精确再现表演的自动演奏器乐器及用于其中的自动演奏器

摘要

本发明公开一种自动演奏器钢琴(30)，其装备有用于在回放中驱动所述踏板(PD)的螺线管操控踏板致动器(26)；由于所述螺线管(28)耦合有大量的电感，所述驱动信号因长的时间常数被延迟，从而使所述踏板(PD)的动作与原始的演奏有所不同；结合在所述自动演奏器(3)中的控制器(3a)首先确定为了再现踏板运动在理论上所需的所述驱动信号的目标平均电流(ru1)，以及临时平均电流(ru(临时))，在最大值处是所述目标平均电流(ru1)的两倍；所述控制器(3a)在每个循环的早期阶段以所述临时平均电流(ru(临时))向所述螺线管(28)提供所述驱动信号，并且，随后将所述驱动信号恢复到所述目标平均电流(ru1)，从而使所述踏板运动接近所述原始的演奏。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动演奏器乐器(an automatic player musicalinstrument)，更特别地，涉及一种装备有用于移动操纵器的电子致动器的自动演奏器乐器和使用在其中的自动演奏器。

背景技术

一种自动演奏器钢琴是自动演奏器乐器的一个示例。所述自动演奏器钢琴被分成声乐钢琴和自动演奏器。所述声乐钢琴有选择地移动所述操纵器，即黑键、白键和踏板，从而引起音锤运动，并且所述琴弦在音锤运动的末端被所述音锤撞击从而通过琴弦的振动产生钢琴的乐音。

一种自动演奏器钢琴的典型示例被公开在日本专利申请公开No.Hei8-44348中。该日本专利申请公开对应于日本专利申请No.Hei 7-159700，其是日本专利申请No.Hei 2-9551的分案申请。所述专利申请，即日本专利申请No.Hei 2-9551是基于日本专利申请No.Hei 1-10176的国内优先权提出的，而美国专利申请07/467,268是基于日本专利申请No.Hei 1-10176的公约惯例优先权提出的。所述美国专利已经被授权，以及美国专利No.5,131,306被授予所述美国专利申请。

公开在日本专利申请中的现有技术的自动演奏器包括用于驱动踏板的螺线管操控踏板致动器，用于确定当前踏板位置的踏板传感器和用于驱动所述螺线管操控踏板致动器的PWM控制器。所述PWM控制器确定目标踏板位置和当前踏板位置之间的差。当所述PWM控制器找到目标踏板位置和当前踏板位置之间的差时，所述PWM控制器改变所述驱动信号来减少该差。但是，所述时间延迟不会很好地从所述踏板运动中被消除。换句话讲，所述原踏板运动不会被再现，并且使用者因此感觉到所述回放不同于原始的演奏。

发明内容

因此本发明的重要目的在于提供一种自动演奏器乐器，通过该乐器原始的演奏可以被精确地再现。

本发明还有一个重要的目的在于提供一种自动演奏器，其结合在所述自动演奏器乐器中。

本发明人考虑到现有技术自动演奏器钢琴中固有的问题，并注意到与所述螺线管耦合的大量电感。阻碍所述驱动信号的电阻不是太大从而使所述驱动电路必须对抗大的时间常数(time constant)来驱动所述螺线管。只要所述操纵器，即所述键和踏板由所述电子致动器所驱动，那么大的时间常数就是不可避免的。特别地，所述重载被施加在所述螺线管操控的活塞致动器上，所述活塞致动器需要所述大的螺线管。因此，所述时间延迟是严重的。本发明人总结出，即使所述大的时间常数延迟了所述电子致动器，但有可能使所述操纵器追上其运动的早期阶段。

