專利名稱：自動演奏樂器、其中的噪聲抑制器、方法及計算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噪聲抑制技術(shù)，并且，特別涉及一種自動演奏鍵盤樂器、一種合并在自動演奏鍵盤樂器中的噪聲抑制器、一種用于抑制噪聲的方法以及代表該方法的計算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
自動演奏鋼琴是原聲鋼琴(acoustic piano)和自動演奏系統(tǒng)的組合。當(dāng)鋼琴家在原聲鋼琴上用手指彈奏一首樂曲時，通過原聲鋼琴來生成鋼琴音調(diào)，而自動演奏系統(tǒng)閑置。以下將自動演奏鋼琴的該行為稱為“操作的原聲模式”。另一方面，當(dāng)代表一首樂曲的樂曲數(shù)據(jù)代碼被順次提供給自動演奏系統(tǒng)時，自動演奏系統(tǒng)分析該樂曲數(shù)據(jù)代碼，并順次引起鍵運動，用于順著樂曲的節(jié)(passage)生成鋼琴音調(diào)，而沒有人類演奏者的任何手指彈奏。以下將自動演奏鋼琴的該行為稱為“操作的自動演奏模式”。
在日本專利申請公開(laid-open)第Hei 7-175472號中公開了自動演奏鋼琴的典型示例。自動演奏系統(tǒng)被合并在日本專利申請公開中公開的現(xiàn)有技術(shù)自動演奏鋼琴中，并包括具有內(nèi)置的活塞傳感器和控制器的電磁控制鍵致動器。電磁控制鍵致動器在黑鍵和白鍵的下面提供，并具有連接到控制器的各個螺線管、和可從相關(guān)螺線管伸出并可縮進(jìn)相關(guān)螺線管的各個活塞。
在自動演奏模式中，用驅(qū)動脈沖信號來有選擇地給螺線管供電，使得在相關(guān)活塞周圍產(chǎn)生磁場。然后，活塞從相關(guān)螺線管伸出，并向上推動相關(guān)的黑/白鍵。這樣，活塞引起鍵運動，而沒有人類鋼琴家的任何手指彈奏。
利用內(nèi)置活塞傳感器來監(jiān)控活塞，并將實際活塞位置反饋給控制器。控制器已經(jīng)在代表音符開(note-on)事件的樂曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上，為黑/白鍵確定了基準(zhǔn)軌跡，即根據(jù)時間的一系列目標(biāo)活塞位置。
當(dāng)活塞從相關(guān)螺線管伸出時，控制器比較目標(biāo)活塞位置和實際活塞位置，以查看活塞是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上移動。當(dāng)控制器發(fā)現(xiàn)活塞在基準(zhǔn)軌跡上時，控制器保持驅(qū)動脈沖信號。然而，如果控制器發(fā)現(xiàn)活塞超前或延遲，則控制器改變驅(qū)動脈沖，以便強(qiáng)迫活塞在基準(zhǔn)軌跡上移動。基準(zhǔn)軌跡與黑/白鍵在原表演中行進(jìn)的軌跡相同。出于此原因，如果控制器將活塞保持在基準(zhǔn)軌跡上，則活塞將等于原表演的鍵速度給予相關(guān)的黑/白鍵。這導(dǎo)致弦被琴槌以等于原表演的強(qiáng)度撞擊。這導(dǎo)致與原表演相同的鋼琴音調(diào)。
在現(xiàn)有技術(shù)自動演奏鋼琴中遇到了這樣的問題即使控制器強(qiáng)迫活塞在基準(zhǔn)軌跡上移動，也通過一些原聲鋼琴以與原表演中不同的響度而產(chǎn)生鋼琴音調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的重要目的是提供一種自動演奏鍵盤樂器，其在自動演奏模式中以期望的響度產(chǎn)生音調(diào)。
另一重要目的是提供一種噪聲抑制器，其使自動演奏鍵盤樂器以所述響度產(chǎn)生音調(diào)。
本發(fā)明的再一重要目的是提供一種噪聲抑制器中采用的方法。
本發(fā)明的再一重要目的是提供一種代表該方法的計算機(jī)程序。
本發(fā)明人考慮了現(xiàn)有技術(shù)自動演奏鋼琴中的內(nèi)在問題，并注意到已完成的嚴(yán)重分散的原聲鋼琴的組成零件的尺寸。而且，本發(fā)明人注意到力從黑/白鍵到相關(guān)琴槌的傳遞中變形不同的幾個組成零件。例如，木制的鍵和氈發(fā)生變形。甚至當(dāng)在不同的點將力施加到組成零件上時，依據(jù)力所施加的點而變形不同。這些現(xiàn)象導(dǎo)致了誤差成分被引入基準(zhǔn)軌跡。
本發(fā)明人搜索數(shù)據(jù)庫尋找誤差抑制技術(shù)，并且在由Sigeo MINAMI所著并由CQ出版公司出版的“Processing on Waveform Data for ScientificMeasurement(用于科學(xué)測量的波形數(shù)據(jù)處理)”中發(fā)現(xiàn)了一種誤差抑制技術(shù)。MINAMI教授了如何從采樣數(shù)據(jù)消除噪聲成分。根據(jù)該書，當(dāng)采樣一系列測量值時，通過該序列中間處的測量值和對應(yīng)的該測量值的加權(quán)因子之間的卷積來估計噪聲成分。因為有必要在該序列中間處的噪聲的基礎(chǔ)上確定最新測量值的噪聲成分，所以中間處的噪聲成分較不方便。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提出數(shù)學(xué)化地抑制誤差。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂器，包括原聲樂器，包括多個操縱器，其分別被分配了音高(pitch)名稱，并被有選擇地移動，用于指定將被產(chǎn)生的音調(diào)的音高名稱；和多個音調(diào)生成單元，其連接到所述多個操縱器并產(chǎn)生由移動的操縱器指定的音調(diào)；以及電子系統(tǒng)，其包括多個致動器，該致動器被分別提供給所述多個操縱器，并利用驅(qū)動信號有選擇地激活，使得引起所述多個操縱器的運動；多個傳感器，其測量表示所述多個操縱器的運動的物理量并產(chǎn)生代表該物理量的測量值的檢測信號；預(yù)處理部件，其被提供樂曲數(shù)據(jù)，并在該樂曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為將被移動的操縱器確定基準(zhǔn)軌跡；以及運動控制部件，其連接到預(yù)處理部件，用于接收代表基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)；多個傳感器，用于接收檢測信號；以及多個致動器，用于給其提供驅(qū)動信號，并改變驅(qū)動信號的幅度，以便如果必要則加速和減速操縱器，從而強(qiáng)迫操縱器在基準(zhǔn)軌跡上移動，其中，運動控制部件通過計算在基準(zhǔn)軌跡上移動的每個操縱器的測量值和加權(quán)因子之間乘積的和，來確定物理量的最新估計值，并且其中，運動控制部件比較該最新估計值和前述每個操縱器的基準(zhǔn)軌跡上的對應(yīng)目標(biāo)值，以查看是否應(yīng)當(dāng)改變驅(qū)動信號的幅度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種噪聲抑制器，用于從以時間間隔提供給其的物理量的測量值中消除噪聲成分，該噪聲抑制器包括臨時數(shù)據(jù)存儲器，其具有預(yù)定數(shù)目的位置，測量值按照到達(dá)順序分別存儲在這些位置上；估計器，其通過計算存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器中的測量值和加權(quán)因子之間乘積的和來確定物理量的最新測量值的估計值，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測量值的差；以及數(shù)據(jù)存儲控制器，其從臨時數(shù)據(jù)存儲器中刪除最早的測量值，使得將新測量值作為最新測量值存儲在其中。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種用于抑制噪聲成分的方法，包括以下步驟將物理量的新測量值作為最新測量值存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器中，其中物理量的測量值作為較早的測量值存儲在該臨時數(shù)據(jù)存儲器中；通過計算存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器中的測量值和加權(quán)因子之間乘積的和來確定最新測量值的估計值，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測量值的差；以及重復(fù)先前的兩個步驟，使得連續(xù)地為新測量值確定估計值。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種表示用于抑制噪聲成分的方法的計算機(jī)程序，并且該方法包括以下步驟將物理量的新測量值作為最新測量值存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器中，其中物理量的測量值作為較早的測量值存儲在該臨時數(shù)據(jù)存儲器中；通過計算存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器中的測量值和加權(quán)因子之間乘積的和來確定最新測量值的估計值，使得至少一部分噪聲成分給出為與測量值的差；以及重復(fù)先前的兩個步驟，使得連續(xù)地為新測量值確定估計值。


根據(jù)結(jié)合附圖的下列描述，自動演奏鍵盤樂器、噪聲抑制器、方法和計算機(jī)程序的特征和優(yōu)點將理解得更加清楚，其中圖1是示出了用于樣本末尾處的速度的估計值的、就樣本來說加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖2是示出了用于樣本末尾處的行程(stroke)的估計值的、就樣本來說加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖3是示出了用于樣本末尾處的加速度的估計值的、就樣本來說加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖4是示出了用于樣本末尾處的速度的估計值的、就樣本來說加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖5是示出了用于樣本末尾處的行程的估計值的、就樣本來說加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的自動演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，圖7是示出合并在自動演奏鋼琴的電子系統(tǒng)內(nèi)的控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖，圖8是示出用于估計鍵的真實行程的方法的流程圖，圖9是示出控制器的運動控制部件中采用的算法的方框圖，圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的另一自動演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的另一自動演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，和圖12是示出所進(jìn)行的用于評價本發(fā)明的實驗的結(jié)果的圖。
