專利名稱：自動(dòng)演奏樂(lè)器、其中的噪聲抑制器、方法及計(jì)算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噪聲抑制技術(shù)，并且，特別涉及一種自動(dòng)演奏鍵盤樂(lè)器、一種合并在自動(dòng)演奏鍵盤樂(lè)器中的噪聲抑制器、一種用于抑制噪聲的方法以及代表該方法的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
自動(dòng)演奏鋼琴是原聲鋼琴(acoustic piano)和自動(dòng)演奏系統(tǒng)的組合。當(dāng)鋼琴家在原聲鋼琴上用手指彈奏一首樂(lè)曲時(shí)，通過(guò)原聲鋼琴來(lái)生成鋼琴音調(diào)，而自動(dòng)演奏系統(tǒng)閑置。以下將自動(dòng)演奏鋼琴的該行為稱為“操作的原聲模式”。另一方面，當(dāng)代表一首樂(lè)曲的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被順次提供給自動(dòng)演奏系統(tǒng)時(shí)，自動(dòng)演奏系統(tǒng)分析該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼，并順次引起鍵運(yùn)動(dòng)，用于順著樂(lè)曲的節(jié)(passage)生成鋼琴音調(diào)，而沒(méi)有人類演奏者的任何手指彈奏。以下將自動(dòng)演奏鋼琴的該行為稱為“操作的自動(dòng)演奏模式”。
在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)(laid-open)第Hei 7-175472號(hào)中公開(kāi)了自動(dòng)演奏鋼琴的典型示例。自動(dòng)演奏系統(tǒng)被合并在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴中，并包括具有內(nèi)置的活塞傳感器和控制器的電磁控制鍵致動(dòng)器。電磁控制鍵致動(dòng)器在黑鍵和白鍵的下面提供，并具有連接到控制器的各個(gè)螺線管、和可從相關(guān)螺線管伸出并可縮進(jìn)相關(guān)螺線管的各個(gè)活塞。
在自動(dòng)演奏模式中，用驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)來(lái)有選擇地給螺線管供電，使得在相關(guān)活塞周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。然后，活塞從相關(guān)螺線管伸出，并向上推動(dòng)相關(guān)的黑/白鍵。這樣，活塞引起鍵運(yùn)動(dòng)，而沒(méi)有人類鋼琴家的任何手指彈奏。
利用內(nèi)置活塞傳感器來(lái)監(jiān)控活塞，并將實(shí)際活塞位置反饋給控制器?？刂破饕呀?jīng)在代表音符開(kāi)(note-on)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上，為黑/白鍵確定了基準(zhǔn)軌跡，即根據(jù)時(shí)間的一系列目標(biāo)活塞位置。
當(dāng)活塞從相關(guān)螺線管伸出時(shí)，控制器比較目標(biāo)活塞位置和實(shí)際活塞位置，以查看活塞是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)。當(dāng)控制器發(fā)現(xiàn)活塞在基準(zhǔn)軌跡上時(shí)，控制器保持驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。然而，如果控制器發(fā)現(xiàn)活塞超前或延遲，則控制器改變驅(qū)動(dòng)脈沖，以便強(qiáng)迫活塞在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)?；鶞?zhǔn)軌跡與黑/白鍵在原表演中行進(jìn)的軌跡相同。出于此原因，如果控制器將活塞保持在基準(zhǔn)軌跡上，則活塞將等于原表演的鍵速度給予相關(guān)的黑/白鍵。這導(dǎo)致弦被琴槌以等于原表演的強(qiáng)度撞擊。這導(dǎo)致與原表演相同的鋼琴音調(diào)。
在現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴中遇到了這樣的問(wèn)題即使控制器強(qiáng)迫活塞在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)，也通過(guò)一些原聲鋼琴以與原表演中不同的響度而產(chǎn)生鋼琴音調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的重要目的是提供一種自動(dòng)演奏鍵盤樂(lè)器，其在自動(dòng)演奏模式中以期望的響度產(chǎn)生音調(diào)。
另一重要目的是提供一種噪聲抑制器，其使自動(dòng)演奏鍵盤樂(lè)器以所述響度產(chǎn)生音調(diào)。
本發(fā)明的再一重要目的是提供一種噪聲抑制器中采用的方法。
本發(fā)明的再一重要目的是提供一種代表該方法的計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明人考慮了現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)演奏鋼琴中的內(nèi)在問(wèn)題，并注意到已完成的嚴(yán)重分散的原聲鋼琴的組成零件的尺寸。而且，本發(fā)明人注意到力從黑/白鍵到相關(guān)琴槌的傳遞中變形不同的幾個(gè)組成零件。例如，木制的鍵和氈發(fā)生變形。甚至當(dāng)在不同的點(diǎn)將力施加到組成零件上時(shí)，依據(jù)力所施加的點(diǎn)而變形不同。這些現(xiàn)象導(dǎo)致了誤差成分被引入基準(zhǔn)軌跡。
本發(fā)明人搜索數(shù)據(jù)庫(kù)尋找誤差抑制技術(shù)，并且在由Sigeo MINAMI所著并由CQ出版公司出版的“Processing on Waveform Data for ScientificMeasurement(用于科學(xué)測(cè)量的波形數(shù)據(jù)處理)”中發(fā)現(xiàn)了一種誤差抑制技術(shù)。MINAMI教授了如何從采樣數(shù)據(jù)消除噪聲成分。根據(jù)該書(shū)，當(dāng)采樣一系列測(cè)量值時(shí)，通過(guò)該序列中間處的測(cè)量值和對(duì)應(yīng)的該測(cè)量值的加權(quán)因子之間的卷積來(lái)估計(jì)噪聲成分。因?yàn)橛斜匾谠撔蛄兄虚g處的噪聲的基礎(chǔ)上確定最新測(cè)量值的噪聲成分，所以中間處的噪聲成分較不方便。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提出數(shù)學(xué)化地抑制誤差。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂(lè)器，包括原聲樂(lè)器，包括多個(gè)操縱器，其分別被分配了音高(pitch)名稱，并被有選擇地移動(dòng)，用于指定將被產(chǎn)生的音調(diào)的音高名稱；和多個(gè)音調(diào)生成單元，其連接到所述多個(gè)操縱器并產(chǎn)生由移動(dòng)的操縱器指定的音調(diào)；以及電子系統(tǒng)，其包括多個(gè)致動(dòng)器，該致動(dòng)器被分別提供給所述多個(gè)操縱器，并利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)有選擇地激活，使得引起所述多個(gè)操縱器的運(yùn)動(dòng)；多個(gè)傳感器，其測(cè)量表示所述多個(gè)操縱器的運(yùn)動(dòng)的物理量并產(chǎn)生代表該物理量的測(cè)量值的檢測(cè)信號(hào)；預(yù)處理部件，其被提供樂(lè)曲數(shù)據(jù)，并在該樂(lè)曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為將被移動(dòng)的操縱器確定基準(zhǔn)軌跡；以及運(yùn)動(dòng)控制部件，其連接到預(yù)處理部件，用于接收代表基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)；多個(gè)傳感器，用于接收檢測(cè)信號(hào)；以及多個(gè)致動(dòng)器，用于給其提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，以便如果必要?jiǎng)t加速和減速操縱器，從而強(qiáng)迫操縱器在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)，其中，運(yùn)動(dòng)控制部件通過(guò)計(jì)算在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)的每個(gè)操縱器的測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和，來(lái)確定物理量的最新估計(jì)值，并且其中，運(yùn)動(dòng)控制部件比較該最新估計(jì)值和前述每個(gè)操縱器的基準(zhǔn)軌跡上的對(duì)應(yīng)目標(biāo)值，以查看是否應(yīng)當(dāng)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種噪聲抑制器，用于從以時(shí)間間隔提供給其的物理量的測(cè)量值中消除噪聲成分，該噪聲抑制器包括臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其具有預(yù)定數(shù)目的位置，測(cè)量值按照到達(dá)順序分別存儲(chǔ)在這些位置上；估計(jì)器，其通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和來(lái)確定物理量的最新測(cè)量值的估計(jì)值，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測(cè)量值的差；以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制器，其從臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中刪除最早的測(cè)量值，使得將新測(cè)量值作為最新測(cè)量值存儲(chǔ)在其中。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種用于抑制噪聲成分的方法，包括以下步驟將物理量的新測(cè)量值作為最新測(cè)量值存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，其中物理量的測(cè)量值作為較早的測(cè)量值存儲(chǔ)在該臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和來(lái)確定最新測(cè)量值的估計(jì)值，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測(cè)量值的差；以及重復(fù)先前的兩個(gè)步驟，使得連續(xù)地為新測(cè)量值確定估計(jì)值。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種表示用于抑制噪聲成分的方法的計(jì)算機(jī)程序，并且該方法包括以下步驟將物理量的新測(cè)量值作為最新測(cè)量值存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，其中物理量的測(cè)量值作為較早的測(cè)量值存儲(chǔ)在該臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和來(lái)確定最新測(cè)量值的估計(jì)值，使得至少一部分噪聲成分給出為與測(cè)量值的差；以及重復(fù)先前的兩個(gè)步驟，使得連續(xù)地為新測(cè)量值確定估計(jì)值。