为了达到所述目的，本发明提出临时地增加或减少驱动信号的电流。

根据本发明的一个方面，提供一种用于表演的无需任何演奏者弹奏的自动演奏器乐器，包括：乐器，其包括多个连杆组合，其由所述演奏者有选择地致动以指定要产生的乐音；以及多个乐音发生部件，由所述多个连杆组合有选择地致动以产生所述乐音；以及与所述多个连杆组合相关联的自动演奏器，包括至少一个具有电流通路的致动器，所述电流通路耦合有电感，并且致动器对流经所述电流通路的驱动信号作出反应从而在所述多个连杆组合中的一个的预定连杆上施加力，由此致动所述多个连杆组合中的一个，数据处理器，分析音乐数据片断从而确定周期性变化的所述预定连杆的目标位置，以及确定所述驱动信号的电流的目标数值，用于在不考虑所述电感的情况下在时间周期的末端将所述预定连杆从一个所述目标位置带到下一个目标位置，以及确定在所述时间周期的早期阶段要被供送到所述电流通路的所述电流的临时数值，从而使所述预定连杆比由所述目标数值下的所述驱动信号驱动的预定连杆更靠近所述下一个目标位置，以及连接在所述数据处理器和所述至少一个致动器之间的驱动电路，所述驱动电路在所述早期阶段将所述临时数值下的驱动信号供送到所述电流通路，并且在所述早期阶段的末端将所述驱动信号从所述临时数值变化至所述目标数值。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于有选择地驱动结合在乐器中的多个连杆组合的自动演奏器，包括：至少一个具有电流通路的致动器，所述电流通路耦合有电感，并且致动器对流经所述电流通路的驱动信号作出反应从而在所述多个连杆组合中的一个的预定连杆上施加力，由此致动所述多个连杆组合中的一个；数据处理器，分析音乐数据片断从而确定周期性变化的所述预定连杆的目标位置，以及确定所述驱动信号的电流的目标数值，用于在不考虑所述电感的情况下在时间周期的末端将所述预定连杆从一个所述目标位置带到下一个目标位置，以及确定在所述时间周期的早期阶段被供送到所述电流通路的所述电流的临时数值，从而使所述预定连杆比由所述目标数值下的所述驱动信号驱动的预定连杆更靠近所述下一个目标位置；和连接在所述数据处理器和所述至少一个致动器之间的驱动电路，所述驱动电路在所述早期阶段将临时数值下的所述驱动信号供送到所述电流通路，并且在所述早期阶段的末端将所述驱动信号从所述临时数值变化至所述目标数值。

附图说明

从结合附图所作的下述说明可以对所述自动演奏器乐器和自动演奏器的特点和优势有更清楚的理解，其中

图1是一示意性侧视图，其示出根据本发明的自动演奏器钢琴的结构；

图2是一框图，其示出结合在所述自动演奏器钢琴中的控制器的系统构型；

图3是一流程图，其示出用于驱动踏板的一部分的子程序；

图4是示出驱动信号的平均电流随时间变化的图线；

图5是一流程图，其示出在另一个自动演奏器钢琴中的自动演奏器里用于驱动踏板的一部分的子程序；以及

图6是示出供应到结合在另一个自动演奏器钢琴中的踏板致动器的驱动信号的平均电流的图线。

具体实施方式

在下述的说明中，“前方”一词是对与“后方”一词所修饰的位置相比更靠近演奏者的一个位置的指示，演奏者座在一个凳子上进行弹奏。画在前方位置和相应的后方位置之间的一条线沿前-后方向延伸，并且所述横向以直角横截所述前-后方向。

第一实施例

首先参考附图中的图1，本发明中的一种自动演奏器钢琴30主要包括声乐钢琴1和自动演奏器3。当一个钢琴家在声乐钢琴1上演奏一段乐曲时，所述自动演奏器3处于闲置。所述自动演奏器3对人的指令做出反应来进行回放，而且不需钢琴家用指弹奏从而再现所述演奏。尽管一记录系统被进一步结合在所述自动演奏器钢琴1中以用于记录在所述声乐钢琴1上的演奏，但是所述系统构型和系统行为对本领域技术人员来说是公知的，从而出于简化的目的省略详细的说明。以下对所述声乐钢琴1和自动演奏器3进行详细的说明。

声乐钢琴

在这个例子中，所述声乐钢琴1是标准的三角钢琴。当然，直立式钢琴对所述自动演奏器钢琴30来说也是可行的。所述声乐钢琴1包括琴键31，音锤32，动作单元33，琴弦34，制音器36和踏板PD。所述琴键31包括黑键31a和白键31b，并且所述黑键31a和白键31b以公知模式布置。一平衡轨31c横向地延伸在一键床31d之上，并且所述黑键31a和白键31b以直角跨过所述平衡轨31c的方式位于所述平衡轨31c上。平衡销31e相隔一定距离向上从所述平衡轨31c突出，并且向所述黑键31a/白键31b提供一支点。当使用者按压所述黑键31a/白键31b的前端部分时，所述前端部分朝向所述键床31d下沉，并且所述后部象跷板一样被提升。

所述黑键31a/白键31b分别与动作单元33相连从而使被按压的所述键31a/31b致动相应的动作单元33。所述音锤32位于所述举起杆33a上，其形成所述动作单元33的各个部分，并且所述音锤32通过所述举起杆33a的脱离被驱动而旋转。所述琴弦34拉伸在所述相应的音锤32上方，并且由相应的音锤32在旋转的末端所敲打。所述制音器36保持着与相应琴弦的接触，并且由相应的受到按压的键31a/31b所提升从而允许所述相应的琴弦34震动以产生钢琴乐音。当使用者释放所述受到按压的按键31a/31b时，所述制音器36在相应的键31a/31b回到停止位置的过程中与所述相应琴弦34发生接触。