數(shù)學(xué)分析在下面的描述中，假設(shè)黑/白鍵是移動對象，其測量值存在誤差。黑/白鍵形成合并在自動演奏鋼琴內(nèi)的鍵盤的一部分。移動對象不限于黑/白鍵。原聲鋼琴的琴槌可以充當(dāng)移動對象。盡管如此，對黑/白鍵是移動對象的假設(shè)進(jìn)行描述。
在自動演奏模式中，控制器將驅(qū)動信號提供給與黑/白鍵相關(guān)的鍵致動器，使得驅(qū)動黑/白鍵以環(huán)繞平衡鍵銷旋轉(zhuǎn)。為黑/白鍵提供了傳感器，以便測量黑/白鍵的行程，并且將代表離靜止位置的行程的測量值反饋給控制器?？刂破鞅容^該測量值和對應(yīng)的基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)值，以查看黑/白鍵是否正在追蹤基準(zhǔn)軌跡。如果黑/白鍵偏離了基準(zhǔn)軌跡，則控制器改變驅(qū)動信號，以便加速或減速黑/白鍵。
然而，誤差不可避免地被引入測量值。誤差被引入測量值的原因是在黑/白鍵和鍵致動器的活塞之間有空程(play)，以及在利用人類演奏者的手指的按壓和利用活塞的按壓之間，黑/白鍵的變形不同。在通過與記錄原表演的自動演奏鋼琴不同的自動演奏鋼琴來重放原表演的情況中。誤差還引起了老化磨損。這樣，將在測量值的基礎(chǔ)上估計代表黑/白鍵的實際行程的無誤差值。
樣本序列中間處的行程的估計值現(xiàn)在假設(shè)在采樣周期T從輸出信號的波形采樣行程xj的n個測量值，其中j為從-m到m，該系列測量值xj或樣本被逼近為P次多項式。在次數(shù)為2的情況中，行程“y”逼近為y＝a*t2+b*t+c，其中t為采樣時間，并且*為乘號。如果次數(shù)為1，則常數(shù)“a”為0。
常數(shù)a、b和c以平方誤差最小這樣的方式來確定。采樣時間tj時的測量值表示為xj，并且行程yj的估計值給出為yj＝a*tj2+b*tj+c。平方誤差E給出為E＝SIGMA(xj-yj)2＝SIGMA(xj-a*tj2-b*tj-c)2，并且系數(shù)a、b和c以平方誤差E最小這樣的方式來確定。詳細(xì)地講，常數(shù)a、b和c以這樣的方式來確定滿足偏微分方程E/a＝0、E/b＝0和E/c＝0。符號“SIGMA”代表 常數(shù)a、b和c有可能表示為SIGMA(wj*xj))/W式1其中，wj為加權(quán)因子而W為標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)。換句話說，將常數(shù)a、b和c表示為加權(quán)因子wj和測量值xj之間相乘的乘積的和，并估計該系列測量值中間(即j＝0)處的軌跡，其中j為分配給該序列中的測量值的編號，即j＝(-m，...，0，...，m)。測量值的數(shù)目n等于(2m+1)，并且在(-tm，...，0，...，m)內(nèi)采樣測量值xj。
常數(shù)a確定如下。
a＝(SIGMA(waj*xj))/Wa 式2其中Wa和waj表示為式3和4。
Wa＝T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15式3waj＝3j2-m2-m＝3j2-m(m+1) 式4常數(shù)b確定如下。
b＝SIGMA(wbj*xj))/Wb 式5其中Wb和wbj表示為式3和4。
Wb＝T*m(m+1)(2m+1)/3 式6wbj＝j(luò) 式7常數(shù)c確定如下。
c＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc式8其中Wc和wcj表示為式3和4。
Wc＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式9wcj＝3m2+3m-1-5j2＝-5j2+3m(m+1)-1 式10當(dāng)j為0時，用“0”替換2次多項式中的“t”，則行程的估計值等于c。這樣，在該序列的中間處，行程的估計值等于c。
隨后，對以下各項進(jìn)行描述在該系列測量值的中間(即j＝0)處加速度的估計值A(chǔ)、速度的估計值Vc；在該系列測量值的末尾(即j＝m)處速度的估計值V、在該系列測量值的中間(即j＝0)處位置的估計值Xc、以及在該系列測量值的末尾(即j＝m)處位置的估計值X。這些估計值表示為A＝2a式11Vc＝b式12Xc＝c式13V＝Vc+A*m*T＝b+2a*m*T式14X＝Xc+Vc*m*T+A/2*(m*T)2＝c+b*m*T+a(m*T)2式15這樣，在通過最小二乘逼近而確定的常數(shù)a、b和c以及該序列中間處和該序列末尾處的采樣周期T的基礎(chǔ)上，來確定估計值。
對于最新樣本的速度的估計值(2次多項式)在下面的描述中，術(shù)語“末尾”意味著最新，即j＝m。每個測量值首先被存儲在m，并從“m”經(jīng)過“0”逐漸移動(ripple)到“-m”。這樣，最新測量值總是位于“m”。在該序列中間處的估計值Vc的基礎(chǔ)上，在該序列末尾處計算速度的估計值V如下。速度的估計值Vc等于b。由式2、5和14，速度的估計值V表示為V＝b+2a*m*T
＝(SIGMA(wbj*xj))/Wb+2(SIGMA(waj*xj))/Wa*m*T由于在每次SIGMA計算中，“j”從-m改變到m，因此將上述等式修改為V＝SIGMA((wbj*xj)/Wb+2waj*xj/Wa*m*T＝SIGMA((wbj*Wa)/T2+2waj*m*Wb/T)*xj)/(WbWa/T2) 式21用式3、4、6和7替換式21中的wa、waj、wb和wbj。該替換導(dǎo)致了下面的分母和分子。
分母＝T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2＝T*m2(m+1)2(2m+1)2(2m+3)(2m-1)/45 式22分子＝SIGMA((j*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2+2(3j2-m(m+1))m*T*m(m+1)(2m+1)/3/T)*xj)＝m(m+1)(2m+1)/15*SIGMA((30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)))*xj式23這樣，估計值V表示為V＝SIGMA((30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1))*xj)/(T*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3) 式24將式24重寫為類似于式1的乘積的和，式24可表示為V＝(SIGMA(wVj*xj))/WV 式25標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV和加權(quán)因子wVj表示如下。
WV＝T*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式26wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1) 式27在圖1中，將標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV和加權(quán)因子wV記入表內(nèi)。在圖1中，m從2增大到10(參見第一行)，并且，因此，測量值或樣本的數(shù)目n從5增大到21，如第二行所示。式26給出了標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV，如表的第三行所示，并且加權(quán)因子wVj隨“j”和“m”一起改變。加權(quán)因子wVj的和總為0，如表的最后一行所示。
對于最新樣本的行程的估計值(2次多項式)通過式15來計算該序列的末尾處的位置X的估計值，并且用式2、5和8替換a、b和c。然后，將式15重寫為X＝c+b*m*T+a(m*T)2＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc+(SIGMA(wbj*xj))/Wb*m*T+(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)2式30
由于在第一項、第二項和第三項中，SIGMA的域(即從-m到m)相同，因此將式30修改為X＝SIGMA((wcj*xj))/Wc+(wbj*xj)/Wb*m*T+(waj*xj))/Wa*(m*T)2)＝SIGMA((wcj*WbWa/T3+wbj*m*wcWa/T2+waj*m2WcWb/T)*xj/(WcWbWa/T3)式31用式3、4、6、7、9和10替換式31中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc和wcj。然后，將分母和分子重寫為分母＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m*(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3＝m2(m+1)2(2m+1)3(2m+3)2(2m-1)2/135 式32分子＝SIGMA(((-5j2+3m(m+1)-1)*T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3+j*m*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2+(3j2-m(m+1))*m2*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(2m+1)/3/T)*xj)＝m2(m+1)(2m+1)2(2m+3)(2m-1)2/45*SIGMA((5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1))*xj) 式33由式32和33，給出位置的估計值X為X＝SIGMA(5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1))*xj)/((m+1)(2m+1)(2m+3)/3) 式34以類似于式1的乘積和的形式重寫式34。
以(SIGMA(wj*xj)/W的形式重寫式34。
X＝SIGMA(wXj*xj))/WX式35WX＝(m+1)(2m+1)(2m+3)/3 式36wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)式37這樣，以乘積和的形式給出了估計值X。在圖2中，將域(即，m)、加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX記入表內(nèi)。
3次逼近上述估計值是在將鍵的行程逼近為2次多項式的事實的基礎(chǔ)上確定的。當(dāng)使用3次多項式時，我們可以更精確地逼近行程。該3次多項式表示為
