用于音乐家的电子支持系统及配备有电子支持系统的乐器

摘要

一种自动演奏钢琴，配备有电子支持系统(30)，其使演奏者获知至半踏瓣区域的最佳踏瓣行程；当演奏者正在钢琴(1)上练习乐曲曲调时，电子支持系统(30)监控制音踏瓣(110)；当演奏者开始按压制音踏瓣(110)时，电子支持系统(30)将助力施加在制音踏瓣(110)上，以便使演奏者感觉制音踏瓣(110)较轻；当制音踏瓣(110)达到半踏瓣区域的入口(XH)时，电子支持系统(30)将助力从制音踏瓣(110)移除，使得演奏者感觉制音踏瓣(110)较重，由此通过演奏者承担的负荷的变化，演奏者获知至半踏瓣区域的踏瓣行程。

说明书

技术领域

本发明涉及电子支持系统，更具体地涉及使音乐家在乐器上精确地用手指弹奏(finger)和/或使用踏瓣(pedal)的电子支持系统、以及配备有该电子支持系统的乐器。

背景技术

在乐器上的音乐演奏中做出有益的进步是不容易的。尤其是，音乐家通过艰苦的练习，在长时间后变得熟练于用手指弹奏和使用踏瓣。这是因为这样的事实：乐器的键和踏瓣不同于双稳态开关。例如，钢琴家通常在静止位置与终点位置之间移动钢琴的键。当钢琴家发现要通过键的高速重复而用手指弹奏的音符(note)时，它们重复地使键在到终点位置的途中以及在到静止位置的途中返回。在高速重复中，钢琴家在琴槌从动作单元的支撑杆(jack)释放(1et-off)之后立即改变键移动的方向。钢琴家必须通过长时间训练来学习使琴槌释放的定时(timing)。如果钢琴家在释放之前改变键移动的方向，则不使琴槌与琴弦碰撞，并且在重复中发生遗漏的音调。

钢琴家必须通过长时间训练来学习精确的踏瓣使用。例如，钢琴家通常完全地按压制音踏瓣(damper pedal)用以延长音调。当钢琴家在到终点位置的途中停止制音踏瓣时，演奏者可以使制音器轻轻地与琴弦接触。在此情形中，琴槌通过与琴弦的碰撞引起琴弦的微弱振动，从而减轻音调的响度。其中将制音器轻轻地保持与琴弦接触的踏瓣状态称作“半踏瓣”。钢琴家必须通过长时间训练来学习半踏瓣的踏瓣位置。

如上文所述，用手指弹奏以及使用踏瓣不容易学习。然而，音乐专业学生和初学者想要在钢琴演奏中对释放定时而精确地控制键，并且对于半踏瓣而精确地控制制音踏瓣。为了在练习中辅助音乐专业学生和初学者，提出了一种支持系统，其公开于日本专利申请公表公报No.2000-259148。

现有技术的支持系统用在学习半踏瓣中，并且包括位置传感器、行程指示器和控制器。位置传感器监控制音踏瓣，并且将表示制音踏瓣的当前位置的踏瓣位置信号提供给控制器。行程指示器具有可移动的指针(hand)，并且该指针在用于踏瓣行程的标尺(scale)上移动。边板(boundary plate)与标尺重叠，并将适于半踏瓣的踏瓣行程教示给钢琴家。如果该指针指示在边板之间的、在半踏瓣范围之外的踏瓣行程，则制音器与琴弦间隔开或者完全保持与琴弦接触。

控制器处理依靠踏瓣位置信号的踏瓣行程信息，并且驱动指针指示当前踏瓣位置。钢琴家通过从行程指示器读取当前踏瓣位置，获取踏瓣行程信息。如果制音踏瓣较浅，或者如果制音踏瓣太深，则指针指示踏瓣行程在半踏瓣范围之外。在此情形中，钢琴家将制音踏瓣的行程调节为半踏瓣范围内的踏瓣行程。因此，现有技术的支持系统通过视觉告知钢琴家当前踏瓣位置在半踏瓣范围之内或之外。

现有技术的支持系统中遇到的问题在于，钢琴家不能同时看乐谱和行程指示器。如果钢琴家连续注视行程指示器，则他或她易于无法正确地在键上使用手指弹奏。另一方面，如果钢琴家对于要用手指弹奏的乐曲小节连续核对乐谱，则现有技术的支持系统不能向钢琴家提供任何益处。

发明内容

因此，本发明的重要目的是提供一种支持系统，其允许演奏者在不中断阅读乐谱的情况下获知适当地用手指弹奏和/或适当地使用踏瓣。

本发明的重要目的也是提供一种乐器，其配备有该支持系统。

为了实现该目的，本发明提出在目标位置改变由人类演奏者承担的负荷。

根据本发明的一个方面，提供了一种电子支持系统，用于人类演奏者在配备有由该人类演奏者从静止位置通过轨迹而移动至终点位置的至少一个操纵器的乐器上演奏，并且该电子支持系统包括：致动器，被提供用于该至少一个操纵器，并响应于驱动信号，用于在该至少一个操纵器上施加助力，由此使得在该人类演奏者和该致动器之间能够分担用于在该轨迹上移动该至少一个操纵器的负荷；传感器，监控该至少一个操纵器，并产生代表表示该至少一个操纵器在该轨迹上的运动的实际物理量的检测信号；以及控制器，被连接至该传感器和该致动器，检查该实际物理量，以查看该至少一个操纵器是否达到该轨迹上的目标位置，用以产生答案，并根据该答案而改变该驱动信号的幅度，用以改变在该目标位置处由该人类演奏者承担的该负荷的一部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于由人类演奏者演奏乐曲曲调的乐器，包括：至少一个操纵器，由该人类演奏者从静止位置通过轨迹移动至终点位置，用以指定音调的属性；机械音调生成系统，被连接至该至少一个操纵器，并产生具有该属性的该音调；以及电子支持系统，该电子支持系统包括：致动器，被提供用于该至少一个操纵器，并响应于驱动信号，用于在该至少一个操纵器上施加助力，由此使得在该人类演奏者和该致动器之间能够分担用于在该轨迹上移动该至少一个操纵器的负荷，传感器，监控该至少一个操纵器，并产生代表表示该至少一个操纵器在该轨迹上的运动的实际物理量的检测信号，和控制器，被连接至该传感器和该致动器，检查该实际物理量，以查看该至少一个操纵器是否达到该轨迹上的目标位置，用以产生答案，并根据该答案而改变该驱动信号的幅度，用以改变在该目标位置处由该人类演奏者承担的该负荷的一部分。

附图说明

依据结合附图的下面的描述，将更加清楚地理解支持系统和乐器的特点和优势，其中：

图1是示出本发明的自动演奏钢琴的外观的透视图，

图2是示出合并在自动演奏钢琴中的机械音调生成系统和电子系统两者的横截面侧视图，

图3是示出合并在自动演奏钢琴中的控制器的系统结构的框图，

图4是示出辅助音乐家使用踏瓣的运动(motion)和伺服控制器的软件模块的框图，

图5是示出在制音踏瓣的行程与在辅助音乐家使用踏瓣中使用的变量值之间的关系的曲线图，

图6是示出在辅助音乐家使用踏瓣中使用的踏瓣行程表的图，

图7是示出在制音踏瓣的行程与由人类演奏者承担的负荷之间的关系的曲线图，

图8是示出本发明的另一个自动演奏钢琴的横截面侧视图，

图9是示出在自动演奏钢琴中、在制音踏瓣的行程与在辅助音乐家使用踏瓣中使用的变量值之间的关系的曲线图，

图10是示出在制音踏瓣的行程与由人类演奏者承担的负荷之间的关系的曲线图，

图11是示出本发明的又一个自动演奏钢琴的横截面侧视图，

图12是示出在自动演奏钢琴中、在辅助使用踏瓣中目标踏瓣位置与实际踏瓣位置之间的关系的曲线图，

图13是示出在制音踏瓣的行程与助力之间的关系的曲线图，

图14是示出在制音踏瓣的行程与由人类演奏者承担的负荷之间的关系的曲线图，

图15是示出本发明的另外一个自动演奏钢琴的横截面侧视图，

图16是示出踏瓣行程数据表的内容的图，

图17是示出在变量值与实际踏瓣行程之间的关系的曲线图，

图18是示出本发明的另一个自动演奏钢琴的横截面侧视图，

图19是示出合并在自动演奏钢琴中的运动/伺服控制器的软件模块框图，

图20是示出本发明的又一个自动演奏钢琴的横截面侧视图，以及

图21是示出本发明的、配备有支持系统的大钢琴的横截面侧视图。

具体实施方式

实施本发明的乐器被人类演奏者使用于关于乐曲曲调的演奏中，并且主要包括至少一个操纵器、机械音调生成器和电子支持系统。人类演奏者可以利用电子支持系统的辅助来获悉至少一个操纵器的轨迹上的目标位置。

在至少一个操纵器充当原声(acoustic)钢琴中的制音踏瓣的情况下，目标位置可以是半踏瓣区域的入口或半踏瓣区域的出口。在至少一个踏瓣充当原声钢琴中的柔音踏瓣(soft pedal)的情况下，目标位置可以是在琴槌与琴弦的所有弦线(wire)相对的踏瓣位置、与琴槌和琴弦的减少的数量的弦线相对的另一踏瓣位置之间的某个踏瓣位置。在该至少一个操纵器充当原声钢琴的键的情况下，目标位置可以是琴槌从动作单元的支撑杆离开的释放点。

详细地，该至少一个操纵器由人类演奏者从静止位置通过轨迹移动至终点位置，用以指定音调的属性，并且机械音调生成系统连接至前述至少一个操纵器，用以产生具有该属性的音调。

电子支持系统包括致动器、传感器和控制器。为前述至少一个操纵器提供该致动器，并且该致动器响应于驱动信号，用于在前述至少一个操纵器上施加助力，从而使得在人类演奏者和致动器之间能够分担用于在该轨迹上移动前述至少一个操纵器的负荷。该传感器监控前述至少一个操纵器，并且产生代表表示前述至少一个操纵器在轨迹上的移动的实际物理量的检测信号。

该控制器连接至传感器和致动器。该控制器检查实际物理量，以了解前述至少一个操纵器是否达到轨迹上的目标位置，用以产生答案，并且根据该答案而改变驱动信号的幅度，用以改变在目标位置处由人类演奏者承担的负荷的一部分。

因此，该电子支持系统通过负荷的改变向人类演奏者告知轨迹上的目标位置。为此原因，人类演奏者可以在演奏中连续阅读乐谱。

在下面的描述中，术语“前面”表示比用术语“后面”修饰的位置更接近于坐在凳子上用手指弹奏的人类演奏者的位置。在前面位置与对应的后面位置之间所画的线在“前后方向”上延伸，并且“横向”以直角与前后方向交叉。“上下”方向与由前后方向和横向定义的平面垂直。

第一实施例

首先参考附图的图1，实施本发明的自动演奏钢琴100主要包括大钢琴(grand piano)1、自动演奏系统20和电子支持系统30。人类演奏者在大钢琴1上用手指弹奏并且使用踏瓣，用于与标准大钢琴类似的演奏。当人类演奏者正在大钢琴1上演奏乐曲曲调时，响应于用手指弹奏而生成原声音调，并且人类演奏者通过使用踏瓣而选择性地给出对于原声音调的人为表达(artificial expression)。

自动演奏系统20被安装在大钢琴1的内部，并且原声音调顺着一组乐曲数据代码表示的乐曲小节而再现，而不需要人类演奏者用手指弹奏和使用踏瓣。在下面的描述中，自动演奏系统20有时体现为“自动演奏器”，并且自动演奏器被标注为与自动演奏系统的标号相同的标号，即，20。

电子支持系统30的系统组件与自动演奏系统20共享(如将在之后详细描述的)，并且电子支持系统30辅助人类演奏者准确地获悉用于半行程的踏瓣使用。因为系统组件在自动演奏系统20与电子支持系统之间共享，所以电子支持系统30并未使自动演奏钢琴100的结构复杂。

直立式钢琴的结构和行为

同时参考图1和图2对大钢琴1进行描述。将大钢琴1分解为键盘1a、机械音调生成系统1b、钢琴箱体1c和踏瓣系统1d。钢琴箱体1c具有水平伸出的键座(key bed)1e，并且键盘1a安装在键座1e上。琴腿从键座1e向下伸出，并保持钢琴箱体1c与地板留有空间。在钢琴箱体1c中限定内部空间。