所述踏板PD通过连杆件PL被连接到所述制音器36和琴键31，并且被设置在所述键床31d以下。演奏者在演奏过程中踏在所述踏板PD上，以修正所述钢琴乐音。其中一个踏板PD被称作“制音踏板”，其使所述钢琴乐音延长。另一个踏板PD被称作“柔音踏板”，其使所述钢琴乐音在响度上减少。

所述自动演奏器3包括控制器3a，一组螺线管操控的键致动器20以及螺线管操控的踏板致动器26。所述控制器3a具有数据处理能力，并且适合的计算机程序被安装在其中。所述螺线管操控的键致动器20和螺线管操控的踏板致动器26被连接到所述控制器3a。所述螺线管操控的键致动器20被设置在黑键和白键31a/31b的后部，并且所述控制器3a有选择地激励所述螺线管操控的键致动器20用于驱动相关联的黑键和白键31a/31b而无需演奏者任何的用指弹奏。在另一个方面，所述螺线管操控的踏板致动器26被设置在所述踏板PD的后部之上方，没有演奏者的任何踏压提升相关联的踏板PD。所述踏板系统PD/PL/36的总重量，也就是所述螺线管操控的踏板致动器26将要驱动的系统的总重量，要重于所述键/动作单元/每个制音器36/每个音锤32的总重量，这些是所述螺线管操控的键致动器20所将要驱动的。因此，所述螺线管28应建立强于由螺线管操控的键致动器20的螺线管所建立的电磁场。

所述螺线管操控的键致动器20具有相应的内置活塞传感器20a，相应的螺线管(未示出)和相应的活塞20b，以及所述活塞20b具有处在黑键和白键31a/31b后部下面的相应尖端。所述螺线管操控的踏板致动器26也具有相应的活塞传感器27，相应的螺线管28和相应的活塞29(见图2)。所述活塞29被插入到所述连杆件(link works)PL中，并且驱动所述制音器36和琴键31，就好象演奏者踏在所述踏板上那样。

当使用者希望再现一个演奏时，该使用者指示所述控制器3a为回放进行准备，并且代表着所述演奏的一组MIDI(乐器数字接口)音乐数据代码被加载于所述控制器3a。所述控制器3a顺序地处理所述MIDI音乐数据代码从而确定所述黑键和白键31a/31b将要行进的轨迹。在某个键31a/31b将要被移动时刻，所述控制器3a向在所述特定键31a/31b下方的所述螺线管操控的键致动器20提供一个驱动信号u(k)，并且以所述驱动信号u(k)激励所述螺线管(未示出)。然后，所述活塞向上突出，并且推动所述特定键31a/31b的后部。所述内置的活塞传感器20a报告当前活塞位置，即通过活塞位置信号Py(k)向所述控制器3a报告所述当前键位置。所述控制器3a将所述当前活塞位置与处于参考轨迹上的相应目标活塞位置进行比较从而判断所述特定键31a/31b是否精确地行进在所述参考轨迹上。如果答案是否定的，所述控制器3a改变所述驱动信号u(k)的平均电流从而加速或减速所述活塞20b。在另一个方面，当所述控制器3a确定所述特定键31a/31b精确地行进在所述参考轨迹上，所述控制器3a保持所述驱动信号u(k)。因此，所述控制器3a顺序地驱动所述活塞20b从而与最初演奏一样引起所述键运动。所述黑键和白键31a/31b致动相关联的动作单元33，并且导致所述音锤32在所述旋转的末端与相应的琴弦34产生撞击以产生所述钢琴的乐音。

所述演奏者在初始的演奏中延长钢琴乐音。在回放时，当所述延长的钢琴乐音将被再现的时刻，所述控制器3a还确定了所述制音踏板PD的参考轨迹，以及所述驱动信号u(p)的平均电流。所述平均电流的值预定是几倍大于用于对抗重载来移动所述踏板PD所需的平均电流的值。所述驱动信号u(p)被供应到所述螺线管28从而在所述活塞29周围建立一磁场。所述磁场力被施加在所述活塞29上从而使所述活塞29引起所述踏板运动。尽管由于大的时间常数产生一时间的延迟，可是所述活塞29被迅速地加速从而使所述踏板PD可以在所述活塞运动的早期阶段追上处在参考轨迹上的所述目标位置。当所述活塞29移动所述踏板PD和连杆件PL时，所述踏板传感器27报告所述当前的活塞位置，即通过活塞位置信号Py(p)向所述控制器3a报告所述当前踏板位置。当所述踏板PD追上处在参考轨迹上的所述目标位置时，所述控制器3a将所述驱动信号u(p)恢复到用于对抗重载来移动所述踏板PD所需的平均电流的值。在追赶上之后，与供应到所述螺线管操控的键致动器20的驱动信号Py(k)相类似，所述控制器3a改变或保持所述驱动信号Py(p)的平均电流。

