免于老化的变换器、使用该变换器的乐器及其使用方法技术

在自动演奏器钢琴（１００）中安装充当记录器（５００）和自动演奏器（３００）的电子系统，并且利用光耦合器实现的弦槌传感器（２６）通过模拟信号（Ｖｈ）向数据处理器（２７）报告当前弦槌位置，使得数据处理器（２７）分析用于将演奏记录在一组乐曲代码中的弦槌数据；通过运算放大器（２４ａ）放大模拟信号（Ｖｈ），并随后将其转换为数字弦槌信号的离散值（ＡＤ），使得偏移电压被不可避免地引入模拟信号；当光耦合器由于老化衰退而改变光－光电流转换特性时，数据处理器（２７）考虑偏移电压，并校准弦槌传感器（２６），从而使数字弦槌信号正确地表示当前弦槌位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变换器，特别涉及一种用于产生代表移动物体的物理量的检测信号的变换器、配有该变换器的乐器和其中采用的方法。
技术介绍
自动演奏器钢琴(automatic player piano)是混合乐器的典型示例。自动演奏器钢琴是原声钢琴和电子系统的组合，并且人类钢琴家和由该电子系统实现的自动演奏器在原声钢琴上演奏乐曲。当人类演奏者用手指在键盘上弹奏时，被按下的键驱动相关的动作单元，该动作单元引起弦槌(hammer)的旋转，并且弦槌在旋转的终点撞击弦。然后，弦振动，并且通过弦的振动产生原声钢琴音调。当用户命令自动演奏器重演由一组乐曲数据代码表示的演奏时，自动演奏器开始分析该乐曲数据代码，并在没有人类演奏者的任何手指弹奏的情况下顺次引起键运动和踏瓣运动。当黑键和白键在各自的基准轨迹上行进时，键传感器和/或弦槌传感器监控键运动和/或弦槌运动，并且自动演奏器通过伺服控制环强迫黑键和白键在基准轨迹上行进，其中，自动演奏器在乐曲数据代码的基础上为要按下的键确定所述基准轨迹。在自动演奏器钢琴的若干型号中，电子系统还充当记录器和/或电子键盘。记录器分析在原声钢琴上的原始演奏中的键运动和/或弦槌运动，并产生代表原始演奏的乐曲数据代码。自动演奏器可以重演由该乐曲数据代码表示的演奏。当用户命令电子系统产生电子音调而不是原声钢琴音调时，将来源于人类钢琴家的演奏或从外部数据源加载的乐曲数据代码提供给电子音调生成器，并且从波形数据中产生音频信号，以便将其转换为电子音调。在乐曲数据代码来源于原声钢琴上的演奏的情况中，键传感器、踏瓣传感器和/或弦槌传感器向控制器报告键运动、踏瓣运动和/或弦槌运动，并且控制器通过分析这些乐曲数据来产生乐曲数据代码。因此，键传感器、弦槌传感器和踏瓣传感器是合并在混合乐器中的电子系统的重要系统组件。由于键运动和弦槌运动并不简单，因此理想的是键传感器和弦槌传感器具有与键轨迹和弦槌轨迹重合的监控范围。日本专利申请公开第2001-75262号中公开了具有宽监控范围的弦槌传感器的典型示例。现有技术弦槌传感器连续监控静止位置和在相关弦上的反弹之间的弦槌柄(hammer shank)。现有技术弦槌传感器向控制器通知弦槌轨迹上的当前弦槌位置，并使得有可能计算弦槌速度和加速度。位置、速度和加速度是不同种类的物理量，并且那些种类的物理量中的任意一种都表示弦槌运动。控制器还分析所述物理量，以便确定弦槌轨迹上的唯一点、以及另一种物理量。所述日本专利申请公开使我们知道控制器确定以下内容。1.弦槌开始其运动的时刻，即开始时刻。2.弦槌与相关的弦碰撞的时刻，即撞击时刻。3.在撞击相关的弦之前瞬间的弦槌速度，即最终弦槌速度。4.相关的黑键或白键开始键运动的时刻，即按下时刻。5.在弦上反弹之后托木(back check)挡住弦槌的时刻，即倒退制止时刻。6.弦槌离开托木的时刻，即分离时刻。7.与托木分离之后的弦槌速度，即返回速度。8.制音器(damper)返回到弦上的时刻，即衰减时刻。9.弦槌停止在弦槌轨迹终点的时刻，即终止时刻。10.释放被按下的键的时刻，即释放时刻。这样，控制器通过分析表示弦槌运动的弦槌数据而获得各种乐曲数据。