根據(jù)結(jié)合附圖的下列描述，自動(dòng)演奏鍵盤樂(lè)器、噪聲抑制器、方法和計(jì)算機(jī)程序的特征和優(yōu)點(diǎn)將理解得更加清楚，其中圖1是示出了用于樣本末尾處的速度的估計(jì)值的、就樣本來(lái)說(shuō)加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖2是示出了用于樣本末尾處的行程(stroke)的估計(jì)值的、就樣本來(lái)說(shuō)加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖3是示出了用于樣本末尾處的加速度的估計(jì)值的、就樣本來(lái)說(shuō)加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖4是示出了用于樣本末尾處的速度的估計(jì)值的、就樣本來(lái)說(shuō)加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖5是示出了用于樣本末尾處的行程的估計(jì)值的、就樣本來(lái)說(shuō)加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的表，圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，圖7是示出合并在自動(dòng)演奏鋼琴的電子系統(tǒng)內(nèi)的控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖，圖8是示出用于估計(jì)鍵的真實(shí)行程的方法的流程圖，圖9是示出控制器的運(yùn)動(dòng)控制部件中采用的算法的方框圖，圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴的結(jié)構(gòu)的橫截面?zhèn)纫晥D，和圖12是示出所進(jìn)行的用于評(píng)價(jià)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖。
數(shù)學(xué)分析在下面的描述中，假設(shè)黑/白鍵是移動(dòng)對(duì)象，其測(cè)量值存在誤差。黑/白鍵形成合并在自動(dòng)演奏鋼琴內(nèi)的鍵盤的一部分。移動(dòng)對(duì)象不限于黑/白鍵。原聲鋼琴的琴槌可以充當(dāng)移動(dòng)對(duì)象。盡管如此，對(duì)黑/白鍵是移動(dòng)對(duì)象的假設(shè)進(jìn)行描述。
在自動(dòng)演奏模式中，控制器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給與黑/白鍵相關(guān)的鍵致動(dòng)器，使得驅(qū)動(dòng)黑/白鍵以環(huán)繞平衡鍵銷旋轉(zhuǎn)。為黑/白鍵提供了傳感器，以便測(cè)量黑/白鍵的行程，并且將代表離靜止位置的行程的測(cè)量值反饋給控制器。控制器比較該測(cè)量值和對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)值，以查看黑/白鍵是否正在追蹤基準(zhǔn)軌跡。如果黑/白鍵偏離了基準(zhǔn)軌跡，則控制器改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便加速或減速黑/白鍵。
然而，誤差不可避免地被引入測(cè)量值。誤差被引入測(cè)量值的原因是在黑/白鍵和鍵致動(dòng)器的活塞之間有空程(play)，以及在利用人類演奏者的手指的按壓和利用活塞的按壓之間，黑/白鍵的變形不同。在通過(guò)與記錄原表演的自動(dòng)演奏鋼琴不同的自動(dòng)演奏鋼琴來(lái)重放原表演的情況中。誤差還引起了老化磨損。這樣，將在測(cè)量值的基礎(chǔ)上估計(jì)代表黑/白鍵的實(shí)際行程的無(wú)誤差值。
樣本序列中間處的行程的估計(jì)值現(xiàn)在假設(shè)在采樣周期T從輸出信號(hào)的波形采樣行程xj的n個(gè)測(cè)量值，其中j為從-m到m，該系列測(cè)量值xj或樣本被逼近為P次多項(xiàng)式。在次數(shù)為2的情況中，行程“y”逼近為y＝a*t2+b*t+c，其中t為采樣時(shí)間，并且*為乘號(hào)。如果次數(shù)為1，則常數(shù)“a”為0。
常數(shù)a、b和c以平方誤差最小這樣的方式來(lái)確定。采樣時(shí)間tj時(shí)的測(cè)量值表示為xj，并且行程yj的估計(jì)值給出為yj＝a*tj2+b*tj+c。平方誤差E給出為E＝SIGMA(xj-yj)2＝SIGMA(xj-a*tj2-b*tj-c)2，并且系數(shù)a、b和c以平方誤差E最小這樣的方式來(lái)確定。詳細(xì)地講，常數(shù)a、b和c以這樣的方式來(lái)確定滿足偏微分方程E/a＝0、E/b＝0和E/c＝0。符號(hào)“SIGMA”代表 常數(shù)a、b和c有可能表示為SIGMA(wj*xj))/W式1其中，wj為加權(quán)因子而W為標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)。換句話說(shuō)，將常數(shù)a、b和c表示為加權(quán)因子wj和測(cè)量值xj之間相乘的乘積的和，并估計(jì)該系列測(cè)量值中間(即j＝0)處的軌跡，其中j為分配給該序列中的測(cè)量值的編號(hào)，即j＝(-m，...，0，...，m)。測(cè)量值的數(shù)目n等于(2m+1)，并且在(-tm，...，0，...，m)內(nèi)采樣測(cè)量值xj。
常數(shù)a確定如下。
a＝(SIGMA(waj*xj))/Wa 式2其中Wa和waj表示為式3和4。
Wa＝T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15式3waj＝3j2-m2-m＝3j2-m(m+1) 式4常數(shù)b確定如下。
b＝SIGMA(wbj*xj))/Wb 式5其中Wb和wbj表示為式3和4。
Wb＝T*m(m+1)(2m+1)/3 式6wbj＝j(luò) 式7常數(shù)c確定如下。
c＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc式8其中Wc和wcj表示為式3和4。
Wc＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式9wcj＝3m2+3m-1-5j2＝-5j2+3m(m+1)-1 式10當(dāng)j為0時(shí)，用“0”替換2次多項(xiàng)式中的“t”，則行程的估計(jì)值等于c。這樣，在該序列的中間處，行程的估計(jì)值等于c。
隨后，對(duì)以下各項(xiàng)進(jìn)行描述在該系列測(cè)量值的中間(即j＝0)處加速度的估計(jì)值A(chǔ)、速度的估計(jì)值Vc；在該系列測(cè)量值的末尾(即j＝m)處速度的估計(jì)值V、在該系列測(cè)量值的中間(即j＝0)處位置的估計(jì)值Xc、以及在該系列測(cè)量值的末尾(即j＝m)處位置的估計(jì)值X。這些估計(jì)值表示為A＝2a式11Vc＝b式12Xc＝c式13V＝Vc+A*m*T＝b+2a*m*T式14X＝Xc+Vc*m*T+A/2*(m*T)2＝c+b*m*T+a(m*T)2式15這樣，在通過(guò)最小二乘逼近而確定的常數(shù)a、b和c以及該序列中間處和該序列末尾處的采樣周期T的基礎(chǔ)上，來(lái)確定估計(jì)值。
對(duì)于最新樣本的速度的估計(jì)值(2次多項(xiàng)式)在下面的描述中，術(shù)語(yǔ)“末尾”意味著最新，即j＝m。每個(gè)測(cè)量值首先被存儲(chǔ)在m，并從“m”經(jīng)過(guò)“0”逐漸移動(dòng)(ripple)到“-m”。這樣，最新測(cè)量值總是位于“m”。在該序列中間處的估計(jì)值Vc的基礎(chǔ)上，在該序列末尾處計(jì)算速度的估計(jì)值V如下。速度的估計(jì)值Vc等于b。由式2、5和14，速度的估計(jì)值V表示為V＝b+2a*m*T
＝(SIGMA(wbj*xj))/Wb+2(SIGMA(waj*xj))/Wa*m*T由于在每次SIGMA計(jì)算中，“j”從-m改變到m，因此將上述等式修改為V＝SIGMA((wbj*xj)/Wb+2waj*xj/Wa*m*T＝SIGMA((wbj*Wa)/T2+2waj*m*Wb/T)*xj)/(WbWa/T2) 式21用式3、4、6和7替換式21中的wa、waj、wb和wbj。該替換導(dǎo)致了下面的分母和分子。
分母＝T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2＝T*m2(m+1)2(2m+1)2(2m+3)(2m-1)/45 式22分子＝SIGMA((j*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2+2(3j2-m(m+1))m*T*m(m+1)(2m+1)/3/T)*xj)＝m(m+1)(2m+1)/15*SIGMA((30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)))*xj式23這樣，估計(jì)值V表示為V＝SIGMA((30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1))*xj)/(T*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3) 式24將式24重寫(xiě)為類似于式1的乘積的和，式24可表示為V＝(SIGMA(wVj*xj))/WV 式25標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV和加權(quán)因子wVj表示如下。
