自动演奏器乐器及其自动演奏器和用于精确控制键的方法技术

一种自动演奏系统（３００）为包括在原声钢琴中的键（１ａ，１ｂ）创建反馈控制环（３０２）；安设在键（１ａ，１ｂ）的前部之下的键传感器（７）向运动控制器（１１）通知当前位置（ｙｘ），并且运动控制器（１１）周期性地将当前位置（ｙｘ）和当前速度（ｙｖ）与基准轨迹上的目标位置（ｒｘ）和目标速度（ｒｖ）进行比较，以查看是否发生位置偏差（ｅｘ）和速度偏差（ｅｖ）；当运动控制器（１１）发现偏差（ｅｘ，ｅｖ）时，运动控制器（１１）将偏差（ｅｘ，ｅｖ）乘以位置增益（ｋｘ）和速度增益（ｋｖ），以确定驱动信号（ｕｉ）的占空比的增大或减小，并且将驱动信号（ｕｉ）提供给螺线管操作键致动器（６），以便加速或减速键（１ａ，１ｂ）；增益（ｋｘ）根据键运动而可变，以便使实际键轨迹变得接近于基准轨迹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动演奏器乐器的控制技术，特别涉及一种自动演奏器乐器、包括在其中的自动演奏器、以及用于控制乐器的操纵器的方法。
技术介绍
自动演奏器钢琴是自动演奏器乐器的例子，并且其被分解成原声钢琴和自动演奏器。自动演奏器包括具有内置柱塞传感器的螺线管操作键致动器的阵列以及控制器。当用户请求自动演奏器重现演奏时，将一组音乐数据代码装载到控制器中。控制器顺序分析音乐数据代码，以便确定黑/白键要在其上移动的基准轨迹。基准轨迹是指随着时间变化的一系列目标键位置。当时间到来时，控制器将驱动信号提供给相关的螺线管操作键致动器，并且螺线管操作键致动器引起键运动。当黑/白键在基准轨迹上移动时，将代表当前键位置的反馈信号从内置柱塞传感器提供给控制器，并且控制器将当前键位置与对应的目标键位置进行比较，以查看黑/白键是否按计划在基准轨迹上移动。如果黑/白键被延迟或提前，则控制器通过驱动信号加速或减速柱塞。这样，在自动演奏器中创建了反馈环，并且控制器迫使黑/白键按计划在基准轨迹上移动。现有技术的自动演奏器钢琴例如披露于日本专利申请公开号Hei7-175472中，以下将其称作“第一公开文献”。虽然在现有技术的自动演奏器钢琴中采用了位置控制，但是速度控制可应用于在第一公开文献中披露的现有技术自动演奏器钢琴中所采用的反馈控制。在第一公开文献中还讲授了“参考点”。音调(tone)的响度与包括在原声钢琴中的音锤的速度成比例。虽然黑/白键通过动作单元引起音锤运动，但是大部分音锤轨迹上的音锤速度与键速度不成比例。然而，音锤速度在参考点上与键速度成比例。虽然参考点在型号不同的原声钢琴之间不固定，但是参考点被发现位于键的静止位置之下的9.0毫米到9.5毫米之间的范围内。原声钢琴装备有踏板系统，并且在日本专利申请公开号Hei2-275991中披露的现有技术自动演奏器钢琴中还控制踏板，以下将该文献称作“第二公开文献”。在第二公开文献中披露的现有技术自动演奏器钢琴中，将踏板位置反馈给控制器，并且通过位置控制和速度控制两者控制踏板。第二公开文献中的另一教导是通过规范化过程从音乐数据中消除原声钢琴的独特性。在自动演奏器钢琴中，以等于原始演奏中的键速度的目标键速度再现键运动是重要的。在第一公开文献中，控制器计算基准轨迹上的目标键位置/目标键速度与对应的当前键位置/当前键速度之间的差值，并且如果控制器发觉差值，则改变驱动信号的平均电流。然而，现有技术的伺服控制系统很难使黑/白键以目标键速度在基准轨迹上移动。尤其是，当控制器在回放中再现重复时，黑/白键往往与基准轨迹偏差较大。虽然增大整个键行程中的伺服增益对于消除偏差是有效的，但是键运动变得不稳定，黑/自键易于在音弦处引起多次敲打。而且，当音乐数据代码请求自动演奏器以音锤轻微敲打音弦时，大的伺服增益使螺线管操作键致动器让柱塞与相关键猛烈碰撞，并且产生噪声。因而，在现有技术的伺服控制中，在敏捷性和稳定性之间存在折衷。为了与该折衷妥协，将伺服增益固定为某个妥协值。在这种情形下，在第一公开文献内公开的现有技术自动演奏器中未实现敏捷性和稳定性。