多个黑键1f和多个白键1h被合并在键盘1a中，并且在静止位置与终点位置之间独立地移动。在此情形中，黑键1f和白键1h的总数是八十八。终点位置与静止位置间隔了预定距离。黑键1f和白键1h被布置为众所周知的样式。黑键1f和白键1h被按压用以音符开(note-on)键事件，即原声音调的生成，并且被释放用以音符关(note-off)键事件，即原声音调的衰减。

平衡档轨(balance rail)BR在键座1e上横向延伸，并且保持黑键1f和白键1h与平衡档轨BR在其中间位置处接触。平衡销(balance pin)P从平衡档轨BR间隔地向上伸出，并且分别向键1f和1h提供支点。在下面的描述中，术语键1f和1h的“前面部分”和“后面部分”关于平衡档轨BR来确定。

当人类演奏者按压键1f和1h的前面部分时，或者当自动演奏器20提高键1f和1h的后面部分时，键1f和1h开始从静止位置向终点位置行进。另一方面，人类演奏者和自动演奏器20从键1f和1h的前面部分以及键1f和1h的后面部分移除力，键1f和1h开始向着静止位置行进。

在下面的描述中，术语“按压的键”意味着开始向终点位置行进的黑键1f或白键1h，而术语“释放的键”意味着开始向静止位置行进的黑键1f或白键1h。

标尺的音调名称被分别分配给键1f和1h，使得人类演奏者和自动演奏器20指定要通过键1f和1h产生的原声音调。键编号被分配给音调名称，分别使得黑键1f和白键1h中的每一个利用表示键编号的键代码来指定。

卡定柱(capstan button)CB从键1f和1h的后面部分伸出，并且键1f和1h的移动被从卡定柱CB传递至机械音调生成系统1b。因此，每个按压的键1f和1h激活机械音调生成系统1b，使机械音调生成系统1b在指定的音高生成原声音调。

在箱体1c的内部提供机械音调生成系统1b和踏瓣系统1d的某些部件。三个踏瓣112、111和110从悬挂自键座1e的踏瓣箱110d伸出，并且分别被称为“柔音踏瓣”、“持音踏瓣(sostenuto pedal)”和“制音踏瓣”。柔音踏瓣112、持音踏瓣111和制音踏瓣110分别被人类演奏者或自动演奏器20按压，以便通过柔音踏瓣联动装置(linkwork)、持音踏瓣联动装置和制音踏瓣联动装置110f向原声音调赋予人为表达。踏瓣系统1d连接至机械音调生成系统1b，使得柔音、持音和制音踏瓣112、111和110的移动被传递至机械音调生成系统1b，用以对原声音调赋予效果。

当人类演奏者和自动演奏器20不在柔音踏瓣112、持音踏瓣111和制音踏瓣110上施加任何力时，这些踏瓣112、111和110处于“静止位置”。当人类演奏者或自动演奏器20将柔音踏瓣112、持音踏瓣111或制音踏瓣110按压至下止点时，踏瓣112、111或110达到“终点位置”。因此，术语“静止位置”和“终点位置”被用于黑键1f、白键1h、柔音踏瓣112、持音踏瓣111和制音踏瓣110。

机械音调生成系统1b包括琴槌组件(hammer assembly)2、动作单元3、琴弦4和制音器机构6。黑键1f和白键1h等同于动作单元3和琴槌组件2。换言之，动作单元3分别与键1f和1h关联，并且琴槌组件2分别与动作单元3关联。在下面的描述中，术语“原始位置”意味着在所关联的键1f或1h处于静止位置时、机械音调生成系统1b的部件的位置。当黑键1f和白键1h开始向着终点位置行进时，黑键1f和白键1h引起机械音调生成系统1b的关联部件的移动，并且该部件离开原始位置。

动作单元3由中央档轨(center rail)CR可旋转地支撑，其旋转(turn)由键座1e上的动作托架AB支撑。动作单元3被横向排列在键1f和1h的后面部分上，并且在结构上彼此相似。每个动作单元3包括支撑杆3a、调节按钮3b和捶辊组件(whippen assembly)3c。捶辊组件3c可旋转地连接至中央档轨CR，并且支撑杆3a可旋转地连接至捶辊组件3c。调节按钮3b悬挂于栓连接到琴槌杆(shank)档轨HR的调节档轨RR，并且与关联的支撑杆3a的斜钉(toe)3d相对。

动作单元3分别连接至键1f和1h，使得被按压的键1f和1h促动并驱动关联的动作单元3旋转。被促动的动作单元3从其原始位置旋转，并且引起所关联的琴槌组件2的旋转。

琴槌组件2也被横向排列在动作单元3上，并且被琴槌杆档轨HR可旋转地支撑。琴槌杆档轨HR横向延伸，并且由动作托架AB支撑。琴槌组件2分别通过形成动作单元3的部件的支撑杆3a而连接至动作单元3，并且支撑杆3a通过释放，即支撑杆3a从琴槌组件2离开，来反弹(kick)关联的琴槌组件2。因此，琴槌组件2通过释放而开始自由旋转。使琴槌组件2在自由旋转的结尾与琴弦4碰撞，并且通过琴弦4的振动而引起原声音调。动作单元3还包括托木(back check)7，并且托木7从键1f和1h的后面部分向上伸出。当琴槌组件2在琴弦4上回弹时，琴槌组件2落下，并且被关联的托木捕获。

琴弦4在琴槌组件2的阵列上伸展，并且分别被设计为以音阶(scale)的音调名称生成原声音调。该音调名称与分别被分配给键1f和1h的音调名称相同。为此原因，通过键1f和1h指定要产生的原声音调的音调名称。

制音器机构6包括制音器6和制音器连杆(link)9。制音器连杆9与键1f和1h的最后部分间隔开并且开始与键1f和1h的最后部分接触，而被按压的键1f和1h引起制音器连杆9的向上移动。制音器6连接至制音器连杆9的上端部分。

当键1f和1h正处于静止位置时，键1f和1h的最后部分向下与制音器连杆9间隔开，并且制音器机构6的重量使制音器6a被保持与所关联的琴弦4接触。制音器6a禁止所关联的琴弦4振动。制音器6a处于禁止状态中。

假设人类演奏者或自动演奏器20将键1f和1h从静止位置向着终点位置移动。首先使键1f和1h的最后部分与制音器连杆9接触，并且引起关联的制音器连杆9的向上移动、从而制音器6的向上移动。制音器6a开始向上移动，并且逐渐减小施加在琴弦4上的力。当制音器6a正轻轻地与琴弦4接触时，制音器6a允许琴弦4微弱地振动。制音器6a处于轻接触状态中。

被按压的键1f和1h在键1f和1h的向下移动期间最小化琴弦4上的力，并且最终使制音器6a与琴弦4间隔开。然后，制音器6a允许琴弦剧烈地振动，并且琴弦4准备好生成原声音调。制音器6a进入隔开状态。因此，制音器6a根据键位置，将它们的状态从禁止状态通过轻接触状态改变至隔开状态。

当黑键1f和白键1h正处于静止位置时，动作单元3和琴槌组件2在它们的原始位置中，并且制音器6a处于禁止状态中。

假设人类演奏者或自动演奏器20按压键1f和1h中的一个。键1f或1h的最后部分开始与制音器连杆9接触，并且开始在制音器6a上施加力。制音器6a将其自身从禁止状态改变至轻接触状态。力被连续施加在制音器连杆9上，并且使制音器6a在琴弦4上的重量逐渐减小。当制音器6a与琴弦4间隔开时，制音器6a进入隔开状态，并且琴弦4准备好振动。

被按压的键1f或1h还引起关联的动作单元3的捶辊组件3c和支撑杆3a关于中央档轨CR的旋转，并且旋转的支撑杆3a促使(force)所关联的琴槌2旋转。在捶辊组件3c的旋转期间，斜钉3d正变得越来越接近于调节按钮3b。当斜钉3d开始与调节按钮3b接触时，捶辊组件3c的旋转引起支撑杆3a关于捶辊组件3c的旋转。结果，支撑杆3a通过释放而反弹琴槌组件2。琴槌组件2开始向着琴弦4自由旋转。此后，被按压的键1f或1h到达终点位置。当被按压的键1f或1h到达终点位置时，托木7变得接近于琴弦4。

琴槌组件2飞越距离，并且开始在自由旋转的结尾与琴弦4碰撞。琴弦4振动，并且通过琴弦4的振动而生成原声音调。

琴槌组件2在琴弦4上回弹并且落下。如前文中描述的，当被按压的键1f或1h达到终点位置时，托木7变得接近于琴弦4。为此原因，琴槌组件2落在托木7上。

当人类演奏者或自动演奏器20达到被按压的键1f或1h时，被释放的键1f或1h开始返回至静止位置，并且键1f或1h的后面部分下落。释放的键1f或1h的后面部分允许捶辊组件3c在相反方向上旋转，并且斜钉3d与调节按钮3b间隔开。为此原因，支撑杆3a返回至原始位置。因为释放的键1f或1h的最后部分下落，所以制音器连杆9和制音器6a由于它们的重量而在向下的方向移动。制音器6a开始与振动的琴弦4接触，并且衰减原声音调。

因此，动作单元3、琴槌组件2、制音器机构6和琴弦4彼此协作，用以生成原声音调，并且使原声音调在键1f或1h的释放之后衰减。

踏瓣系统1d包括柔音踏瓣112和柔音踏瓣联动装置、持音踏瓣111和持音踏瓣联动装置、以及制音踏瓣110和制音踏瓣联动装置110f。柔音踏瓣112通过柔音踏瓣联动装置而连接至键盘1a。当柔音踏瓣112被按压到终点位置时，柔音踏瓣联动装置使得键盘1a轻轻地在横向上移动。大部分琴弦4中的每一个由多根弦线(典型地为三根弦线)组成。当柔音踏瓣112正处于静止位置时，琴槌组件2与全部该多根弦线成一行。当琴槌组件2中的每一个达到自由旋转的结尾时，琴槌组件2开始与全部该多根弦线碰撞。然而，当柔音踏瓣112被按压至终点位置时，琴槌组件2从该多根弦线偏移。在此情形中，被按压的键1f或1h使琴槌组件2开始与弦线中的所选择的一些碰撞。为此原因，减轻原声音调的响度。

持音踏瓣111连接至持音踏瓣联动装置的一端，并且持音拨杆(rod)110j是持音踏瓣联动装置的最后链接(link)。当持音踏瓣111正处于静止位置时，持音拨杆110j不干涉制音器连杆9的向上移动和向下移动。然而，当持音踏瓣111被按压至终点位置时，持音拨杆110j旋转，并且干涉制音器连杆9的向下移动。当所有的键1f和1h正处于静止位置时，持音拨杆110j不对制音器连杆9具有任何影响。然而，如果制音器6a中之一或所选择的一些已经在持音踏瓣111的逐渐降低(step-down)之前与琴弦4间隔开，则持音拨杆110j不允许与间隔开的制音器6a关联的一个或多个制音器连杆9返回至一个或多个原始位置。因此，持音踏瓣111使原声音调被选择性地延长。

制音踏瓣110被可旋转地支撑在踏瓣箱110d内部，并且销110a对制音踏瓣110赋予旋转轴。人类演奏者把他或她的脚放到制音踏瓣110的前面部分上，并且将力施加到制音踏瓣110的前面部分上。然后，制音踏瓣110关于销110a旋转，如图2中的箭头指示的。结果，制音踏瓣110的前面部分降低，而制音踏瓣110的后面部分升高。

制音踏瓣联动装置110f包括踏瓣拨杆110b、踏瓣杠杆(1ever)110c、制音器档轨110k和踏瓣杠杆弹簧12。踏瓣拨杆110b在其下端连接至制音踏瓣110的后面部分，并且在其上端连接至踏瓣杠杆110c，而踏瓣杠杆110c通过悬片(dag)110m而连接至制音器档轨110k。踏瓣杠杆弹簧12被提供在键座1e与踏瓣杠杆110c之间，并且总是在向下的方向上推进踏瓣杠杆110c。制音器机构6的重量被施加在制音器档轨110k上，并且被传递至踏瓣杠杆110c。为此原因，由于制音器机构6的重量以及制音器杠杆弹簧12的弹力导致在向下的方向上推进踏瓣杠杆。重量和弹力被进一步从踏瓣杠杆110c通过踏瓣拨杆110b而传递至制音踏瓣110的后面部分，使得总是向着静止位置而推进制音踏瓣110。