在该分析中，控制器将当前弦槌位置与阈值相比较，以查看弦槌是否正在通过，并确定该弦槌行进的轨迹。控制器假定相关的键运动，并将键运动分类为某种风格的表演。尽管在所述日本专利申请公开中公开了若干种变换器，但是将光学位置变换器作为该结构的主要示例进行描述。作为示例，光学位置变换器由光发射元件和光检测元件的组合来实现，并且入射到光检测元件上的光量根据弦槌柄在所述轨迹上的位置而变化。由于控制器在入射到光检测元件上的光量的基础上假设当前弦槌位置，因此光量和弦槌位置之间的关系是稳定的。例如，光不断地从光发射元件输出，并且入射光将以恒定的速率转换为电荷。然而，老化衰退是不可避免的。即使将恒定的电势差施加到光发射元件上，在较长的服务时间周期内，输出光的量也往往减少，使得现有技术光变换器不能在较长的服务时间周期内使入射光-弦槌位置特性保持稳定。在此情形中，控制器不可能正确地确定弦槌运动，这是现有技术变换器固有的问题。在日本专利申请公开第2000-155579号中提出了对策。在该日本专利申请公开中公开的现有技术位置变换器也被分类为光位置变换器，并且包括光发射元件、光检测元件和数据处理单元。光发射元件与光检测元件相对，并且产生跨过遮光盘(shutter plate)轨迹的光束。老化衰退对现有技术光位置变换器的输出信号也有影响。换句话说，在较长的服务时间周期内，位置-电压特性不可避免地发生变化。为了消除由于老化衰退而产生的影响，制造商将初始位置-电压特性存储在合并于数据处理单元中的只读存储器内。在交付给用户之后，数据处理单元测量最大电压，并将当前在位置-电压特性上发现的最大电压与初始位置-电压特性上的最大电压相比较，以查看光发射元件和光检测元件是否改变了位置-电压特性。如果发现了差异，则数据处理单元计算当前在位置-电压特性上发现的最大电压与初始位置-电压特性上的最大电压之间的比率，并存储该比率。当现有技术光位置变换器将遮光盘的当前位置转换为输出信号时，数据处理单元通过将从光检测元件输出的电压电平乘以所述比率来假定遮光盘的当前位置。该乘积表示遮光盘在初始位置-电压特性上的当前位置。然而，现有技术光位置变换器仍然受到老化衰退的影响。尽管数据处理单元周期性地校准光检测元件，但是所述乘积往往不会正确表示当前的遮光盘位置。这是现有技术光位置变换器中固有的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个重要目的是提供一种变换器，其将物理量准确地转换为电信号，而不会有任何老化衰退。本专利技术的另一重要目的是提供一种乐器，其配有监控其用于产生音调的组成部件的位置变换器。本专利技术的另一重要目的是提供一种方法，变换器通过该方法来使它自己免于老化衰退。本专利技术人考虑了现有技术光变换器中固有的问题，并注意到模拟位置信号已经被转换为数字位置信号。实际上，首先通过运算放大器将模拟位置信号放大，并随后通过模拟数字转换器将其转换为数字位置信号。差分放大器被合并在运算放大器中，使得偏移电压由于该微分放大器而不可避免。尽管已经针对模拟数字转换器提出了各种电路结构，但是模拟数字转换器的模拟电路将偏移电压引入内部信号，使得数字位置信号包含对应于该偏移电压的噪声分量。尽管在模拟电路中偏移电压是不可避免的，但是该偏移电压是恒定的，而与模拟位置信号的电势电平无关。本专利技术人得出结论从校准之前测量的离散值中消除由于偏移电压导致的噪声分量。