WV＝T*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式26wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1) 式27在圖1中，將標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV和加權(quán)因子wV記入表內(nèi)。在圖1中，m從2增大到10(參見(jiàn)第一行)，并且，因此，測(cè)量值或樣本的數(shù)目n從5增大到21，如第二行所示。式26給出了標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV，如表的第三行所示，并且加權(quán)因子wVj隨“j”和“m”一起改變。加權(quán)因子wVj的和總為0，如表的最后一行所示。
對(duì)于最新樣本的行程的估計(jì)值(2次多項(xiàng)式)通過(guò)式15來(lái)計(jì)算該序列的末尾處的位置X的估計(jì)值，并且用式2、5和8替換a、b和c。然后，將式15重寫(xiě)為X＝c+b*m*T+a(m*T)2＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc+(SIGMA(wbj*xj))/Wb*m*T+(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)2式30
由于在第一項(xiàng)、第二項(xiàng)和第三項(xiàng)中，SIGMA的域(即從-m到m)相同，因此將式30修改為X＝SIGMA((wcj*xj))/Wc+(wbj*xj)/Wb*m*T+(waj*xj))/Wa*(m*T)2)＝SIGMA((wcj*WbWa/T3+wbj*m*wcWa/T2+waj*m2WcWb/T)*xj/(WcWbWa/T3)式31用式3、4、6、7、9和10替換式31中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc和wcj。然后，將分母和分子重寫(xiě)為分母＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m*(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3＝m2(m+1)2(2m+1)3(2m+3)2(2m-1)2/135 式32分子＝SIGMA(((-5j2+3m(m+1)-1)*T*m(m+1)(2m+1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3+j*m*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2+(3j2-m(m+1))*m2*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(2m+1)/3/T)*xj)＝m2(m+1)(2m+1)2(2m+3)(2m-1)2/45*SIGMA((5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1))*xj) 式33由式32和33，給出位置的估計(jì)值X為X＝SIGMA(5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1))*xj)/((m+1)(2m+1)(2m+3)/3) 式34以類似于式1的乘積和的形式重寫(xiě)式34。
以(SIGMA(wj*xj)/W的形式重寫(xiě)式34。
X＝SIGMA(wXj*xj))/WX式35WX＝(m+1)(2m+1)(2m+3)/3 式36wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)式37這樣，以乘積和的形式給出了估計(jì)值X。在圖2中，將域(即，m)、加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX記入表內(nèi)。
3次逼近上述估計(jì)值是在將鍵的行程逼近為2次多項(xiàng)式的事實(shí)的基礎(chǔ)上確定的。當(dāng)使用3次多項(xiàng)式時(shí)，我們可以更精確地逼近行程。該3次多項(xiàng)式表示為
y＝a*t3+b*t2+c*t+d 式41通過(guò)類似于2次多項(xiàng)式的最小二乘逼近來(lái)確定常數(shù)a、b、c和d是可能的。對(duì)于常數(shù)a，a＝(SIGMA(waj*xj))/Wa 式42Wa＝T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35 式43waj＝j(luò)(5j2-3m2-3m+1)＝j(luò)(5j2-3m(m+1)+1) 式44對(duì)于常數(shù)b，b＝(SIGMA(wbj*xj))/Wb 式45Wb＝T2*m(m+1)(m+2)(2m+3)(2m-1)/15 式46wbj＝3j2-m2-m＝3j2-m(m+1) 式47對(duì)于常數(shù)c，c＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc 式48Wc＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式49wcj＝j(luò)(15m4+30m3-15m+5-(21m2+21m-7)j2)＝j(luò)(-7(3m(m+1)-1)j2+5(3m(m+1)(m+2)(m-1)+1)+1)) 式50對(duì)于常數(shù)d，d＝(SIGMA(wdj*xj))/Wd 式51Wd＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3 式52wdj＝3m2+3m-1-5j2＝-5j2+3m(m+1)-1 式53在該系列測(cè)量值的中間處，行程的估計(jì)值等于d。由式45、46和47表示的常數(shù)“b”等于由式2、3和4表示的“a”，并且由式51、52和53表示的常數(shù)“d”等于由式8、9和10表示的常數(shù)“c”。
對(duì)常數(shù)a、b、c和d與估計(jì)值J、Ac、A、Vc、V、Xc和X之間的關(guān)系進(jìn)行描述。
其中，J是由式41表示的估計(jì)值的三階導(dǎo)數(shù)，Ac是在該系列測(cè)量值的中間(即j＝0)處的加速度的估計(jì)值，A是在該系列測(cè)量值的末尾(即j＝m)處的加速度的估計(jì)值，
Vc是在該系列測(cè)量值的中間(即j＝0)處的速度的估計(jì)值，V是在該系列測(cè)量值的末尾(即j＝m)處的速度的估計(jì)值，Xc是在該系列測(cè)量值的中間(即j＝0)處的位置的估計(jì)值，以及X是在該系列測(cè)量值的末尾(即j＝m)處的位置的估計(jì)值。
所述估計(jì)值確定為J＝6a 式54Ac＝2b 式55Vc＝c 式56Xc＝d 式57A＝Ac+J*m*T＝2b+6a*m*T 式58V＝Vc+Ac*m*T+J/2*(m*t)2＝c+2b*m*T+3a(m*T)2式59X＝Xc+Vc*m*T+A/2(mT)2+J/&(mT)3＝d+c*m*T+b(m*T)2+a(m*T)3式60對(duì)于最新樣本的加速度的估計(jì)值(3次多項(xiàng)式)使用測(cè)量值的中間(即，j＝0)處的加速度的估計(jì)值，我們可以確定在該系列測(cè)量值的末尾處(即，j＝m)處的加速度的估計(jì)值。由式42、45和58，該序列末尾處的加速度的估計(jì)值表示為A＝2b+6a*m*T＝2(SIGMA(wbj*xj))/Wb+6(SIGMA(wa*xj))/Wa*m*T 式61a由于對(duì)第一項(xiàng)和第二項(xiàng)來(lái)說(shuō)，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式61a修改為A＝SIGMA(2wbj*xj/Wb+6waj*xj/Wa*m*T＝SIGMA((2wbj*Wa/T3+6waj*m*Wb/T2)*xj)/(WbWa/T3) 式61b用式43、44、46和47替換式61中的Wa、waj、Wb和wbj。然后，將分母和分子重寫(xiě)為分母＝T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T3＝T2*m2(m+1)2(m+2)(m-1)(2m+1)2(2m+3)2(2m-1)2/525 式62分子＝SIGMA((2(3j2-m(m+1))*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T3+6j(5j2(3m2+3m-1))*m
*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T2)*xj)＝m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/105*SIGMA((6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))*xj) 式63該系列測(cè)量值的末尾處的加速度的估計(jì)值A(chǔ)確定如下。
A＝SIGMA(6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/(T2*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5)式64以(SIGMA(wj*xj))/W的形式將式64重寫(xiě)如下。
A＝SIGMA(wAj*xj))/WA 式65其中，WA＝T2*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式66wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m2+3m-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))式67這樣，以類似于式1的乘積和的方式表示估計(jì)值A(chǔ)。當(dāng)改變m時(shí)，我們獲得在圖3中列表的加權(quán)因子wAj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WA。
對(duì)于最新樣本的速度的估計(jì)值(3次多項(xiàng)式)將該系列測(cè)量值的末尾處的速度的估計(jì)值表示為式59，并且用式42、45和48修改式59如下。
V＝c+2b*m*T+3a(m*T)2＝(SIGMA(wcj*xj))/Wc+2(SIGMA(wbj*xj))/Wb*m*T+3(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)2式70由于對(duì)第一項(xiàng)、第二項(xiàng)和第三項(xiàng)來(lái)說(shuō)，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式70重寫(xiě)為V＝SIGMA((wcj*xj)/Wc+2(wbj*xj)/Wb*m*T+3(waj*xj)/Wa*(m*T)2)＝SIGMA((wcj*WbWa/T5+2wbj*m*WcWa/T4+3waj*m2*WcWb/T3)*xj)/(WcWbWa/T5) 式71用式43、44、46、47、49和50替換式71中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc和Wcj。獲得了下面的分母和分子。
