用于音乐课程的电子辅助系统和装配该系统的乐器的制作方法

专利名称：用于音乐课程的电子辅助系统和装配该系统的乐器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于音乐课程的电子辅助系统和配有该电子辅助系统的乐器。
背景技术：
已知一种自动演奏器乐器。该自动演奏器乐器是原声乐器和自动演奏系 统的组合。演奏者可在自动演奏器乐器上演奏音乐曲调，类似于在原声乐器 上演奏音乐曲调。当用户希望欣赏音乐曲调的演奏而无需人类演奏者的任何 手指弹奏时，用户指示自动演奏系统再现音乐曲调。然后，驱动原声乐器以 利用自动演奏系统来演奏音乐曲调。由此，自动演奏系统充当替代人类演奏
者的自动演奏器。
自动演奏系统还可用于音乐课程。假设自动演奏系统与原声钢琴组合。 自动演奏系统的系统组件形成电子辅助系统，并且电子辅助系统指导学员在 原声钢琴上进行手指弹奏。电子辅助系统从音乐数据文件中顺序地读出表示 音符事件的音乐数据代码，并指定要由学员按下的黑键和白键。电子辅助系 统使黑键和白键在学员按下它们之前浅浅地下沉。由此，现有技术电子辅助 系统初步通知学员要在他或她的演奏中按下的黑键和白键。
在曰本专利申请特开No.2006-178197中公开了另 一现有技术电子辅助系 统。该特开中^Hf的现有技术电子辅助系统在视觉上帮助学员进行手指弹奏。 当音乐教师在键的阵列(被成为"主键(master keys)，，)上进行展示演奏时， 控制器确定按下的主键的轨线(locus),并使得键(称为"从键(slave keys)，，) 在与主键的轨迹相一致的预定轨迹上运动。由此，现有4支术电子辅助系统通 过从键来视觉化主键的运动。
当现有技术电子辅助系统正在再现键的运动时，控制器通过伺服控制环 来强迫从键在预定轨迹上行进。存在各种伺服控制技术，如日本专利申请特 开No.2006-243639中所公开的。现有技术伺服控制技术之一使键的轨线比另 一伺服控制技术中的轨线更接近于所述预定轨迹，并且另 一现有技术伺服控
制技术使键的运动比通过该现有技术伺服控制技术再现的键运动更稳定。在
日本专利申请特开No.2006-243639中^^开的现有一支术自动演奏系统使得可以 由用户选择伺服控制技术之一。
在乐器的演奏中存在各种演奏技术。当演奏者正在用颤音(tremole)演奏 音符时，通过乐器快速交替地产生两个音调。人类演奏者可能希望在用强音 (forte)演奏音调之后立刻轻柔地延长音调。下文中将该演奏^支术称为"强音钢 琴"。职业钢琴师在这些高级演奏技术中可能感到音乐曲调的演奏不是很困 难。但是，对于初学者，不容易学习高级演奏技术。

发明内容
因而，本发明的一个重要目的是提供一种电子辅助系统，其使学员学习 乐器上的特定演奏技术。
本发明的还一个重要目的是提供一种乐器，其中安装了该电子辅助系统。
为实现该目的，本发明提出了当演奏者想要通过特定演奏技术产生音乐 声音时，展示该特定演奏技术。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于演奏者的电子辅助系统，包括 传感器系统，监视乐器的操纵器，并产生代表演奏数据的4全测信号，其中所 述演奏数据表示操纵器的运动；致动器，被与操纵器相关联地提供，并响应
驱动信号以便移动操纵器；分析器，被连接到传感器系统，并分析所述演奏 数据，以查看操纵器中的至少一个是否进行表示演奏者通过特定演奏技术产 生音乐声音的意图的特定运动，以及驱动器，被连接到致动器和分析器，并 向致动器中相关联的一个提供驱动信号，以便当分析器给出肯定答复时，使 得操纵器中的前述一个的运动表现特定演奏技术。
根据本发明的另一方面，提供了一种乐器，演奏者在该乐器上演奏音乐， 该乐器包括由演奏者为音乐而操纵的操纵器；音调生成器，被连接到操纵 器，并响应操纵器上的操纵以便产生用于音乐的音乐声音；电子辅助系统， 被与操纵器相关联地提供，并包括传感器系统，监视操纵器，并产生代表 演奏数据的检测信号，其中所述演奏数据表示操纵器的运动；致动器，被与
操纵器相关联地提供，并响应驱动信号以便移动操纵器；分析器，被连接到 传感器系统，并分析所述演奏数据，以查看#:纵器中的至少一个是否进行表 示演奏者通过特定演奏技术产生音乐声音的意图的特定运动，以及驱动器，
被连接到致动器和分析器，并向致动器中相关联的一个提供驱动信号，以.便 当分析器给出肯定答复时，使得操纵器中的前述一个的运动表现特定演奏技 术。


根据结合附图的以下描述，将更清楚地理解电子辅助系统和乐器的特征 和优点，附图中
图1是示出本发明的自动演奏器钢琴的外观的示意透视图，
图2是示出自动演奏器钢琴的结构的横截面侧视图，
图3是示出自动演奏器钢琴的电系统的系统配置的框图，
图4A是示出在自动演奏器钢琴中并入的键位置传感器的结构的示意透
视图，
图4B是示出光学调制器和遮光器模块之间的相对位置的侧视图，
图4C是示出遮光器模块中的传感器头的前视图，
图5是示出在自动演奏器钢琴中实现的伺服控制环的框图，
图6是示出计算机程序的主例程的作业序列的 一部分的流程图，
图7是示出用于伺服控制器和钢琴控制器的作业序列的流程图，
图8是示出用于找到特定演奏技术的作业序列的流程图，
图9是示出重奏(repetition)中的键运动的图，
图IO是示出用于生成最小响度的音调的键运动的图，
图11是示出用于在强音钢琴中生成音调的键运动的图，
图12是示出配有本发明的电子辅助系统的小号的侧视图，以及
图13是示出电子辅助系统的阀致动器和控制单元的^f黄截面视图。
具体实施例方式
为演奏者准备实施本发明的乐器。演奏者在电子辅助系统的辅助下，通 过各种演奏技术来演奏音乐，或者也在电子辅助系统的辅助下，练习用手指 弹奏特别特定的高级演奏技术。电子辅助系统内置于原声乐器或电子乐器中。 否则，将电子辅助系统与乐器分开提供给用户。
实施本发明的乐器包括操纵器、音调生成器和电子辅助系统。操纵器由 演奏者操纵来演奏音乐。操纵器被连接到音调生成器。音调生成器响应于对
操纵器的操纵，以便产生用于音乐的音乐声音。
与操纵器相关联地提供电子辅助系统，并且电子辅助系统包括传感器系 统、致动器、分析器和驱动器。下面详细描述这些系统组件。
传感器系统监视操纵器，并产生代表演奏数据的检测信号。演奏数据表 示操纵器的运动。与操纵器相关联地提供致动器，并且致动器响应于驱动信 号以便移动操纵器。因而，致动器使得操纵器运动，而无需演奏者的任何手 指弹奏。
分析器被连接到传感器系统，使得将演奏数据提供给分析器。分析器分 析演奏数据，以查看至少一个操纵器是否进行特定运动。特定运动指示演奏
者通过特定演奏技术产生音乐声音的意图，使得分析器能够在特定演奏技术 展示之前瞬间区分出演奏者的意图。
驱动器连接到致动器和分析器。驱动器接收来自分析器的分析结果，并 且将驱动信号选择性地提供给致动器。当作为分析结果、分析器向驱动器给
出肯定答复时，驱动器将驱动信号提供给致动器中相关联的一个，以便产生
表现(featuring)前述操纵器之一的特定演奏技术的运动。
因此，当演奏者正在操纵器上用手指弹奏音乐时，分析器在展示之前区 分出演奏者的意图，并且驱动器产生表现特定演奏技术的运动，以进行展示。 因此，演奏者可学习如何在该特定演奏技术中操纵操纵器。此外，如果演奏 者不擅长特定演奏技术，则他或她在电子辅助系统的辅助下能够较好地演奏 音乐。