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于将移动物体的物理量转换为代表该物理量的数字信号的变换器，包括增益控制器，改变代表表示移动物体的运动的物理量的模拟信号的电势范围；转换器，监控所述移动物体，并根据所述物理量而在所述电势范围中摆动电势电平；电路，连接到转换器，将偏移电压引入模拟信号，并在该模拟信号的基础上产生数字信号；校准器，连接到增益控制器和所述电路，并使增益控制器在第一范围和第二范围之间改变所述电势范围，以便在产生于第一范围内的数字信号和产生于第二范围内的数字信号的基础上确定对应于所述偏移电压的偏移值，并将该偏移值加到所述数字信号上，以便输出校准后的数字信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将移动物体（２）的物理量转换为代表所述物理量的数字信号的变换器，包括：增益控制器（ＶＲ；２６ｃ），产生代表一模拟信号（Ｖｈ）的电势范围的控制信号，其中所述模拟信号（Ｖｈ）代表表示所述移动物体（２）的运动的所述物理量；转换器（２６；２６Ａ），监控所述移动物体（２），并响应所述控制信号，以便使所述模拟信号（Ｖｈ）根据所述物理量而在所述电势范围中摆动电势电平；电路（２４ａ、２４ｂ；２６Ｂ、２４ｃ），连接到所述转换器（２６；２６Ａ），将偏移电压（ｘ）引入所述模拟信号（Ｖｈ），并在所述模拟信号（Ｖｈ）的基础上产生所述数字信号；以及校准器，连接到所述增益控制器（ＶＲ；２６ｃ）和所述电路（２４ｂ；２４ｃ），其特征在于所述校准器（２０、Ｓ１－Ｓ１２、Ｓ１３－Ｓ１６、Ｓ２０－Ｓ２５、Ｓ３０－Ｓ３２、Ｓ４０－Ｓ４２）使所述增益控制器（ＶＲ；２６ｃ）在第一范围（Ｂ）和第二范围（Ｃ）之间改变所述电势范围，以便在产生于所述第一范围（Ｂ）内的所述数字信号和产生于所述第二范围（Ｃ）内的所述数字信号的基础上确定对应于所述偏移电压的偏移值（ｘ），并将所述偏移值（ｘ）加到所述数字信号上，以便输出校准后的数字信号。

【技术特征摘要】
JP 2004-9-15 268457/041.一种用于将移动物体(2)的物理量转换为代表所述物理量的数字信号的变换器，包括增益控制器(VR；26c)，产生代表一模拟信号(Vh)的电势范围的控制信号，其中所述模拟信号(Vh)代表表示所述移动物体(2)的运动的所述物理量；转换器(26；26A)，监控所述移动物体(2)，并响应所述控制信号，以便使所述模拟信号(Vh)根据所述物理量而在所述电势范围中摆动电势电平；电路(24a、24b；26B、24c)，连接到所述转换器(26；26A)，将偏移电压(x)引入所述模拟信号(Vh)，并在所述模拟信号(Vh)的基础上产生所述数字信号；以及校准器，连接到所述增益控制器(VR；26c)和所述电路(24b；24c)，其特征在于所述校准器(20、S1-S12、S13-S16、S20-S25、S30-S32、S40-S42)使所述增益控制器(VR；26c)在第一范围(B)和第二范围(C)之间改变所述电势范围，以便在产生于所述第一范围(B)内的所述数字信号和产生于所述第二范围(C)内的所述数字信号的基础上确定对应于所述偏移电压的偏移值(x)，并将所述偏移值(x)加到所述数字信号上，以便输出校准后的数字信号。2.如权利要求1所述的变换器，其中，所述校准器包括数据收集器(20、S4、S5、S6、S7、S8、S9)，连接到所述电路(24b、24c)和驱动器(5、10、11、12、25)，使所述驱动器(5、10、11、12、25)反复移动所述移动物体(2)，并在所述移动物体(2)的轨线上的每次行进中，从所述移动物体(2)的所述轨线上的预定点(R、E)处的所述数字信号中取出离散值(r1、e1、r2、e2)，以便将所述离散值(r1、e1、r2、e2)存储在其中，移动器(20、S4、S7)，连接到所述增益控制器(VR、26c)，并响应指令，以便当所述移动物体(2)到达所述轨线的终点时，使所述增益控制器(VR，26c)将所述电势范围从所述第一范围(B)改变为所述第二范围(C)，以及信息处理器(20、S10、S11)，连接到所述数据收集器(20、S4-S9)，并通过对在所述第一范围(B)下存储的所述离散值(r1、e1)和在所述第二范围(C)下存储的所述离散值(r2、e2)的算术运算来确定所述偏移值(x)。3.