分母＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5
*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5＝T*m3(m+1)3(m+2)2(m-1)2(2m+1)3(2m+3)3(2m-1)3/2625 式72分子＝SIGMA((j(-7(3m2+3m-1)j2+5(3m4+6m3-3m+1))*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5+2(3j2-m(m+1))*m*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T4+3j(5j2-(3m2+3m-1))2*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3)*xj)＝m2(m+1)2(m+2)(m-1)(2m+1)2(2m+3)2(2m-1)2/525*SIGMA(7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2+(-48m4-33m3+21m2-15m+5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1))*xj)式73由式72和73，給出速度的估計(jì)值V為V＝SIGMA(7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(48m4+33m3-21m2+15m-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/(T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5) 式74以(SIGMA(wj*xj))的形式重寫(xiě)式74。
V＝(SIGMA(wVj*xj))/WV 式75其中，WV＝T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5 式76wVJ＝7(12m2-3m+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(48m4+33m3-21m2+15m-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1) 式77這樣，以類似于式1的乘積和的形式修改了式74。當(dāng)改變m時(shí)，在圖4中將加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV記入表內(nèi)。
對(duì)于最新樣本的行程的估計(jì)值(3次多項(xiàng)式)將行程的估計(jì)值表示為式60，并且用式42、45、48和51替換式60中的a、b、c和4。然后，將式60寫(xiě)為X＝d+c*m*T+b(m*T)2+a(m*T)3＝(SIGMA(wdj*xj))/Wd+(SIGMA(wcj*xj))/Wc*m*T+(SIGMA(wbj*xj))/Wb*(m*T)2+(SIGMA(waj*xj))/Wa*(m*T)3式80由于對(duì)第一、第二和第三項(xiàng)來(lái)說(shuō)，SIGMA的域[-m，...，m]是共同的，因此將式80重寫(xiě)為X＝SIGMA((wdj*xj))/Wd+(wcj*xj)/Wc*m*T+(wbj*xj))/Wb*(m*T)2+(waj*xj)/Wa*(m*T)3)＝SIGMA((wdj*WcWbWa/T6+wcj*m*WdWbWa/T5+wbj*m2*WdWcWa/T4+waj*m3*WdWcWb/T3)*xj)/(WdWcWbWa/T6) 式81用式43、44、46、47、49、50、52和53替換式81中的Wa、waj、Wb、wbj、Wc、wcj、Wd和wdj。然后，獲得下面的分母和分子。
分母＝(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T6＝m3*(m+1)3(m+2)2(m-1)2(2m+1)4(2m+3)4(2m-1)4/7875 式82分子＝SIGMA(((-5j2+3m2+3m-1)*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T6+j(-7(3m2+3m-1)j2+5(3m4+6m3-3m+1))*m*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T2*m(m+1) (2m+1)(2m+3)(2m-1)/15*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T5+(3j2-m(m+1)*m2(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/35/T4
+(5j2-(3m2+3m-1))*m3*(2m+1)(2m+3)(2m-1)/3*T*m(m+1)(m+2)(m-1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/5*T3*m(m+1)(2m+1)(2m+3)(2m-1)/15/T3)*xj)＝m3(m+1)2(m+2)(m-1)2(2m+1)3(2m+3)3(2m-1)4/7875*SIGMA((35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1))*xj)式83由式82和83，給出該系列測(cè)量值的末尾處的行程的估計(jì)值X如下。
X＝SIGMA((35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1))*xj)/((m+1)(m+2)(2m+1)(2m+3)) 式84以(SIGMA(wj*xj))/W)的形式重寫(xiě)式84。
X＝(SIGMA(wXj*xj))/WX式85其中，WX＝(m+1)(m+2)(2m+1)(2m+3) 式86wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1) 式87這樣，以類似于式1的乘積和的形式表示了行程的估計(jì)值X。當(dāng)改變m時(shí)，我們確定如圖5所示的加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。
如將由上述數(shù)據(jù)分析所理解的，有可能在逼近二次多項(xiàng)式或三次多項(xiàng)式時(shí)，確定該系列測(cè)量值或樣本的末尾處的行程的估計(jì)值、速度的估計(jì)值以及加速度的估計(jì)值。如果已知了加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，則在該加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)的基礎(chǔ)上立即確定該系列測(cè)量值的末尾處的估計(jì)值。出于此原因，在實(shí)施例中，將加權(quán)因子和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)列表在適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器中，這將在下文中詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例在以下描述中，術(shù)語(yǔ)“前面”指示比用術(shù)語(yǔ)“后面”修飾的位置更接近正在演奏一首樂(lè)曲的人類演奏者的位置。通過(guò)前面的位置和對(duì)應(yīng)的后面位置的線沿“縱向”方向延伸，并且以直角與所述線相交的線沿“橫向”延伸。
參考附圖的圖6，實(shí)施本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1和電子系統(tǒng)100。電子系統(tǒng)100安裝在原聲鋼琴內(nèi)部，并與其協(xié)作來(lái)產(chǎn)生鋼琴音調(diào)，而沒(méi)有人類演奏者的任何手指彈奏。用戶通過(guò)電子系統(tǒng)100記錄原聲鋼琴1上的表演，并且還通過(guò)電子系統(tǒng)100來(lái)再現(xiàn)該表演或另一表演。這樣，在自動(dòng)演奏鋼琴中有選擇地設(shè)立至少記錄模式和重放模式。
原聲鋼琴在此實(shí)例中，將標(biāo)準(zhǔn)大鋼琴用作原聲鋼琴1。當(dāng)然，對(duì)于自動(dòng)演奏鋼琴來(lái)說(shuō)，直立式鋼琴也是可用的。原聲鋼琴1包括鍵盤1a、動(dòng)作單元1b、琴槌2、弦4和制音器6。盡管原聲鋼琴1還包括踏板系統(tǒng)，但該踏板系統(tǒng)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的，而不在此進(jìn)行描述。
人類演奏者通過(guò)在鍵盤上1a上用手指彈奏來(lái)指定將被產(chǎn)生的原聲鋼琴音調(diào)，并通過(guò)鍵盤1a有選擇地引起動(dòng)作單元1b的運(yùn)動(dòng)。動(dòng)作單元1b使相關(guān)的制音器6與相關(guān)的弦4隔開(kāi)，使得相關(guān)的弦4準(zhǔn)備振動(dòng)。動(dòng)作單元1b還使得相關(guān)的琴槌脫離弦4。然后，驅(qū)動(dòng)琴槌2以朝著弦4旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使得琴槌2與相關(guān)的弦4碰撞時(shí)，琴槌2引起相關(guān)的弦4的振動(dòng)，并且從振動(dòng)的弦4生成原聲音調(diào)。
鍵盤1a安裝在鍵座上。多個(gè)黑鍵70和多個(gè)白鍵70合并在鍵盤1a中，并以眾所周知的模式放置。黑/白鍵70通過(guò)平衡銷80耦接到平衡軌道71上，并可圍繞平衡軌道71旋轉(zhuǎn)。當(dāng)黑/白70不受任何力時(shí)，黑/白鍵70的前部停留在由實(shí)線指示的靜止位置上。當(dāng)力被施加到該前部時(shí)，該前部開(kāi)始從靜止位置向由點(diǎn)劃線指示的最終位置下降。黑/白鍵70分別與動(dòng)作單元1b相關(guān)，動(dòng)作單元1b反過(guò)來(lái)分別與琴槌2相關(guān)。琴槌2分別與弦4相關(guān)，并且弦4分別與制音器6相關(guān)。
黑/白鍵70分別與其最后端處的制音器6相連接，并且還分別與其后部的動(dòng)作單元1b相連接。當(dāng)黑/白鍵70靜止時(shí)，保持制音器6與相關(guān)的弦4相接觸，并防止弦4無(wú)意地振動(dòng)。黑/白鍵70沿著通往最終位置的路線向上推動(dòng)制音器6，使得在弦4與琴槌2碰撞之前，將制音器6與該相關(guān)的弦4隔開(kāi)。