y＝a*t3+b*t2+c*t+d 式41通過類似于2次多項式的最小二乘逼近來確定常數(shù)a、b、c和d是可能的。對于常數(shù)a，a＝(SIGMA(waj*xj))/Wa 式42Wa＝T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35 式43waj＝j(luò)(5j2-3m2-3m+1)＝j(luò)(5j2-3m(m+1)+1) 式44對于常數(shù)b，b＝(SIGMA(wbj*xj))/Wb 式45Wb＝T2*m(m+1)(m+2)(2m+3)(2m-1)/15 式46wbj＝3j2-m2-m＝3j2-m(m+1) 式47對于常數(shù)c，c＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc 式48Wc＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式49wcj＝j(luò)(15m4+30m3-15m+5-(21m2+21m-7)j2)＝j(luò)(-7(3m(m+1)-1)j2+5(3m(m+1)(m+2)(m-1)+1)+1)) 式50對于常數(shù)d，d＝(SIGMA(wdj*xj))/Wd 式51Wd＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式52wdj＝3m2+3m-1-5j2＝-5j2+3m(m+1)-1 式53在該系列測量值的中間處，行程的估計值等于d。由式45、46和47表示的常數(shù)“b”等于由式2、3和4表示的“a”，并且由式51、52和53表示的常數(shù)“d”等于由式8、9和10表示的常數(shù)“c”。
對常數(shù)a、b、c和d與估計值J、Ac、A、Vc、V、Xc和X之間的關(guān)系進(jìn)行描述。
其中，J是由式41表示的估計值的三階導(dǎo)數(shù)，Ac是在該系列測量值的中間(即j＝0)處的加速度的估計值，A是在該系列測量值的末尾(即j＝m)處的加速度的估計值，
Vc是在該系列測量值的中間(即j＝0)處的速度的估計值，V是在該系列測量值的末尾(即j＝m)處的速度的估計值，Xc是在該系列測量值的中間(即j＝0)處的位置的估計值，以及X是在該系列測量值的末尾(即j＝m)處的位置的估計值。
所述估計值確定為J＝6a 式54Ac＝2b 式55Vc＝c 式56Xc＝d 式57A＝Ac+J*m*T＝2b+6a*m*T 式58V＝Vc+Ac*m*T+J/2*(m*t)2＝c+2b*m*T+3a(m*T)2式59X＝Xc+Vc*m*T+A/2(mT)2+J/&(mT)3＝d+c*m*T+b(m*T)2+a(m*T)3式60對于最新樣本的加速度的估計值(3次多項式)使用測量值的中間(即，j＝0)處的加速度的估計值，我們可以確定在該系列測量值的末尾處(即，j＝m)處的加速度的估計值。由式42、45和58，該序列末尾處的加速度的估計值表示為A＝2b+6a*m*T＝2(SIGMA(wbj*xj))/Wb+6(SIGMA(wa*xj))/Wa*m*T 式61a由于對第一項和第二項來說，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式61a修改為A＝SIGMA(2wbj*xj/Wb+6waj*xj/Wa*m*T＝SIGMA((2wbj*Wa/T3+6waj*m*Wb/T2)*xj)/(WbWa/T3) 式61b用式43、44、46和47替換式61中的Wa、waj、Wb和wbj。然后，將分母和分子重寫為分母＝T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T3＝T2*m2(m+1)2(m+2)(m-1)(2m+1)2(2m+3)2(2m-1)2/525 式62分子＝SIGMA((2(3j2-m(m+1))*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T3+6j(5j2(3m2+3m-1))*m
*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2)*xj)＝m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/105*SIGMA((6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))*xj) 式63該系列測量值的末尾處的加速度的估計值A(chǔ)確定如下。
A＝SIGMA(6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/(T2*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5)式64以(SIGMA(wj*xj))/W的形式將式64重寫如下。
A＝SIGMA(wAj*xj))/WA 式65其中，WA＝T2*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式66wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))式67這樣，以類似于式1的乘積和的方式表示估計值A(chǔ)。當(dāng)改變m時，我們獲得在圖3中列表的加權(quán)因子wAj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WA。
對于最新樣本的速度的估計值(3次多項式)將該系列測量值的末尾處的速度的估計值表示為式59，并且用式42、45和48修改式59如下。
V＝c+2b*m*T+3a(m*T)2＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc+2(SIGMA(wbj*xj))/Wb*m*T+3(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)2式70由于對第一項、第二項和第三項來說，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式70重寫為V＝SIGMA((wcj*xj)/Wc+2(wbj*xj)/Wb*m*T+3(waj*xj)/Wa*(m*T)2)＝SIGMA((wcj*WbWa/T5+2wbj*m*WcWa/T4+3waj*m2*WcWb/T3)*xj)/(WcWbWa/T5) 式71用式43、44、46、47、49和50替換式71中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc和Wcj。獲得了下面的分母和分子。
分母＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5
*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5＝T*m3(m+1)3(m+2)2(m-1)2(2m+1)3(2m+3)3(2m-1)3/2625 式72分子＝SIGMA((j(-7(3m2+3m-1)j2+5(3m4+6m3-3m+1))*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5+2(3j2-m(m+1))*m*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T4+3j(5j2-(3m2+3m-1))2*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3)*xj)＝m2(m+1)2(m+2)(m-1)(2m+1)2(2m+3)2(2m-1)2/525*SIGMA(7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2+(-48m4-33m3+21m2-15m+5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1))*xj)式73由式72和73，給出速度的估計值V為V＝SIGMA(7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(48m4+33m3-21m2+15m-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/(T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5) 式74以(SIGMA(wj*xj))的形式重寫式74。
V＝(SIGMA(wVj*xj))/WV 式75其中，WV＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式76wVJ＝7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(48m4+33m3-21m2+15m-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1) 式77這樣，以類似于式1的乘積和的形式修改了式74。當(dāng)改變m時，在圖4中將加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV記入表內(nèi)。
對于最新樣本的行程的估計值(3次多項式)將行程的估計值表示為式60，并且用式42、45、48和51替換式60中的a、b、c和4。然后，將式60寫為X＝d+c*m*T+b(m*T)2+a(m*T)3＝(SIGMA(wdj*xj))/Wd+(SIGMA(wcj*xj))/Wc*m*T+(SIGMA(wbj*xj))/Wb*(m*T)2+(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)3式80由于對第一、第二和第三項來說，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式80重寫為X＝SIGMA((wdj*xj))/Wd+(wcj*xj)/Wc*m*T+(wbj*xj))/Wb*(m*T)2+(waj*xj)/Wa*(m*T)3)＝SIGMA((wdj*WcWbWa/T6+wcj*m*WdWbWa/T5+wbj*m2*WdWcWa/T4+waj*m3*WdWcWb/T3)*xj)/(WdWcWbWa/T6) 式81用式43、44、46、47、49、50、52和53替換式81中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc、wcj、Wd和wdj。然后，獲得下面的分母和分子。
分母＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T6＝m3*(m+1)3(m+2)2(m-1)2(2m+1)4(2m+3)4(2m-1)4/7875 式82分子＝SIGMA(((-5j2+3m2+3m-1)*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T6+j(-7(3m2+3m-1)j2+5(3m4+6m3-3m+1))*m*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5+(3j2-m(m+1)*m2(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T4
+(5j2-(3m2+3m-1))*m3*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3)*xj)＝m3(m+1)2(m+2)(m-1)2(2m+1)3(2m+3)3(2m-1)4/7875*SIGMA((35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1))*xj)式83由式82和83，給出該系列測量值的末尾處的行程的估計值X如下。
X＝SIGMA((35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/((m+1)(m+2)(2m+1)(2m+3)) 式84以(SIGMA(wj*xj))/W)的形式重寫式84。