在以下描述中，术语"前部，，表示与用术语"后部，，修饰的位置相比、更靠 近坐在凳子上进行手指弹奏的人类演奏者的位置。"纵长方向"经过前部位置 和相应的后部位置，"横向方向"与纵长方向成直角相交。"上下方向"与由纵 长方向和横向方向限定的平面垂直。
"按下的键，，表示在被施加外力的情况下，其前部从初始状态向下下沉的 键，并且"释放的键，，表示其前部正在返回初始状态的键。
第一实施例
首先参照附图的图1和图2,附图标记100指定实施本发明的自动演奏 器钢琴。自动演奏器钢琴100大体上包括原声钢琴1和电系统20，并且电系 统20被安装在原声钢琴1中。人类演奏者在原始钢琴1上演奏音乐曲调，类 似于在标准钢琴上演奏音乐曲调的钢琴师。
电系统20具有信息处理能力，以便通过执行子例程程序来充当记录系
统、自动演奏系统、重放系统和电子辅助系统。详细地，当用于记录的子例 程程序正在运行时，电系统充当记录系统，并且通过记录系统记录原声钢琴
l上的演奏。当用于自动演奏的子例程程序正在运行时，电系统20充当自动 演奏系统，并且自动演奏系统在原声钢琴1上演奏音乐曲调而无需人类演奏 者的任何手指弹奏。用于重放的子例程程序使电系统基于音乐数据代码来再 现电子音调。另一方面，当用于电子辅助的子例程程序正在运行时，电系统 20充当电子辅助系统，并且电子辅助系统在原声钢琴1上展示高级演奏技术， 以便使人类演奏者通过该展示来学习高级演奏技术。通过自动演奏能力来向 人类演奏者给出展示，并且在下文中将用于展示的自动演奏称为"部分自动演奏"。
原声钢琴
原声钢琴1包括键盘la (即，黑键lb和白键lc的阵歹'J )、弦槌2、动作 单元3、琴弦4、制音器单元6、踏瓣机构110和钢琴箱体ld。键盘la被安 装在中盘le上，中盘le形成钢琴箱体ld的底部，并且弦槌2、动作单元3、 琴弦4和制音器单元9被配备在钢琴箱体ld内部。
黑键lb和白键lc被排列在横向方向上，并且在其中部与动作单元3相 联接，并且在其后部与制音器单元6相联接。当将力施加到键lb和lc的前 部时，黑键lb和白键lc沿着各自的轨迹从静止位置向终点位置行进，并且 黑键lb和白键lc致动相关联的动作单元3。
动作单元3还与弦槌2联接，并且弦槌2是可旋转的。由此，4tlb和 lc的运动通过动作单元3传递到弦槌2，并使得弦槌2旋转。弦槌2对着琴 弦4,并在旋转的终点处使得琴弦4振动。人类演奏者和自动演奏系统通过 按下和释放黑键lb和白键lc，来驱动弦槌2进行旋转。托木7形成动作单元 3的一部分，并使弦槌2在其上轻柔地着陆。
按下的黑键lb和按下的白键lc根据键lb/lc的轨迹上的键位置而使相 关联的制音器单元6与琴弦4分开或接触。当制音器单元6与振动的琴弦4 接触时，禁止琴弦4振动。然而，当制音器单元6与琴弦4分开时，允许琴 弦4纟展动。
踏瓣机构110与4建盘la和制音器单元6相联接，并用于音调的踏瓣效果。 踏瓣效果是人类演奏者公知的，因此下文中为了简洁不进行进一步的描述。
人类演奏者如下在原声钢琴1上演奏音乐曲调。当所有的黑键lb和白键 lc都停留在静止位置上时，弦槌2与相关联的琴弦4分开，并且制音器单元 6保持与琴弦4接触，如图2所示。当人类演奏者开始他或她的演奏时，他 或她选择性地按下黑键lb和白键lc,并释放被按下的键lb和lc。通过人类 演奏者的手指弹奏的演奏在下文中被称为"人工演奏，，。
当人类演奏者按下黑键lb和白键lc之一时，按下的《建lb/lc开始在轨 迹上行进。当按下的键1b/lc正在轨迹上向着终点位置行进时，按下的键lb/lc 使得制音器单元6与相关联的琴弦4分开，并且制音器单元6允许琴弦4振 动。按下的键lb/lc还致动相关联的动作单元3。被致动的动作单元3使弦槌 2被驱动着向相关联的琴弦4旋转。弦槌2在旋转的终点处与琴弦4碰撞， 并使得琴弦4振动。振动的琴弦4随后使得形成钢琴箱体ld的一部分的音 (sound board)振动，并且从原声钢琴1发出原声钢琴音调。弦槌2在琴弦4上 弹回，并且轻轻地落在托木7上。
原声钢琴音调的响度与琴弦4碰撞之前瞬间的弦槌2的速度成比例。人 类演奏者用力按下黑键lb和白键lc，以便产生大响度的原声钢琴音调。另一 方面，人类演奏者轻轻按下黑键lb和白键lc，以产生小响度的原声钢琴音调。
当人类演奏者释放被按下的键lb/lc时，被释放的键lb/lc开始反向在轨 迹上行进。被释放的键lb/lc允许制音器单元6向着琴弦4移动，并且制音 器单元6与振动的琴弦4接触，以便衰减振动。被释放的4建lb/lc还允许动 作单元3返回如图2所示的静止位置。
当人类演奏者希望向原声钢琴音调给出人为表达时，人类演奏者压下踏
瓣机构110的踏瓣，并且根据压下的踏瓣而使原声钢琴音调延长或在响度上 减少。
电系统
转到图3,电系统20包括电磁控制的键致动器5的阵列、信息处理系统 lla、脉宽调制器llb、电子音调生成器25、键位置传感器26的阵列、盘驱 动单元120和触摸显示面板130。在信息处理系统lla中并入中央处理单元 111 (缩写为"CPU")、外设处理器(未示出)、程序存储器112、工作存储器 113、共享总线系统(未示出)、各种接口 (未示出)和其它系统组件。只读 存储器件和随机存取存储器件分别形成部分的程序存储器112和部分的工作 存储器113。为此，在图3中，缩写"ROM"和"RAM"代表程序存储器112和
工作存储器113。电可擦除可编程存储器件和硬盘驱动器可形成程序存储器 112的其它部分。在工作存储器中定义指示用于展示的部分自动演奏的标志， 并将其称为"展示标志"。
信息处理系统lla、脉宽调制器llb、电磁控制键致动器5的阵列和键位 置传感器26的阵列形成自动演奏系统的一部分以及电子辅助系统的一部分。 电子演奏系统和电子辅助系统之间的差异在于软件。
信息处理系统lla是数据处理能力的源。计算机程序与控制参数一起被 存储在程序存储器112中，并被分为主例程程序和子例程程序。当主例程程 序正在中央处理单元111上运行时，人类演奏者可与信息处理系统lla通信。 信息处理系统lla在触摸显示面板130上产生表示作业菜单、提示消息等的 视觉图像，人类演奏者通过触摸产生视觉图像(一个或多个)的触摸显示面 板130的区域(一个或多个)来向信息处理系统lla给出他们的指令。信息 处理系统1 la通过触摸显示面板130让人类演奏者得知电系统20的当前状态。
通过执行子例程之一来累积演奏数据。主例程程序通过定时器中断而分 支到子例程程序。工作存储器的预定存储位置被分配给所有的黑键lb和白键 lc。键位置信号S3携带演奏数据，其表示相关联的键lb和lc的当前键位置， 并且被周期性地采样和转换为数字键位置信号S3，，该数字键位置信号S3，表 示键位置信号S3上的离散值。离散值被存储在与模数转换器121相关联的数 据緩沖器中。当中央处理单元111进入子例程程序时，中央处理单元lll从 数据緩冲器中提取演奏数据，并将它们传送到工作存储器。演奏数据被存储 在向各个键lb和lc分配的存储位置中。因此，对于黑键lb和白键lc，在工 作存储器中累积每个演奏数据的预定数目的值。