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自动演奏器乐器，其中操纵器精确地在基准轨迹上移动而不牺牲稳定性。本专利技术的另一个重要目的是提供一种自动演奏器，其使乐器的操纵器精确地在基准轨迹上移动而不牺牲稳定性。本专利技术的另一个重要目的是提供一种用于控制形成自动演奏器乐器的一部分的乐器的操纵器的方法。本专利技术首先试图将在第二公开文献中披露的伺服控制技术应用于自动演奏器乐器，以精确地控制基准轨迹上操纵器的速度。然而，操纵器没有以目标速度在基准轨迹上移动。实际上，在第二参考文献中披露的现有技术伺服控制技术旨在到达目标位置。它不适合于使操纵器在基准轨迹上以目标速度移动。为了实现该目的，本专利技术提出根据实际运动或目标运动改变至少一个控制参数。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于产生音调的自动演奏器乐器，其包括原声乐器和自动演奏系统，其中原声乐器包括多个操纵器，选择性地被操纵以指定所要产生的音调；以及音调生成器，连接到该多个操纵器，并且响应于操纵器的运动，以便产生通过被操纵的操纵器指定的音调，并且自动演奏系统包括多个致动器，为该多个操纵器提供，并且响应于驱动信号，以便引起操纵器的实际运动，从而产生该音调；多个传感器，监测该多个操纵器，并且产生代表当前物理量的检测信号，其中当前物理量表达实际运动；控制器，连接到该多个传感器，并且根据音乐数据片段，为要通过该多个致动器进行操纵的操纵器确定每一个由随着时间变化的目标物理量表达的基准轨迹，根据当前物理量确定至少另一个当前物理量，根据目标物理量确定至少另一个目标物理量，至少确定当前物理量与目标物理量之间和前述另一个当前物理量与前述另一个目标物理量之间的偏差，确定其中至少之一根据实际运动和基准轨迹上的目标运动之一而变化的控制参数，并且通过这些偏差与这些控制参数之间的算术运算来确定驱动信号的最佳幅度；以及信号调制器，连接在控制器与该多个致动器之间，将每个驱动信号调节到最佳幅度，并且将前述每个驱动信号提供给与所要操纵的操纵器之一相关联的致动器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于具有操纵器和音调生成器的乐器的自动演奏系统，其包括多个致动器，为该多个操纵器提供，并且响应于驱动信号，以便引起操纵器的实际运动，从而通过音调生成器产生音调；多个传感器，监测该多个操纵器，并且产生代表当前物理量的检测信号，其中当前物理量表达实际运动；控制器，连接到该多个传感器，并且根据音乐数据片段为要通过该多个致动器进行操纵的操纵器确定均由随着时间变化的目标物理量表达的基准轨迹，根据当前物理量确定至少另一个当前物理量，根据目标物理量确定至少另一个目标物理量，至少确定当前物理量与目标物理量之间和前述另一个当前物理量与前述另一个目标物理量之间的偏差，确定其中至少之一根据实际运动和基准轨迹上的目标运动之一而变化的控制参数，并且通过这些偏差与这些控制参数之间的算术运算来确定驱动信号的最佳幅度；以及信号调制器，连接在控制器与该多个致动器之间，将每个驱动信号调节到最佳幅度，并且将前述每个驱动信号提供给与所要操纵的操纵器之一相关联的致动器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于控制乐器的操纵器的方法，其包括以下步骤a)根据音乐数据片段为要被致动的操纵器中的一个确定由随着时间变化的目标物理量表达的基准轨迹；b)根据目标物理量确定至少另一个目标物理量；c)确定目标物理量与表达操纵器中的前述一个的实际运动的当前物理量之间的偏差、以及前述另一个目标物理量与根据当前物理量确定的至少另一个当前物理量之间的另一个偏差；d)通过这些偏差与其中至少之一根据实际运动和基准轨迹上的目标运动之一而变化的控制参数之间的算术运算来确定最佳幅度；e)将驱动信号调节到该最佳幅度；f)将驱动信号提供给与操纵器中的前述一个相关联的致动器；以及g)重复步骤b)、c)、d)、e)和f)，直到操纵器中的前述一个到达最终目标位置。