X＝(SIGMA(wXj*xj))/WX式85其中，WX＝(m+1)(m+2)(2m+1)(2m+3) 式86wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1) 式87這樣，以類似于式1的乘積和的形式表示了行程的估計值X。當(dāng)改變m時，我們確定如圖5所示的加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。
如將由上述數(shù)據(jù)分析所理解的，有可能在逼近二次多項式或三次多項式時，確定該系列測量值或樣本的末尾處的行程的估計值、速度的估計值以及加速度的估計值。如果已知了加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，則在該加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的基礎(chǔ)上立即確定該系列測量值的末尾處的估計值。出于此原因，在實施例中，將加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)列表在適當(dāng)?shù)拇鎯ζ髦?，這將在下文中詳細(xì)描述。
具體實施例方式
第一實施例在以下描述中，術(shù)語“前面”指示比用術(shù)語“后面”修飾的位置更接近正在演奏一首樂曲的人類演奏者的位置。通過前面的位置和對應(yīng)的后面位置的線沿“縱向”方向延伸，并且以直角與所述線相交的線沿“橫向”延伸。
參考附圖的圖6，實施本發(fā)明的自動演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1和電子系統(tǒng)100。電子系統(tǒng)100安裝在原聲鋼琴內(nèi)部，并與其協(xié)作來產(chǎn)生鋼琴音調(diào)，而沒有人類演奏者的任何手指彈奏。用戶通過電子系統(tǒng)100記錄原聲鋼琴1上的表演，并且還通過電子系統(tǒng)100來再現(xiàn)該表演或另一表演。這樣，在自動演奏鋼琴中有選擇地設(shè)立至少記錄模式和重放模式。
原聲鋼琴在此實例中，將標(biāo)準(zhǔn)大鋼琴用作原聲鋼琴1。當(dāng)然，對于自動演奏鋼琴來說，直立式鋼琴也是可用的。原聲鋼琴1包括鍵盤1a、動作單元1b、琴槌2、弦4和制音器6。盡管原聲鋼琴1還包括踏板系統(tǒng)，但該踏板系統(tǒng)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是眾所周知的，而不在此進(jìn)行描述。
人類演奏者通過在鍵盤上1a上用手指彈奏來指定將被產(chǎn)生的原聲鋼琴音調(diào)，并通過鍵盤1a有選擇地引起動作單元1b的運動。動作單元1b使相關(guān)的制音器6與相關(guān)的弦4隔開，使得相關(guān)的弦4準(zhǔn)備振動。動作單元1b還使得相關(guān)的琴槌脫離弦4。然后，驅(qū)動琴槌2以朝著弦4旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使得琴槌2與相關(guān)的弦4碰撞時，琴槌2引起相關(guān)的弦4的振動，并且從振動的弦4生成原聲音調(diào)。
鍵盤1a安裝在鍵座上。多個黑鍵70和多個白鍵70合并在鍵盤1a中，并以眾所周知的模式放置。黑/白鍵70通過平衡銷80耦接到平衡軌道71上，并可圍繞平衡軌道71旋轉(zhuǎn)。當(dāng)黑/白70不受任何力時，黑/白鍵70的前部停留在由實線指示的靜止位置上。當(dāng)力被施加到該前部時，該前部開始從靜止位置向由點劃線指示的最終位置下降。黑/白鍵70分別與動作單元1b相關(guān)，動作單元1b反過來分別與琴槌2相關(guān)。琴槌2分別與弦4相關(guān)，并且弦4分別與制音器6相關(guān)。
黑/白鍵70分別與其最后端處的制音器6相連接，并且還分別與其后部的動作單元1b相連接。當(dāng)黑/白鍵70靜止時，保持制音器6與相關(guān)的弦4相接觸，并防止弦4無意地振動。黑/白鍵70沿著通往最終位置的路線向上推動制音器6，使得在弦4與琴槌2碰撞之前，將制音器6與該相關(guān)的弦4隔開。
盡管動作單元1b比原聲鋼琴1的其它組成零件更加復(fù)雜，但動作單元1b的結(jié)構(gòu)和運動對技術(shù)人員來說是眾所周知的，使得為了簡單起見，在下文中不合并進(jìn)一步的描述。
下面假設(shè)鋼琴家按壓黑/白鍵70之一，黑/白鍵70的前部開始向最終位置下降。所按壓的黑/白鍵70將制音器6在通往最終位置的路線上與相關(guān)的弦4隔開，使得弦4準(zhǔn)備振動。所按壓的黑/白鍵70還引起相關(guān)的動作單元1b的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)所按壓的黑/白鍵70強(qiáng)迫相關(guān)的動作單元1b旋轉(zhuǎn)時，動作單元1b也強(qiáng)迫相關(guān)的制音器2旋轉(zhuǎn)，使得琴槌2緩慢地向相關(guān)的弦4前進(jìn)。
當(dāng)動作單元1b離開相關(guān)的琴槌2時，琴槌2被驅(qū)動以旋轉(zhuǎn)，并沖向弦4。弦4開始與弦4碰撞，并引起振動以產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。
琴槌2在弦4上回彈，并落到動作單元1b上。當(dāng)鋼琴家釋放所按壓的黑/白鍵70時，黑/白鍵70與動作單元1b一起回到靜止位置，并允許制音器6再次與弦4接觸。然后，振動被制音器6吸收，并且使原聲鋼琴音調(diào)衰減。如將被理解的，原聲鋼琴1表現(xiàn)為與標(biāo)準(zhǔn)大鋼琴類似。
電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)100包括控制器102、電磁控制鍵致動器104的陣列、鍵傳感器106的陣列以及琴槌傳感器108的陣列?？刂破?02具有數(shù)據(jù)處理能力，并在至少記錄模式和重放模式中有選擇地運行計算機(jī)程序?？刂破?02具有信號輸入端口，鍵傳感器106和琴槌傳感器108連接到該端口?？刂破?02還具有信號輸入和輸出端口，其連接到電磁控制鍵致動器104。盡管未在圖6中示出，但是控制器102連接到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲器，例如軟盤，并且音樂數(shù)據(jù)代碼輸出到該數(shù)據(jù)存儲器以及從該數(shù)據(jù)存儲器輸入。
電磁控制鍵致動器104具有各自的螺線管25和各自的活塞15，并且活塞15從相關(guān)的螺線管25伸出、并收縮進(jìn)該螺線管25。在黑/白鍵70的后部下方的鍵座1c中形成狹縫1d，并且將螺線管25以這樣的方式固定到鍵座1c上活塞15在鍵座1c的上表面上方伸出。內(nèi)置的活塞傳感器10分別合并在電磁控制鍵致動器104內(nèi)，并監(jiān)控相關(guān)的活塞15，用于產(chǎn)生代表當(dāng)前活塞位置的活塞位置信號。
當(dāng)從控制器102將驅(qū)動信號提供給電磁控制鍵致動器104時，螺線管25被供以能量，并在活塞15周圍產(chǎn)生磁場。然后，活塞15開始向上移動，并推動相關(guān)的黑/白鍵70的后端部。內(nèi)置的活塞傳感器10依據(jù)相關(guān)活塞15的當(dāng)前活塞位置來改變活塞位置信號，并且活塞位置信號被反饋給控制器102。控制器102比較當(dāng)前活塞位置和基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)位置，以查看活塞15是否在基準(zhǔn)軌跡上移動。如果給出肯定的答案，則控制器102保持驅(qū)動信號不變。另一方面，當(dāng)控制器102發(fā)現(xiàn)活塞15超前或延遲時，控制器102通過驅(qū)動信號加速或減速活塞15。這樣，具有內(nèi)置的活塞傳感器10的電磁控制鍵致動器104和控制器102聯(lián)合形成反饋環(huán)，以便準(zhǔn)確地控制相關(guān)的黑/白鍵70的鍵運動。
在黑/白鍵70下面提供鍵傳感器106的陣列。鍵傳感器106的每一個被分解為光耦合器27和光調(diào)制器75。光調(diào)制器75固定到相關(guān)的黑/白鍵70的下表面上，而光耦合器27在鍵座1c上是固定的。當(dāng)黑/白鍵70在靜止位置和最終位置之前移動時，光調(diào)制器75改變由光耦合器27測量的光量，并且將當(dāng)前的鍵位置轉(zhuǎn)換成鍵位置信號。鍵位置信號被提供給控制器102，并且在一系列當(dāng)前的鍵位置的基礎(chǔ)上分析鍵的運動?？刂破?02通過該分析來確定擊鍵(key-on)時刻、釋鍵(key-off)時刻、擊鍵速度和釋鍵速度。
在琴槌2上提供琴槌傳感器108的陣列。琴槌傳感器108的每一個也被分解為光耦合器22和光調(diào)制器26。光調(diào)制器26固定到相關(guān)的琴槌上，并且支架1f保持光耦合器22靜止在相關(guān)的琴槌2上方。當(dāng)琴槌2朝著相關(guān)的弦4旋轉(zhuǎn)時，光調(diào)制器26越過光耦合器22的光束，并且光耦合器22依據(jù)當(dāng)前的琴槌位置來改變琴槌位置信號。琴槌位置信號被提供給控制器102，并且控制器102確定弦4被琴槌2撞擊的速度和時刻。
轉(zhuǎn)向附圖的圖7，控制器102包括縮寫為“CPU”的中央處理單元50、縮寫為“FLASH ROM”的快閃只讀存儲器52、縮寫為“RAM”的隨機(jī)存取存儲器54、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35、脈沖寬度調(diào)制器30、輸入和輸出端口37以及共享總線系統(tǒng)60。組成零件50、52、54、35、30和37連接到共享總線系統(tǒng)60。共享總線系統(tǒng)60被組成零件50/52/54/35/30/37有選擇地占用，并且，通過共享總線系統(tǒng)60而在兩個組成零件之間有選擇地傳送地址代碼、數(shù)據(jù)代碼和指令代碼。
計算機(jī)程序、圖1至5中示出的表以及其它參數(shù)存儲在快閃只讀存儲器52中，并且隨機(jī)存取存儲器54充當(dāng)中央處理單元50的工作存儲器。中央處理單元50從快閃只讀存儲器52順次取出形成計算機(jī)程序的指令代碼，并完成有選擇地分配給預(yù)處理部件110、運動控制部件120、記錄部件130和后處理部件150(參見圖6)的任務(wù)。該任務(wù)將在下文中詳細(xì)描述。
軟盤驅(qū)動器單元40還連接到共享總線系統(tǒng)60，并且通過軟盤驅(qū)動器單元40將樂曲數(shù)據(jù)代碼存儲到軟盤中、以及從軟盤中讀出。
內(nèi)置的活塞傳感器10連接到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35，并且當(dāng)前的活塞位置被轉(zhuǎn)換成數(shù)字活塞位置信號。中央處理單元50從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35取出數(shù)字活塞位置信號，并將當(dāng)前活塞位置(其等同于相關(guān)的黑/白鍵70的當(dāng)前位置)與基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)活塞位置相比較，以查看黑/白鍵70是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