计算机程序运行在所述控制器3a上，并且控制器3a通过所述程序指令的执行来实现上述任务。所述控制器3a的功能被分解为钢琴控制器40的功能，运动控制器41的功能以及伺服控制器42的功能，如图1所示。

具体说，所述钢琴控制器40顺序地从适合的数据源获取所述MIDI音乐数据代码，并且定时供应所述MIDI音乐数据代码从而再现每个钢琴乐音。一组MIDI音乐数据代码包括音乐数据片断，其限定所述键运动以及踏板运动，以及代表着一个事件和下一个事件之间时间流逝的持续时间数据的片断。所述钢琴控制器40基于所述持续时间数据的片断确定所述定时，并且将所述片断或代表着所述键位置和/或踏板运动的音乐数据片断供应到所述运动控制器41。

所述运动控制器41分析所述音乐数据的片断，并且确定所述参考轨迹。所述参考轨迹意指一系例随时间变化的目标键位置Pr(k)或是一系列随时间变化的目标踏板位置Pr(p)。所述运动控制器41将代表着目标键位置Pr(k)的键位置数据的一片段和代表着目标踏板位置Pr(p)的踏板位置数据的一片段以一定间隔供应到所述伺服控制器42。

所述伺服控制器42被连接到所述螺线管操控的键致动器20，内置的活塞传感器20a，螺线管操控的踏板致动器26以及活塞传感器27。分别基于键位置数据的该片断和踏板位置数据的该片断，所述伺服控制器42确定用于将所述键31a/31b移动到下一个目标键位置所需要的所述驱动信号u(k)的平均电流以及用于将所述踏板PD移动到下一个目标踏板位置所需要的所述驱动信号u(p)的平均电流，并且所述伺服控制器42将所述驱动信号u(k)调整成负荷比等同于所述平均电流以及将所述驱动信号u(p)调整成负荷比等同于所述平均电流。因此，一脉冲宽度调制器42a(见图2)被结合在所述伺服控制器42中。

在所述活塞20b和29在所述磁场中移动时，所述内置活塞传感器20a和27确定所述当前键位置和所述当前踏板位置，并且周期性地以所述键位置信号Py(k)和所述踏板位置信号Py(p)向所述伺服控制器42报告所述当前键位置和所述当前踏板位置。所述伺服控制器42将所述当前键位置和当前踏板位置与相应的目标键位置和相应的目标踏板位置进行比较，从而判断是否所述键31a/31b和踏板PD精确地行进在所述参考轨迹上。如果答案是否定的，所述伺服控制器42改变所述驱动信号u(k)的平均电流以及所述驱动信号u(p)的平均电流。在另一个方面，如果所述答案是肯定的，那么所述伺服控制器42将所述平均电流保持在以前的数值。

控制器

转向图2，所述控制器3a包括一中央处理单元11，其被简称为“CPU”，一只读存储器12，其被简称为“ROM”，一随机存储器13，其被简称为“RAM”，一MIDI接口14，其被简称为“MIDI/IF”，一总线系统15和一定时器16。所述中央处理单元11，只读存储器12，随机存储器13，MIDI接口14和定时器16连接到所述总线15，并且所述中央处理单元11与其它系统元件通过所述总线系统15相连。

所述中央处理单元11是数据处理能力的起源，并且计算机程序被存储在所述只读存储器12中。所述中央处理单元11顺序地从只读存储器12获取程序指令(程序指令形成计算机程序的组合)，并且执行由程序指令表达的给定数据处理。数据处理所需的参数表和系数被进一步存储在所述只读存储器12中。所述随机存储器13向所述中央处理单元11提供临时的数据存储，并且作为一工作存储器。预先确定的存储区域被分配标识。

所述MIDI接口14通过MIDI线缆连接到另一个乐器或个人计算机系统，并且MIDI音乐数据代码被输入到所述MIDI接口14或从MIDI接口14输出。所述逝去的时间由所述定时器16测量，并且所述中央处理单元11读取所述时间或所述定时器16上的时间流逝从而确定某一事件发生的时机。另外，所述定时器16周期性地使所述主程序的运行通过定时器的中断切换到子程序。所述定时器16可以是软件定时器。

所述控制器3a进一步包括显示单元17，操控面板19，脉冲宽度调制器42a，乐音发生器21，效应器22，内部数据存储器25以及连接到所述外部存储器18的接口，琴键传感器37，活塞传感器20a/27和声音系统23。这些系统元件17，19，42a，21，22，25以及接口也被连接到所述总线系统15，从而使所述中央处理单元11与这些系统元件17-25和接口也是可连通的。所述脉冲宽度调制器42a可以与所述螺线管操控的键致动器20集成在一起。在这种情况下，所述中央处理单元11将代表驱动信号的目标负荷比的控制信号通过一个接口供应到所述脉冲宽度调制器42a。