盡管動(dòng)作單元1b比原聲鋼琴1的其它組成零件更加復(fù)雜，但動(dòng)作單元1b的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的，使得為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在下文中不合并進(jìn)一步的描述。
下面假設(shè)鋼琴家按壓黑/白鍵70之一，黑/白鍵70的前部開(kāi)始向最終位置下降。所按壓的黑/白鍵70將制音器6在通往最終位置的路線上與相關(guān)的弦4隔開(kāi)，使得弦4準(zhǔn)備振動(dòng)。所按壓的黑/白鍵70還引起相關(guān)的動(dòng)作單元1b的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)所按壓的黑/白鍵70強(qiáng)迫相關(guān)的動(dòng)作單元1b旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)作單元1b也強(qiáng)迫相關(guān)的制音器2旋轉(zhuǎn)，使得琴槌2緩慢地向相關(guān)的弦4前進(jìn)。
當(dāng)動(dòng)作單元1b離開(kāi)相關(guān)的琴槌2時(shí)，琴槌2被驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)，并沖向弦4。弦4開(kāi)始與弦4碰撞，并引起振動(dòng)以產(chǎn)生原聲鋼琴音調(diào)。
琴槌2在弦4上回彈，并落到動(dòng)作單元1b上。當(dāng)鋼琴家釋放所按壓的黑/白鍵70時(shí)，黑/白鍵70與動(dòng)作單元1b一起回到靜止位置，并允許制音器6再次與弦4接觸。然后，振動(dòng)被制音器6吸收，并且使原聲鋼琴音調(diào)衰減。如將被理解的，原聲鋼琴1表現(xiàn)為與標(biāo)準(zhǔn)大鋼琴類似。
電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)100包括控制器102、電磁控制鍵致動(dòng)器104的陣列、鍵傳感器106的陣列以及琴槌傳感器108的陣列。控制器102具有數(shù)據(jù)處理能力，并在至少記錄模式和重放模式中有選擇地運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序。控制器102具有信號(hào)輸入端口，鍵傳感器106和琴槌傳感器108連接到該端口?？刂破?02還具有信號(hào)輸入和輸出端口，其連接到電磁控制鍵致動(dòng)器104。盡管未在圖6中示出，但是控制器102連接到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，例如軟盤，并且音樂(lè)數(shù)據(jù)代碼輸出到該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及從該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器輸入。
電磁控制鍵致動(dòng)器104具有各自的螺線管25和各自的活塞15，并且活塞15從相關(guān)的螺線管25伸出、并收縮進(jìn)該螺線管25。在黑/白鍵70的后部下方的鍵座1c中形成狹縫1d，并且將螺線管25以這樣的方式固定到鍵座1c上活塞15在鍵座1c的上表面上方伸出。內(nèi)置的活塞傳感器10分別合并在電磁控制鍵致動(dòng)器104內(nèi)，并監(jiān)控相關(guān)的活塞15，用于產(chǎn)生代表當(dāng)前活塞位置的活塞位置信號(hào)。
當(dāng)從控制器102將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給電磁控制鍵致動(dòng)器104時(shí)，螺線管25被供以能量，并在活塞15周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。然后，活塞15開(kāi)始向上移動(dòng)，并推動(dòng)相關(guān)的黑/白鍵70的后端部。內(nèi)置的活塞傳感器10依據(jù)相關(guān)活塞15的當(dāng)前活塞位置來(lái)改變活塞位置信號(hào)，并且活塞位置信號(hào)被反饋給控制器102?？刂破?02比較當(dāng)前活塞位置和基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)位置，以查看活塞15是否在基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)。如果給出肯定的答案，則控制器102保持驅(qū)動(dòng)信號(hào)不變。另一方面，當(dāng)控制器102發(fā)現(xiàn)活塞15超前或延遲時(shí)，控制器102通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)加速或減速活塞15。這樣，具有內(nèi)置的活塞傳感器10的電磁控制鍵致動(dòng)器104和控制器102聯(lián)合形成反饋環(huán)，以便準(zhǔn)確地控制相關(guān)的黑/白鍵70的鍵運(yùn)動(dòng)。
在黑/白鍵70下面提供鍵傳感器106的陣列。鍵傳感器106的每一個(gè)被分解為光耦合器27和光調(diào)制器75。光調(diào)制器75固定到相關(guān)的黑/白鍵70的下表面上，而光耦合器27在鍵座1c上是固定的。當(dāng)黑/白鍵70在靜止位置和最終位置之前移動(dòng)時(shí)，光調(diào)制器75改變由光耦合器27測(cè)量的光量，并且將當(dāng)前的鍵位置轉(zhuǎn)換成鍵位置信號(hào)。鍵位置信號(hào)被提供給控制器102，并且在一系列當(dāng)前的鍵位置的基礎(chǔ)上分析鍵的運(yùn)動(dòng)。控制器102通過(guò)該分析來(lái)確定擊鍵(key-on)時(shí)刻、釋鍵(key-off)時(shí)刻、擊鍵速度和釋鍵速度。
在琴槌2上提供琴槌傳感器108的陣列。琴槌傳感器108的每一個(gè)也被分解為光耦合器22和光調(diào)制器26。光調(diào)制器26固定到相關(guān)的琴槌上，并且支架1f保持光耦合器22靜止在相關(guān)的琴槌2上方。當(dāng)琴槌2朝著相關(guān)的弦4旋轉(zhuǎn)時(shí)，光調(diào)制器26越過(guò)光耦合器22的光束，并且光耦合器22依據(jù)當(dāng)前的琴槌位置來(lái)改變琴槌位置信號(hào)。琴槌位置信號(hào)被提供給控制器102，并且控制器102確定弦4被琴槌2撞擊的速度和時(shí)刻。
轉(zhuǎn)向附圖的圖7，控制器102包括縮寫(xiě)為“CPU”的中央處理單元50、縮寫(xiě)為“FLASH ROM”的快閃只讀存儲(chǔ)器52、縮寫(xiě)為“RAM”的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35、脈沖寬度調(diào)制器30、輸入和輸出端口37以及共享總線系統(tǒng)60。組成零件50、52、54、35、30和37連接到共享總線系統(tǒng)60。共享總線系統(tǒng)60被組成零件50/52/54/35/30/37有選擇地占用，并且，通過(guò)共享總線系統(tǒng)60而在兩個(gè)組成零件之間有選擇地傳送地址代碼、數(shù)據(jù)代碼和指令代碼。
計(jì)算機(jī)程序、圖1至5中示出的表以及其它參數(shù)存儲(chǔ)在快閃只讀存儲(chǔ)器52中，并且隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54充當(dāng)中央處理單元50的工作存儲(chǔ)器。中央處理單元50從快閃只讀存儲(chǔ)器52順次取出形成計(jì)算機(jī)程序的指令代碼，并完成有選擇地分配給預(yù)處理部件110、運(yùn)動(dòng)控制部件120、記錄部件130和后處理部件150(參見(jiàn)圖6)的任務(wù)。該任務(wù)將在下文中詳細(xì)描述。
軟盤驅(qū)動(dòng)器單元40還連接到共享總線系統(tǒng)60，并且通過(guò)軟盤驅(qū)動(dòng)器單元40將樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼存儲(chǔ)到軟盤中、以及從軟盤中讀出。
內(nèi)置的活塞傳感器10連接到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35，并且當(dāng)前的活塞位置被轉(zhuǎn)換成數(shù)字活塞位置信號(hào)。中央處理單元50從模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35取出數(shù)字活塞位置信號(hào)，并將當(dāng)前活塞位置(其等同于相關(guān)的黑/白鍵70的當(dāng)前位置)與基準(zhǔn)軌跡上的目標(biāo)活塞位置相比較，以查看黑/白鍵70是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
脈沖寬度調(diào)制器30連接到螺線管25。脈沖寬度調(diào)制器30響應(yīng)于從中央處理單元提供的控制數(shù)據(jù)代碼，以便改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。當(dāng)中央處理單元50注意到活塞10(即黑/白鍵70)超前或延遲時(shí)，中央處理單元50將代表增大或減小占空比的控制數(shù)據(jù)代碼提供給脈沖寬度調(diào)制器30，脈沖寬度調(diào)制器30改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。驅(qū)動(dòng)信號(hào)被提供給螺線管25。由于磁場(chǎng)強(qiáng)度與提供給螺線管25的平均電流成比例，因此施加到活塞15上的磁力依據(jù)占空比而變化。這導(dǎo)致活塞15的加速或減速。
輸入和輸出端口37連接到琴槌傳感器20和鍵傳感器27，并且在那里將鍵位置信號(hào)和琴槌位置信號(hào)整形。中央處理單元50周期性地從輸入和輸出端口37讀出當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置，并且當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置被臨時(shí)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54中用于分析。
螺線管25的數(shù)目、琴槌傳感器108的數(shù)目、內(nèi)置的活塞傳感器10的數(shù)目、鍵傳感器106的數(shù)目以及合并在輸入和輸出端口37內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)目等于黑/白鍵70的數(shù)目。