通过如下执行子例程程序来进行记录和重放。当人类演奏者正在原声钢 琴1上演奏音乐曲调，即人工演奏时，键位置传感器26和踏瓣位置传感器(未 示出)监视键lb/lc和踏瓣机构110的踏瓣，并通过代表4定位置数据的键位置 信号S3以及代表踏瓣位置数据的踏瓣位置信号，向信息处理系统lla通知键 lb/lc的运动以及踏瓣的运动。信息处理系统lla分析键位置数据和踏瓣位置 数据，并产生一组音乐数据代码，其表示要产生的音调以及要赋予音调的踏 瓣效果。该组音乐数据代码被存储在硬盘驱动器120中的硬盘中。否则，音 乐数据代码被提供给电子音调生成器25,以便按实时方式产生电子音调。另 外，基于该组音乐数据代码再现音乐曲调。
当人类演奏者指示电系统20演奏音乐曲调而无需任何手指弹奏，即通过 自动演奏时，主例程程序开始周期性地分支到用于自动演奏的子例程程序。
钢琴控制器12a和伺服控制器12b (见图2 )表示通过执行用于自动演奏的子 例程程序而实现的控制器11的功能。钢琴控制器12a还参与原声钢琴1上的 记录。这些功能还用于下面将描述的电子辅助中。换言之，也通过执行用于 电子辅助的子例程程序来实现这些功能。伺服控制器12a被分配给电磁控制 键致动器5和电磁控制踏瓣致动器(未示出)。将结合自动演奏器钢琴100的 行为来描述这些功能。
与黑键lb和白键lc相关联地提供电磁控制键致动器5的阵列，并且由 位于黑键lb后部和白键lc后部下方的中盘le来支撑。每个电磁控制键致动 器5具有螺线管5a和活塞5b。
螺线管5a被平行地连接到脉宽调制器lib,使得脉宽调制器llb选择性 地将驱动信号Sl提供给螺线管。活塞5b可从相关联的螺线管5a伸出和缩回， 并且当活塞5b缩回螺线管5a中时，活塞5b的顶端停留在4建lb和lc的下表 面下方。
当驱动信号Sl流过螺线管5a时，围绕活塞5b建立磁场，磁力使活塞 5b向上伸出螺线管5a。结果，活塞5b推动相关联的键lb或lc的后部，并 且黑键lb或白键lc运动，而无需人类演奏者的任何手指弹奏。磁力与驱动 信号Sl的平均电流或占空比成比例，并且信息处理系统lla使脉宽调制器lib 根据要产生的音调的响度来改变平均电流量。
当从螺线管5a移除驱动信号Sl时，键lb/lc、动作单元3、弦槌2和制 音器6的重量在向下的方向上压下活塞5b。结果，活塞5b缩回相关联的螺 线管5a。
在黑键lb的前部和白键lc的前部下方提供键位置传感器26的阵列。键 传感器26属于将当前键位置转化为光电流量的类型。具体地，每个键传感器 26具有遮光器模块101和光学调制器102,如图4A到4C所示。遮光器模块 101包括托架101a、 一对传感器头103和104、发光二极管(未示出)和光检 测晶体管(未示出)。与其它传感器头(未示出)共享发光二极管和光检测晶 体管。
托架101a形成有间隙，传感器头103和104透过间隙而彼此相对，并且 被安装在相关联的键lb/lc的下表面的光学调制器102的轨迹穿过该间隙。
传感器头103和104分别连接到发光二极管和光^r测元件(未示出)，并且跨 越光学调制器102的轨迹而在传感器头26之间建立光束。光束形成光学调制 器102上的光点，并且光点根据光学调制器102的当前位置而在光学调制器 上相对运动。光学调制器26b按以下方式安装到相关联的键lb或lc:向下伸 出键lb或lc的下表面，使得光点与相关联的键lb/lc—起相对运动。光学调 制器102的透明度从上端到下端有变化。当相关联的黑键lb或白键lc正在 键轨迹上行进时，光束穿过光学调制器102，并且光学调制器102根据键轨 迹上的当前键位置而改变所穿过的光量。光检测元件将入射光转化为光电流， 并且光电流形成键位置信号S3。键位置信号S3表示演奏数据，并且被从键 传感器26提供到控制器11。
脉宽调制器llb被连接在伺服控制器12b和螺线管23a之间，并且驱动 信号S4被选择性地从脉宽调制器lib提供给螺线管5a。在伺服控制器12b 的控制之下，脉宽调制器llb使驱动信号Sl的平均电流发生变化。平均电流 量越大，磁力越强。磁力越强，活塞速度越大，因此键速度越大。由此，可 利用脉宽调制器lib来控制键lb/lc的运动。
键位置传感器26被连接到信息处理系统lla,并通过键位置信号S3向 伺服控制器12b通知当前键位置。脉宽调制器llb、电磁控制键致动器5、键 位置传感器26和伺服控制器12b—起形成伺服控制环，并通过该伺服控制环 控制黑键lb和白键lc的运动。
图5示出了伺服控制环。如前所述，伺服控制环包括脉宽调制器llb、 电磁控制键致动器5和键位置传感器26,并且对象是黑键lb和白键lc。分 别在键lb/lc的后部下方提供电磁控制键致动器5，并且分别在键lb/lc的前 部下方提供键位置传感器26。
伺服控制环还包括模数转换器121，用于将模拟键位置信号S3转换为数 字键位置信号S3，，并且将演奏数据从模拟键位置信号S3传送到数字键位置 信号S3，。将演奏数据和参考键轨迹从模数转换器121和钢琴控制器12a提供 到伺服控制器12b。
参考键轨迹数据表示参考前向键轨迹和参考后向键轨迹，并且钢琴控制 器12a基于用于要被移动的黑键lb和白键lc的音乐数据代码而产生参考轨 迹数据。
参考前向键轨迹是随时间变化的目标键位置的一系列值。如果黑键lb
或白键lc在参考前向键轨迹上行进，则黑键lb或白键1C以目标值的参考键 速度经过参考点。参考键点上的键速度，即参考键速度，与琴弦4碰撞之前 瞬间的弦槌速度较好地成比例，并且碰撞之前瞬间的弦槌速度与音调的响度 较好地成比例。由此，可通过使用参考前向键轨迹来控制音调的响度。
另一方面，参考后向键轨迹是向着静止位置的目标^;位置的一系列值。
如果黑键lb或白键lc在参考后向键轨迹上行进，则被释放的键lb/lc允许制 音器单元6在使音符关事件发生的时间处与振动的琴弦4接触，并且原声钢 琴音调被衰减。
伺服控制器lib包括以下功能。框122、 123和124代表正规化、位置确 定和速度确定。在正规化122期间，从演奏数据消除了原声钢琴1的个性， 并且在位置确定123和速度确定124期间，分别确定当前键位置yx和当前键 速度yv。
伺服控制器llb还包括参考轨迹管理器125、减法器126、 127、放大器 128、 129以及加法器131。通过参考轨迹管理器125，从目标键位置rx的一 系列值计算目标键速度rv，并且通过减法器126和127,将目标键位置rx和 目标键速度rv分别与当前键位置yx和当前键速度yv进行比较，从而确定位 置差ex和速度差ev。通过放大器128和129来放大位置差ex和速度差ev， 并通过加法器131将结果ux和uv相加。和数u表示目标平均电流量，并被 提供给脉宽调制器llb。将驱动信号Sl调整到目标平均电流量，以便最小化 位置差ex。由此，通过伺服控制器lib的功能，强迫黑键lb和白键lc在参 考前向键轨迹和参考后向键轨迹上行进。
当开始按下键lb或lc的时间来临时，钢琴控制器12a开始周期性地将 参考前向键轨迹上的目标键位置rx的值提供给伺服控制器12b。重复上述功 能，并且强迫被按下的键lb或lc在参考前向键轨迹上行进。
当开始释放键lb或lc的时间来临时，钢琴控制器12a开始周期性地将 参考后向键轨迹上的目标键位置rx的值提供给伺服控制器12b。进一步重复 上述功能，并且强迫被释放的键lb或lc在参考后向键轨迹上行进。
如前所述，通过用于电子辅助的伺服控制环来控制黑键lb和白键lc。 当正对部分自动演奏激活伺服控制环时，参考轨迹管理器125将当前键位置 yx的值和当前键速度yv的值传送到钢琴控制器12a，并且钢琴控制器12a检 查当前键位置yx的值和当前键速度yv的值，以查看键lb或lc是否采用特