所述显示单元17是一人-机接口。在这种情况下，所述显示单元17包括液晶面板。用于状态消息和提示消息(prompt messages)的字符图像产生在所述显示单元17中，并且标尺/指示的图像和符号被进一步产生在所述显示单元17中，从而让使用者从所述显示单元17获得代表着所述自动演奏器钢琴30当前状态的状态信息。五线谱上的音符的图像也产生在所述显示单元16上，并且使用者借助五线谱上的音符演奏音乐片断。

按钮开关，十个键以及拉杆被设置在操控面板19上。使用者有选择地按压和移动所述开关，键和拉杆从而向所述控制系统3a给出他们的指令。所述脉冲宽度调制器42a对代表着驱动信号u(k)/u(p)平均电流的控制数据片断作出响应从而将所述驱动信号u(k)/u(p)调节成所述目标负荷比。

所述乐音发生器21基于所述MIDI音乐数据代码产生数字式声音信号，并且将所述数字式声音信号供应到所述效果器22。所述效果器22对代表着将要赋予给所述乐音的效果的控制数据片断作出反应从而在所述效果器22中修正所述数字式声音信号。一种数-模转换器被结合在所述效果器22中。所述数字式声音信号被转换成模拟声音信号，并且所述模拟声音信号被供应到所述声音系统23。所述模拟声音信号被补偿和放大，并且随后被转换成电子乐音。因此，所述琴键乐器可以产生替代由振动琴弦34产生的钢琴乐音的所述电子乐音。

所述内部数据存储器25在数据保持能力上要远大于所述随机存储器13，以及多组MIDI音乐数据代码被存储在所述内部数据存储器25中。在这种情况下，闪存(flash memory)被用作所述内部数据存储器25。多组MIDI音乐数据代码从外部数据源通过所述MIDI接口14被传送到所述内部数据存储器25或从所述外部存储器18通过所述接口被传送到所述内部数据存储器25。多种大容量存储器可用于所述控制器3a。

在这种情况下，所述外部存储器18由诸如软盘或致密盘(compact disc)的盘驱动器和便携式存储装置所构成。所述键传感器37被设置在黑键和白键31a/31b的前部下方，并且形成所述记录系统的一部分。所述键传感器37分别与所述黑键和白键31a/31b相关联，并且向所述控制器3a报告相关联的黑键和白键31a/31b的当前位置。所述控制器3a分析当前的键位置从而确定键的运动。所述控制器3a将音乐片断编码成在MIDI协议中所限定的格式，所述音乐片断代表着所述键运动。因此，在琴键31上的所述演奏被记录成一组MIDI音乐数据代码。

计算机程序

所述中央处理单元11重复着所述主运行程序，并且有条件地进入几个子程序。当所述主运行程序正在所述中央处理单元11上运行时，使用者向所述中央处理单元11给出他或她的用于回放的指令，并且所述中央处理单元产生一个所述回放模式的标识。然后，所述主运行程序周期性地跳转到其中一个用于回放的子程序，并且所述中央处理单元11顺序地获取并分析所述MIDI音乐数据代码，以在用于回放的子程序中有选择地驱动所述螺线管操控的键致动器20以及螺线管操控的踏板致动器26。

图3示出用于回放的子程序的一部分。使用者已经向所述控制器3a给出用于回放的指令，并且所述中央处理单元11已经产生用于代表所述回放的标识。

所述主运行程序周期性地跳转到用于回放的子程序。在进入所述子程序之后，假设所述中央处理单元11在步骤S101获取代表着所述制音踏板PD效果的所述MIDI音乐数据代码。然后，所述中央处理单元11产生代表着所述踏板效果的标识。当所述标识没有产生时，所述中央处理单元11跳过步骤S102至S107，并且将它的精力集中在对音符事件的数据处理上。在另一个方面，当已经产生了所述标识时，所述中央处理单元执行步骤S102，并以4毫秒的间隔重复执行步骤S102至S107。换句话说，在参考轨迹上的所述目标踏板位置Pr(p)以4毫秒的间隔被提供到所述伺服控制器42，并且所述伺服控制器42基于所述目标踏板位置Pr(p)和当前踏板位置Py(p)以4毫秒的间隔重新计算所述平均电流ru1。所述重新计算和下一次重新计算之间的时间周期在下面被称为“重新计算循环周期”。在这种情况下，所述重新计算循环周期是4毫秒。

当所述中央处理单元注意到代表着踏板效果的所述MIDI音乐数据代码时，所述中央处理单元11作为所述运动控制器41为制音踏板PD确定所述参考轨迹，即随时间变化的一系列的目标踏板位置Pr(p)，并且将第一目标踏板位置Pr(p)通过步骤S102提供到所述伺服控制器42。

所述伺服控制器42检查所述踏板位置信号Py(p)从而通过步骤S103明确当前踏板位置。所述伺服控制器42计算当前踏板位置和第一目标踏板位置Pr(p)之间的差，并且基于所述差和所述时间间隔确定目标踏板速度v(p)。