轉(zhuǎn)回到圖6，當(dāng)在重放模式中，中央處理單元50運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，控制器102完成分配給預(yù)處理部件110的任務(wù)和分配給運(yùn)動(dòng)控制部件120的任務(wù)。將樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼通過(guò)軟盤驅(qū)動(dòng)器40從軟盤提供給控制器102。該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼可以通過(guò)通信網(wǎng)從數(shù)據(jù)源提供給控制器102。
詳細(xì)地講，假設(shè)代表音符開(kāi)事件(即原聲鋼琴音調(diào)的生成)的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼到達(dá)了控制器102。該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被傳送到預(yù)處理部件110，并且預(yù)處理部件110分析該樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼，以便確定將被移動(dòng)的黑/白鍵的每一個(gè)的基準(zhǔn)軌跡。在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)第Hei 7-175472號(hào)中公開(kāi)了用于確定基準(zhǔn)軌跡的方法。將代表基準(zhǔn)軌跡的數(shù)據(jù)代碼從預(yù)處理部件110提供給運(yùn)動(dòng)控制部件120?；鶞?zhǔn)軌跡表示為根據(jù)時(shí)間的一系列鍵的行程的目標(biāo)值。在行程的目標(biāo)值處也計(jì)算了鍵速度的目標(biāo)值。預(yù)處理部件110將基準(zhǔn)軌跡以控制數(shù)據(jù)的形式通知給運(yùn)動(dòng)控制部件120。
運(yùn)動(dòng)控制部件120在目標(biāo)行程的基礎(chǔ)上確定驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)整到該占空比的值。將驅(qū)動(dòng)信號(hào)從運(yùn)動(dòng)控制部件120提供給將被移動(dòng)的黑/白鍵70下面的電磁控制鍵致動(dòng)器104。電流流經(jīng)螺線管25，并且磁力被施加到活塞15上?；钊?5開(kāi)始從螺線管25伸出，并且活塞傳感器10將代表當(dāng)前活塞位置的活塞位置信號(hào)提供給運(yùn)動(dòng)控制部件120。
如以上所述，噪聲不可避免地引入當(dāng)前活塞位置，并且，因此，活塞位置信號(hào)包含對(duì)應(yīng)的噪聲成分。如果運(yùn)動(dòng)控制部件120將當(dāng)前活塞位置理解為當(dāng)前的鍵位置或者鍵的實(shí)際行程，則噪聲將對(duì)伺服控制具有嚴(yán)重影響。為了從實(shí)際行程中消除噪聲，運(yùn)動(dòng)控制部件120計(jì)算行程的估計(jì)值和速度的估計(jì)值，并在估計(jì)值和目標(biāo)值之間的差的基礎(chǔ)上改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。因此，黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。噪聲的限制將在下文中詳細(xì)描述。
當(dāng)活塞位置信號(hào)到達(dá)運(yùn)動(dòng)控制部件120時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制部件120確定行程的估計(jì)值和速度的估計(jì)值，并將估計(jì)值與對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值相比較，以查看黑/白鍵70是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。如果差值是可忽略的，則運(yùn)動(dòng)控制部件120將驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持在所計(jì)算的占空比上。然而，當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制部件120注意到該差值嚴(yán)重時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制部件120改變占空比，并加速或減速活塞15。活塞15向上推動(dòng)黑/白鍵70的后部，使得將制音器6與相關(guān)的弦4隔開(kāi)。黑/白鍵70使得相關(guān)的動(dòng)作單元1b脫離琴槌2，使得驅(qū)動(dòng)琴槌2朝著弦4旋轉(zhuǎn)。弦4已經(jīng)準(zhǔn)備好振動(dòng)。當(dāng)琴槌開(kāi)始與弦4碰撞時(shí)，弦4開(kāi)始振動(dòng)，并且從振動(dòng)的弦4發(fā)出原聲鋼琴音調(diào)。
原聲鋼琴音調(diào)的響度與琴槌的最終速度成比例。如以上所述，黑/白鍵70被強(qiáng)迫在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)，以將等于原表演中的最終速度的最終速度傳遞給琴槌2。這導(dǎo)致所述響度等于原表演中的響度。預(yù)處理部件110和運(yùn)動(dòng)控制部件120順次引起與原表演中相同的鍵運(yùn)動(dòng)，使得在重放模式中準(zhǔn)確地再現(xiàn)原表演。
另一方面，當(dāng)在記錄模式中，中央處理單元50運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，控制器120完成記錄部件130的任務(wù)和后處理部件150的任務(wù)。
琴槌傳感器108和鍵傳感器106分別監(jiān)控琴槌運(yùn)動(dòng)和鍵運(yùn)動(dòng)，并將琴槌位置信號(hào)和鍵位置信號(hào)提供給記錄部件130。中央處理單元50周期性地在輸入和輸出端口37取出琴槌位置信號(hào)和鍵位置信號(hào)，并且將當(dāng)前琴槌位置和當(dāng)前鍵位置存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54中。中央處理單元50在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54中存儲(chǔ)的當(dāng)前鍵位置的基礎(chǔ)上，確定所按壓的鍵70、擊鍵時(shí)刻、擊鍵速度、被釋放的鍵70、釋鍵速度和釋鍵時(shí)刻。類似地，中央處理單元50在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54中存儲(chǔ)的當(dāng)前活塞位置的基礎(chǔ)上，確定弦4被琴槌2撞擊的最終琴槌速度和時(shí)刻。記錄部件130收集樂(lè)曲數(shù)據(jù)信息，即分配給所按壓的鍵70的鍵代碼、擊鍵時(shí)刻、擊鍵速度、分配給被釋放的鍵70的鍵代碼、釋鍵時(shí)刻、釋鍵速度、弦4被撞擊的最終琴槌速度和時(shí)刻，并將分配給所按壓的鍵70的鍵代碼、擊鍵時(shí)刻、弦4被撞擊的時(shí)刻、擊鍵速度、最終琴槌速度和分配給被釋放的鍵70的鍵代碼、釋鍵時(shí)刻和釋鍵速度編碼成代表音符開(kāi)(note-on)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼和代表音符關(guān)(note-off)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。這樣，記錄部件130產(chǎn)生代表原表演的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。
樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼還被后處理部件150審查。后處理部件150完善該組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼。例如，假設(shè)鋼琴家重復(fù)按壓黑/白鍵70，而不允許黑/白鍵返回最終位置。即使復(fù)雜的鍵運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了重復(fù)了一定次數(shù)的原聲鋼琴音調(diào)，記錄部件仍然可能遺漏音符開(kāi)事件。為了找到遺漏的音符開(kāi)事件，后處理部件150分析代表復(fù)雜的鍵運(yùn)動(dòng)的該系列鍵位置，并將代表遺漏的音符開(kāi)事件的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼補(bǔ)充進(jìn)該組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼中。當(dāng)后處理部件150完成數(shù)據(jù)處理時(shí)，該組樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼被傳送到軟盤驅(qū)動(dòng)器40，并寫(xiě)入軟盤。否則，樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼通過(guò)通信網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳送到另一樂(lè)器。
伺服控制圖8示出了用于在當(dāng)前活塞位置(即黑/白鍵70的行程)的測(cè)量值的基礎(chǔ)上，確定行程的估計(jì)值和速度的估計(jì)值的方法。所述估計(jì)是將由運(yùn)動(dòng)控制部件120完成的任務(wù)之一，并且通過(guò)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法。
假設(shè)給控制器102供電。如步驟SP2所示，中央處理單元50開(kāi)始運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序，并將寄存器y0-y6初始化或重置成0，所述寄存器被分配了黑/白鍵70的實(shí)際行程的測(cè)量值。在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器54中準(zhǔn)備了寄存器y0-y6。
當(dāng)完成初始化時(shí)，中央處理單元50進(jìn)入由步驟SP4至SP16組成的循環(huán)，并重復(fù)該循環(huán)，直到從中央處理單元50除去電力供應(yīng)。如步驟SP4所示，中央處理單元50閑置采樣時(shí)間周期T。