定种类的键运动。如果答复给出为否定，则钢琴控制器12a不确定用于展示 的任何参考轨迹，并且禁止伺服控制器12b进行伺服控制。结果，通过人工
演奏来简单地产生原声音调。
另一方面，如果答复给出为肯定，则钢琴控制器12a确定用于特定种类 键运动的参考键轨迹，并且伺服控制器12b重复上述伺服控制序列，以便向 人类演奏者给出展示。下文中将更详细地描述用于展示的参考键轨迹。
电子音调生成器25包括波形存储器、数据读出模块和声音系统，并且在 声音系统中合并耳机(headphone)以及放大器和扬声器。当键事件数据代码到 达电子音调生成器25时，基于键事件数据代码确定要产生的音调的音符号和 响度。当从前一键事件开始的等待时间段期满时，数据读出模块开始从波形 存储器读出表示音频信号的波形的波形数据。波形数据被形成为音频信号， 并且通过放大器将音频信号提供给扬声器或耳机。
触摸面板显示单元130是液晶显示面板和与液晶显示面板的监视器屏幕 重叠的矩阵开关的组合。在乐镨架lf的左侧的钢琴箱体ld上提供触摸面板 显示单元130,使得人类演奏者能够通过推压位于液晶显示面板的监视器屏 幕上产生的特定视觉图像上方的矩阵开关的区域，来向电系统20给出他或她 的指令，而无需站起来。如前所述，信息处理系统lla在触摸面板显示单元 130上产生表示电系统20的作业菜单、提示消息、确认消息和当前状态的视 觉图像。由此，触摸面板显示单元130充当人机界面。当人类演奏者正在原 声钢琴1上演奏音乐曲调时，在触摸面板显示单元130上再现乐谱，并且该 乐谱随着演奏的进行而滚动。
部分地切割中盘le，以便形成空腔，并且将控制器11插入到该空腔中 (见图l)。控制器11的外壳具有前面板，其与中盘le的前表面是共面的， 并且将盘驱动单元120暴露给坐在凳子上进行手指弹奏的人类演奏者。由此， 当盘托架停留在从控制器11的外壳的前面板伸出的状态时，人类演奏者在盘 托架上放置信息盘，例如，如CD (紧致盘)或DVD (数字多用盘)。之后， 人类演奏者使盘托架缩回到控制器11的外壳中。多组音乐数据代码被存储在
诸如快闪存储器的电可擦除可编程存储器中。
多组音乐数据代码表示音乐曲调，并且被存储在信息盘中。计算机程序 可以被存储在另一信息盘中。当盘托架缩回时，盘驱动单元120准备好从信 息盘读出多组音乐数据代码中的任一组。当用户指定音乐曲调时，盘驱动单元120将表示音乐曲调的该组音乐数据从信息盘传送到工作存储器。在此实
例中，以MIDI (乐器数字接口 )协议来定义音乐数据代码的格式。
自动演奏器钢琴的行为
自动演奏器钢琴100具有多个操作模式，如用于原声钢琴1上的人工演 奏的人工演奏模式、用于原声钢琴1上的演奏的记录模式、自动演奏模式以 及用于部分自动演奏的电子辅助模式。钢琴控制器12a和伺服控制器12b两 者在人工演奏模式下都保持空闲，而在记录模式下，仅仅钢琴控制器12a是 激活的。在自动演奏模式下，钢琴控制器12a和伺服控制器12b两者都是激 活的，并且下拉展示标志。另一方面，在电子辅助模式下升高展示标志，而 钢琴控制器12a和伺服控制器12b两者都是激活的。这些操作模式形成作业 菜单的各部分，并且中央处理单元111在执行主例程程序期间，在触摸面板
显示单元130上产生作业菜单。为此，用户可通过触摸面板显示单元130来 选择操作模式之一。
图6示出了主例程程序中的作业序列。当用户开启电系统20的电源开关 时，主例程程序开始在中央处理单元111上运行。如步骤sl，中央处理单元 111初始化电系统20。
在触摸面板显示单元130上产生作业菜单的视觉图像之后，中央处理单 元111重复步骤s2到s8的循环。详细地，如步骤s2,中央处理单元lll检 查分配给用户指令的工作存储器的存储位置，以查看用户是请求自动演奏还 是部分自动演奏，即是整体还是部分自动演奏。如果用户选择其它操作模式， 则答复给出为否定"否"，并且如步骤s3，中央处理单元111不激活伺服控制 器12b。
另一方面，如果用户选择自动演奏模式或电子辅助模式，则步骤s2处的 答复给出为肯定"是"，并且如步骤s4,中央处理单元激活伺服控制器12b， 以进行自动演奏或部分自动演奏。
接着，如步骤s5,中央处理单元lll检查工作存储器，以查看用户是否 请求电子辅助。如果用户请求电子辅助，则步骤s5处的答复给出为肯定"是"， 并且如步骤s6,中央处理单元lll升高(raise)展示标志。
另一方面，如果用户选择自动演奏模式，步骤s5处的答复给出为否定 "否"，并且如步骤s7，中央处理单元111下拉(pulldown)展示标志。
在执行步骤s6或s7的作业之后，如步骤s8,中央处理单元111检查工
作存储器，以查看用户是否改变操作模式。如果答复给出为否定"否"，则中 央处理单元重复步骤S8处的作业。另一方面，当用户改变操作模式时，中央
处理单元111返回到步骤s2，并再次执行步骤s2到s7的作业。
图7示出了显示用于钢琴控制器12a和伺服控制器12b的作业序列的流
程图。当用户选择自动演奏模式或电子辅助模式时，钢琴控制器12a与伺服
控制器12b如图7所示地协作。
首先，如步骤sBl,中央处理单元111检查工作存储器，以查看展示标
志是否已被升高。如果用户已经向电系统20指示了自动演奏，则展示标志被
保持为低，并且答复给出为否定"否"。对于该否定答复，如步骤sB2，中央处
理单元111执行用于自动演奏的子例程程序中的作业。
另 一方面，如果用户已经向电系统20指示了电子辅助，则升高展示标志，
并且答复给出为肯定"是"。对于该肯定答复，当用户正在原声钢琴1上用手
指弹奏音乐曲调时，中央处理单元111执行用于电子辅助的子例程程序中的作业。
详细地，当用户正在原声钢琴1上用手指弹奏音乐曲调时，键位置传感 器26改变键位置信号S3的幅度，并且中央处理单元111周期性地提取由键 位置信号S3代表的演奏数据，并在工作存储器中的预定存储位置中累积演奏 数据。
如步骤sB3，中央处理单元111分析用于键运动的演奏数据，并且如步 骤sB4，检查分析结果，以查看演奏数据是否假设了(presumed)特定种类的键 运动。当用户简单地按下和释放黑键lb和白键lc时，用户不需要任何辅助， 并且步骤sB4处的答复给出为否定"否"。对于该否定答复，中央处理单元lll 返回到步骤sB3，并在原声钢琴1上的演奏期间，重复由步骤sB3和sB4构 成的循环。
另 一方面，如果用户通过诸如重奏之类的演奏技术之一来演奏乐谱上的 一个或多个音符时，希望钢琴控制器12a和伺服控制器12b给出演奏技术的 展示，并且步骤sB4处的答复给出为肯定"是"。对于该肯定答复，钢琴控制 器12a确定用于展示键运动的参考轨迹，并且如步骤sB5，伺服控制器12b 强迫黑键lb或白键lc在参考键轨迹上行进。结果，用户通过他或她手指上 的触觉而学习演奏技术。
如步骤sB6，中央处理单元111检查工作存储器中的存储位置，以查看 用户是否指示电系统20停止电子辅助，即用户是否完成了演奏。当用户正在 原声钢琴1上用手指弹奏音乐曲调时，他或她需要电子辅助，并且在工作存
储器中未发现指令数据。这样，步骤sB6处的答复给出为否定"否，，，并且中 央处理单元111返回到步骤sB3 。
当用户完成演奏时，他或她让电系统20停止电子辅助，并且步骤sB6 处的答复给出为肯定"是"。对于该肯定答复，中央处理单元111返回到主例程。