如权利要求2所述的变换器，其中，所述预定点是所述移动物体(2)的静止位置(R)和所述移动物体(2)的终点位置(E)。4.如权利要求3所述的变换器，其中，所述信息处理器(20、S10、S11)通过使用下列方程来确定所述偏移值(x)x＝(r2×e1-r1×e2)/(r1-r2+e2-e1)其中x是所述偏移值，e1和r1是在所述第一范围下存储的所述离散值，而e2和r2是在所述第二范围下存储的所述离散值。5.如权利要求1所述的变换器，其中，所述校准器包括计算器(20、S13)，将所述偏移值(x)加到关于所述移动物体(2)的轨线上的预定点(R)处的所述数字信号的离散值(AD)上，以便确定所述预定点(R)处的校准后的离散值(AD’)，估计器(20、S14、S15)，在所述预定点(R)处的所述校准后的离散值(AD’)的基础上，估计所述轨线上其它预定点(E、M1、M2)处的所述移动物体(2)的所述轨线上的校准后的离散值(AD’)。6.如权利要求5所述的变换器，其中，所述预定点是所述移动物体(2)的静止位置(R)，而所述其它预定点是所述移动物体的终点位置(E)以及所述静止位置(R)和所述终点位置(E)之间的基准点(M1、M2)。7.如权利要求6所述的变换器，其中利用关于所述静止位置(R)的位置比来表示所述终点位置(E)，使得所述估计器(20、S14、S15)通过将所述静止位置(R)处的所述校准后的离散值(AD’)乘以所述位置比来估计所述终点位置(E)处的所述校准后的离散值(AD’)，并且利用其它位置比来表示所述基准点(M1、M2)，以便所述估计器通过使用乘法来估计所述基准点(M1、M2)处的所述校准后的离散值(m1、m2)。8.如权利要求6所述的变换器，其中所述校准器(20、S20-S25、S30-S32、S40-S42)将所述轨线上的校准后的离散值(AD’)与所述基准点(M2)之一处的校准后的离散值(m2)相比较，以便假定代表到达所述终点位置(E)附近的第一当前状态(st1)，分析表示所述终点位置(E)的另一附近处的所述移动物体(2)的运动的至少一个物理量，以便假定第二当前状态(st2)，将所述第一当前状态(st1)和所述第二当前状态(st2)相比较，以查看所述第一当前状态(st1)是否与所述第二当前状态(st2)不一致，并且当在所述第一当前状态(st1)和所述第二当前状态(st2)之间发现不一致时，重新计算所述终点位置(E)处的所述校准后的离散值和所述基准点(M1、M2)处的所述校准后的离散值(m1、m2)。9.一种乐器，包括多个链接构件(1、2、3)，分别包括特定链接件(2)，并被有选择地移动以指定要产生的音调的音高；增益控制器(VR、26c)，改变代表表示所述特定链接件(2)的运动的物理量的模拟信号(Vh)的电势范围；多个转换器(26；26A)，分别监控所述特定链接件(2)，并使所述模拟信号(Vh)根据所述物理量而在所述电势范围中摆动电势电平；电路(24a、24b；26B、24c)，分别连接到所述多个转换器(26；26A)，分别将偏移电压引入所述模拟信号(Vh)，并分别在所述模拟信号(Vh)的基础上产生代表所述物理量的数字信号；以及校准器，连接到所述增益控制器(VR；26c)和所述电路(24b；24c)，其特征在于所述校准器(20、S1-S12；S13-S16；S20-S25；S30-S32；S40-S42)使所述增益控制器(VR；26c)在第一范围(B)和第二范围(C)之间改变所述电势范围，以便在产生于所述第一范围(B)内的所述数字信号和产生于所述第二范围(C)内的所述数字信号的基础上确定对应于所述偏移电压的偏移值(x)，并将所述偏移值(x)加到所述数字信号上，以便输出校准...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木力，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]