脈沖寬度調(diào)制器30連接到螺線管25。脈沖寬度調(diào)制器30響應(yīng)于從中央處理單元提供的控制數(shù)據(jù)代碼，以便改變驅(qū)動信號的占空比。當(dāng)中央處理單元50注意到活塞10(即黑/白鍵70)超前或延遲時，中央處理單元50將代表增大或減小占空比的控制數(shù)據(jù)代碼提供給脈沖寬度調(diào)制器30，脈沖寬度調(diào)制器30改變驅(qū)動信號的占空比。驅(qū)動信號被提供給螺線管25。由于磁場強(qiáng)度與提供給螺線管25的平均電流成比例，因此施加到活塞15上的磁力依據(jù)占空比而變化。這導(dǎo)致活塞15的加速或減速。
輸入和輸出端口37連接到琴槌傳感器20和鍵傳感器27，并且在那里將鍵位置信號和琴槌位置信號整形。中央處理單元50周期性地從輸入和輸出端口37讀出當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置，并且當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置被臨時存儲在隨機(jī)存取存儲器54中用于分析。
螺線管25的數(shù)目、琴槌傳感器108的數(shù)目、內(nèi)置的活塞傳感器10的數(shù)目、鍵傳感器106的數(shù)目以及合并在輸入和輸出端口37內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)目等于黑/白鍵70的數(shù)目。
轉(zhuǎn)回到圖6，當(dāng)在重放模式中，中央處理單元50運行計算機(jī)程序時，控制器102完成分配給預(yù)處理部件110的任務(wù)和分配給運動控制部件120的任務(wù)。將樂曲數(shù)據(jù)代碼通過軟盤驅(qū)動器40從軟盤提供給控制器102。該樂曲數(shù)據(jù)代碼可以通過通信網(wǎng)從數(shù)據(jù)源提供給控制器102。
詳細(xì)地講，假設(shè)代表音符開事件(即原聲鋼琴音調(diào)的生成)的樂曲數(shù)據(jù)代碼到達(dá)了控制器102。該樂曲數(shù)據(jù)代碼被傳送到預(yù)處理部件110，并且預(yù)處理部件110分析該樂曲數(shù)據(jù)代碼，以便確定將被移動的黑/白鍵的每一個的基準(zhǔn)軌跡。在日本專利申請公開第Hei 7-175472號中公開了用于確定基準(zhǔn)軌跡的方法。將代表基準(zhǔn)軌跡的數(shù)據(jù)代碼從預(yù)處理部件110提供給運動控制部件120。基準(zhǔn)軌跡表示為根據(jù)時間的一系列鍵的行程的目標(biāo)值。在行程的目標(biāo)值處也計算了鍵速度的目標(biāo)值。預(yù)處理部件110將基準(zhǔn)軌跡以控制數(shù)據(jù)的形式通知給運動控制部件120。
運動控制部件120在目標(biāo)行程的基礎(chǔ)上確定驅(qū)動信號的占空比，并將驅(qū)動信號調(diào)整到該占空比的值。將驅(qū)動信號從運動控制部件120提供給將被移動的黑/白鍵70下面的電磁控制鍵致動器104。電流流經(jīng)螺線管25，并且磁力被施加到活塞15上。活塞15開始從螺線管25伸出，并且活塞傳感器10將代表當(dāng)前活塞位置的活塞位置信號提供給運動控制部件120。
如以上所述，噪聲不可避免地引入當(dāng)前活塞位置，并且，因此，活塞位置信號包含對應(yīng)的噪聲成分。如果運動控制部件120將當(dāng)前活塞位置理解為當(dāng)前的鍵位置或者鍵的實際行程，則噪聲將對伺服控制具有嚴(yán)重影響。為了從實際行程中消除噪聲，運動控制部件120計算行程的估計值和速度的估計值，并在估計值和目標(biāo)值之間的差的基礎(chǔ)上改變驅(qū)動信號的占空比。因此，黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。噪聲的限制將在下文中詳細(xì)描述。
當(dāng)活塞位置信號到達(dá)運動控制部件120時，運動控制部件120確定行程的估計值和速度的估計值，并將估計值與對應(yīng)的目標(biāo)值相比較，以查看黑/白鍵70是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。如果差值是可忽略的，則運動控制部件120將驅(qū)動信號保持在所計算的占空比上。然而，當(dāng)運動控制部件120注意到該差值嚴(yán)重時，運動控制部件120改變占空比，并加速或減速活塞15?；钊?5向上推動黑/白鍵70的后部，使得將制音器6與相關(guān)的弦4隔開。黑/白鍵70使得相關(guān)的動作單元1b脫離琴槌2，使得驅(qū)動琴槌2朝著弦4旋轉(zhuǎn)。弦4已經(jīng)準(zhǔn)備好振動。當(dāng)琴槌開始與弦4碰撞時，弦4開始振動，并且從振動的弦4發(fā)出原聲鋼琴音調(diào)。
原聲鋼琴音調(diào)的響度與琴槌的最終速度成比例。如以上所述，黑/白鍵70被強(qiáng)迫在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)，以將等于原表演中的最終速度的最終速度傳遞給琴槌2。這導(dǎo)致所述響度等于原表演中的響度。預(yù)處理部件110和運動控制部件120順次引起與原表演中相同的鍵運動，使得在重放模式中準(zhǔn)確地再現(xiàn)原表演。
另一方面，當(dāng)在記錄模式中，中央處理單元50運行計算機(jī)程序時，控制器120完成記錄部件130的任務(wù)和后處理部件150的任務(wù)。
琴槌傳感器108和鍵傳感器106分別監(jiān)控琴槌運動和鍵運動，并將琴槌位置信號和鍵位置信號提供給記錄部件130。中央處理單元50周期性地在輸入和輸出端口37取出琴槌位置信號和鍵位置信號，并且將當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置存儲在隨機(jī)存取存儲器54中。中央處理單元50在隨機(jī)存取存儲器54中存儲的當(dāng)前鍵位置的基礎(chǔ)上，確定所按壓的鍵70、擊鍵時刻、擊鍵速度、被釋放的鍵70、釋鍵速度和釋鍵時刻。類似地，中央處理單元50在隨機(jī)存取存儲器54中存儲的當(dāng)前活塞位置的基礎(chǔ)上，確定弦4被琴槌2撞擊的最終琴槌速度和時刻。記錄部件130收集樂曲數(shù)據(jù)信息，即分配給所按壓的鍵70的鍵代碼、擊鍵時刻、擊鍵速度、分配給被釋放的鍵70的鍵代碼、釋鍵時刻、釋鍵速度、弦4被撞擊的最終琴槌速度和時刻，并將分配給所按壓的鍵70的鍵代碼、擊鍵時刻、弦4被撞擊的時刻、擊鍵速度、最終琴槌速度和分配給被釋放的鍵70的鍵代碼、釋鍵時刻和釋鍵速度編碼成代表音符開(note-on)事件的樂曲數(shù)據(jù)代碼和代表音符關(guān)(note-off)事件的樂曲數(shù)據(jù)代碼。這樣，記錄部件130產(chǎn)生代表原表演的樂曲數(shù)據(jù)代碼。
樂曲數(shù)據(jù)代碼還被后處理部件150審查。后處理部件150完善該組樂曲數(shù)據(jù)代碼。例如，假設(shè)鋼琴家重復(fù)按壓黑/白鍵70，而不允許黑/白鍵返回最終位置。即使復(fù)雜的鍵運動導(dǎo)致了重復(fù)了一定次數(shù)的原聲鋼琴音調(diào)，記錄部件仍然可能遺漏音符開事件。為了找到遺漏的音符開事件，后處理部件150分析代表復(fù)雜的鍵運動的該系列鍵位置，并將代表遺漏的音符開事件的樂曲數(shù)據(jù)代碼補充進(jìn)該組樂曲數(shù)據(jù)代碼中。當(dāng)后處理部件150完成數(shù)據(jù)處理時，該組樂曲數(shù)據(jù)代碼被傳送到軟盤驅(qū)動器40，并寫入軟盤。否則，樂曲數(shù)據(jù)代碼通過通信網(wǎng)實時地傳送到另一樂器。
伺服控制圖8示出了用于在當(dāng)前活塞位置(即黑/白鍵70的行程)的測量值的基礎(chǔ)上，確定行程的估計值和速度的估計值的方法。所述估計是將由運動控制部件120完成的任務(wù)之一，并且通過執(zhí)行計算機(jī)程序來實現(xiàn)該方法。
假設(shè)給控制器102供電。如步驟SP2所示，中央處理單元50開始運行計算機(jī)程序，并將寄存器y0-y6初始化或重置成0，所述寄存器被分配了黑/白鍵70的實際行程的測量值。在隨機(jī)存取存儲器54中準(zhǔn)備了寄存器y0-y6。
當(dāng)完成初始化時，中央處理單元50進(jìn)入由步驟SP4至SP16組成的循環(huán)，并重復(fù)該循環(huán)，直到從中央處理單元50除去電力供應(yīng)。如步驟SP4所示，中央處理單元50閑置采樣時間周期T。
當(dāng)采樣時間周期T終止時，A/D轉(zhuǎn)換器35完成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且中央處理單元50從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器35取出最新測量值，如圖SP6所示。中央處理單元50將最新測量值臨時存儲在內(nèi)部寄存器中，并將該最新測量值標(biāo)準(zhǔn)化，使得從最新測量值消除內(nèi)置的活塞傳感器10的個體特征，如步驟SP8所示。
隨后，將已經(jīng)存儲在寄存器y0-y5中的測量值移動到寄存器y1-y6，如步驟SP10所示。這意味著寄存器y0準(zhǔn)備存儲新的測量值。然后，中央處理單元50將在步驟SP8標(biāo)準(zhǔn)化后的最新測量值存儲在寄存器y0中，如步驟SP12所示。這樣，最新的7個測量值已存儲在寄存器y0-y6中。
隨后，中央處理單元50訪問圖1中作為示例示出的表，并從該表讀出加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV。如上所述，已經(jīng)為最新測量值準(zhǔn)備了7個寄存器y0-y6。測量值的數(shù)目是7，即m＝3，n＝7。則標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV為28，并且對于7個最新測量值的加權(quán)因子wXj為[5，-3，-6，-4，3，15，32]。中央處理單元50將所述7個最新測量值分別乘以加權(quán)因子[5，-3，-6，-4，3，15，32]，并累加乘積。最后，中央處理單元50將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV(即28)。將鍵速度的估計值V給出為商。這樣，中央處理單元50確定了鍵速度的估計值V，如步驟SP14所示。
隨后，中央處理單元訪問圖2中作為示例示出的表，并讀出加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。由于m＝3以及n＝7，標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX為42，并且加權(quán)因子wXj為[5，-3，-6，-4，3，15，32]。中央處理單元50將分別存儲在寄存器y6、y5、y4、y3、y2、y1、y0中的測量值乘以加權(quán)因子[5，-3，-6，-4，3，15，32]，并確定乘積的和。中央處理單元50將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX，并且將鍵行程的估計值X給出為商。這樣，中央處理單元50確定鍵行程的估計值X，如步驟SP16所示。