图8示出了钢琴控制器12如何从简单的压下-释放演奏技术区分出特定 演奏技术。在此实例中，电子辅助系统对于以下特定演奏技术产生特定的自
动演奏
1) 重奏，
2) 原声钢琴1中最弱响度的音调生成，以及
3) 强音钢琴
在重奏中，演奏者快速按下和释放黑键lb或白键lc,并重复该按下和 释放。在重奏中，在短时间段内重复产生某一音高的音调。
如步骤sCl,中央处理单元111分析演奏数据，以便找出运动的键lb和 lc。所有黑键lb和白键lc在开始演奏前都停留在静止位置，使得中央处理 单元111未找到任何运动的键。在此情形下，中央处理单元111不前进到下 一步，并监视黑键lb和白键lc。
假设演奏数据指示演奏者进行表示重奏，即特定演奏技术之一，的键运 动。图9示出了重奏中的键lb/lc的运动。在时刻tl,键lb/lc开始于静止位 置L。键lb/lc向着终点位置E向下运动，经过键行程范围T，并在时刻t2 到达终点位置E。键lb/lc在时刻t3返回到键行程范围T，并在预定时间段， 即从时刻t3到时刻t4,内维持在键行程范围T内。在此实例中，存在用于重 奏中的键运动的键行程范围T,并且键行程范围T距离静止位置L有6毫米 到8毫米。在此情形下，电系统20如下通过部分自动演奏来给演奏者电子辅 助。
如步骤sC2，中央处理单元111检查演奏数据，以查看是否在键行程范 围T内发现键lb/lc。在演奏者采用特定演奏技术的情况下，键lb/lc在键行 程范围T内停留某一时间段。因而，如果发现键lb/lc不在键行程范围T内， 则没有采用特定演奏技术的任何可能性。步骤sC2处的答复给出为否定"否"，
并且如步骤SC3，中央处理单元111判定未发现特定键运动，即特定演奏技 术。
当发现键lb或lc在键行程范围T中时，则存在演奏者采用特定演奏技 术的可能性，步骤sC2处的答复给出为肯定"是"。对于该肯定答复，如步骤 sC4，中央处理单元111通过对演奏数据的分析来确定当前键位置和当前键速 度，并如步骤sC5，确定键lb或lc是否运动到键行程范围T之外。
在键lb或lc仅仅是穿过键行程范围T的情况下，步骤sC5处的答复给 出为肯定"是"，并且中央处理单元111确定在步骤sC3处未发现特定键运动。
另一方面，当演奏者采用特定演奏技术时，键lb或lc仍然被发现在键 行程范围T内，并且步骤sC5处的答复给出为否定"否"。对于该否定答复， 如步骤sC6 ，中央处理单元111启动内部时钟，并递增时间。
接着，如步骤sC7，中央处理单元111检查内部时钟，以查看是否在内 部时钟上读取了预定时间。如果步骤sC7处的答复给出为否定"否，，，则中央 处理单元111返回到步骤sC4，并且重复由步骤sC4到sC7构成的循环，直
到该答复变为肯定。
在演奏者从时刻t3到时刻t4将键lb或lc保持在键行程范围T内的情 况下，内部时钟到达预定时间，并且步骤sC7处的答复变为肯定"是"。确认 在预定时间内持续发现键lb或lc在键行程范围T中。然后，如步骤sC8， 中央处理单元111确定演奏者开始采用特定演奏技术。
在除了特定演奏技术之外的演奏中，极少在预定时间段内都将黑键lb 和白键lc保持在键行程范围T中。为此，钢琴演奏者12a可通过步骤sC2、 sC5和sC7处的作业来区分特定演奏技术。在演奏者产生重奏的音调时，以 下《建运动不断发生
1. 键lb或lc从静止位置L运动到终点位置E (见从时刻tl到时刻t2 )
2. lb或lc在到达终点位置E之后的瞬间开始向静止位置返回(见时 刻t2)，以及
3. 键lb或lc在预定时间段内停留在键行程范围T中(见从时刻t3到 时刻t4)。
对于键行程范围T，如果演奏者无意中使键lb或lc比键行程范围T更 接近静止位置L,则使得相关联的制音器单元6与振动的琴弦4接触，并衰 减了音调。换言之，希望演奏者在重奏期间将键lb或lc保持在合适的键位
置上，在该键位置上，相关联的制音器单元6不与琴弦4接触。从这个观点
来看，按以下方式来确定键行程范围T:只要键lb和lc停留在键行程范围T 内，就使制音器单元6保持与相关联的琴弦4分开。在图9所示的重奏的情 况下，键lb或lc浮动在静止位置上方7毫米处。
电子辅助系统判定演奏者正在时刻t4产生重奏的音调，并开始部分自动 演奏。换言之，当钢琴控制器12a发现表示重奏的特定键运动时，钢琴控制 器12a确定用于部分自动演奏的参考前向键轨迹，并且伺服控制器12b开始 强迫44 lb或lc在参考前向^t轨迹上行进。
在图9所示的重奏的情况下，伺服控制器12b使活塞5b向上伸出，使得 键lb或lc从键行程范围T运动到终点位置E。向着终点位置E的键速度大 约等于键运动1中的键速度。键lb或lc在时刻t5到达终点位置E，并且通 过原声钢琴l生成音调。
接着，钢琴控制器12a从终点位置E到键行程范围T中的某一键位置的 参考后向键轨迹。伺服控制器12b使活塞5b缩回，并允许键lb或lc向着静 止位置L返回。如果演奏者在释放的44 lb或lc上施加手指的力以将键lb或 lc保持在键行程范围T中，则伺服控制器12b不让电磁控制键致动器5强迫 键lb或lc前进经过键行程范围T。即使伺服控制器12b强迫键lb或lc在 向着静止位置L的参考键轨迹上行进，由于键lb或lc上的手指力，目标键 位置和当前键位置之间的差变得越来越大。当该差超过一阈值时，钢琴控制 器12a允许演奏者尝试将键lb或lc保持在键行程范围T内。(见图9,从时 刻t6到时刻t7。)钢琴控制器12a在时刻t6到时刻t7之间的预定时间段期满 之后，确定到终点位置E的参考前向键轨迹，并且在时刻t7,伺服控制器12b 开始强迫键lb或lc在参考前向键轨迹上行进。键lb或lc在时刻t8到达终 点位置E，并且再次通过原声钢琴1生成音调。
在时刻t8，键lb或lc开始向着静止位置L返回。演奏者不希望继续重 奏。为此，演奏者不向键行程范围T中的键lb或lc施加手指力。释放的键 lb或lc穿过键行程范围T，并在时刻t9到达静止位置L。
因此，通过在键lb或lc上施加力，希望演奏者将键lb或lc保持在键 行程范围T中以进行重奏。演奏者可通过部分自动演奏来学习用于重奏的精 确的键位置。当演奏者希望终止重奏时，他或她筒单地将手指力从键lb或 lc上移走。 此外，即使演奏者不擅长重奏，他或她也能够在电子辅助系统的辅助下 较好地演奏音乐曲调。由此，本发明的电子辅助系统在演奏者的音乐会以及 音乐课程中都能辅助演奏者。
转到附图的图10，对用于生成最小响度的音调的演奏技术中的电子辅助
进行描述。在以下条件下，钢琴演奏者12a判定键lb或lc被轻柔地按下以 生成最小响度的音调
1. 键速度小于简单按下-释放的键，以及
2. 键lb或lc被维持在键行程范围T中预定时间段。
在时刻tll,键lb或lc停留在静止位置L上，并且演奏者开始轻柔地按 下键lb或lc。按下的键lb或lc在时刻t12到达键行程范围中的键位置k。 演奏者将键ib或lc约束在键行程范围T中从时刻t12到t13的预定时间段。 因此，键lb或lc满足上述条件1和2。
电子辅助系统在时刻t13判定演奏者正在产生最小响度的音调，并且在 这时开始部分自动演奏。钢琴控制器12a确定代表最慢键运动的参考前向键 轨迹，并且伺服控制器12b强迫键lb或lc在参考前向键轨迹上行进。电磁 控制键致动器5将磁力施加到活塞5b上，并且使得键lb或lc向上运动。键 lb或lc在时刻tl4到达终点位置E,并且生成最小响度的音调。演奏者在电 子辅助系统的辅助下学习希望他或她如何轻柔地按下键。