附图说明通过下面结合附图的描述，自动演奏器乐器、自动演奏器和方法的特性和优点将得到更清楚的理解，其中图1是示出根据本专利技术的自动演奏器钢琴的结构的示意侧视图，图2是示出包括在自动演奏器钢琴中的控制器的系统配置的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生音调的自动演奏器乐器，包括：原声乐器（１００），包括：多个操纵器（１ａ，１ｂ），选择性地被操纵以指定要产生的音调，和音调生成器（２，３，４），连接于所述多个操纵器（１ａ，１ｂ），并且响应于操纵器（１ａ，１ｂ）的运动，以便产生通过被操纵的操纵器指定的所述音调；以及自动演奏系统（３００；３００Ａ），包括：多个致动器（６），被提供用于所述多个操纵器（１ａ，１ｂ），并且响应于驱动信号（ｕｉ），以便引起所述操纵器（１ａ，１ｂ）的实际运动，从而产生所述音调，多个传感器（７），监测所述多个操纵器（１ａ，１ｂ），并且产生代表当前物理量（ｙｘ）的检测信号（ｙｘａ），其中当前物理量（ｙｘ）表示所述实际运动，控制器（１１；１１Ａ；１１Ｂ；１１Ｃ），连接于所述多个传感器（７），并且根据音乐数据片段，为要被所述多个致动器（６）操纵的操纵器（１ａ，１ｂ）确定基准轨迹，每个基准轨迹由随着时间变化的目标物理量（ｒｘ）表示，根据所述当前物理量（ｙｘ）确定至少另一个当前物理量（ｙｖ），根据所述目标物理量（ｒｘ）确定至少另一个目标物理量（ｒｖ），至少确定所述当前物理量（ｙｘ）与所述目标物理量（ｒｘ）之间和所述另一个当前物理量（ｙｖ）与所述另一个目标物理量（ｒｖ）之间的偏差，以确定最佳幅度，以及信号调制器，连接在所述控制器与所述多个致动器之间，将每个驱动信号调节到所述最佳幅度，并且将所述每个驱动信号提供给与要被操纵的所述操纵器之一相关联的致动器，其特征在于，所述控制器还确定控制参数（ｋｘ，ｋｖ；ｋｘ，ｋｖ，ｒｕ；ｋｘ，ｋｖ，ｆ），所述控制参数中的至少一个根据所述实际运动和所述基准轨迹上的目标运动之一而变化，以及还在于，所述控制器通过所述偏差（ｅｘ，ｅｖ）与所述控制参数（ｋｘ，ｋｖ；ｋｘ，ｋｖ，ｒｕ；ｋｘ，ｋｖ，ｆ）之间的算术运算来确定所述驱动信号的所述最佳幅度（ｕ）。...

【技术特征摘要】
JP 2004-3-12 71388/04;JP 2004-3-15 72822/04;JP 2001.一种用于产生音调的自动演奏器乐器，包括原声乐器(100)，包括多个操纵器(1a，1b)，选择性地被操纵以指定要产生的音调，和音调生成器(2，3，4)，连接于所述多个操纵器(1a，1b)，并且响应于操纵器(1a，1b)的运动，以便产生通过被操纵的操纵器指定的所述音调；以及自动演奏系统(300；300A)，包括多个致动器(6)，被提供用于所述多个操纵器(1a，1b)，并且响应于驱动信号(ui)，以便引起所述操纵器(1a，1b)的实际运动，从而产生所述音调，多个传感器(7)，监测所述多个操纵器(1a，1b)，并且产生代表当前物理量(yx)的检测信号(yxa)，其中当前物理量(yx)表示所述实际运动，控制器(11；11A；11B；11C)，连接于所述多个传感器(7)，并且根据音乐数据片段，为要被所述多个致动器(6)操纵的操纵器(1a，1b)确定基准轨迹，每个基准轨迹由随着时间变化的目标物理量(rx)表示，根据所述当前物理量(yx)确定至少另一个当前物理量(yv)，根据所述目标物理量(rx)确定至少另一个目标物理量(rv)，至少确定所述当前物理量(yx)与所述目标物理量(rx)之间和所述另一个当前物理量(yv)与所述另一个目标物理量(rv)之间的偏差，以确定最佳幅度，以及信号调制器，连接在所述控制器与所述多个致动器之间，将每个驱动信号调节到所述最佳幅度，并且将所述每个驱动信号提供给与要被操纵的所述操纵器之一相关联的致动器，其特征在于，所述控制器还确定控制参数(kx，kv；kx，kv，ru；kx，kv，f)，所述控制参数中的至少一个根据所述实际运动和所述基准轨迹上的目标运动之一而变化，以及还在于，所述控制器通过所述偏差(ex，ev)与所述控制参数(kx，kv；kx，kv，ru；kx，kv，f)之间的算术运算来确定所述驱动信号的所述最佳幅度(u)。2.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中控制参数(kx，kv；kx，kv，ru；kx，kv，f)中的所述至少之一(kx；kv)根据所述目标物理量(rx)而变化。3.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中将所述目标物理量(rx)与所述当前物理量(yx)之间的偏差(ex)乘以所述控制参数中的所述至少之一(kx)。4.如权利要求3所述的自动演奏器乐器，其中所述目标物理量(rx)和所述当前物理量(yx)是位置。5.