中央處理單元50將估計值V和X與目標(biāo)值相比較，以查看黑/白鍵70是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。如果中央處理單元50注意到黑/白鍵70偏離了基準(zhǔn)軌跡，則中央處理單元50改變占空比，使得加速或減速黑/白鍵70。當(dāng)中央處理單元50確認(rèn)黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)時，中央處理單元50將驅(qū)動信號保持在先前的占空比上。這樣，中央處理單元50通過伺服控制來強(qiáng)迫黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
當(dāng)完成驅(qū)動信號的調(diào)節(jié)時，中央處理單元50返回步驟SP4。最新測量值xj從寄存器y3移位到寄存器y2，而測量值x2從寄存器y2移位到y(tǒng)1。寄存器y3中的測量值被拋棄。這樣，逐漸移動測量值，并且將最新測量值新存儲在寄存器y3中。這樣，中央處理單元50以等于采樣時間周期T的間隔重復(fù)由SP4至SP16組成的用于伺服控制的循環(huán)。
圖9示出了運動控制部件120中采用的算法。內(nèi)置的活塞傳感器10分別監(jiān)控活塞15，并通過內(nèi)置的活塞傳感器10的函數(shù)125來確定當(dāng)前活塞位置或活塞行程。代表當(dāng)前活塞位置或活塞行程的活塞位置信號被提供給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35。在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35中采樣該活塞位置信號，并通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35將離散值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值。這樣，通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換獲得了活塞行程的測量值。
由于活塞15與黑/白鍵70一起移動，因此假設(shè)活塞行程等于鍵行程。出于此原因，將最新測量值作為j＝3處的實際行程的測量值儲存在寄存器y0中。由于活塞15不在t＝0時開始伸出，因此在j＝3處將零儲存在寄存器中。
從存儲在快閃只讀存儲器52中的表讀出加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。將j＝-3、-2、-1、0、1、2、3處的測量值乘以諸如wXj＝5、-3、-6、-4、3、15、32的加權(quán)因子，并且將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX，如式35所表示的，即X＝SIGMA(wXj*xj))/WX。估計值X對應(yīng)于最新測量值或者該系列測量值的末尾。在上述實施例中，估計值X占據(jù)j＝3處的位置。這樣，通過運動控制部件120的函數(shù)140來估計黑/白鍵70的行程。
類似地，從也存儲在快閃只讀存儲器52中的表讀出加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV。將j＝-3、-2、-1、0、1、2、3處的測量值分別乘以諸如wVj＝7、-2、-7、-8、-5、2、13的加權(quán)因子，并且將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV，如式25所表示的，即V＝SIGMA(wVj*xj))/WV。估計值X對應(yīng)于最新測量值或者該系列測量值的末尾。在上述實施例中，估計值V占據(jù)j＝3處的位置。這樣，通過運動控制部件120的函數(shù)145來估計鍵速度。
如將從前面的描述理解的，即使鍵行程的測量值包含誤差，控制器102仍通過測量值和加權(quán)因子之間乘積的和來估計實際的鍵行程，并以這樣的方式控制驅(qū)動信號，以強(qiáng)迫黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。被這樣強(qiáng)迫在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)的黑/白鍵70使得相關(guān)的琴槌以近似等于原表演中的最終琴槌速度的琴槌速度與弦碰撞。這造成了響度等于原表演中產(chǎn)生的那些音調(diào)的原聲鋼琴音調(diào)。這樣，根據(jù)本發(fā)明的自動演奏鋼琴準(zhǔn)確地再現(xiàn)了原聲鋼琴音調(diào)。
控制器120通過簡單的算術(shù)，即將測量值和加權(quán)因子之間的乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，來直接估計實際行程的最新估計值和實際鍵速度的最新估計值。在僅給出該系列測量值中間處的估計值的情況中，控制器需要通過將中間估計值乘以(微分*m*采樣周期)來進(jìn)一步計算最新估計值或該序列末尾處的估計值。這樣，根據(jù)本發(fā)明的方法是簡單的，并且在反饋控制中順利地使用估計值。
第二實施例轉(zhuǎn)向附圖的圖10，實施本發(fā)明的另一自動演奏鋼琴也主要包括原聲鋼琴1A和電子系統(tǒng)100A。原聲鋼琴1A與原聲鋼琴1結(jié)構(gòu)類似，使得為了簡單起見，從下面的描述中忽略對原聲鋼琴1A的描述。
除了電磁控制鍵致動器104A以外，電子系統(tǒng)100A類似于電子系統(tǒng)100。電磁控制鍵致動器104A與電磁控制鍵致動器104的不同之處在于未在其中合并任何活塞傳感器。為了在重放模式中確定實際的鍵行程，鍵傳感器106連接到記錄和運動控制部件130/120。當(dāng)自動演奏鋼琴在記錄模式中工作時，將鍵位置信號從鍵傳感器106提供給記錄部件130，并由記錄部件130處理這些數(shù)據(jù)信息。另一方面，當(dāng)自動演奏鋼琴再現(xiàn)表演時，將鍵位置信號從鍵傳感器106提供給運動控制部件120，并且，運動控制部件120周期性地從鍵位置信號采樣致動器鍵行程的測量值。
運動控制部件120中采用的方法類似于第一實施例的運動控制部件120中采用的方法，并且以下不合并進(jìn)一步的描述以避免重復(fù)。
實施第二實施例的自動演奏鋼琴實現(xiàn)了第一實施例的所有優(yōu)點。而且，因為標(biāo)準(zhǔn)電磁控制鍵致動器104A是經(jīng)濟(jì)的，所以第二實施例的自動演奏鋼琴比第一實施例的更好。
第三實施例轉(zhuǎn)向附圖的圖11，實施本發(fā)明的再一自動演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1B和電子系統(tǒng)100B。原聲鋼琴1B與原聲鋼琴1結(jié)構(gòu)類似，使得為了簡單起見，不在下文中詳述原聲鋼琴1B。
除了電磁控制鍵致動器104B以外，電子系統(tǒng)100B類似于電子系統(tǒng)100。電磁控制鍵致動器104B與電磁控制鍵致動器104A相同，并且未在其中合并任何活塞傳感器。相反，在黑/白鍵70后部的下面提供了反射型鍵傳感器10B。反射型鍵傳感器10B產(chǎn)生代表實際鍵行程的鍵位置信號，并將該鍵位置信號提供給運動控制器120。運動控制器120周期性地采樣離散值，并且，與第一實施例的那些類似來處理測量值。
實施第三示例實施例的自動演奏鋼琴實現(xiàn)了第一實施例的所有優(yōu)點。
評價本發(fā)明人評價了本發(fā)明的逼近。圖12示出了在評價中進(jìn)行的經(jīng)歷的結(jié)果。坐標(biāo)軸指示鍵行程，黑/白鍵在其上行進(jìn)，并且橫坐標(biāo)指示采樣周期的數(shù)目。本發(fā)明人繪制了鍵行程的測量值PL10。本發(fā)明人將每23個測量值逼近到根據(jù)本發(fā)明的二次多項式，并確定了如上文中詳細(xì)描述的估計值。圖PL11代表通過本發(fā)明的逼近獲得的估計值。
本發(fā)明人還通過使用在“Processing on Waveform Data for ScientificMeasurement(用于科學(xué)測量的波形數(shù)據(jù)處理)”中公開的現(xiàn)有技術(shù)誤差抑制技術(shù)，確定了估計值。每個估計值基于7個測量值。圖PL12代表通過現(xiàn)有技術(shù)獲得的估計值。
比較圖12和圖11，可以理解的是，估計值PL11比估計值PL12更接近圖PL10。實際上，現(xiàn)有技術(shù)估計值從對應(yīng)的測量值延遲了至少3個采樣周期。另一方面，盡管通過本發(fā)明的逼近處理的測量值顯著大于通過現(xiàn)有技術(shù)處理的那些，但本發(fā)明的估計值的時間延遲是可以忽略的。這樣，迅速增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的逼近技術(shù)。換句話說，本發(fā)明的逼近技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)更有價值。
記錄模式中的用法當(dāng)用戶在自動演奏鋼琴上表演一首樂曲時，后處理部件150可以通過本發(fā)明的逼近來確定估計值，并將估計值傳送到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲器以記錄該表演。如上文中所述，估計值接近目標(biāo)值，使得在從估計值產(chǎn)生的樂曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地再現(xiàn)原表演。
盡管示出和描述了本發(fā)明的具體實施例，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，可以進(jìn)行各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
自動演奏鋼琴還可以包括靜音系統(tǒng)。琴槌制動器和電子音調(diào)生成系統(tǒng)合并在靜音系統(tǒng)內(nèi)。琴槌制動器在自由位置和阻塞位置之間變化。當(dāng)用戶正在自由位置處演奏一首樂曲時，琴槌制動器保持自身在琴槌的軌跡之外，并準(zhǔn)許弦被琴槌撞擊。另一方面，當(dāng)用戶將琴槌制動器改變到阻塞位置時，琴槌制動器被移動到琴槌的軌跡上。當(dāng)用戶用手指彈奏一首樂曲時，琴槌以類似的方式脫離相關(guān)的動作單元。然而，琴槌在到達(dá)弦之前在琴槌制動器上回彈。這樣，從弦不產(chǎn)生任何原聲鋼琴音調(diào)。而是，通過電子音調(diào)生成系統(tǒng)產(chǎn)生電子鋼琴音調(diào)。用戶可以通過耳機(jī)聽到該電子鋼琴音調(diào)。
運動控制部件可以處理代表合并在自動演奏鋼琴內(nèi)的踏板的當(dāng)前踏板位置的踏板位置信號。
運動控制部件還可以處理代表當(dāng)前琴槌位置的琴槌位置信號。如結(jié)合評價所描述的，自動演奏系統(tǒng)的迅速增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的逼近技術(shù)。這意味著逼近技術(shù)使得有可能迅速地再現(xiàn)諸如琴槌的任意種類的組成零件的運動。
鍵盤樂器(其示例為自動演奏鋼琴)不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。本發(fā)明適用于另一種電子樂器、工業(yè)機(jī)械和機(jī)器人。