當(dāng)采樣時(shí)間周期T終止時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器35完成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且中央處理單元50從模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器35取出最新測(cè)量值，如圖SP6所示。中央處理單元50將最新測(cè)量值臨時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中，并將該最新測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)化，使得從最新測(cè)量值消除內(nèi)置的活塞傳感器10的個(gè)體特征，如步驟SP8所示。
隨后，將已經(jīng)存儲(chǔ)在寄存器y0-y5中的測(cè)量值移動(dòng)到寄存器y1-y6，如步驟SP10所示。這意味著寄存器y0準(zhǔn)備存儲(chǔ)新的測(cè)量值。然后，中央處理單元50將在步驟SP8標(biāo)準(zhǔn)化后的最新測(cè)量值存儲(chǔ)在寄存器y0中，如步驟SP12所示。這樣，最新的7個(gè)測(cè)量值已存儲(chǔ)在寄存器y0-y6中。
隨后，中央處理單元50訪問(wèn)圖1中作為示例示出的表，并從該表讀出加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV。如上所述，已經(jīng)為最新測(cè)量值準(zhǔn)備了7個(gè)寄存器y0-y6。測(cè)量值的數(shù)目是7，即m＝3，n＝7。則標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV為28，并且對(duì)于7個(gè)最新測(cè)量值的加權(quán)因子wXj為[5，-3，-6，-4，3，15，32]。中央處理單元50將所述7個(gè)最新測(cè)量值分別乘以加權(quán)因子[5，-3，-6，-4，3，15，32]，并累加乘積。最后，中央處理單元50將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV(即28)。將鍵速度的估計(jì)值V給出為商。這樣，中央處理單元50確定了鍵速度的估計(jì)值V，如步驟SP14所示。
隨后，中央處理單元訪問(wèn)圖2中作為示例示出的表，并讀出加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。由于m＝3以及n＝7，標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX為42，并且加權(quán)因子wXj為[5，-3，-6，-4，3，15，32]。中央處理單元50將分別存儲(chǔ)在寄存器y6、y5、y4、y3、y2、y1、y0中的測(cè)量值乘以加權(quán)因子[5，-3，-6，-4，3，15，32]，并確定乘積的和。中央處理單元50將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX，并且將鍵行程的估計(jì)值X給出為商。這樣，中央處理單元50確定鍵行程的估計(jì)值X，如步驟SP16所示。
中央處理單元50將估計(jì)值V和X與目標(biāo)值相比較，以查看黑/白鍵70是否在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。如果中央處理單元50注意到黑/白鍵70偏離了基準(zhǔn)軌跡，則中央處理單元50改變占空比，使得加速或減速黑/白鍵70。當(dāng)中央處理單元50確認(rèn)黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)時(shí)，中央處理單元50將驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持在先前的占空比上。這樣，中央處理單元50通過(guò)伺服控制來(lái)強(qiáng)迫黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。
當(dāng)完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的調(diào)節(jié)時(shí)，中央處理單元50返回步驟SP4。最新測(cè)量值xj從寄存器y3移位到寄存器y2，而測(cè)量值x2從寄存器y2移位到y(tǒng)1。寄存器y3中的測(cè)量值被拋棄。這樣，逐漸移動(dòng)測(cè)量值，并且將最新測(cè)量值新存儲(chǔ)在寄存器y3中。這樣，中央處理單元50以等于采樣時(shí)間周期T的間隔重復(fù)由SP4至SP16組成的用于伺服控制的循環(huán)。
圖9示出了運(yùn)動(dòng)控制部件120中采用的算法。內(nèi)置的活塞傳感器10分別監(jiān)控活塞15，并通過(guò)內(nèi)置的活塞傳感器10的函數(shù)125來(lái)確定當(dāng)前活塞位置或活塞行程。代表當(dāng)前活塞位置或活塞行程的活塞位置信號(hào)被提供給模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35。在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35中采樣該活塞位置信號(hào)，并通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器35將離散值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制值。這樣，通過(guò)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換獲得了活塞行程的測(cè)量值。
由于活塞15與黑/白鍵70一起移動(dòng)，因此假設(shè)活塞行程等于鍵行程。出于此原因，將最新測(cè)量值作為j＝3處的實(shí)際行程的測(cè)量值儲(chǔ)存在寄存器y0中。由于活塞15不在t＝0時(shí)開(kāi)始伸出，因此在j＝3處將零儲(chǔ)存在寄存器中。
從存儲(chǔ)在快閃只讀存儲(chǔ)器52中的表讀出加權(quán)因子wXj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX。將j＝-3、-2、-1、0、1、2、3處的測(cè)量值乘以諸如wXj＝5、-3、-6、-4、3、15、32的加權(quán)因子，并且將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WX，如式35所表示的，即X＝SIGMA(wXj*xj))/WX。估計(jì)值X對(duì)應(yīng)于最新測(cè)量值或者該系列測(cè)量值的末尾。在上述實(shí)施例中，估計(jì)值X占據(jù)j＝3處的位置。這樣，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制部件120的函數(shù)140來(lái)估計(jì)黑/白鍵70的行程。
類似地，從也存儲(chǔ)在快閃只讀存儲(chǔ)器52中的表讀出加權(quán)因子wVj和標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV。將j＝-3、-2、-1、0、1、2、3處的測(cè)量值分別乘以諸如wVj＝7、-2、-7、-8、-5、2、13的加權(quán)因子，并且將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)WV，如式25所表示的，即V＝SIGMA(wVj*xj))/WV。估計(jì)值X對(duì)應(yīng)于最新測(cè)量值或者該系列測(cè)量值的末尾。在上述實(shí)施例中，估計(jì)值V占據(jù)j＝3處的位置。這樣，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制部件120的函數(shù)145來(lái)估計(jì)鍵速度。
如將從前面的描述理解的，即使鍵行程的測(cè)量值包含誤差，控制器102仍通過(guò)測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和來(lái)估計(jì)實(shí)際的鍵行程，并以這樣的方式控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以強(qiáng)迫黑/白鍵70在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)。被這樣強(qiáng)迫在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)的黑/白鍵70使得相關(guān)的琴槌以近似等于原表演中的最終琴槌速度的琴槌速度與弦碰撞。這造成了響度等于原表演中產(chǎn)生的那些音調(diào)的原聲鋼琴音調(diào)。這樣，根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)演奏鋼琴準(zhǔn)確地再現(xiàn)了原聲鋼琴音調(diào)。
控制器120通過(guò)簡(jiǎn)單的算術(shù)，即將測(cè)量值和加權(quán)因子之間的乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，來(lái)直接估計(jì)實(shí)際行程的最新估計(jì)值和實(shí)際鍵速度的最新估計(jì)值。在僅給出該系列測(cè)量值中間處的估計(jì)值的情況中，控制器需要通過(guò)將中間估計(jì)值乘以(微分*m*采樣周期)來(lái)進(jìn)一步計(jì)算最新估計(jì)值或該序列末尾處的估計(jì)值。這樣，根據(jù)本發(fā)明的方法是簡(jiǎn)單的，并且在反饋控制中順利地使用估計(jì)值。
第二實(shí)施例轉(zhuǎn)向附圖的圖10，實(shí)施本發(fā)明的另一自動(dòng)演奏鋼琴也主要包括原聲鋼琴1A和電子系統(tǒng)100A。原聲鋼琴1A與原聲鋼琴1結(jié)構(gòu)類似，使得為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，從下面的描述中忽略對(duì)原聲鋼琴1A的描述。
除了電磁控制鍵致動(dòng)器104A以外，電子系統(tǒng)100A類似于電子系統(tǒng)100。電磁控制鍵致動(dòng)器104A與電磁控制鍵致動(dòng)器104的不同之處在于未在其中合并任何活塞傳感器。為了在重放模式中確定實(shí)際的鍵行程，鍵傳感器106連接到記錄和運(yùn)動(dòng)控制部件130/120。當(dāng)自動(dòng)演奏鋼琴在記錄模式中工作時(shí)，將鍵位置信號(hào)從鍵傳感器106提供給記錄部件130，并由記錄部件130處理這些數(shù)據(jù)信息。另一方面，當(dāng)自動(dòng)演奏鋼琴再現(xiàn)表演時(shí)，將鍵位置信號(hào)從鍵傳感器106提供給運(yùn)動(dòng)控制部件120，并且，運(yùn)動(dòng)控制部件120周期性地從鍵位置信號(hào)采樣致動(dòng)器鍵行程的測(cè)量值。