当人类演奏者逆着制音器机构6的重量和踏瓣杠杆弹簧12的弹力而按压制音踏瓣110时，制音踏瓣110的前面部分降低，而制音踏瓣的后面部分升高。制音踏瓣110的后面部分的向上移动通过踏瓣拨杆110b和踏瓣杠杆110c而传递至制音器档轨110k，并且制音器档轨110k升高。制音器档轨110k在向上的方向上推动制音器连杆9，以便使制音器6a逐渐从琴弦4间隔开。

如在前文中描述的，制音器6a通过轻接触状态而在禁止状态和隔开状态之间变化。制音踏瓣110引起制音状态的改变，从而制音踏瓣行程被划分为三个区域。当制音踏瓣110正处于静止位置或者从静止位置移动至第一边界(即，在第一区域中)时，发现制音器6a在禁止状态，并且第一区域称为“无效区域”。当发现制音踏瓣110在从第一边界到第二边界(即，第二区域)时，制音踏瓣联动装置110f将制音器6a保持在轻接触状态中，并且第二区域称为“半踏瓣区域”。如果发现制音踏瓣110在第三区域中(即，从第二边界到终点位置)时，则制音踏瓣联动装置110保持制音器6a与琴弦4间隔开，并且第三区域称为“有效区域”。

自动演奏系统的系统结构

自动演奏系统20包括螺线管操作的键致动器5的阵列、控制器10、螺线管操作的踏瓣致动器23、踏瓣传感器24、键传感器26的阵列、以及操纵面板130(见图1)。电子音调生成系统150还连接至控制器10。电子音调生成系统150包括电子音调生成器和音响系统(sound system)，并且利用控制器10的辅助，通过电子音调生成系统150在乐曲数据代码的基础上产生电子音调。在此情形中，根据MIDI(乐器数字接口)协议准备乐曲数据代码。表示音符开事件和音符关事件的乐曲数据代码被称为“键事件数据代码”，而表示踏瓣开事件和踏瓣关事件的乐曲数据代码被称为“踏瓣事件数据代码”。术语“键事件”意味着音符开事件或音符关事件。换言之，音符开事件和音符关事件两者被概括为键事件。踏瓣开事件和踏瓣关事件也被概括为“踏瓣事件”。表示从键事件/踏瓣事件到下一个键事件/踏瓣事件的经过时间的乐曲数据代码称为“持续时间数据代码”。可以给出踏瓣事件数据代码作为MIDI协议中定义的控制改变消息。

将控制器10嵌入键座1e中，如图1中所示，并且控制器10的前面板暴露给用户。盘驱动器120和信息处理系统10a合并在控制器10中，并且信息处理系统10a电连接至螺线管操作的键致动器5、螺线管操作的踏瓣致动器23、踏瓣传感器24、键传感器26、盘驱动器120和操纵面板130。人类演奏者将诸如DVD(数字通用盘)或CD(致密盘)的盘DK加载到盘驱动器120中，并且将盘DK改变为另一个盘。在此情形中，将乐曲数据代码集存储在盘DK中作为标准MIDI文件。当盘DK被加载到盘驱动器120中时，从盘DK读出内容表，并且将该内容表传送至控制器10a。

操纵面板130被放在钢琴箱体1c上、谱架1j旁边。操纵面板130包括触摸屏。触摸屏是在视觉图像再现设备(例如，液晶显示面板)和与视觉图像再现设备的屏幕重叠的检测器之间的结合。液晶显示面板利用信息处理系统10a的帮助，在屏幕上产生各种视觉图像，诸如消息、工作列表、乐曲曲调的菜单、开关和工具(lever)。当用户使手指开始与屏幕区域接触时，检测器将该区域的位置报告给信息处理系统10a，并且信息处理系统10a确定在该区域中产生的视觉图像。如果该视觉图像表示屏幕上的若干区域中的工作，则信息处理系统10a指定由用户指示的工作。人类演奏者进一步推进他或她的手指并将手指移动到在屏幕上的表示开关和工具(lever)的视觉图像上，以便向自动演奏系统100b给出用户的指令、用户的选项和用户的选择。因此，操纵面板130充当人机界面。

转至附图中的图3，控制器10还包括模数转换器141a和141b(它们缩写为“A/D转换器”)、以及脉宽调制器142a和142b(它们缩写为“PWM”)，并且信息处理系统10a通过共享总线系统101而连接至模数转换器141a和141b、脉宽调制器142a和142b、以及盘驱动器120。信息处理系统10a还通过共享总线系统101和合适的信号接口(未示出)而连接至操纵面板130和电子音调生成系统150。因此，信息处理系统10a通过共享总线系统101，可与系统组件141a、141b、142a、142b、120、130和150通信。

信息处理系统10a包括中央处理单元102(其缩写为“CPU”)、外围处理器(未示出)、只读存储器设备103(其缩写为“ROM”)、随机存取存储器设备11c(其缩写为“RAM”)、以及内部时钟，即振荡器、分频器和计数器(未示出)。一些内部时钟可以由软件实现。

中央处理单元102是控制器10的信息处理能力的源，并且计算机程序在中央处理单元102上运行，以便完成由计算机程序表示的工作。中央处理单元102由诸如直接存储存取控制器和视频处理器之类的外围处理器所支持。

只读存储器设备103的一部分由半导体闪存设备实现。各种类型的信息被以非易失性的方式存储在只读存储器设备11b中。然而，存储在半导体闪存中的数据是可重写的。形成计算机程序的指令代码集是各种类型的信息中的一种。子例程程序被设计用于自动演奏，而另一个子例程程序被设计用于辅助音乐家使用踏瓣。

其中定义制音踏瓣110的踏瓣行程与变量uf之间的关系的踏瓣行程表也被存储在只读存储器103中，并且在辅助音乐家使用踏瓣时被存取。结合电子支持系统30，将在下文中详细描述踏瓣行程表。

随机存取存储器设备104充当工作存储器，并且在随机存取存储器104中定义数据表、寄存器、标志和软件时钟。以可重写的方式将键位置数据和活塞(plunger)速度数据存储在数据表之一中。存储位置(memory location)被分配给用于键的数据表中的键1f和1h中的每一个，并且以先入先出的方式将预定数量的键位置数据和预定数量的活塞速度数据存储在存储位置中。同样，在自动演奏期间，以先入先出的方式将表示柔音、持音和制音踏瓣112、111、110的实际踏瓣位置的踏瓣位置数据存储在另一数据表中。

寄存器之一被分配给踏瓣位置数据，表示制音踏瓣110的实际踏瓣位置的该踏瓣位置数据被存储在该寄存器中，用以辅助音乐家使用踏瓣。周期性地重写该踏瓣位置数据，使得寄存器保持最新的实际踏瓣位置。其它寄存器充当数据缓冲寄存器，并且为螺线管操作的键致动器5和螺线管操作的踏瓣致动器23中的每一个存储平均电流量。

标志之一表示对通过原声音调的自动演奏的请求，并且当用户指示自动演奏系统20再现关于一组乐曲数据代码的演奏时而显现(raise)。另一标志表示对通过电子音调的自动演奏的请求，并且在选择通过电子音调的自动演奏之后而显现。在下文中被称为“辅助模式标志”的另一标志表示对辅助音乐家使用踏瓣的请求，并且当用户指示电子支持系统对音乐家使用踏瓣给出辅助时显现。当这些标志显现时，标志具有1的值。另一方面，当取下(takedown)标志时，标志变为0。

从盘120传送内容表，并且将其存储在某存储位置中。当用户指定乐曲曲调时，由乐曲数据代码表示的一组乐曲数据集从盘驱动器120传送至随机存取存储器104，用于自动演奏。为键1f和1h以及踏瓣110、111、112确定参考键轨迹(trajectory)数据和参考踏瓣轨迹数据，并且将参考键轨迹数据和参考踏瓣轨迹数据临时存储在随机存取存储器104中，用以在自动演奏中驱动键1f和1h以及踏瓣110、111和112。因此，随机存取存储器104向中央处理单元102提供临时数据存储，并且计算结果被进一步存储在随机存取存储器设备104中。

在通过通信网络从程序源下载计算机程序的情况下，计算机程序被临时存储在随机存取存储器104中。

内部时钟之一测量从自动演奏的开始起的经过时间，并且另一内部时钟测量从键事件到下一个键事件的经过时间。在内部时钟由软件实现的情况下，在随机存取存储器104中定义内部时钟。

模数转换器141a选择性地连接至键传感器26和内置的活塞传感器5c，并且键位置信号KS和活塞速度信号VS被提供至模数转换器141a。将键位置数据从模拟形式转换为数字形式，并且也将活塞速度数据从模拟形式转换为数字形式。数字键位置数据和数字活塞速度数据被中央处理单元102周期性地提取，并且被写入用于键的数据表中。

模数转换器141b连接至踏瓣传感器24，并且踏瓣位置信号PS被提供至模数转换器141b。将踏瓣位置数据从模拟形式转换为数字形式。数字踏瓣位置数据也被中央处理单元102周期性地提取，并且被存储在用于踏瓣的数据表中。踏瓣位置信号PS代表从静止位置起的踏瓣行程。当踏瓣110、111和112正处于静止位置时，踏瓣位置信号PS的值为0。当踏瓣110、111和112正被按压时，踏瓣位置信号PS的值与踏瓣行程一起增加。

脉宽调制器142a连接至螺线管操作的键致动器5，并且选择性地将驱动信号DK提供至螺线管操作的键致动器5。脉宽调制器142a响应于表示平均电流量的控制数据，以便将驱动信号DK调整为等效于平均电流量的占空比。在此情形中，驱动信号DK是脉冲串，并且脉宽调制器142a改变每单位时间的脉冲数量，用以调节平均电流量。螺线管操作的键致动器5在关联的键1f和1h上施加力，并且力的大小与驱动信号DK的平均电流量成比例。因此，信息处理系统10a利用脉宽调制器142a来在速度方面控制键1f和1h。

其它脉宽调制器142b连接至螺线管操作的踏瓣致动器23，并且选择性地将驱动信号DP提供至螺线管操作的踏瓣致动器23。脉宽调制器142b响应于表示平均电流量的控制数据，以便将驱动信号DP调整为等效于平均电流量的占空比。驱动信号DP是脉冲串，并且脉宽调制器142b也改变每单位时间的脉冲数量，用以调节平均电流量。螺线管操作的踏瓣致动器23在关联的踏瓣110、111和112上施加力，并且力的大小与驱动信号DP的平均电流量成比例。因此，信息处理系统10a利用脉宽调制器142b来控制踏瓣110、111和112。

转回至图2，螺线管操作的键致动器5由键座1e支撑，并且通过键座中形成的缝隙1k而暴露于键1f和1h的后面部分下面的空间。螺线管操作的键致动器5以交错的方式在横向上排列，并且分别与键1f和1h关联。

螺线管操作的键致动器5在结构上彼此类似，并且每个螺线管操作的键致动器5具有线圈5a、活塞5b和内置活塞传感器5c。线圈5a连接至脉宽调制器142a，并且在存在流经其中的驱动信号DK时产生电磁场。活塞5b被提供在关联的线圈5a中，并且在它们的原始位置(即，不存在驱动信号DK时)轻轻地与键1f和1h的后面部分的下表面间隔开。当驱动信号DK正流经关联的线圈5a时，活塞5b从线圈5b向上伸出，并且推动关联的键1f或1h的后面部分。因此，利用螺线管操作的键致动器5代替人类演奏者的手指，将黑键1f和白键1h从静止位置向着终点位置移动。如前文所述的，螺线管操作的键致动器5利用活塞5b在关联的键1f或1h的后面部分上施加与平均电流量(即，占空比的值)成比例的力。当从线圈5a移除驱动信号DK时，通过线圈5a不产生电磁力，并且活塞5b退回到线圈5a中。结果，黑键1f和白键1h返回至静止位置。

内置活塞传感器5c监控关联的螺线管操作的键致动器5的活塞5b，并且将活塞速度转换为活塞速度信号VS。活塞速度信号VS被提供至模数转换器141a。通过示例，内置活塞传感器5c通过一块永磁体和线圈的组合来实现。