尽管演奏者倾向于沿着最小响度的音调的轨线LC来按下键，但电子辅 助系统以恒定速度将演奏者引导到终点位置E。在键lb和lc在轨线LC上运 动的情况下，可能始终控制使键lb或lc以最小键速度与琴弦4接触。然而， 参考前向键轨迹将键速度保持在最小值，并且演奏者在电子辅助系统的辅助 下学习键运动。结果，演奏者可能使4建lb和lc的轨线LC更接近直线的参 考前向键轨迹。
在演奏者不擅长最弱音(pianissimo)的音调生成的情况下，他或她能够在 电子辅助系统的辅助下，在音乐会中较好地演奏音乐曲调。
当键lb或lc到达终点位置E时，钢琴控制器12a提供用于将键lb或 lc保持在终点位置E上的参考键轨迹，并且从时刻tl4到时刻t15,伺服控制 器12b将键lb或lc保持在终点位置E上。
演奏者逐渐减小按下的键lb或lc上的手指力。按下的键lb或lc轻微 地浮动于终点位置E上方。在时刻t16,从终点位置E到浮动键lb或lc的距 离超过一阈值。然后，钢琴控制器12a产生参考后向键轨迹，并且从时刻tl6 到时刻t17,伺服控制器12b强迫被释放的键lb或lc在参考后向键轨迹上行进。
图11示出了用于强音钢琴的键运动。强音钢琴特征如下
1. 黑键lb和白键lc以比简单按下的键更大的键速度从静止位置L运动 到终点位置E。
2. 黑键lb和白键lc在到达终点位置E之后立刻返回静止位置L。
3. 在到静止位置L的行程中，黑键lb和白键lc在键行程范围中维持预 定时间段。
图11示出了强音钢琴中的键运动。键lb或lc在时刻t21开始于静止位 置L，并且以大的键速度向着终点位置E运动。键lb或lc在时刻t22到达终 点位置E,并且立刻开始向着静止位置L返回。演奏者在时刻t23,在到静止 位置L的行程中停住手指，并从时刻t23到时刻t24,将键lb或lc保持在键 位置k2附近。^t位置k2是终点位置E上方的7毫米，并且落入^t建行程范围 T。内部定时器(未示出)在时刻t23处开始测量经过的时间。当内部时钟到 达时刻t24时，电子辅助系统判定演奏者正在产生强音钢琴的音调，并开始 部分自动演奏。
钢琴控制器12a产生表示在键位置k2处的停留的参考键轨迹，并且伺服 控制器12b从时刻t24起将键lb或lc保持在键位置k2。结果，以小响度延 长音调。演奏者在通过用于在键位置k2处的停留的部分自动演奏的展示期 间，学习如何将键lb或lc保持在键位置k2附近。
即使演奏者想要将键lb和lc稳定地保持在中间键位置，键lb或lc也 倾向于如轨线LD所示地运动。如果演奏者无意中使键lb或lc如轨线LD所 示地更接近静止位置L,则使得相关联的制音器单元6与振动的琴弦4接触， 并且衰减了音调。换言之，希望演奏者将键lb或lc保持在合适的键位置上， 该键位置上，相关联的制音器单元6不与琴弦4接触。从这个观点来看，按 以下方式来确定键行程范围T:只要键lb停留在键行程范围T内，就使制音 器单元6保持与相关联的琴弦4分开。
当伺服控制器12b正将键lb和lc保持在键位置k2上时，钢琴控制器 12a周期性地检查工作存储器，以查看当前键位置是否与目标键位置分开一阈 值。在时刻t25,当演奏者轻微地向着静止位置L移动键lb或lc时，当前键
位置和目标键位置之间的差超过阈值。然后，钢琴控制器12a确认演奏者希 望终止强音钢琴的音调。钢琴控制器12a产生参考后向键轨迹，并且从时刻 t25到时刻t26,伺服控制器强迫键lb和lc在参考后向键轨迹上行进。
由此，在电子辅助系统的辅助下，演奏者学习强音钢琴。如果演奏者不 擅长强音钢琴，他或她在演奏中可能希望电子辅助系统的辅助。
如从前述描述将理解的，本发明的电子辅助系统通过特定演奏技术的早 期时的特征键运动，来从其它演奏技术区分出特定演奏技术，并在后期中立 刻通过部分自动演奏来给出展示。演奏者学习如何实现特定演奏技术。此外， 演奏者在电子辅助系统的辅助下较好地演奏音乐小节。
第二实施例
转到附图的图12和图13，实施本发明的电子辅助系统20A与小号1A 相关耳关地提供。小号1A包括管体51、吹口 52和三个柱塞阀(piston valve)组 件53。管体51具有长管51a和短管51b，并且在长管51a中限定气柱(air column)。吹口 52被安装到长管51a的一端，并且柱塞阀组件53被安装到管 体51上，以便向长管51a中限定的气柱添加附加气柱。
每个柱塞阀组件53具有筒体(cylinder)53a、柱塞头53b、柱塞体53c、柱 塞杆53d和回动弹簧53e，并且在阀体53c中形成气路53f和53h。筒体53a 被安装到管体51，并且柱塞杆53d一皮连接在柱塞头53b和阀体53c之间。阀 体53c被可滑动地插入筒体53c，并且柱塞杆53d从筒体53a伸出。柱塞头 53b连接到柱塞杆53d,并且回动弹簧53e被插入筒体53a的底部和阀体53c 之间。
回动弹簧53e始终在向上的方向上顶住阀体53c。当未将任何力施加到 柱塞头53b上时，气路53h位于长管51a的内部空间中，并且另一气路53f 在其两端通过筒体53a的内表面而封闭。任何附加气柱不被添加到该气柱上。 气路53h被插入长管51a的内部空间中的阀位置在下文中被称为"静止位置"。
当演奏者在向下的方向上在柱塞头53b上施加力时，阀体53c克服回动 弹簧53e的弹性力而向下运动，并且气路53f与长体51a和短体51b连通。 气柱被延长。气路53h在其两端被筒体53a的内表面封闭。气路53f与长管 51a和短管51b连通的阀位置在下文中被称为"终点位置"。
当演奏者正在吹口 52上吹气(buzz)时，气柱振动以便产生音调。当演奏 者改变音调的音高时，他或她选择性地操纵柱塞阀组件53,并向振动的气柱添加附加气柱。
电子辅助系统20A包括控制单元20Aa、压力传感器20Ab和电》兹控制阀 致动器20Ac。压力传感器20Ab分别被附连到柱塞头53b，并且电磁控制阀 致动器20Ac被分别提供在阀体53c和筒体53a顶部之间的筒体53a内部。当 驱动信号Sll流经电;兹控制阀致动器20Ac时，/磁力一皮施加在柱塞杆53d上， 并且使得阀体53c向下运动。压力传感器20Ab将其上所施加的压力转换为阀 键位置信号S12。因为演奏者的手指力与回动弹簧53e的回弹力平衡，所以 压力值与柱塞的行程，即当前阀位置，成比例。因此，阀位置信号S12代表 当前阀体4立置。
控制单元20Aa包括信息处理系统20Ad、脉宽调制器20Ae和操纵面板 20Af。除了软件之外，信息处理系统20Ad类似于信息处理系统lla，并实现 功能"阀控制器"20Ah和"伺服控制器"20Aj。脉宽调制器20Ae在功能上与脉 宽调制器llb相同，并且用操纵面板20Af替代触摸显示面板单元130。为此， 为了简洁，不对控制单元20Aa进行进一步的描述。
当演奏者用颤音产生音调时，他或她将柱塞阀下拉到静止位置和终点位 置之间的阀行程范围中，并将柱塞阀在阀行程范围中保持预定时间段。然后， 阀控制器20Ad区分用于颤音的演奏技术，并产生从阀行程范围到终点位置 的参考前向阀轨迹，将阀保持在阀行程范围中的参考阀轨迹以及从终点位置 到阀行程范围的参考后向阀轨迹，类似于图9所示的那些。伺服控制器加Ae 强迫阀体53c在参考前向阀轨迹、参考阀轨迹和参考后向阀轨迹上行进，使
