縱器陣列(1Ta/1Tb)用作所述多個操縱器和所述其它操縱器，并且在所述主樂器的所述信息處理器(11)、所述音樂數據調節器的信息處理器(13)和所述從樂器的信息處理器(12)之間共享一數據處理系統(10T)。
20.根據權利要求19所述的音樂系統，其中所述操縱器陣列(1Ta/1Tb)通過操作單元(2)與小錘(3)連接，并且所述小錘(3)在旋轉結束時與琴弦(4)碰撞，從而由振動的琴弦(4)產生所述音調。
全文摘要
一種音樂數據調節器(101A)從主混合鋼琴(100A)接收初始音樂數據段，并部分地將初始音樂數據段調節為從混合鋼琴(102A)的調節后的音樂數據段(rS)；每一段初始音樂數據段都包含表達關聯琴鍵(1M)的連續運動的一系列運動數據段值(rxM/rvM)、表達獲得有關的運動數據段值的時刻的一系列時間數據段值(t)和表達分配給該琴鍵的琴鍵號的標識數據段(KnM)；即使音樂數據調節器(101A)將標識數據段從該琴鍵號變為另一琴鍵號(KnS1/KnS2)，運動數據段(rxS/rvS)仍然表達了該琴鍵的連續運動，從而從混合鋼琴(102A)可以準確再現該琴鍵運動。
文檔編號G10F1/02GK1801318SQ20051002292
公開日2006年7月12日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者藤原佑二 申請人:雅馬哈株式會社