键传感器26在结构上彼此类似，并且每个键致动器26通过光耦合器26a和光调制器26b的组合来实现。利用框架在键座1e上提供光耦合器26a，并且光耦合器26a具有发光器件(例如，光二极管)和光检测器件(例如，与光二极管间隔开的光晶体管)。光束从发光器件辐射至光检测器件。光调制器26b悬挂于关联的键1f或1h的前面部分的下表面，并且在发光器件与光检测器件之间的间隙之间、在上下方向上移动。透明度在光调制器上在上下方向上变化。光束的横截面很宽以至于光调制器26b的轨迹落在该横截面内。光束经过光调制器26a，并且光检测器件上的入射光量根据光调制器26b的透明度而变化。因为光调制器26b与所关联的键1f或1h一起移动，所以入射光量与键位置一起变化，并且为此原因而表示关联的键1f或1h的当前位置。光耦合器26a连接至模数转换器141a，通过键位置信号KS而将当前键位置从键传感器26报告至模数转换器141a。

分别为三个踏瓣110、111和112提供螺线管操作的踏瓣致动器23，并且每个螺线管操作的踏瓣致动器23包括线圈23a和活塞23b。线圈23a由静止部件(例如，踏瓣箱110d)支撑，并且脉宽调制器142连接至螺线管操作的踏瓣致动器23的线圈23a，分别用于提供驱动信号DP。每个活塞23b在其下端连接至踏瓣拨杆的上端，并且活塞23b的上端轻轻地与踏瓣杠杆110c的下表面间隔开。当驱动信号DP流经线圈23a时，在线圈23a周围产生电磁场，并且活塞23b从线圈23a向上伸出。活塞23b向上推动踏瓣杠杆110c，并且使制音器6a升高。当从线圈23a移除驱动信号DP时，在活塞23b上不施加电磁力，并且重量和弹簧12的弹力使踏瓣联动装置和踏瓣110、111和112返回至原始位置和静止位置。

踏瓣传感器24监控活塞23b，并且产生踏瓣位置信号PS。踏瓣位置信号PS代表活塞23b的当前位置，并且从而代表踏瓣110、111和112的当前位置，并且被提供至模数转换器141b。每个踏瓣传感器24可以通过光耦合器和光调制器的组合来实现。

电子支持系统的系统结构

电子支持系统30对制音踏瓣110给予辅助，并且包括信息处理系统10a、用于制音踏瓣110的模数转换器141b、用于制音踏瓣110的脉宽调制器142b、用于制音踏瓣110的螺线管操作的踏瓣致动器23、以及用于制音踏瓣110的踏瓣传感器24。虽然电子支持系统30的系统组件10a、141b、142b、23和24与自动演奏系统20共享，但是用于辅助踏瓣使用的子例程程序不同于用于自动演奏的子例程程序。换言之，仅该子例程程序专用于电子支持系统30，并且被添加至用于自动演奏钢琴的计算机程序。因此，即使电子支持系统30被添加至自动演奏钢琴100，也不会广泛地增加生产成本。

因为电子支持系统30的系统组件10a、141b、142b、23和24与自动演奏系统20的这些系统组件相同，所以在下文中未包含进一步的描述，以避免不需要的重复。

计算机程序

在下文中对计算机程序进行描述。计算机程序被分解为主例程程序和子例程程序。子例程程序之一被分配给通过原声音调的自动演奏，而另一个子例程程序被分配给通过电子音调的自动演奏。又一个子例程程序被分配于对音乐家使用踏瓣的辅助，并且其它两个子例程程序被分配于数据采集和软件时钟。主例程程序通过定时器中断而有条件地和无条件地分支至子例程程序。

当用户打开电源开关时，信息处理系统10a被供电，并且主例程程序开始在中央处理单元102上运行。中央处理单元102首先初始化控制器10，并且此后重复(reiterate)主例程程序直到断电为止。当主例程程序正在中央处理单元102上运行时，中央处理单元102请求视频处理器在操纵面板130的触摸屏上产生工作列表和提示消息。工作列表包含诸如“通过原声音调的自动演奏”、“通过电子音调的自动演奏”、“辅助于使用踏瓣”等等的工作。当用户从工作列表中选择“通过原声音调的自动演奏”的工作、或者“通过电子音调的自动演奏”的工作时，中央处理单元102使用于通过原声音调的自动演奏的标志、或用于通过电子音调的自动演奏的标志显现。在标志改变之后，中央处理单元102存取内容表，并且请求视频处理器在触摸屏上产生乐曲曲调的菜单。当用户从菜单中选择乐曲曲调时，所选择的乐曲曲调的标准MIDI文件从盘DK传送至随机存取存储器104。当完成了数据传送时，主例程程序开始周期性地分支到用于通过原声音调的自动演奏的子例程程序、或用于通过电子音调的自动演奏的子例程程序。因此，自动演奏系统20或电子音调生成系统150准备好自动演奏。此后，中央处理单元102请求视频处理器在触摸屏上产生诸如启动开关、停止开关、快进开关、倒进开关、重复开关等的控制开关的视觉图像。

主例程程序周期性地分支到用于软件时钟的子例程程序，并且在软件定时器上递增经过时间。软件定时器之一用于测量在键事件与下一个键事件之间的经过时间。持续时间数据代码表示节拍时钟信号的脉冲数量。换言之，将在键事件与下一个键事件之间的经过时间表示为节拍时钟信号的脉冲数量。软件定时器被设置为节拍时钟信号的脉冲数量，并且响应于节拍时钟信号而倒计时。当软件定时器达到0时，中央处理单元102处理一个或多个键事件数据代码，并且将软件时钟设置为用于下一个键事件的节拍时钟信号的脉冲数量。

在用户从工作列表中选择通过原声音调的自动演奏、或对音乐家使用踏瓣的辅助的情况下，主例程程序周期性地分支到用于数据采集的子例程程序。要被采集的数据类型依赖于由用户选择的工作。当用户选择通过原声音调的自动演奏时，中央处理单元102周期性地从模数转换器141a和141b中的数据缓冲寄存器中提取键位置数据、活塞速度数据和踏瓣位置数据，并且将它们写入随机存取存储器104中定义的数据表中。另一方面，当用户从工作列表中选择对音乐家使用踏瓣的辅助时，中央处理单元102周期性地从被分配给用于制音踏瓣110的踏瓣传感器23的模数转换器141b中的数据缓冲寄存器中提取踏瓣位置数据，并且将该踏瓣位置数据传送至随机存取存储器104。因此，要被采集的数据类型依赖于要被请求的工作。

用于自动演奏的子例程程序

当表示通过电子音调的自动演奏的标志显现时，主例程程序开始周期性地分支到用于通过电子音调的自动演奏的子例程程序。中央处理单元102将软件时钟设置为由第一持续时间数据表示的脉冲数量。当软件定时器达到0时，中央处理单元102将用于一个或多个音符开事件和踏瓣开事件的一个键事件数据代码、踏瓣事件数据代码或多个键事件数据代码从随机存取存储器104传送至电子音调生成系统150，并且将软件定时器设置为由下一个持续时间数据代码表示的脉冲数量。电子音调生成器将一个或多个信道分配给一个或多个键事件数据代码，并且使得从波形存储器中顺序地读出波形数据。根据从波形存储器中读出的波形数据产生音频信号，并且将合适的包络赋予音频信号。将音频信号提供给音响系统，用以产生一个或多个电子音调。当用于一个或多个音符关事件的一个或多个键事件数据代码被提供给电子音调生成器时，对于音符关而衰减音频信号。对于全部乐曲数据代码而重复上述工作。

当用于通过原声音调的自动演奏的标志显现时，中央处理单元102连续地将软件定时器设置为脉冲的数量，并且对软件计数器进行倒计时，类似于通过电子音调的自动演奏中那样。然而，键事件数据代码和踏瓣时间数据代码被提供至运动控制器/伺服控制器140a和140b，而不是电子音调生成系统150。运动控制器和伺服控制器通过执行用于通过原声音调的自动演奏的子例程程序中的指令代码来实现，并且在下文中详细描述。

首先，对关于音调的响度的控制进行描述。音符开事件数据代码不仅表示要产生的音调的音高，还表示音调的响度。音调的响度与在与琴弦4碰撞之前瞬间的琴槌速度(即，最终琴槌速度)成比例。中央处理单元102分析乐曲数据，并且确定要被按压和释放的键1f和1h以及最终琴槌速度。

最终琴槌速度可通过将在参考点的键速度调节至目标值来控制。在参考点的键速度被称为“参考键速度”。参考点是从静止位置到终点位置的键1f和1h的轨迹上的预定键位置，并且键轨迹被表示为与时间一起变化的目标键位置的一系列的值。向着终点位置的目标键位置的系列的值被称为“参考前向键轨迹”，而术语“参考后向键轨迹”意味着向静止位置的目标键位置的一系列的值。参考前向键轨迹进一步以这样的方式设计：在参考前向键轨迹上的行进导致在音符开时间的音调生成。确定参考后向键轨迹，用以控制衰减音调的时间，即音符关时间。参考前向键轨迹和参考后向键轨迹被概括为“参考键轨迹”。

当乐曲数据表示音调的响度的大值时，用于该音调的黑键1f或白键1h沿着陡峭的参考前向键轨迹移动，以便以参考键速度的相对应的大值经过参考点。另一方面，当乐曲数据表示音调的响度的小值时，自动演奏系统使黑键1f或白键1h在平缓的参考前向键轨迹上行进，从而键1f或1h以参考键速度的相对应的小值经过参考点。因此，中央处理单元102通过将参考键速度调整为目标值来控制音调的响度。

用于踏瓣开事件的目标踏瓣位置的一系列值被称为“参考前向踏瓣轨迹”，而用于踏瓣关事件的目标踏瓣位置的一系列值被称为“参考后向踏瓣轨迹”。如果踏瓣110、111或112准确地在参考前向踏瓣轨迹上行进，机械音调生成系统1b准备好在踏瓣开时间(即，利用踏瓣开数据代码指定的时间)将效果赋予音调。参考后向踏瓣轨迹使机械音调生成系统1b在踏瓣关时间没有该效果。

键1f和1h中的每一个被控制如下。当中央处理单元102发现要被处理的键事件数据代码时，中央处理单元102在键事件数据代码的基础上确定要移动的键1f或1h以及音符开时间/音符关时间。如果键事件数据代码表示音符开事件，则中央处理单元102进一步确定参考键速度。此后，中央处理单元102在表示音符开时间/音符关时间和用于音符开事件的响度的乐曲数据的基础上，准备参考键轨迹。用于准备参考键速度的方法对于本领域中的技术人员来说是众所周知的，并且为了简便起见，在下文中不包含进一步的描述。

关于预定数量的目标键位置的值而确定目标键速度，并且目标键位置的值和目标键速度的值分别与从键传感器26报告的实际键位置的值和从活塞传感器5c报告的实际键速度的值进行比较，并且通过该比较确定位置差和速度差。位置差的值和速度差的值被乘以位置增益和速度增益，并且对乘积的和添加值。乘积的和与该值表示驱动信号DK的平均电流量，用以最小化位置差和速度差。表示平均电流量的控制数据被提供至脉宽调制器142a，并且驱动信号DK被调整为等效于平均电流量的占空比的值。驱动信号DK被提供至用于键1f或1h的螺线管操作的键致动器5。上述反馈控制序列(sequence)周期性地重复，以便促使键1f或1h在参考键轨迹上行进。

踏瓣110、111和112被控制如下。当中央处理单元102发现表示用于效果的控制消息的乐曲数据代码时，中央处理单元确定要移动的踏瓣110、111或112以及踏瓣开时间/踏瓣关时间，并且准备参考踏瓣轨迹，以便使机械音调生成系统1b准备好在踏瓣开时间赋予该效果、或者在踏瓣关时间使机械音调生成系统1b没有该效果。为踏瓣开时间或踏瓣关时间确定踏瓣位置的一系列值。这样，准备参考踏瓣轨迹。

目标踏瓣位置的每个值与从踏瓣传感器24报告的实际踏瓣位置进行比较，并且通过该比较来计算位置差。位置差被乘以位置增益，并且该乘积被添加至一个值。该和值表示平均电流量，用以最小化位置差，并且表示平均电流量的控制数据被提供至脉宽调制器142b。驱动信号DP被提供至螺线管操作的踏瓣致动器23，其将电磁力调节为期望值。