随后，通过步骤S104，所述中央处理单元11确定所述平均电流ru1，这就期望使得所述制音踏板PD在安装理想的螺线管操控的踏板致动器的条件下及时地到达第一目标踏板位置Pr(p)。“理想的螺线管操控踏板致动器”是指螺线管28的电感和对抗所述驱动信号的电阻允许所述平均电流在时间t2到达ru1(见图4)。

在确定了所述平均电流ru1时，所述中间处理器11通过步骤S105计算临时平均电流ru(临时)。所述临时平均电流ru(临时)按如下公式给出

ru(临时)＝ru1+(ru1-u(p))    ………公式1

其中u(p)是基于所述先前目标踏板位置Pr(p)所确定的平均电流。在图4所示的图线中，u(p)在t0处等于ru0。

通过步骤S106，所述中央处理单元11要求脉冲宽度调制器42a向与制音踏板PD相关联的螺线管操控踏板致动器26提供所述驱动信号，所述驱动信号被调节成使所述负荷比等同于所述临时平均电流ru(临时)的数值。

现在假设所述制音踏板PD呆在所述停止位置，且驱动信号为ru(0)，所述中央处理单元11在步骤S104处基于第一目标踏板位置Pr(p)计算所述平均电流ru以及在步骤S105计算临时平均电流ru(临时)。如果所述脉冲宽度调制器42a类似于现有技术的自动演奏器那样向所述螺线管操控踏板致动器26提供所述驱动信号，所述驱动信号被调节成使所述负荷比等同于所述平均电流ru1，因所述大的时间常数Tau所述平均电流沿cA线上升(见图4)，并且螺线管28中的所述平均电流在时间T2处达不到ru1。t0和t2之间的时间周期等于4毫秒。

在另一方面，根据本发明，所述脉冲宽度调制器42a以ru(临时)调节所述驱动信号，ru(临时)在数值上要大于ru1，并且将此驱动信号提供到所述螺线管操控的踏板致动器26。然后，所述螺线管28中的所述平均电流如cB线所示迅速地上升，并且在时间t1处比现有技术中的自动演奏器更靠近ru1。因此，所述制音踏板PD迅速地加速，并且达到接近于所述目标踏板速度v(p)的踏板速度。

转到图3，当所述脉冲宽度调制器42a以ru(临时)提供所述驱动信号时，所述中央处理单元11用定时器16测量所述时间的流逝，并且将精力集中在对音符事件的数据处理上。当所述时间周期T过去时，所述中央处理单元11通过步骤S107将所述负荷比从等同于所述临时平均电流ru(临时)的数值改变成等同于所述平均电流r1的数值，并且所述螺线管28中的所述平均电流逐渐地朝向ru1增加，如图中时间t1和时间t2之间所示的那样。在这种情况下，时间周期T是1.5毫秒。所述驱动信号被调节成所述临时平均电流ru(临时)的所述时间周期被指称为“瞬态时间周期”。

将会理解的是，螺线管28中的所述平均电流在所述瞬态时间周期T中以所述临时平均电流ru(临时)被升高。结果，所述螺线管操控的踏板致动器26迅速地加速所述踏板PD，就好象演奏者踏在其上。因此，根据本发明的自动演奏器3精确地再现了原始的踏板运动，并且使得所述表演比现有技术的自动演奏器更接近于最初的表演。

在上述的实施例中，所述螺线管操控的键致动器26向下踩所述踏板PD。但是，当所述MIDI音乐数据代码是朝向所述停止位置进行恢复的指示时，所述运动控制器41提供比先前目标踏板位置Pr(p)低的目标踏板位置Pr(p)，并且所述伺服控制器42向下移动所述活塞29。在这种情况下，u(p)在数值上大于ru1从而使所述临时平均电流ru(临时)小于所述平均电流ru1。

从公式1，可以理解的是，在所述先前平均电流u(p)是零的情况下，所述最大临时平均电流ru(临时)是所述平均电流ru1的两倍。因此，所述临时平均电流ru(临时)对所述平均电流ru1的比值不会太大，从而使所述脉冲宽度调制器42a可以保持所述踏板没有颤动的稳定运动。

本发明人确定：所述踏板运动在所述平均电流ru1对所述临时平均电流ru(临时)的比值等于或小于2以及再循环周期Tr对瞬态时间T的比值等于或小于1.5/4的条件下是稳定的。在ru(临时)/ru1以及T/Tr的比值极大地超过2和1.5/4的情况下，会发生超过额定值和低于额定值。但是，即使ru(临时)/ru1的比值超过2，只要T/Tr的比值不大大超过1.5/4，所述踏板运动就仍是稳定的。相似地，即使T/Tr的比值大于1.5/4，只要ru(临时)/ru1的比值不大大超过2，所述踏板运动就仍是稳定的。因此，在本实施例中所说明的比值仅是一个示例。