可以用氣動致動器或液壓致動器來代替電磁控制鍵致動器。在這些系統(tǒng)中，運動控制部件將空氣或受壓的液體提供給氣動致動器或液壓致動器。
充當(dāng)位置傳感器的活塞傳感器10、鍵傳感器106和鍵傳感器10B不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。鍵傳感器可以測量鍵速度或加速度。在此實例中，通過積分來計算行程。
將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化因子不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫y量值與標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)之間除法的商乘以加權(quán)因子，并累加該乘積以計算估計值。另外，可以將加權(quán)因子除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，并在快閃存儲器中將商記入表中。在此實例中，估計值直接給出為乘積的和。
標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。實際行程的估計值和鍵速度的估計值可以給出為測量值和加權(quán)因子之間乘積的和。盡管該乘積的和是多個估計值，但是有可能通過使用該乘積的和來控制黑/白鍵70。
將2次多項式和3次多項式給出為多項式的示例。對于該系列測量值，在多項式逼近中可以使用超過2次的多項式。
表示根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機(jī)程序可以從另一種數(shù)據(jù)存儲器提供。在由個人計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)控制器102的情況中，將該計算機(jī)程序準(zhǔn)備為應(yīng)用程序。
表示根據(jù)本發(fā)明的方法的計算機(jī)程序可以通過軟盤或高密度磁盤分發(fā)。另外，可以通過通信網(wǎng)下載該計算機(jī)程序。
在隨機(jī)存取存儲器中定義的寄存器y0-y6不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫⒁莆患拇嫫骰颦h(huán)形緩沖器合并在電子系統(tǒng)內(nèi)，使得可重寫地存儲測量值。
可以依據(jù)系統(tǒng)的運動而將寄存器y0-y6初始化到某個值。
可以為了估計值而審查偶數(shù)數(shù)目的測量值。采樣間隔可以是無規(guī)律的。即使這樣，也有可能通過使用合適的加權(quán)因子和合適的標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)來確定估計值。
運動控制部件120不如步驟SP8所示的將最新估計值標(biāo)準(zhǔn)化。對于從彼此不同的樂器提供的最新估計值需要標(biāo)準(zhǔn)化。如果期望運動控制部件120處理僅從一個樂器提供的測量值，則運動控制部件120可以跳過步驟SP8。然而，需要校準(zhǔn)。
加權(quán)因子可以確定如下。
(1)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個測量值逼近為2次多項式的情況中，對于第j個測量值的加權(quán)因子給出為與{5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(2)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個測量值逼近為對測量值的微分的2次多項式的情況中，對于第j個測量值的加權(quán)因子給出為與{30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(3)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個測量值逼近為3次多項式的情況中，對于第j個測量值的加權(quán)因子給出為與{35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(4)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個測量值逼近為對測量值的微分的3次多項式的情況中，對于第j個測量值的加權(quán)因子給出為與{7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(5)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個測量值逼近為對測量值的2階微分的3次多項式的情況中，對于第j個測量值的加權(quán)因子給出為與{6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
自動演奏鋼琴的組成零件與如下的權(quán)利要求語言相關(guān)。黑/白鍵70充當(dāng)“多個操縱器”，并且動作單元1b、琴槌2和弦4作為整體來組成“多個音調(diào)生成單元”。電磁控制鍵致動器104對應(yīng)于“多個致動器”，并且活塞傳感器10、鍵傳感器106或反射型鍵傳感器10B充當(dāng)“多個傳感器”。鍵行程或當(dāng)前鍵位置和鍵速度對應(yīng)于“物理量”。樂曲數(shù)據(jù)代碼代表“各段樂曲數(shù)據(jù)”。
運動控制部件120充當(dāng)“噪聲抑制器”。寄存器y0-y6對應(yīng)于“臨時數(shù)據(jù)存儲器”。運動控制部件120在步驟SP14和SP16充當(dāng)“估計器”，并且運動控制部件120在步驟SP10和12充當(dāng)“數(shù)據(jù)存儲控制器”。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂器，包括原聲樂器(1)，其包括多個操縱器(70)，分別被分配于音高名稱，并被有選擇地移動，用于指定待產(chǎn)生的音調(diào)的音高名稱，和多個音調(diào)生成單元(1b，2，4)，連接到所述多個操縱器(70)，并產(chǎn)生通過移動的操縱器(70)指定的所述音調(diào)；以及電子系統(tǒng)(100)，其包括多個致動器(104；104A；104B)，分別被提供給所述多個操縱器(70)，并利用驅(qū)動信號有選擇地激活，以便引起所述多個操縱器(70)的運動，多個傳感器(10；106；10B)，測量表示所述多個操縱器(70)的所述運動的物理量，并產(chǎn)生代表所述物理量的測量值(xj)的檢測信號，預(yù)處理部件(110)，被提供樂曲數(shù)據(jù)，并在所述樂曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為將被移動的操縱器(70)確定基準(zhǔn)軌跡，和運動控制部件(120)，其連接到所述預(yù)處理部件(110)，用于接收代表所述基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)；所述多個傳感器(10；106；10B)，用于接收所述檢測信號；以及所述多個致動器(104；104A；104B)，用于向其提供所述驅(qū)動信號，并改變所述驅(qū)動信號的幅度，以便在必要時加速和減速所述操縱器(70)，從而強(qiáng)迫所述操縱器(70)在所述基準(zhǔn)軌跡上移動，其特征在于所述運動控制部件(120)通過對在所述基準(zhǔn)軌跡上移動的每個所述操縱器(70)計算所述測量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來確定所述物理量的最新估計值(V；X；A)，并且在于所述運動控制部件(120)比較所述最新估計值(xVj；wXj；wAj)和每一個所述操縱器(70)的基準(zhǔn)軌跡上的對應(yīng)目標(biāo)值，以查看是否要改變所述驅(qū)動信號的幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的樂器，其中將所述測量值逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j(-m，...，0，...m))、和分配給所述組中的最新測量值的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
3.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述測量值(xj)逼近為2次多項式，并且對于所述操縱器(70)的速度的加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值的所述次序，wVj是j處的測量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
4.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述測量值(xj)逼近為2次多項式，并且所述操縱器(70)的行程的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的次序，wXj是j處的測量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
5.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述測量值(xj)逼近為3次多項式，并且所述操縱器(70)的加速度的所述加權(quán)因子(wAj)給出為wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wAj是j處的測量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
6.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述測量值(xj)逼近為3次多項式，并且所述操縱器(70)的速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
7.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述測量值(wj)逼近為3次多項式，并且所述操縱器(70)的行程的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3m(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
8.如權(quán)利要求2所述的樂器，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述最新估計值(V；X；A)給出為商。
9.如權(quán)利要求8所述的樂器，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的最新測量值的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測量值的所述次序(m)或者分配給所述最新測量值的所述次序(m)及采樣時間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