运动控制器支持参考键轨迹的准备和参考踏瓣轨迹的准备，并且伺服控制器支持关于键1f和1h的反馈控制和关于踏瓣110、111和112的反馈控制。将结合对音乐家使用踏瓣的辅助而更加详细地描述运动控制器/伺服控制器10a。

现在假设中央处理单元102发现要被处理的音符开事件，则中央处理单元102指定要移动的键1f或1h，并且作为运动控制器的角色而准备用于键1f或1h的参考前向键轨迹。

如前文中结合用于数据采集的子例程程序而描述的，将实际键位置的值和实际活塞位置的值累积在用于键的数据表中，并且以先入先出的方式周期性地更新实际键位置的预定数量的值和实际键速度的预定数量的值。

在目标键位置的预定数量的值的基础上计算目标键速度，并且将在参考键速度的最前面的值和目标键速度的所计算的值分别与实际键位置的最新值和实际键速度的最新值进行比较。作为伺服控制器的角色，在位置差和速度差的基础上确定平均电流量，并且将平均电流量传送至脉宽调制器142a。

脉宽调制器142b将驱动信号DK调节为等效于平均电流量的占空比的目标值ui。驱动信号DK被提供至用于键1f或1h的螺线管操作的键致动器5，并且通过螺线管操作的键致动器5而被转换为电磁力。电磁力被施加在键1f或1h的后面位置的下表面上，使得键1f或1h在参考前向键轨迹上前进。

键传感器26和活塞传感器5c将实际键位置的最新值和实际键速度的最新值报告给信息处理系统10a。最新值进入实际键位置的值的队列和实际键速度的值的队列，并且将最老的值从队列推出。

重复上述序列，直到键1f或1h达到参考前向键轨迹的终点。键1f或1h促动(actuate)动作单元3，并且使琴槌组件2通过在到参考前向键轨迹的终点位置的途中的释放而开始自由旋转。因为键1f或1h以参考键速度经过参考点，所以琴槌组件2以最终琴槌速度的目标值开始与琴弦4碰撞，使得以响度的目标值生成原声音调。

当中央处理单元102发现用于音符关的键事件数据代码时，中央处理单元102确定用于要被释放的键1f或1h的参考后向键轨迹。只要被释放的键1f或1h在参考后向键轨迹上行进，被释放的键1f或1h就使制音器6在音符关时间进入禁止状态，因此，原声音调在音符关时间衰减。

通过伺服控制器的角色使被释放的键1f或1h在参考后向键轨迹上行进，并且原声音调在音符关时间衰减。

这样，当自动演奏器正演奏所选择的乐曲曲调时，运动/伺服控制器140a与脉宽调制器142a、螺线管操作的键致动器5、键传感器26、活塞传感器5c和模数转换器141a协作，促使键1f和1h在参考键轨迹上行进。运动/伺服控制器140a、脉宽调制器142a、螺线管操作的键致动器5、键传感器26、活塞传感器5c和模数转换器141a形成用于键1f和1h的伺服控制环。

当中央处理单元102发现表示用于在自动演奏中的效果的控制消息的乐曲数据代码时，中央处理单元102作为运动控制器的角色而准备参考前向踏瓣轨迹。通过用于数据采集的子例程程序，由中央处理单元102周期性地提取实际踏瓣位置，使得在数据寄存器中发现实际踏瓣位置的最新值。

中央处理单元102连续比较目标踏瓣位置的值与实际踏瓣位置的最新值，并且作为伺服控制器的角色而改变平均电流量，其使位置差最小化。

平均电流量被提供至脉宽调制器142b，并且脉宽调制器142b将驱动信号DP调整为等效于平均电流量的占空比的值ui。通过螺线管操作的踏瓣致动器23将驱动信号DP转换为电磁力，使得促使踏瓣110、111或112在参考前向踏瓣轨迹上行进。结果，机械音调生成系统1b准备好将乐曲效果赋予原声音调。

当中央处理单元102发现表示踏瓣关事件的乐曲数据代码时，中央处理单元102作为运动控制器的角色而准备参考后向踏瓣轨迹，并且与脉宽调制器142b、螺线管操作的踏瓣致动器23、踏瓣传感器24和模数转换器141b协作，促使踏瓣110、111或112在参考后向踏瓣轨迹上行进。因此，运动/伺服控制器140b、脉宽调制器142b、螺线管操作的踏瓣致动器23、踏瓣传感器24和模数转换器141b形成用于踏瓣110、111和112的伺服控制环。

用于辅助使用踏瓣的子例程程序

当用户从工作列表中选择对音乐家使用踏瓣的辅助时，中央处理单元102使辅助模式标志显现，并且只要辅助模式标志显现，主例程程序就开始周期性地分支到用于辅助音乐家使用踏瓣的子例程程序。

首先，参考图4描述运动/伺服控制器140b。运动/伺服控制器140b被分解为运动控制器150a和伺服控制器150b。运动控制器150a的第一个任务是确定是否将助力施加在制音踏瓣110上，并且第二个任务是确定参考踏瓣轨迹，即目标踏瓣位置rx的系列值。

运动控制器150a检查辅助模式标志和自动演奏标志，以了解用户请求什么工作。如果辅助模式标志显现，则运动/伺服控制器140b正操作在辅助模式下，并且运动控制器150a准备用于制音踏瓣110的参考踏瓣轨迹，以便使助力施加在制音踏瓣110上。

另一方面，如果辅助模式标志被取下，则在自动演奏标志也被取下的条件下，运动/伺服控制器140b使助力不被施加在制音踏瓣110上。当辅助模式标志和自动演奏标志两者均被取下时，运动/伺服控制器140b正操作在非辅助模式下。如果在辅助模式标志被取下的条件下、自动演奏标志显现，则运动控制器150a准备用于自动演奏的踏瓣110、111和112的参考踏瓣轨迹，并且将目标键位置数据的值提供至伺服控制器150b，如前文所述。因此，运动控制器150a在辅助模式标志和自动演奏标志的基础上，对于第一个任务而进行决定。

在对音乐家使用踏瓣的辅助中的参考踏瓣轨迹不同于自动管演奏中的参考踏瓣轨迹，这是因为期望运动控制器150a在对音乐家使用踏瓣的辅助中将人类演奏者带领至半踏瓣区域。辅助中的参考踏瓣轨迹在下文中被称为“参考辅助轨迹”，以便使其可与自动演奏中的参考踏瓣轨迹区别。

参考辅助轨迹表示等于在辅助模式和非辅助模式两者中的实际踏瓣位置yx的目标踏瓣位置rx的一系列值，并且以这样的方式确定：螺线管操作的踏瓣致动器23不对由人类演奏者导致的制音踏瓣110的逐渐向下的移动而给出阻力。然而，在辅助模式下增加变量uf，直到制音踏瓣110达到无效区域与半踏瓣区域之间的边界为止。当制音踏瓣110达到无效区域与半踏瓣区域之间的边界时，运动控制器150a将变量uf改变为0。为此原因，在制音踏瓣110达到无效区域与半踏瓣区域之间的边界之后，助力不被施加在制音踏瓣110上。在非辅助模式下，变量uf被固定为0。为此原因，任何电磁力都不被施加在制音踏瓣110上。

当制音踏瓣110达到无效区域与半踏瓣区域之间的边界时，运动/伺服控制器140b仅使得螺线管操作的踏瓣致动器23的活塞跟随制音踏瓣110。

伺服控制器150b被分解为五个软件模块151、152、153、154和155。软件模块151、152、153、154和155分别称作“比较器”、“放大器”、“加法器”、“归一化(normalization)”、“位置数据生成器”。

从模数转换器141b提供踏瓣位置数据，并且将踏瓣位置数据存储在随机存取存储器104中。最新的踏瓣位置数据ya从随机存取存储器104中被读出，并且通过软件模块154进行归一化。如对本领域技术人员众所周知的，大钢琴1的每个产品均由大量的部件组成，并且在容限的预定值下对这些部件进行机器制造(machine)。为此原因，制音器机构6、制音踏瓣110和制音踏瓣联动装置110f在尺寸上并非严格等同于大钢琴1b的另一产品的这些部件。此外，踏瓣传感器24的位置-信号转换特性包含与踏瓣传感器24的另一产品的位置-信号转换特性的小量差异。踏瓣位置数据通常包含相对于通过标准踏瓣传感器产生的踏瓣位置数据的误差分量。通过归一化而从踏瓣位置数据中消除误差分量。换言之，归一化使踏瓣位置数据适用于自动演奏钢琴的所有产品。通过软件模块155将归一化的踏瓣位置数据yx存储在踏瓣位置数据代码中，其具有与目标踏瓣位置数据rx的数据格式相同的数据格式。踏瓣位置数据代码被提供至运动控制器150a和加法器151。

运动控制器150a检查踏瓣位置数据代码，以了解实际踏瓣位置yx是否等于目标踏瓣位置rx。当制音踏瓣110在辅助模式和非辅助模式下正在去终点位置的途中行进时，答案总是肯定的，因为在辅助模式和非辅助模式两者下，运动控制器150a总是使目标键位置rx等于实际键位置yx。然而，当运动/伺服控制器150b正操作于自动演奏中时，目标踏瓣位置rx通常不同于实际踏瓣位置yx，并且发生位置差。

通过软件模块151进一步将实际踏瓣位置数据yx与目标踏瓣位置数据rx进行比较。如果实际踏瓣位置yx等于目标踏瓣位置rx，则位置差为0。然而，如果实际踏瓣位置yx不同于目标踏瓣位置rx，则通过软件模块152将位置差乘以位置增益，并且通过软件模块153而将变量uf的值加至乘积ux。和u表示平均电流量的目标值，并且被提供至脉宽调制器142b。

在自动演奏的伺服控制中，变量uf大于辅助模式下的变量，如将在下文中结合踏瓣行程表而描述的。平均电流量u与乘积ux和变量uf的和一起变化。促使踏瓣110、111和112在参考踏瓣轨迹上行进。

变量uf在辅助模式下与实际踏瓣位置yx一起增加，直到制音踏瓣110达到在无效区域与半踏瓣区域之间的边界。虽然在目标踏瓣位置rx与实际踏瓣位置yx之间的位置差在辅助模式下不发生，但是变量uf使平均电流量不等于0。为此原因，驱动信号DP使得螺线管操作的踏瓣致动器23在制音踏瓣110上施加助力。

因为位置差和变量uf两者在非辅助模式下均为0，所以平均电流量u为0，并且螺线管操作的踏瓣致动器23将其活塞保持在原始位置。

当制音踏瓣110在辅助模式下达到在无效区域与半踏瓣区域之间的边界时，运动控制器150a将变量uf改变为0。因为位置差为0，平均电流量也被减至0，所以伺服控制器150b迅速地将平均电流量的目标值减至0。结果，脉宽调制器142b从螺线管操作的踏瓣致动器23移除驱动信号DP，并且由于内置的回位弹簧，活塞退回至螺线管操作的踏瓣致动器23的线圈中。

当运动/伺服控制器140b正操作在辅助模式标志和自动演奏标志两者均被取下的条件下时，运动控制器150a使目标踏瓣位置rx等于实际踏瓣位置yx，并且将变量uf固定为0。不发生任何位置差，并且乘积ux与变量uf的和一直为0。为此原因，活塞处在原始位置，并且在制音踏瓣110上不施加任何助力。

在下文中参考图5和图6描述参考辅助轨迹。XR、XH和XE分别指示静止位置、半踏瓣区域的入口以及终点位置。曲线图(plot)L1代表辅助模式下的变量uf，而曲线图L2代表自动演奏中的变量uf。将曲线图L1与曲线图L2比较，理解到，辅助模式下的电磁力小于自动演奏中的电磁力。

当人类演奏者正在非辅助模式下演奏乐曲曲调时，他或她将与自动演奏中的电磁力一样大的脚力施加在制音踏瓣110上。然而，电子支持系统30在辅助模式下将一部分电磁力施加在制音踏瓣110上。为此原因，人类演奏者需要在制音踏瓣110上施加与自动演奏中的电磁力和辅助模式下的电磁力之间的差一样大的脚力，以便照常移动制音踏瓣110。换言之，人类演奏者感觉制音踏瓣110较轻，直到半踏瓣区域的入口XH为止。然而，在该入口，电磁力迅速减至0。人类演奏者感觉制音踏瓣110较重。换言之，在板踏瓣区域的入口XH，要由人类演奏者承担的负荷迅速改变。因此，电子支持系统30通过负荷的改变，使人类演奏者注意到制音踏瓣110达到半踏瓣区域的入口XH。