第二实施例

另一个应用本发明的自动演奏器钢琴也主要包括声乐钢琴和自动演奏器。所述声乐钢琴在结构上类似于所述声乐钢琴1，以及所述自动演奏器在系统结构上类似于所述自动演奏器3。仅是用于所述踏板控制的计算机程序不同于图3中所示的程序。出于这个原因，在以下的说明中引用图1和图2，并且以下的说明集中在所述计算机程序。

步骤S201，S202，S203，S204，S205a，S206和S207分别与步骤S101，S102，S103，S104，S105，S106和S107相同，并且为了避免重复对于这些步骤的说明被省略。与示出在图3中的计算机程序的不同之处在于所述平均电流被双阶地下降。

在确定了所述平均电流ru1时，所述中央处理单元11在步骤S205a计算所述临时平均电流ru(临时1)，类似于所述临时平均电流ru(临时)。随后，所述中央处理单元通过步骤S205b确定放大平均电流(boost mean current)ru(临时2)。

ru(临时2)＝ru(临时1)×alpha  ………公式2

其中alpha是一系数。当所述踏板PD被按压时，所述系数alpha大于1。但是，当所述踏板PD将要返回时，所述参数alpha小于1。因此，所述中央处理单元11在向所述螺线管28供应所述驱动信号之前不仅确定临时平均电流ru(临时1)，而且确定放大平均电流ru(临时2)。

随后，所述中央处理单元11通过步骤S206a让所述脉冲宽度调制器42a将所述驱动信号调节成负荷比等同于所述放大平均电流ru(临时2)。所述脉冲宽度调制器42a将所述驱动信号调节成所述负荷比，并且将所述驱动信号提供到与所述踏板PD相关联的所述螺线管28。然后，所述活塞29开始迅速的突出。尽管所述放大平均电流ru(临时2)是所述平均电流ru1的两倍多，但是放大时间周期T1要比所述时间周期T短，并且很难产生超过额定值和低于额定值的现象，其中在放大时间周期T1上所述脉冲宽度调制器42a以等同于所述放大平均电流ru(临时2)的所述负荷比保持所述驱动电流。

直到所述放大时间周期T1的结束，通过步骤S206所述中央处理单元11让所述宽度调节器42a使负荷比降低以等同于所述临时平均电流ru(临时1)，并且所述脉冲宽度调制器42a将所述驱动信号下降到等同于所述临时平均电流ru(临时1)的负荷比。所述脉冲宽度调制器42a向所述螺线管28提供所述驱动信号，并且所述踏板PD被减速。所述脉冲宽度调制器42a在时间周期T2范围内将所述驱动信号保持在等同于所述临时平均电流ru(临时1)的负荷比。在这种情况下，整个时间周期(T1+T2)等于时间周期T。

直到所述时间周期T2结束，通过步骤S207所述中央处理单元11让所述脉冲宽度调制器42a使所述负荷比下降以等同于所述平均电流ru1。

由于驱动信号的负荷比双阶下降，则所述活塞29双阶减速，并且行进在图6所示的cC上。将cC和cB相比较，可以理解的是螺线管28中的所述平均电流比第一实施例更早地接近于所述平均电流ru1。这就造成所述踏板运动比所述自动演奏器钢琴30中的所述踏板运动更忠实于最初的踏板运动。

从上面的说明中会看到，螺线管28中的所述平均电流在每个周期的早期阶段T迅速地朝向ru1上升，从而使所述踏板的行为与原始的演奏相类似。这就导致所述回放忠实于原始的演奏。

尽管本发明特定的实施例已经被示出并且进行了说明，但明显的是，本领域技术人员在不背离本发明精神和范围的条件下可进行各种修改和变化。

所述自动演奏器钢琴没有对本发明的技术范围设定任何限制。本发明可应用于各种类型的自动演奏器乐器。另一种自动演奏器乐器可以基于另一种类型的键盘乐器而建立起来，诸如直立式钢琴，风琴或大键琴。另一种自动演奏器乐器也可以基于另一种类型的乐器而建立起来，诸如打击乐器，即钢片琴(celesta)。

本发明可应用于所述螺线管操控的键致动器。由于所述螺线管具有较大的电感，因此其可有效地对抗因大的时间常数所造成的时间延迟。因此，所述螺线管操控踏板致动器26不会对本发明的范围设定任何限制。