得音调可在两个音高之间快速改变。
如从前述描述将理解的，演奏者在电子辅助系统20A的辅助下学习如何 操纵颤音。此外，如果演奏者不擅长颤音，则他或她在电子辅助系统20A的 辅助之下较好地演奏音乐小节。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施例，但本领域技术人员将清楚， 可进行各种改变和修改，而不会脱离本发明的精神和范围。
例如，三种演奏技术不对本发明的技术范围设置任何限制。本发明的电 子辅助系统可向用户给出用于静音音符的部分自动演奏。以比最小响度的音 调的键速度更小的键速度来按下黑键lb和白键lc。当演奏者为了静音音符而 按下黑键lb和白键lc时，按下的键lb和lc使制音器单元6与琴弦4分开。 然而，弦槌2软弱地离开动作单元3，并且不到达琴弦4。结杲，不通过弦槌2和琴弦4之间的碰撞来产生任何音调。分开的制音器单元6使得可以与相 关联的琴弦4的振动发生共振。为了实现静音音符，钢琴控制器12a区分出 緩慢的键运动并在键行程范围T处停留预定时间段。
当演奏者正将键lb或lc保留在键行程范围T中时，键lb或lc可围绕 诸如k或k2的键位置细微运动。
电子辅助系统可以与从静止位置L到终点位置E的键运动中的键速度不 同的键速度来按下键lb或lc。据说人类演奏者感觉到15Hz的重奏较为困难。 然而，在电子辅助系统的辅助下，演奏者可产生15Hz或超过15Hz的重奏的 音调。
可重复音调预定次数，例如两次，而不考虑键lb或lc上的手指力。 部分自动演奏可在断奏(staccato)演奏中执行，而在连奏(legato)中保持空
闲。在此实例中，钢琴控制器测量终点位置E处的时间段，并确定如何辅助
演奏者。
在第一实施例的变型中，可不执行用于释放的键的部分自动演奏。在此 实例中，钢琴控制器12a将驱动信号Sl衰减到零平均电流，并允许释放的键 lb或lc返回静止位置L,这类似于标准原声钢琴。
自动演奏器乐器不对本发明的技术范围设置任何限制。可在没有任何自
动演奏系统的原声钢琴、大键琴、管风琴或电子键盘中安装电子辅助系统。 还可在这些种类的键盘乐器中安装静音(muting)系统。
可与键盘乐器的踏瓣相关联地提供本发明的电子辅助系统。演奏者在电 子辅助系统的辅助下学习踏瓣动作。
键位置传感器26不对本发明的技术范围设置任何限制。在另一变型中， 诸如位置传感器和速度传感器的两种传感器可被合并到电系统中。在此实例 中,键位置和键速度被直接转化为信号。当然,加速度传感器也可用于电系统。
电子辅助系统可在预定时间段期满时终止部分自动演奏。在此实例中， 即使演奏者不断地在4建lb或lc上施加力，电子辅助系统也不在预定时间段 期满之后给出展示。
尽管通过检查键行程区域或阀行程区域中的停留而区分出特定演奏技 术，但可通过短后向键运动或短后向阀运动来区分出某些演奏技术。否则， 演奏者可通过按下相邻的键或相邻的柱塞阀，向电子辅助系统通知进入特定 演奏技术。因此，键行程区域和阀行程区域中的停止不对本发明的技术范围
设置任何限制。钢琴控制器12a和阀控制器20Ah可根据演奏者停止键或阀处 的键行程或阀行程来向演奏者给出不同的展示。在此实例中，可在诸如从3mm 到5mm以及从5mm到7mm的键轨迹上定义多个键行程范围。重要的是，在 特定键运动的早期给出进入特定演奏技术的通知。然而，如何给出通知不是 本发明的实质特征。
本发明的计算机程序可作为存储在磁带、磁盘、软盘、光盘和光磁信息 存储介质上的计算机程序而提供给用户。否则，可通过诸如因特网的通信网 络从服务器计算机下载计算机程序。
第一和第二实施例的电子辅助系统可与乐器1和1A分开准备。在此实 例中，用户在市场上购买电子辅助系统，并将电子辅助系统与乐器相组合。
由信息处理系统执行的组成部分和作业如下与权利要求语言相关联。键 位置传感器26作为整体构成"传感器系统"，并且压力传感器20Ab组合形成 "传感器系统"。黑键lb和白键lc对应于"操纵器"。活塞阀组件53也对应于 "操纵器"。电磁控制键致动器5对应于"致动器"，并且电磁控制阀致动器 20Ac也对应于"致动器"。
信息处理系统lla和步骤sB3处的作业，即步骤sCl到sC8的步骤，相 当于"分析器"。信息处理系统20Aa也形成"分析器"的一部分。信息处理系统 lla的功能12a和12b,即钢琴控制器12a和伺服控制器12b，实现"驱动器"， 并且信息处理系统20Ad的功能20Ah和20Aj也实现"驱动器"。在键行程范 围T中停留预定时间段表示"演奏者通过特定演奏技术产生音乐声音的意 图"。
键位置k和k2是"中间位置"的例子。钢琴控制器12a充当"参考轨迹产 生器"，并且阀控制器20Ah也充当"参考轨迹产生器"。脉宽调制器11b/20Ae 充当"信号驱动器"。目标键位置rx和目标键速度rv表示"目标状态，，，并且当 前键位置yx和当前键速度rv表示"实际状态"。位置和速度对应于"第一种物 理量"和"第二种物理量"。
模数转换器121、正规化器122、位置确定器123和速度确定器124作为 整体构成"实际状态确定器，，，并且减法器126和127、放大器128和129以及 加法器131组合形成"偏差确定器"。
弦槌2、动作单元3、琴弦4和制音器单元6作为整体构成"音调生成器"， 并且管体51和吹口 52作为整体构成"音调生成器"。
权利要求
1、一种用于演奏者的电子辅助系统，包括传感器系统(26；20Ab)，监视乐器(1；1A)的操纵器(1b；1c；53)，并产生代表演奏数据的检测信号(S3；S12)，所述演奏数据表示所述操纵器(1b；1c；53)的移动；致动器(5；20Ac)，被与所述操纵器(1b；1c；53)相关联地提供，并响应驱动信号(S1；S11)，以便移动所述操纵器(1b；1c；53)；以及控制器，被连接到所述传感器系统(26；20Ab)和所述致动器(5；20Ac)，用于在演奏中辅助所述演奏者，其特征在于，所述控制器包括分析器(11a，sC1-sC8；20Ad)，被连接到所述传感器系统(26；20Ab)，并分析所述演奏数据，以查看所述操纵器(1b；1c；53)中的至少一个是否进行表示演奏者通过特定演奏技术产生音乐声音的意图的特定移动，以及驱动器(11a，12a，12b；20Ad，20Af，20Aj)，被连接到所述致动器(5；20Ac)和所述分析器(11a，sC1-sC8；20Ad)，并向所述致动器(5；20Ac)中相关联的一个提供所述驱动信号(S1；S11)，以便当所述分析器(11a，sC1-sC8；20Ad)给出肯定答案时，使得所述操纵器(1b；1c；53)的所述一个的移动表现所述特定演奏技术。
2、 如权利要求1所述的电子辅助系统，其中所述分析器(lla,sCl-sC8; 20Ad)在所述演奏数据中搜索表示在所述操纵器(lb; lc; 53)的静止位置(L) 和所述操纵器(lb; lc; 53)的终点位置(E)之间停留特定时间段的演奏数据。
3、 如权利要求2所述的电子辅助系统，其中所述演奏数据表示在到达所 述终点位置(E)之后、在从所述终点位置(E)到所述静止位置(L)的行程中的中 间位置(k，k2)处的所述停留。
4、 如权利要求3所述的电子辅助系统，其中所述驱动器(lla,12a,12b)产 生在所述中间位置和所述终点位置(E)之间重复的所述移动，以便在所述特定 时间段期满时以重奏来产生所述音乐声音。