实际制音踏瓣位置yx与变量uf之间的关系被写入只读存储器103中定义的踏瓣行程表中，并且图6示出该关系。当制音踏瓣110正处在静止位置时，变量uf为0，并且运动/伺服控制器140b不驱动螺线管操作的踏瓣致动器23。假设人类演奏者开始按压制音踏瓣110。实际制音踏瓣位置yx连续改变为yx1、yx2、yx3、......。然后，变量uf与实际踏瓣位置yx一起增加至uf1、uf2、uf3、......。当制音踏瓣110达到半踏瓣区域的入口XH时，变量uf迅速减至0(零)，并且被维持在0，直到终点位置XE。人类演奏者在半踏瓣区域的入口XH处感觉制音踏瓣110的阻力迅速增加。为此原因，人类演奏者可以通过电子支持系统30的阻力而获悉从静止位置到半踏瓣区域的入口XH的踏瓣行程。

现在假设音乐家从工作列表中选择在大钢琴1上用手指弹奏和使用踏瓣的标准练习，则中央处理单元102保持辅助模式标志被取下。换言之，辅助模式标志指示非辅助模式。在此情形中，运动控制器150a和伺服控制器150b不在制音踏瓣110上给予任何对于使用踏瓣的辅助。

当音乐家正在大钢琴1上演奏乐曲曲调时，他或她注意到一些音符以小响度值而产生。音乐家决定将制音踏瓣110移动至半踏瓣区域。音乐家在制音踏瓣110上施加脚力，并且将制音踏瓣110向着半踏瓣区域移动。虽然制音踏瓣行程yx从0向着半踏瓣区域的入口XH增加，但是运动/伺服控制器140b将螺线管操作的踏瓣致动器23的活塞保持在原始位置。结果，音乐家仅通过他或她的脚力按压制音踏瓣。

假设音乐家从工作列表中选择对使用踏瓣的辅助。中央处理单元102使辅助模式标志显现，并且辅助模式标志的状态被传递至运动控制器150a。运动/伺服控制器140b在辅助模式下操作。

音乐家开始在大钢琴1上演奏乐曲曲调。当音乐家正用手指弹奏并使用踏瓣时，他或她注意到那些音符，并且决定将制音踏瓣110按压至半踏瓣区域中。

当音乐家按压制音踏瓣110时，实际踏瓣位置yx从0通过yx1、yx2、yx3、......逐渐增加，并且运动控制器150a保持目标踏瓣位置rx等于实际踏瓣位置yx1、yx2、yx3、......。为此原因，不发生任何位置差，并且乘积ux为0。运动控制器150a存取只读存储器103中的踏瓣行程表，并且连续读出变量uf1、uf2、uf3、......。值uf1、uf2、uf3、......大于0，并且变量uf的值从uf1通过uf2、uf3、......而增加。变量uf的值被加至乘积ux。平均电流的目标量u等于变量uf的值。因此，确定平均电流的目标量u，并且将其提供至脉宽调制器142b。

驱动信号DP被调整为平均电流的目标量u的值，并且此后被提供至螺线管操作的踏瓣致动器23。螺线管操作的踏瓣致动器23在制音踏瓣110上施加电磁力。换言之，电子支持系统30承担制音踏瓣110上的部分负荷。音乐家感觉制音踏瓣110较轻，并且电子支持系统30连续承担部分负荷，直到入口XH。

当制音踏瓣达到半踏瓣区域的入口XH时，变量uf迅速减至0，并且电子支持系统30不承担负荷。为了使制音踏瓣110进入半踏瓣区域，音乐家需要增加脚力。音乐家通过制音踏瓣110上的负荷的改变而注意到制音踏瓣达到入口XH。

图7示出由音乐家承担的负荷U-uf。虽然制音踏瓣110增加行程，即，由曲线图L3表示的、通过半踏瓣区域的入口XH的从静止位置XR到终点位置XE的实际踏瓣位置yx，但是不增加负荷U-uf，直到半踏瓣区域的入口XH。虽然如由虚线L4指示的，制音踏瓣110上的总负荷增加，直到半踏瓣区域的入口XH，但是电子支持系统30承担曲线图L3与虚线L4之间的差。为此原因，音乐家需要承担小量负荷。然而，当制音踏瓣110达到半踏瓣区域的入口XH时，助力被减至0，并且音乐家需要承担全部负荷。因此，要由音乐家承担的负荷在半踏瓣区域的入口XH处迅速增加。

如将从在前描述理解的，电子支持系统30承担制音踏瓣110上的部分负荷，直到半踏瓣区域的入口XH，并且在半踏瓣区域的入口XH处迅速减小助力。结果，音乐家通过脚底上的触感而感觉负荷的变化。这意味着电子支持系统30允许音乐家继续阅读乐谱。结果，音乐家可以学习对于半踏瓣的踏瓣使用，而不牺牲在键盘1a上用手指弹奏。

此外，电子支持系统30的系统组件与自动演奏系统20共享，并且仅对用于辅助音乐家使用踏瓣的子例程程序修改计算机程序。因此，厂商不会广泛地增加自动演奏钢琴100的生产成本。

另外，电子支持系统30在制音踏瓣110上的调音工作中是有益的。即使半踏瓣区域的入口XH从最佳位置移动，调音工作者通过电子支持系统30的辅助而将制音踏瓣110保持在该入口，并且将制音踏瓣联动装置110f和制音器连杆9调整到正确状态。

第二实施例

转至附图的图8，实施本发明的另一自动演奏钢琴100A主要包括大钢琴1A、自动演奏系统20A和电子支持系统30A。大钢琴1A和自动演奏系统20A在结构和操作上与大钢琴1和自动演奏系统20类似，并且为此原因，大钢琴1A的部件和自动演奏系统20A的系统组件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件和自动演奏系统20的系统组件的标号，为了简便起见省略了详细描述。

自动演奏系统20A的系统组件也与电子支持系统30A共享。然而，用于辅助使用踏瓣的子例程程序在电子支持系统30与电子支持系统30A之间不同。为此原因，在图8中，电子支持系统30A的运动/伺服控制器被标注为140Ab。

虽然图6中所示的踏瓣行程表被存储在电子支持系统30的只读存储器103中，但是不为电子支持系统30A准备任何踏瓣行程表。替代地，在静止位置处的踏瓣行程XR、在半踏瓣区域的入口XH处的踏瓣行程XH、在终点位置处的踏瓣行程XE以及变量uf的值ufH被存储在电子支持系统30A的只读存储器103中。踏瓣行程XR、XH和XE以及值ufH在图9中可见。

除了运动控制器通过计算确定变量uf的值之外，运动/伺服控制器140Ab与运动/伺服控制器140b类似地工作。详细地，当实际踏瓣位置yx被提供至运动/伺服控制器140Ab的运动控制器时，运动控制器首先检查实际踏瓣位置yx，以了解制音踏瓣110是否达到或超过半踏瓣区域的入口XH。如果给出答案为否定的，则制音踏瓣行程yx小于在半踏瓣区域的入口XH处的制音踏瓣行程，并且制音踏瓣110仍然在去往半踏瓣区域的入口XH的途中。利用否定答案，运动控制器从只读存储器103读出踏瓣行程XR、XH和XE的值以及变量uf的值ufH，并且计算变量uf的值为：

uf＝ufH×(yx-XR)/(XH-XR)     ......算式1

相反，如果给出答案为肯定的，则运动控制器确定变量uf为0。

依据算式1，变量uf在静止位置XR与半踏瓣区域的入口XH之间线性增加，如由图9中的曲线图L5所表示的，并且在半踏瓣区域的入口XH处迅速衰减至0，如图9中所示。因为电子支持系统30A承担制音踏瓣110上的部分负荷，所以由人类演奏者承担的负荷如由曲线图L6所指示的变化。

人类演奏者在静止位置XR与半踏瓣区域的入口XH之间仅承担制音踏瓣110上的部分负荷，并且电子支持系统30Aa承担虚线L7与曲线图L6之间的差。(见图10)结果，人类演奏者感觉制音踏瓣110较轻，直到入口XH。然而，电子支持系统30Aa在入口XH处迅速从制音踏瓣110移除助力。为此原因，人类演奏者在半踏瓣区域的入口XH处感觉负荷突然增加。

因此，人类演奏者通过电子支持系统30Aa的辅助下获悉使用踏瓣至半踏瓣区域，而不需要将眼睛从乐谱移开。

第三实施例

转至附图的图11，实施本发明的又一个自动演奏钢琴100B主要包括大钢琴1B、自动演奏系统20B和电子支持系统30B。大钢琴1B和自动演奏系统20B在结构和操作上与大钢琴1和自动演奏系统20类似，并且为此原因，大钢琴1B的部件和自动演奏系统20B的系统组件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件和自动演奏系统20的系统组件的标号，而为了简便起见省略了详细描述。

自动演奏系统20B的系统组件也与电子支持系统30B共享。然而，用于辅助使用踏瓣的子例程程序在电子支持系统30与电子支持系统30B之间不同。为此原因，在图11中，电子支持系统30B的运动/伺服控制器被标注为140Bb。

虽然运动/伺服控制器140b通过改变变量uf而改变助力，但是运动/伺服控制器140Bb通过改变目标踏瓣位置rx而改变助力。

详细地，Kx代表位置增益，而ufH代表在入口XH处的变量uf的值。在制音踏瓣行程XR处的变量uf的值被表示为ufR。位置增益Kx、值ufH和ufR、以及制音踏瓣行程的值XR和XH被存储在只读存储器103中。常数AK和BK被计算为

AK＝(ufH-ufR)/(XH-XR)/Kx    ......算式2

BK＝ufH/Kx                  ......算式3

当运动/伺服控制器140Bb操作在辅助模式下时，假设人类演奏者开始按压制音踏瓣110。实际踏瓣位置yx周期性地增加。当实际踏瓣位置yx达到运动伺服控制器140Bb的运动控制器时，运动控制器比较实际踏瓣位置yx与入口XH，以了解制音踏瓣110是否达到或超过入口XH。

如果给出答案为否定的，则运动控制器计算目标踏瓣位置rx为

rx＝AK×yx+BK+yx                  ......算式4

当计算了目标踏瓣位置rx时，运动控制器从目标踏瓣位置rx减去实际踏瓣位置yx，以便确定位置差。依据算式4，目标踏瓣位置的值大于实际踏瓣位置yx的值，使得乘积ux大于0。另一方面，运动控制器将变量uf固定为0。乘积ux被加至变量uf，并且确定平均电流的目标量为乘积ux和变量uf的和。虽然变量uf为0，但是乘积ux大于0，从而和数u也大于0。脉宽调制器142b将驱动信号DP调整为等效于平均电流的目标量的占空比ui。为此原因，螺线管操作的踏瓣致动器23将助力施加在制音踏瓣110上。

当给出答案为肯定时，制音踏瓣110达到或超过入口XH。运动控制器使目标踏瓣位置rx等于实际踏瓣位置yx，并且仍然将变量uf保持为0。

目标踏瓣位置rx如由图12中的曲线图L8指示的改变。为此原因，位置差以及乘积ux变为等于0，并且乘积ux与变量uf的和数变为等于0。

因此，平均电流的目标量u从静止位置XR到半踏瓣区域的入口XH增加，以便将助力施加在制音踏瓣110上。然而，平均电流的目标量u在入口XH处迅速减至0，如由图13中的曲线图L9指示的。结果，不在制音踏瓣110上施加任何助力。在图12和图13中，曲线图L10指示用于在自动演奏中驱动制音踏瓣110的平均电流量u。

如前文所述，电子支持系统30B在静止XR位置与半踏瓣区域的入口XH之间施加助力，使得由人类演奏者承担的负荷U-fu较小，直到半踏瓣区域的入口XH，如由图14中的曲线图L11指示的。在入口XH处，负荷U-uf迅速增加。因此，人类演奏者可以通过电子支持系统30B的辅助而获悉制音踏瓣110至半踏瓣区域的行程。换言之，电子支持系统30B实现电子支持系统30的所有优势。