所述螺线管操控的致动器不会对本发明的范围进行任何的限定。脉冲电机对所述自动演奏器是可行的，并且本发明可做出迅速的反应。

4毫秒的重新计算周期不会对本发明的技术范围设定任何限制。所述重新计算周期取决于在所述参考轨迹上的目标踏板位置Pr(p)的数量。在第一实施例的修正中，在步骤S101和S102处的工作是由所述运动控制器41以20毫秒的间隔执行的，并且在步骤S103和S107处的工作是由所述伺服控制器42以4毫秒的间隔执行。在另一个实施例中，在步骤106和107处的工作是由微型计算机所执行的。

所述伺服控制器42可以通过插值将虚拟目标踏板子位置或子位置插入在所述参考轨迹上的两个目标踏板位置Pr(p)之间。在这种情况下，所述伺服控制器42将真正的踏板位置与每个虚拟的目标踏板子位置相比较，并且所述瞬态时间周期T短于所述虚拟目标踏板子位置之间的所述时间间隔。

所述瞬态时间周期T可能短于或长于1.5毫秒。所述重新计算周期对所述瞬态时间周期的比值小于或大于1.5/4。所述瞬态时间周期T取决于所述重新计算周期和所述时间常数。如果所述时间常数远大于所述实施例的时间常数，那么所述瞬态时间周期T长于1.5毫秒。例如，一个设计者可能首先确定所述平均电流到达ru1的到达时间tx，平均电流由cB线所表示，并且将所述时间周期T调节成短于时间t0和时间tx之间的差别Tx。所述时间周期T可能是80％的时间周期Tx。所希望的是，将所述时间周期T调节成多个采样时间周期，即重复所述步骤S205的时间间隔。

由于所述负荷比可能在100％和0％之间变化，所述临时平均电流ru(临时)可能等同于100％的负荷比或等同于0％的负荷比。由于不可能将负荷比增加超过100％以及将负荷比下降超过0％，所以即使所述中央处理单元11让所述脉冲宽度调制器42a在步骤S106或S206a/S206将所述平均电流增加到大于100％或减少到小于0％负荷比的数值，所述脉冲宽度调制器都只将所述驱动信号调节成100％的负荷比或0％的负荷比。出于这个原因，如果所述平均电流ru1的数值(可能与50％的负荷比相等或大于这个数值)远大于先前的数值u(p)或远小于先前的数值u(p)，那么可能认为的本发明对抗时间延迟缺少效率。但是，迅速的增加或迅速的减少在这些情况下对所述踏板运动来说不是强烈要求的。所述迅速增加和迅速减少对长踏板冲程来说是需要的，并且本发明在这种情况下对抗时间延迟是有效的。

ru1对ru(临时)的比值可以是变化的。假设所述平均电流ru1与所述先前的数值u(p)相比被增加。在先前的数值u(p)相对较小的条件下，所述比值和时间周期T可以是大的和可以是长的。相反的是，在先前的数值u(p)相对较大的条件下，所述比值和时间周期T可以是小的和可以是短的。在另一个方面，当所述平均电流ru1与先前的数值相比被减少，只要u(p)相对较大，所希望的是将所述比值和时间周期T调整成大的数值。

在所述参考轨迹上的一系列目标位置不会对本发明的技术范围做出任何限制。未使用的MIDI格式可能代表每个踏板PD从所述停止位置的深度。在这种情况下，所述踏板位置代码以4毫秒的间隔被混合到其它MIDI音乐数据代码中，并且所述中央处理单元11以4毫秒的间隔重复步骤S101。

所述平均电流可能多于双阶地下降或上升。

所述脉冲宽度调制器42a不会对本发明的技术范围做出任何限制。所述脉冲宽度调制器42a可以由用于控制所述驱动信号电压水平的可变电阻器所替代。

临时/放大平均电流的其中一个在另一个被供应到所述螺线管28之后可以被计算出来。因此，步骤S205a，S205b，S206a以及S206不会对本发明的技术范围做出任何限制。

权利要求的语言文字涉及所述自动演奏器钢琴30如下的元件。黑键和白键31a/31b，动作单元33的构件，音锤32，制音器36，琴键31，踏板PD以及形成“多个连杆(links)组合”的连杆件(link works)PL。所述琴弦34作为“多个乐音发生部件”。所述螺线管操控踏板致动器26对应于“至少一个致动器”，以及所述螺线管28作为“电流通路”。所述制音踏板PD对应于“预定的连杆”，以及制间踏板PD、相关联的连杆件PL、以及制音器36被结合在“所述多个连杆组合的其中一个”中。所述MIDI音乐数据代码是“音乐数据片断”的代表。所述平均电流ru1和所述临时平均电流ru(临时)或ru(临时1)/ru(临时2)分别作为“目标数值”和“临时数值”。所述中央处理单元11和运行在其上的计算机程序作为整体构成的“数据处理器”，以及所述脉冲宽度调制器作为“驱动电路”。

所述螺线管操控的键致动器20作为“其它的致动器”，以及所述黑键/白键31a/31/b对应于“其它所述多个连杆组合的其它连杆”。