如权利要求4所述的自动演奏器乐器，其中所述控制参数中的所述至少之一(kx)在所述目标物理量超过阈值时减小。6.如权利要求3所述的自动演奏器乐器，其中还将所述另一个目标物理量(rv)与所述另一个当前物理量(yv)之间的偏差(ev)乘以具有恒定值的所述控制参数中的另一个(kv)以产生乘积(uv)，其中将所述偏差(ex)与所述控制参数中的所述至少之一(kx)之间的乘积(ux)加到所述偏差(ev)与所述控制参数中的所述另一个(kv)之间的乘积(uv)，以确定所述最佳幅度(u)。7.如权利要求2所述的自动演奏器乐器，其中将所述另一个目标物理量(rv)与所述另一个当前物理量(yv)之间的偏差(ev)乘以所述控制参数中的所述至少之一(kv)。8.如权利要求7所述的自动演奏器乐器，其中所述另一个目标物理量(rv)和所述另一个当前物理量(yv)是速度，并且所述目标物理量(rx)和所述当前物理量(yx)是位置。9.如权利要求8所述的自动演奏器乐器，其中所述控制参数中的所述至少之一(kv/PL7)在所述目标物理量(rx)超过阈值时增大。10.如权利要求7所述的自动演奏器乐器，其中将所述目标物理量(rx)与所述当前物理量(yx)之间的偏差(ex)乘以具有恒定值的所述控制参数中的另一个(kx)，并且将所述偏差(ev)与所述控制参数中的所述另一个(kv)之间的乘积(uv)加到所述偏差(ex)与所述控制参数中的所述另一个(kx)之间的乘积(ux)，以确定所述最佳幅度(u)。11.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中控制参数中的所述至少之一(kx；kv)根据所述另一个目标物理量(rv)而变化。12.如权利要求11所述的自动演奏器乐器，其中将所述目标物理量(rx)与所述当前物理量(yx)之间的偏差(ex)乘以所述控制参数中的所述至少之一(kv)。13.如权利要求12所述的自动演奏器乐器，其中所述另一个目标物理量(rv)是速度，并且所述目标物理量(rx)和所述当前物理量(yx)是位置。14.如权利要求13所述的自动演奏器乐器，其中所述控制参数中的所述至少之一(kx/PL8)逐渐减小，直到所述另一个目标物理量(rv)达到阈值，并且在所述阈值之后恒定。15.如权利要求12所述的自动演奏器乐器，其中还将所述另一个目标物理量(rv)与所述另一个当前物理量(yv)之间的偏差(ev)乘以具有恒定值的所述控制参数中的另一个(kv)，以产生乘积(uv)，并且其中将所述偏差(ex)与所述控制参数中的所述至少之一(kx)之间的乘积(ux)加到所述偏差(ev)与所述控制参数中的所述另一个(kv)之间的乘积(uv)，以确定所述最佳幅度(u)。16.如权利要求11所述的自动演奏器乐器，其中将所述另一个目标物理量(rv)与所述另一个当前物理量(yv)之间的偏差(ev)乘以所述控制参数中的所述至少之一(kv)。17.如权利要求16所述的自动演奏器乐器，其中所述另一个目标物理量(rv)和所述另一个当前物理量(yv)是速度，并且所述目标物理量(rx)和所述当前物理量(yx)是位置。18.如权利要求17所述的自动演奏器乐器，其中所述控制参数中的所述至少之一(kv/PL9)减小，直到所述另一个目标物理量(rv)达到阈值，并且在所述阈值之后恒定。19.如权利要求16所述的自动演奏器乐器，其中还将所述目标物理量(rx)与所述当前物理量(yx)之间的偏差(ex)乘以具有恒定值的所述控制参数中的另一个(kx)，并且将所述偏差(ev)与所述控制参数中的所述至少之一(kv)之间的乘积加到所述偏差(ex)与所述控制参数中的所述另一个(kx)之间的乘积，以确定所述最佳幅度(u)。20.如权利要求1所述的自动演奏器乐器，其中所述控制参数中的所述至少之一(ru)根据所述目标物理量(rx)与所述另一个目标物理量(rv)之间的组合而变化。21.如权利要求20所述的自动演奏器乐器，其中将所述控制参数中的所述至少之一(ru)加到所述偏差(ex，ev)和具有恒定值的所述控制参数中的其它参数(kx，kv)之间的乘积(ux，u...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木智也，藤原佑二，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]