第四实施例

转至附图的图15，另一自动演奏钢琴100C主要包括大钢琴1C、自动演奏系统20C和电子支持系统30C。大钢琴1C和自动演奏系统20C在结构和操作上与大钢琴1和自动演奏系统20类似，并且为此原因，大钢琴1C的部件和自动演奏系统20C的系统组件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件和自动演奏系统20的系统组件的标号，而为了简便起见省略了详细描述。

自动演奏系统20C的系统组件也与电子支持系统30C共享。然而，用于辅助使用踏瓣的子例程程序在电子支持系统30与电子支持系统30C之间不同。为此原因，在图14中，电子支持系统30C的运动/伺服控制器被标注为140Cb。

虽然电子支持系统30、30A和30B使得由人类演奏者承担的负荷较轻，直到半踏瓣区域的入口XH，但是电子支持系统30C以与电子支持系统30、30A和30B相反的方式将助力施加在制音踏瓣110上。详细地，电子支持系统30C在半踏瓣区域中将电磁力施加在制音踏瓣110上。然而，在半踏瓣区域外部，人类演奏者需要仅通过他或她的脚力来移动制音踏瓣110。

详细地，在只读存储器103中定义踏瓣行程表，其内容在图16中所示。变量uf为0，直到半踏瓣区域的入口XH，并且变量uf在半踏瓣区域的入口XH1和出口XH2之间具有有限值UF1、uf11、uf12、......和UF2。当从半踏瓣区域离开时，变量uf迅速减至0。

在操作中，在自动演奏和非辅助模式中，运动/伺服控制器140Cb与运动/伺服控制器140b类似地工作。当人类演奏者选择辅助使用踏瓣时，辅助标志显现，并且主例程程序周期性地分支到用于辅助使用踏瓣的子例程程序。

当中央处理单元102正重复用于辅助的子例程程序时，运动/伺服控制器140Cb实现如下。

从数据表中读出最新的踏瓣位置数据，并且通过软件模块154对该最新踏瓣位置数据进行归一化，并且通过软件模块155将经归一化的踏瓣位置数据存储在踏瓣位置数据代码中。踏瓣位置数据代码被提供至运动控制器和比较器151两者。运动控制器使目标踏瓣位置rx等于最新的实际踏瓣位置yx，并且将目标踏瓣位置rx与实际踏瓣位置yx进行比较。在目标踏瓣位置rx与实际踏瓣位置yx之间未发现位置差，即，位置差为0。位置差被乘以位置增益。然而，乘积为0。

运动控制器存取踏瓣位置数据表，并且从踏瓣位置数据表中读出变量uf的值。当制音踏瓣110正在去往入口XH的途中行进时，变量uf为0。乘积ux与变量uf的和数为0，使得脉宽调制器142b将驱动信号DP的占空比ui保持在0。结果，不在制音踏瓣110上施加电磁力。人类演奏者仅通过他或她的脚力来按压制音踏瓣110，并且感觉制音踏瓣110较重。

当制音踏瓣110达到半踏瓣区域的入口XH1时，变量uf变为UF1，如由图17中的曲线图L12所指示的。虽然乘积ux仍为0，但是乘积ux与变量uf的和数等于值UF1。脉宽调制器142b将驱动信号DP调整为等效于和数UF1的占空比ui，使得螺线管操作的踏瓣致动器23将助力施加在制音踏瓣110上。人类演奏者感觉制音踏瓣110突然变轻。因此，人类演奏者注意到制音踏瓣110正进入半踏瓣区域。

当制音踏瓣110正在半踏瓣区域中行进时，由于助力，运动/伺服控制器140Cb保持制音踏瓣110较轻。当制音踏瓣110达到实际踏瓣位置yx21时，制音踏瓣110超过半踏瓣区域，并且运动控制器迅速将变量uf减至0。乘积ux与变量uf的和数也变为0，使得不在制音踏瓣110上施加任何助力。人类演奏者再次感觉制音踏瓣110较重，并且注意到制音踏瓣110超过半踏瓣区域。

当人类演奏者正在辅助模式下演奏时，上述控制序列周期性地重复。变量uf如由图17中的曲线图L12所指示的改变。当运动/伺服控制器140Cb正操作在自动演奏中时，电磁力被施加在制音踏瓣110上(如由曲线图L13指示的)，并且曲线图L12与曲线图L13之间的差由人类演奏者承担。人类演奏者可以通过电子支持系统30C的辅助来获悉入口XH1和出口XH2两者。

虽然运动/伺服控制器140Cb从踏瓣行程表中读出变量uf，但是对运动/伺服控制器140Cb的修改计算半踏瓣区域中的变量uf的值如下。

uf＝((UH2-UH1)×(yx-XH1)/(XH2-XH1)+UH)×Su

                                            算式5

其中，XH1和XH2与图17中的XH1和XH2相同，UH1是用于仅通过电磁力将制音踏瓣110移动至入口XH1的变量uf的值，UH2是用于仅通过电磁力将制音踏瓣110移动至出口XH2的变量uf的值，并且Su是系数。

第五实施例

转至附图的图18，又一自动演奏钢琴100D主要包括大钢琴1D、自动演奏系统20D和电子支持系统30D。大钢琴1D和自动演奏系统20D在结构和操作上与大钢琴1和自动演奏系统20类似，并且为此原因，大钢琴1D的部件和自动演奏系统20D的系统组件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件和自动演奏系统20的系统组件的标号，而为了简便起见省略了详细描述。

自动演奏系统20D的系统组件也与电子支持系统30D共享。然而，用于辅助使用踏瓣的子例程程序在电子支持系统30与电子支持系统30D之间不同。为此原因，在图18中，电子支持系统30D的运动/伺服控制器被标注为140Db。

在自动演奏和辅助使用踏瓣两者中，虽然运动/伺服控制器140b通过在目标踏瓣位置yx与实际踏瓣位置rx之间的比较而实现对制音踏瓣110的伺服控制，但是运动/伺服控制器140Db不仅在目标踏瓣位置rx与实际踏瓣位置yx之间的比较的基础上，还在目标踏瓣速度rv与实际踏瓣速度yv之间的比较的基础上，控制制音踏瓣110，如图19中所示。

图19示出运动/伺服控制器140Db的软件块。运动/伺服控制器140Db被分解为运动控制器150Da和伺服控制器150Db。比较图19中所示的软件块与图4中所示的软件块，理解到，软件块156、157和158被新添加至伺服控制器150b。运动控制器150Da不仅从踏瓣行程数据表中读出目标踏瓣位置rx，还确定目标踏瓣速度rv。

一系列归一化的实际踏瓣位置数据yx通过软件模块157进行区分，并且实际踏瓣速度数据yv被存储在踏瓣速度数据代码中。该实际踏瓣速度数据yv被提供至运动控制器150Da和软件模块158。运动控制器150Da将目标踏瓣速度rv提供至软件模块158，并且通过软件模块158确定目标踏瓣速度rv与实际踏瓣速度yv之间的速度差，并且速度差被乘以速度增益Kv。乘积uv被加至乘积ux，并且乘积ux与uv的和数u被提供至脉宽调制器142，作为表示平均电流的目标量的数据。因此，平均电流的目标量u被给出为

u＝ux+uv＝Kx×(rx-yx)+Kv×(rv-yv)    ......算式6

当制音踏瓣110正在半踏瓣区域或该半踏瓣区域外部之一中行进时，电子支持系统30D将助力施加在制音踏瓣110上，并且在半踏瓣区域和该半踏瓣区域外部的另一个中，在制音踏瓣110上不施加任何助力。运动控制器150Da确定目标踏瓣位置rx和目标踏瓣速度rv如下。

当电子指出系统30D不在制音踏瓣110上施加助力时，运动控制器150Da分别将目标踏瓣位置rx和目标踏瓣速度rv调整为实际踏瓣位置yx的值和实际踏瓣速度yv的值。结果，乘积ux与uv之间的加法导致0。不通过螺线管操作的踏瓣致动器23生成任何助力。

另一方面，当电子支持系统30D正在制音踏瓣110上施加助力时，运动控制器150Da总是将目标踏瓣速度rv调整为0。差具有负值，并且乘积uv也具有负值。另一方面，运动控制器150Da将目标踏瓣位置调整为大于实际踏瓣位置的值的位置值，并且乘积ux具有正值。以这样的方式选择目标踏瓣位置rx的正值：乘积ux的绝对值大于乘积uv的绝对值。为此原因，乘积ux与uv的和数被给出为小的正值，并且螺线管操作的踏瓣致动器23在制音踏瓣110上施加微弱助力。如果人类演奏者在制音踏瓣110上施加大的脚力，则制音踏瓣110被迅速按压。然而，大的实际踏瓣速度yv使乘积ux与uv的和数u具有小值。从而，减小了助力。目标踏瓣速度可以是固定值Yv。

如将从在前描述理解的，电子支持系统30D在半踏瓣区域和半踏瓣区域外部之一中将助力施加在制音踏瓣110上，并且在半踏瓣区域和半踏瓣区域外部中的另一个中从制音踏瓣110移除助力。人类演奏者注意到制音踏瓣110在负荷改变。因此，人类演奏者可以通过电子支持系统30D的辅助而获知至半踏瓣区域的适当踏瓣行程。

第六实施例

转至附图的图20，实施本发明的另一自动演奏钢琴主要包括大钢琴1E、自动演奏系统20E和电子支持系统30E。大钢琴1E和自动演奏系统20E在结构和操作上与大钢琴1和自动演奏系统20类似，并且为此原因，大钢琴1E的部件和自动演奏系统20E的系统组件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件和自动演奏系统20的系统组件的标号，而为了简便起见省略了详细描述。

自动演奏系统20E的系统组件也与电子支持系统30E共享。然而，电子支持系统30E被适配为使人类演奏者获悉至释放(let-off)的键行程。为此原因，电子支持系统30E包括螺线管操作的键致动器5、键传感器26、模数转换器141a和脉宽调制器142a，而非包括制音踏瓣23、制音器位置传感器24、模数转换器141b和脉宽调制器142a，以及用于辅助手指弹奏的子例程程序形成计算机程序的一部分。用于辅助使用踏瓣的子例程程序未合并在计算机程序中。为此原因，在图20中，电子支持系统30E的运动/伺服控制器被标注为140Ea和140Eb。

在自动演奏中，通过运动/伺服控制器140Eb控制制音、持音和柔音踏瓣110、111和112。然而，运动/伺服控制器140Eb在对音乐家用手指弹奏的辅助中保持空闲(stand idle)。运动/伺服控制器140Ea的软件模块在自动演奏和辅助用手指弹奏两者中激活(active)，并且运动/伺服控制器140Ea的软件模块与图19中示出的运动/伺服控制器140Db的软件模块类似。为此原因，运动/伺服控制器140Db的软件模块在下文中被标注为指定运动/伺服控制器140Db的相对应的软件模块的标号，并且rx、rv、yx和yv分别代表目标键位置、目标键速度、实际键位置和实际键速度。

当人类演奏者正在没有对用手指弹奏的任何辅助的情况下在大钢琴1E上演奏乐曲曲调时，运动控制器150Da将目标键位置rx和目标键速度yv调整为实际键位置yx的值和实际键速度的值，使得脉宽调制器142将驱动信号DK的占空比保持在0。为此原因，螺线管操作的键致动器5将活塞5b保持在原始位置。因此，不在键1f和1h上施加任何助力。

当人类演奏者请求电子支持系统将他或她的手指带领至键1f和1h的释放点时，辅助模式标志显现，并且主例程程序开始周期性地分支到用于辅助的子例程程序。现在假设人类演奏者按压键1f或1h中之一，则关联的键传感器26报告从静止位置的离开，并且运动/伺服控制器140Db开始使人类演奏者注意到释放点。

当键1f或1h正从静止位置至接近于释放点的某键位置行进时，运动控制器150Da将目标键速度rv保持在0，并且目标键位置rx大于实际键位置yx。平均电流的目标量u具有小值，并且脉宽调制器142a将驱动信号DK的占空比调整为等效于平均电流的小量的小值。结果，助力被施加在键1f或1h上，并且人类演奏者感觉到键1f或1h较轻。

当键1f或1h达到接近于释放点的某点时，运动控制器150Da将目标键位置rx和目标键速度rv调整为实际键位置yx的值和实际键速度yv的值。结果，助力被减至0，并且人类演奏者突然感觉到键1f或1h较重。