10.如權(quán)利要求1所述的樂器，其中所述多個操縱器的每一個是合并在原聲鋼琴(1)的鍵盤(1a)內(nèi)的黑或白鍵(70)，并且所述多個音調(diào)生成單元的每一個包括與相關(guān)的黑和白鍵(70)相連接的動作單元(1b)、由相關(guān)動作單元(1b)驅(qū)動以旋轉(zhuǎn)的琴槌(2)、以及在所述旋轉(zhuǎn)的末尾被相關(guān)琴槌(2)撞擊的弦(4)。
11.如權(quán)利要求10所述的樂器，其中由在所述黑和白鍵(70)下面提供的所述多個致動器(104；104A；104B)移動所述黑和白鍵(70)，而沒有人類演奏者的手指彈奏，并且所述多個致動器(104；104A；104B)具有用所述驅(qū)動信號供電的各個螺線管(25)、以及可從相關(guān)的螺線管(25)伸出并縮進(jìn)該相關(guān)螺線管(25)、用于移動所述黑和白鍵(70)的活塞(15)。
12.如權(quán)利要求11所述的樂器，其中所述多個傳感器(10)分別監(jiān)控所述活塞(15)，以產(chǎn)生所述檢測信號。
13.如權(quán)利要求11所述的樂器，其中所述多個傳感器(10)分別監(jiān)控黑和白鍵(70)，以產(chǎn)生所述檢測信號。
14.一種噪聲抑制器，用于消除來自以時間間隔(T)向其提供的物理量的測量值(xj)中的噪聲成分，包括臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y6)，具有預(yù)定數(shù)目的位置，測量值(xj；j＝-m，...，0，...m))按照到達(dá)順序分別存儲在這些位置處；其特征在于還包括估計器(50，52，SP14，SP16)，通過計算存儲在所述臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y6)中的所述測量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來確定所述物理量的最新測量值的估計值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與所述測量值的差，以及數(shù)據(jù)存儲控制器(50，52，SP10，SP12)，從所述臨時數(shù)據(jù)存儲器中移除最早的測量值(x-m)，以便將新測量值(xm)作為最新測量值存儲在其中。
15.如權(quán)利要求14所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
16.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為2次多項式，并且速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
17.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為2次多項式，并且長度的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
18.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為3次多項式，并且加速度的所述加權(quán)因子(wAj)給出為wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wAj是j處的測量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
19.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為3次多項式，并且速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
20.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(wj)逼近為3次多項式，并且長度的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3m(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個所述測量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
21.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將估計值(xm)給出為商。
22.如權(quán)利要求21所述的噪聲抑制器，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的所述次序(j)或者分配給所述最新測量值(xm)的所述次序(j)及等于所述間隔的采樣時間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
23.一種用于抑制噪聲成分的方法，包括以下步驟a)將物理量的新測量值(xm)作為最新測量值(xm)存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y7)中，其中所述物理量的測量值(xj)作為較早的測量值(x-m至xm-1)存儲在該臨時數(shù)據(jù)存儲器中；b)通過計算存儲在所述臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y6)中的所述測量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來確定所述最新測量值(xm)的估計值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與所述測量值的差，以及c)重復(fù)先前的兩個步驟(a，b)，使得連續(xù)地為新測量值(xm)確定估計值(V；X；A)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述估計值(V；X；A)給出為商。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的所述次序(m)或者分配給所述最新測量值(xm)的所述次序(m)及等于新測量值的間隔的采樣時間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)通過以下子步驟來確定b-1)將所述測量值(xj)逼近為多項式，其中所述多項式的項具有各自的常數(shù)(a，b，c)，b-2)通過使所述測量值(xj)和所述多項式之間的差的平方和最小化，來確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-3)以所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)和所述測量值(xj)之間乘積的和的形式表示所述常數(shù)(a，b，c)，b-4)通過所述乘積和的變換來確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-5)在所述多項式和常數(shù)(a，b，c)的基礎(chǔ)上，確定所述組中間處的估計值(Vc；Xc)，b-6)在所述組的所述中間處的所述估計值(Vc；Xc)的基礎(chǔ)上，估計所述最新測量值(xm)的所述估計值(V；X；A)。
28.一種表示用于抑制噪聲成分的方法的計算機(jī)程序，所述方法包括以下步驟a)將物理量的新測量值作為最新測量值(xm)存儲在臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y6)中，其中所述物理量的測量值(xj)作為較早的測量值(x-m至xm-1)存儲在該臨時數(shù)據(jù)存儲器中；b)通過計算存儲在所述臨時數(shù)據(jù)存儲器(y0-y6)中的所述測量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來確定所述最新測量值(xm)的估計值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測量值的差，以及c)重復(fù)先前的兩個步驟(a，b)，使得連續(xù)地為新測量值(xm)確定估計值(V；X；A)。
29.如權(quán)利要求28所述的計算機(jī)程序，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
30.如權(quán)利要求28所述的計算機(jī)程序，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述估計值給出為商。
31.如權(quán)利要求30所述的計算機(jī)程序，其中將所述測量值(xj)逼近為多項式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測量值(xj)組成的組中的所述測量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測量值(xm)的所述次序(m)或者分配給所述最新測量值(xm)的所述次序(m)及等于新測量值的間隔的采樣時間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
32.如權(quán)利要求28所述的計算機(jī)程序，其中所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)通過以下子步驟來確定b-1)將所述測量值(xj)逼近為多項式，其中所述多項式的項具有各自的常數(shù)(a，b，c)，b-2)通過使所述測量值(xj)和所述多項式之間的差的平方和最小化，來確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-3)以所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)和所述測量值(xj)之間的乘積和的形式表示所述常數(shù)(a，b，c)，b-4)通過所述乘積和的變換來確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-5)在所述多項式和常數(shù)(a，b，c)的基礎(chǔ)上，確定所述組中間處的估計值(Vc；Xc)，b-6)在所述組的所述中間處的所述估計值(Vc；Xc)的基礎(chǔ)上，估計所述最新測量值(xm)的所述估計值(V；X；A)。
全文摘要
在重放模式中，由利用驅(qū)動信號供電的鍵致動器(104)有選擇地移動黑/白鍵(70)，并且，在鍵致動器(104)內(nèi)提供的活塞傳感器(10)將鍵行程的測量值(xj)報告給運動控制部件(120)；由于測量值(xj)包含由鍵(70)的變形引起的噪聲，因此運動控制部件(120)通過將測量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj)之間的乘積和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX)，來估計鍵行程的真實值或估計值(V；X)，并將估計值(WV；WX)與目標(biāo)值相比較，以查看鍵(70)是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)；如果答案是否定的，則運動控制部件(120)改變驅(qū)動信號的占空比，以便加速或減速鍵(70)。
文檔編號G10H1/00GK1614683SQ200410089770
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者藤原佑二 申請人:雅馬哈株式會社