5、 如权利要求3所述的电子辅助系统，其中所述驱动器(lla,12a,12b)产 生将所述操纵器(lb， lc)中的所述一个维持在所述中间位置(k2)附近的所述移动，以便以强音钢琴来产生所述音乐声音。
6、 如权利要求2所述的电子辅助系统，其中所述演奏数据表示在从所述 静止位置(L)到所述终点位置(E)的行程中的中间位置上的所述停留。
7、 如权利要求6所述的电子辅助系统，其中所述驱动器(lla，12a,12b)产 生所述操纵器(lb， lc)中的所述一个以最小键速度从所述中间位置(k)行进 到所述终点位置(E)的所述移动，用于产生所述音乐声音。
8、 如权利要求1所述的电子辅助系统，其中所述驱动器包括 参考轨迹产生器(12a;20Ah),当从所述分析器(lla，sCl-sC8;20Ad)接收到肯定答复时，产生用于所述移动的至少一个参考轨迹，信号驱动器(llb; 20Ae)，将所述驱动信号(S1;S11)调整为目标平均电 流量，以及伺服控制器(12b;20Aj),被连接到所述参考轨迹产生器(12a;20Ah)和所述 信号驱动器(llb; 20Ae),并将所述参考轨迹上的目标状态与所述操纵器(lb; lc; 53)的所述一个在实际轨迹上的实际状态进行比较，以便根据所述目标状 态和所述实际状态之间的差来确定所述目标平均电流量。
9、 如权利要求8所述的电子辅助系统，其中所述伺服控制器(12b;20Aj) 包括参考轨迹管理器(125)，确定所述参考轨迹上的第一种目标物理量和第 二种目标物理量，所述第一种目标物理量和第二种目标物理量均随时间改变， 且表示所述目标状态，实际状态确定器(121,122,123,124),被提供有所述检测信号(S3;S12)，并 基于所述演奏数据来确定均表示所述实际状态的第一种实际物理量和第二种 实际物理量，以及偏差确定器(126,127，128，129，131),被连接到所述管理器(125)和所述 实际状态确定器(121,122,123,124)，并确定所述第一种目标物理量和所述第一 种实际物理量之间的差、以及所述第二种目标物理量和所述第二种实际物理 量之间的差，以便确定所述目标平均电流量。
10、 一种乐器，演奏者在该乐器上演奏音乐，所述乐器包括 由所述演奏者为所述音乐而操纵的操纵器(lb; lc; 53); 音调生成器(2,3,4，6;51,52),被连接到所述操纵器(lb; lc; 53),并响应所述操纵器(lb; lc; 53)上的操纵，以便产生用于所述音乐的音乐声音；电子辅助系统，被与所述操纵器(lb; lc; 53)相关联地提供，并包括传感器系统(26;20Ab)，监视所述操纵器(lb; lc; 53),并产生代表 演奏数据的检测信号(S3;S12),所述演奏数据表示所述操纵器(lb; lc; 53)的移动；致动器(5;20Ac)，被与所述操纵器(lb; lc; 53)相关联地提供，并响应驱动信号(Sl;Sll),以便移动所述操纵器(lb; lc; 53);以及控制器，被连接到所述传感器系统(26;20Ab)和所述致动器(5;20Ac), 用于在演奏中辅助所述演奏者，其特征在于，所述控制器包括分析器(lla，sCl-sC8;20Ad)，被连接到所述传感器系统(26;20Ac), 并分析所述演奏数据，以查看所述操纵器(lb; lc; 53)中的至少一个是否进行 表示演奏者通过特定演奏技术产生音乐声音的意图的特定移动，以及驱动器(lla，12a,12b; 20Ad, 20Ah, 20Aj)，被连接到所述致动器(5; 20Ac)和所述分析器(lla,sCl-sC8;20Ad),并向所述致动器(5;20Ac)中相关联的 一个提供所述驱动信号(Sl;Sll),以便当所述分析器(lla，sCl-sC8;20Ad)给出 肯定答案时，使得所述操纵器(lb; lc; 53)的所述一个的移动表现所述特定演 奏技术。
11、 如权利要求IO所述的乐器，其中所述操纵器和所述音调生成器形成 键盘乐器(l)的部件。
12、 如权利要求11所述的乐器，其中所述键盘乐器(l)具有连接到所述 操纵器(lb,lc)的动作单元(3)、由所述动作单元(3)驱动旋转的弦槌(2)、在所述 旋转的终点处与所述弦槌(2)撞击的琴弦(4)、以及与所述琴弦(4)分开和接触的 制音器(6),并且所述动作单元(3)、所述弦槌(2)、所述琴弦(4)和所述制音器(6) 组合形成所述音调生成器。
13、 如权利要求IO所述的乐器，还包括自动演奏系统，选择性地移动所 述操纵器(lb,lc),用于演奏音乐而无需人类演奏者的任何手指弹奏。
14、 如权利要求13所述的乐器，其中在所述电子辅助系统和所述自动演 奏系统之间共享所述信息处理系统(lla)。
15、 如权利要求IO所述的乐器，其中所述音调生成器包括限定振动气柱 的管体(51)，并且由用于改变所述振动气柱的长度的阀组件(53)来形成所述操纵器。
16、 如权利要求IO所述的乐器，其中所述分析器(lla,sCl-sC8;20Ad)在 所述演奏数据中搜索表示在所述操纵器(lb; lc; 53)的静止位置(L)和所述操 纵器(lb; lc; 53)的终点位置(E)之间的中间位置处停留特定时间段的演奏数据。
17、 如权利要求16所述的乐器，其中所述驱动器(lla,12a，12b)产生在所 述中间位置和所述终点位置(E)之间重复的所述移动，以^_在所述特定时间段 期满时以重奏来产生所述音乐声音。
18、 如权利要求16所述的乐器，其中所述驱动器(lla,12a,12b)产生将所 述操纵器(lb, lc)中的所述一个维持在所述中间位置(k2)附近的所述移动，以 便以强音钢琴来产生所述音乐声音。
19、 如权利要求16所述的乐器，其中所述驱动器(lla,12a，12b)产生所述 操纵器(lb, lc)中的所述一个以最小键速度从所述中间位置(k)行进到所述 终点位置(E)的所述移动，用于产生所述音乐声音。
20、 如权利要求10所述的乐器，其中所述驱动器包括 参考轨迹产生器(12h;20Ah),当从所述分析器(lla，sCl-sC8；20Ad)接收到肯定答复时，产生用于所述移动的至少一个参考轨迹，信号驱动器(llb; 20Ae),将所述驱动信号(S1;S11)调整为目标平均电 流量，以及伺服控制器(12b;20Aj)，被连接到所述参考轨迹产生器(12a;20Ah)和所述 信号驱动器(llb; 20Ae),并将所述参考轨迹上的目标状态与所述操纵器(lb; lc; 53)的所述一个在实际轨迹上的实际状态进行比较，以便根据所述目标状 态和所述实际状态之间的差来确定所述目标平均电流量。
全文摘要
一种用于音乐课程的电子辅助系统和装配该系统的乐器。当演奏者正在钢琴上用手指弹奏音乐曲调时，电子辅助系统监视键，以查看演奏者是否开始通过诸如重奏的特定演奏技术来产生音调；当电子辅助系统在早期发现特定演奏技术所特有的特定键运动时，电子辅助系统判定演奏者意图通过该特定演奏技术来产生音调，并在后期强迫键在参考键轨迹上行进，由此演奏者学习特定演奏技术。
文档编号G10H1/00GK101345045SQ20081013605
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月13日
发明者佐佐木力, 藤原佑二 申请人:雅马哈株式会社