当键1f或1h达到释放点时，支撑杆3a使琴槌组件2从支撑按3a离开，并且减少键1f或1h上的负荷。人类演奏者再次感觉到键1f或1h较轻。因此，电子支持系统30E通过改变由人类演奏者承担的负荷，使人类演奏者获悉在释放处的键行程。

第七实施例

转至附图的图21，根据本发明，大钢琴1F配备有根据本发明的电子支持系统30F。然而，在大钢琴1F中未安装任何自动演奏系统。大钢琴1F在结构和行为上类似于大钢琴1。为此原因，大钢琴1F的部件被标注为指定大钢琴1的相对应的部件的标号，而为给出详细描述。

电子支持系统30F被适配为使人类演奏者获悉至半踏瓣区域的踏瓣行程，并且包括控制器、螺线管操作的踏瓣致动器和踏瓣传感器。控制器、螺线管操作的踏瓣致动器和踏瓣传感器的系统组件在结构和作用方面类似于电子支持系统30的这些系统组件。为此原因，控制器、螺线管操作的踏瓣致动器和踏瓣传感器的系统组件被标注为指定电子支持系统30的相对应的系统组件的标号。

计算机程序在信息处理系统10a上运行，并且除了用于自动演奏的子例程程序之外，与安装在自动演奏钢琴100的信息处理系统10a中的计算机程序相同。因为不为大钢琴1F提供任何自动演奏系统，所以用于自动演奏的子例程程序不形成安装在电子支持系统30F中的计算机程序的任何部分。从而，运动/伺服控制器仅响应于对辅助使用踏瓣的请求。为此原因，通过执行用于辅助的子例程程序而实现踏瓣控制器140Fb。

当制音踏瓣110正从静止位置向半踏瓣区域的入口行进时，踏瓣控制器140Fb使螺线管操作的踏瓣致动器23将助力施加在制音踏瓣110上，并且人类演奏者感觉到制音踏瓣110较轻。然而，当制音踏瓣110达到半踏瓣区域的入口时，踏瓣控制器140Fb使螺线管操作的踏瓣致动器23在半踏瓣区域110的入口处从制音踏瓣110移除助力。因此，人类演奏者可以通过电子支持系统30F的辅助而获悉至半踏瓣区域的踏瓣行程。

虽然已经示出并描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范畴的情况下，可以进行各种改变和修改。

自动演奏钢琴可以配备有静音系统。静音系统具有琴槌阻挡器以及对调(change-over)机构，用以在阻挡位置和自由位置之间改变琴槌阻挡器。在处于静止位置的琴槌与琴弦之间的空间中提供琴槌阻挡器。当琴槌阻挡器正处于自由位置时，琴槌开始与琴弦碰撞，并且引起琴弦的振动。然而，当琴槌阻挡器被改变至阻挡位置时，琴槌在达到琴弦之前在琴槌阻挡器上回弹。为此原因，在琴槌阻挡器处于阻挡位置的条件下，不生产任何原声音调。相反，电子音调生成系统通过分析实际键位置而生成电子音调，并且人类演奏者通过耳机听到电子音调。因此，静音系统防止旁边的人听到钢琴音调。当人类演奏者按压踏瓣时，从踏瓣传感器将踏瓣的移动报告至信息处理系统，并且信息处理系统使电子音调生成器将效果赋予电子音调。虽然在分析键位置数据和踏瓣位置数据的基础上生成电子音调和要被赋予电子音调的效果，但是为此原因，生成电子音调的定时和赋予效果的定时可以稍微不同于原声音调的这些定时。在此情形中，用户和调音师重视(appreciate)电子支持系统对使用踏瓣的辅助，因为电子支持系统通过改变由用户和调音师承担的负荷来指定半踏瓣区域的入口。用户或调音师可以容易地通过比较由电子支持系统指定的半踏瓣区域的入口与电子音调的实际改变点，将踏瓣传感器调整至最佳位置。

记录系统可以被进一步提供给自动演奏钢琴。在此情形中，电子支持系统指导人类演奏者至半踏瓣区域的入口，使得用户可以通过记录系统来记录良好的演奏。

本发明的电子支持系统可以被提供在另一种类型的键盘乐器中，例如，静音钢琴或者用于练习的键盘。此外，只要电子键盘具有根据踏瓣行程而将不同效果赋予电子音调的踏瓣，电子支持系统就可以被提供给这种电子键盘。此外，风琴或打击乐器可以配备有本发明的电子支持系统。

MIDI协议不对自动演奏设置任何限制。在MIDI协议之前已经提出了其它类型的乐曲数据协议，并且在MIDI协议之后已经提出了另一种类型的乐曲数据协议。即使根据其它类型的乐曲协议之一而准备乐曲数据代码，这些乐曲数据代码也可以用于自动演奏。

光耦合器和光调制器的组合不对键传感器26和踏瓣传感器24设置任何限制。可变电阻器可以连接至键1f或1h。在此情形中，键1f或1h或活塞23b连接至可变电阻器的滑动触点，用以将当前位置转换为电流量。

同样地，永磁体和线圈的组合不对内置活塞传感器5c设置任何限制。霍尔效应器件可以被用作速度传感器的一部分。

螺线管操作的致动器不对键致动器5和踏瓣致动器23设置任何限制。力矩电机、气动致动器或电活化聚合体可以被用作键致动器5和/或踏瓣致动器23。

键位置传感器26、活塞速度传感器5c和踏瓣位置传感器24可以被另一种类型的键传感器、另一种类型的活塞传感器和另一种类型的踏瓣传感器取代。这些其它类型的传感器可以产生代表其它类型的物理量(例如，键速度/键加速度、活塞位置/活塞加速度、以及踏瓣速度/踏瓣加速度)的检测信号。用于其它类型的物理量的传感器也可用于自动演奏系统20和电子支持系统30，只要其它类型的物理量表示键1f/1h的移动以及踏瓣110/111/112的移动即可。

半踏瓣区域的入口XH(即，无效区域与半踏瓣区域之间的边界)不对本发明的技术范畴构成任何限制。助力可以在半踏瓣区域中的某点处被减至0或小值。所述某点与无效区域和半踏瓣区域之间的边界间隔开，并且还与半踏瓣区域和有效区域之间的边界间隔开。否则，电子支持系统30可以在紧挨着无效区域与半踏瓣区域之间的边界之前的预定实际踏瓣位置处停止，以承担部分负荷。在预定实际踏瓣位置处的制音踏瓣110仍在无效区域中。

在第一实施例中，螺线管操作的踏瓣致动器23的活塞迅速退回，用以将助力从制音踏瓣110移除。然而，活塞可以被维持在入口XH。在此情形中，人类演奏者需要增加脚力，以便进一步按压制音踏瓣110，从而电子支持系统30使人类演奏者通过增加脚力而得到教示。

运动/伺服控制器140b可以在非辅助的操作模式中激活。在此情形中，运动控制器150a保持目标踏瓣位置rx为0，而不考虑制音踏瓣位置yx。平均电流量u总是为0，使得不在制音踏瓣110上施加任何助力。

运动/伺服控制器中的部分或全部软件模块可以被有线逻辑电路取代。例如，软件模块151和158可以被比较器取代，软件模块153可以被加法器取代，而软件模块152和156可以被乘法器取代。

电子支持系统30至30D可以在自动演奏期间在制音踏瓣110上给出助力。在人类演奏者与自动演奏系统20至20D一起在单个原声钢琴上表演钢琴二重奏的情况下，电子支持系统30至30D指导人类演奏者至正确的半踏瓣区域。

制音踏瓣110不对本发明的技术范畴构成任何限制。本发明可应用于根据踏瓣行程而将两种类型的效果赋予音调的任何踏瓣。资深音乐家改变柔音踏瓣的行程，用以将不同效果赋予原声音调，使得本发明可应用于柔音踏瓣。

详细地，当柔音踏瓣处于静止位置时，琴槌2通常开始与琴弦4的三根弦线碰撞。当人类演奏者正将柔音踏瓣112从静止位置按压至某踏瓣位置SH1时，键盘1a不开始横向移动，并且每个琴槌2仍与三根弦线相对(oppose)。琴槌2频繁地开始与三根弦线碰撞，从而三根弦线使琴槌毡(felt)的三条线较硬。如果人类演奏者进一步将柔音踏瓣112按压至踏瓣位置SH2，则键盘完成横向移动，并且每个琴槌与两根弦线相对。在此情形中，当琴槌2开始与琴弦4碰撞时，仅两根弦线与琴槌2撞击，并且以较小的响度生成原声音调。如果人类演奏者将柔音踏瓣按压至在踏瓣位置SH1与SH2之间的某踏瓣位置，则每个琴槌2仍与三根弦线相对。然而，三条线从三根弦线偏移，并且仍柔软的琴槌毡的另一部分与三根弦线相对。在此情形中，当琴槌2开始与三根弦线碰撞时，原声音调比通过三条线与三根弦线之间的碰撞而产生的原声音调更柔和。换言之，根据柔音踏瓣112的行程而改变音调品质。因此，人类演奏者可以通过将柔音踏瓣112按压至两个踏瓣位置之一来将两个不同的效果赋予原声音调。

为了使得人类演奏者获悉至某个踏瓣位置的踏瓣行程，本发明的电子支持系统在柔音踏瓣上施加助力，直到踏瓣位置SH1或稍微超过踏瓣位置SH1的踏瓣位置，并且在踏瓣位置SH1或该踏瓣位置处突然将助力从柔音踏瓣移除。人类演奏者可以注意到柔音踏瓣正进入原声音调便柔和的区域。

即使人类演奏者在两个区域(即，无效区域和有效区域)之间改变柔音踏瓣，人类演奏者也会重视指导柔音踏瓣至无效区域与有效区域之间的边界的电子支持系统，因为人类演奏者希望在边界的附近迅速改变柔音踏瓣。

本发明的电子支持系统可以使人类演奏者不仅获悉至半踏瓣区域的踏瓣行程，而且还获悉至释放点的键行程。在此情形中，计算机程序具有结合第一至第五实施例以及第六实施例而描述的子例程程序两者。

电子支持系统30F可以被内置在大钢琴1F中，或者作为对大钢琴1F的改进。电子支持系统30至30F可以作为便携式系统而被提供至用户。

运动/伺服控制器140Ea可以在释放点改变由人类演奏者承担的负荷。

权利要求的语言与第一至第七实施例的部件联系如下。自动演奏钢琴100、110A、100B、100C、100D或100E或大钢琴1F充当“乐器”。制音踏瓣110、柔音踏瓣112或键1f和1h充当“至少一个操纵器”，而静止位置、终点位置和参考辅助轨迹分别对应于“静止位置”、“终点位置”和“轨迹”。

螺线管操作的踏瓣致动器23或螺线管操作的键致动器5充当“致动器”，而驱动信号DP或DK对应于“驱动信号”。踏瓣位置传感器24或键位置传感器26充当“传感器”，而实际踏瓣位置或实际键位置对应于“实际物理量”。踏瓣位置信号PS或键位置信号KS对应于“检测信号”。

控制器10对应于“控制器”。半踏瓣区域的入口XH或XH1、从半踏瓣区域的出口XH2、在踏瓣行程SH1与SH2之间的某踏瓣位置、或接近于释放点的某键位置对应于目标位置，并且平均电流的目标量u或驱动信号的占空比ui对应于“幅度”。

通过示例，只读存储器103中的踏瓣行程表、信息处理系统10a以及等效于软件模块151至155或151至158的子例程程序的一部分充当“控制变量的源”。运动/伺服控制器140b、140Ab、140Bb、140Cb、140Db或140Ea或踏瓣控制器140Fb对应于“控制变量的源”。脉宽调制器142b或142a对应于“信号调节器”。

无效区域和半踏瓣区域对应于“预定区域”和“另一预定区域”，而在实际踏瓣位置yx1、yx2、......处的占空比ui以及在实际踏瓣位置XH至XE处的占空比ui分别对应于“相对大值”和“相对小值”。在目标踏瓣速度Yv的占空比ui进一步对应于“相对大值”。

运动控制器150a或150Da充当“目标物理量的源”，而伺服控制器150b或150Db充当“控制变量生成器”。目标踏瓣位置rx、目标踏瓣位置rx和目标踏瓣速度rv两者或者目标键位置rv对应于“目标物理量”，而变量uf充当“变量”。

机械音调生成系统1b充当“机械音调生成系统”。音调的响度、音调的品质、音调的持续时间或音调的音高是“属性”。