運(yùn)動(dòng)控制部件120中采用的方法類似于第一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)控制部件120中采用的方法，并且以下不合并進(jìn)一步的描述以避免重復(fù)。
實(shí)施第二實(shí)施例的自動(dòng)演奏鋼琴實(shí)現(xiàn)了第一實(shí)施例的所有優(yōu)點(diǎn)。而且，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電磁控制鍵致動(dòng)器104A是經(jīng)濟(jì)的，所以第二實(shí)施例的自動(dòng)演奏鋼琴比第一實(shí)施例的更好。
第三實(shí)施例轉(zhuǎn)向附圖的圖11，實(shí)施本發(fā)明的再一自動(dòng)演奏鋼琴主要包括原聲鋼琴1B和電子系統(tǒng)100B。原聲鋼琴1B與原聲鋼琴1結(jié)構(gòu)類似，使得為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，不在下文中詳述原聲鋼琴1B。
除了電磁控制鍵致動(dòng)器104B以外，電子系統(tǒng)100B類似于電子系統(tǒng)100。電磁控制鍵致動(dòng)器104B與電磁控制鍵致動(dòng)器104A相同，并且未在其中合并任何活塞傳感器。相反，在黑/白鍵70后部的下面提供了反射型鍵傳感器10B。反射型鍵傳感器10B產(chǎn)生代表實(shí)際鍵行程的鍵位置信號(hào)，并將該鍵位置信號(hào)提供給運(yùn)動(dòng)控制器120。運(yùn)動(dòng)控制器120周期性地采樣離散值，并且，與第一實(shí)施例的那些類似來(lái)處理測(cè)量值。
實(shí)施第三示例實(shí)施例的自動(dòng)演奏鋼琴實(shí)現(xiàn)了第一實(shí)施例的所有優(yōu)點(diǎn)。
評(píng)價(jià)本發(fā)明人評(píng)價(jià)了本發(fā)明的逼近。圖12示出了在評(píng)價(jià)中進(jìn)行的經(jīng)歷的結(jié)果。坐標(biāo)軸指示鍵行程，黑/白鍵在其上行進(jìn)，并且橫坐標(biāo)指示采樣周期的數(shù)目。本發(fā)明人繪制了鍵行程的測(cè)量值PL10。本發(fā)明人將每23個(gè)測(cè)量值逼近到根據(jù)本發(fā)明的二次多項(xiàng)式，并確定了如上文中詳細(xì)描述的估計(jì)值。圖PL11代表通過(guò)本發(fā)明的逼近獲得的估計(jì)值。
本發(fā)明人還通過(guò)使用在“Processing on Waveform Data for ScientificMeasurement(用于科學(xué)測(cè)量的波形數(shù)據(jù)處理)”中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)誤差抑制技術(shù)，確定了估計(jì)值。每個(gè)估計(jì)值基于7個(gè)測(cè)量值。圖PL12代表通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)獲得的估計(jì)值。
比較圖12和圖11，可以理解的是，估計(jì)值PL11比估計(jì)值PL12更接近圖PL10。實(shí)際上，現(xiàn)有技術(shù)估計(jì)值從對(duì)應(yīng)的測(cè)量值延遲了至少3個(gè)采樣周期。另一方面，盡管通過(guò)本發(fā)明的逼近處理的測(cè)量值顯著大于通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)處理的那些，但本發(fā)明的估計(jì)值的時(shí)間延遲是可以忽略的。這樣，迅速增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的逼近技術(shù)。換句話說(shuō)，本發(fā)明的逼近技術(shù)比現(xiàn)有技術(shù)更有價(jià)值。
記錄模式中的用法當(dāng)用戶在自動(dòng)演奏鋼琴上表演一首樂(lè)曲時(shí)，后處理部件150可以通過(guò)本發(fā)明的逼近來(lái)確定估計(jì)值，并將估計(jì)值傳送到適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)器以記錄該表演。如上文中所述，估計(jì)值接近目標(biāo)值，使得在從估計(jì)值產(chǎn)生的樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確地再現(xiàn)原表演。
盡管示出和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)清楚的是，可以進(jìn)行各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
自動(dòng)演奏鋼琴還可以包括靜音系統(tǒng)。琴槌制動(dòng)器和電子音調(diào)生成系統(tǒng)合并在靜音系統(tǒng)內(nèi)。琴槌制動(dòng)器在自由位置和阻塞位置之間變化。當(dāng)用戶正在自由位置處演奏一首樂(lè)曲時(shí)，琴槌制動(dòng)器保持自身在琴槌的軌跡之外，并準(zhǔn)許弦被琴槌撞擊。另一方面，當(dāng)用戶將琴槌制動(dòng)器改變到阻塞位置時(shí)，琴槌制動(dòng)器被移動(dòng)到琴槌的軌跡上。當(dāng)用戶用手指彈奏一首樂(lè)曲時(shí)，琴槌以類似的方式脫離相關(guān)的動(dòng)作單元。然而，琴槌在到達(dá)弦之前在琴槌制動(dòng)器上回彈。這樣，從弦不產(chǎn)生任何原聲鋼琴音調(diào)。而是，通過(guò)電子音調(diào)生成系統(tǒng)產(chǎn)生電子鋼琴音調(diào)。用戶可以通過(guò)耳機(jī)聽(tīng)到該電子鋼琴音調(diào)。
運(yùn)動(dòng)控制部件可以處理代表合并在自動(dòng)演奏鋼琴內(nèi)的踏板的當(dāng)前踏板位置的踏板位置信號(hào)。
運(yùn)動(dòng)控制部件還可以處理代表當(dāng)前琴槌位置的琴槌位置信號(hào)。如結(jié)合評(píng)價(jià)所描述的，自動(dòng)演奏系統(tǒng)的迅速增強(qiáng)了根據(jù)本發(fā)明的逼近技術(shù)。這意味著逼近技術(shù)使得有可能迅速地再現(xiàn)諸如琴槌的任意種類的組成零件的運(yùn)動(dòng)。
鍵盤樂(lè)器(其示例為自動(dòng)演奏鋼琴)不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。本發(fā)明適用于另一種電子樂(lè)器、工業(yè)機(jī)械和機(jī)器人。
可以用氣動(dòng)致動(dòng)器或液壓致動(dòng)器來(lái)代替電磁控制鍵致動(dòng)器。在這些系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制部件將空氣或受壓的液體提供給氣動(dòng)致動(dòng)器或液壓致動(dòng)器。
充當(dāng)位置傳感器的活塞傳感器10、鍵傳感器106和鍵傳感器10B不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。鍵傳感器可以測(cè)量鍵速度或加速度。在此實(shí)例中，通過(guò)積分來(lái)計(jì)算行程。
將乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化因子不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫y(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)之間除法的商乘以加權(quán)因子，并累加該乘積以計(jì)算估計(jì)值。另外，可以將加權(quán)因子除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，并在快閃存儲(chǔ)器中將商記入表中。在此實(shí)例中，估計(jì)值直接給出為乘積的和。
標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。實(shí)際行程的估計(jì)值和鍵速度的估計(jì)值可以給出為測(cè)量值和加權(quán)因子之間乘積的和。盡管該乘積的和是多個(gè)估計(jì)值，但是有可能通過(guò)使用該乘積的和來(lái)控制黑/白鍵70。
將2次多項(xiàng)式和3次多項(xiàng)式給出為多項(xiàng)式的示例。對(duì)于該系列測(cè)量值，在多項(xiàng)式逼近中可以使用超過(guò)2次的多項(xiàng)式。
表示根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序可以從另一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供。在由個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制器102的情況中，將該計(jì)算機(jī)程序準(zhǔn)備為應(yīng)用程序。
表示根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)程序可以通過(guò)軟盤或高密度磁盤分發(fā)。另外，可以通過(guò)通信網(wǎng)下載該計(jì)算機(jī)程序。
在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中定義的寄存器y0-y6不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制?？梢詫⒁莆患拇嫫骰颦h(huán)形緩沖器合并在電子系統(tǒng)內(nèi)，使得可重寫(xiě)地存儲(chǔ)測(cè)量值。
可以依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)而將寄存器y0-y6初始化到某個(gè)值。
可以為了估計(jì)值而審查偶數(shù)數(shù)目的測(cè)量值。采樣間隔可以是無(wú)規(guī)律的。即使這樣，也有可能通過(guò)使用合適的加權(quán)因子和合適的標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)來(lái)確定估計(jì)值。
運(yùn)動(dòng)控制部件120不如步驟SP8所示的將最新估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于從彼此不同的樂(lè)器提供的最新估計(jì)值需要標(biāo)準(zhǔn)化。如果期望運(yùn)動(dòng)控制部件120處理僅從一個(gè)樂(lè)器提供的測(cè)量值，則運(yùn)動(dòng)控制部件120可以跳過(guò)步驟SP8。然而，需要校準(zhǔn)。
加權(quán)因子可以確定如下。
(1)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個(gè)測(cè)量值逼近為2次多項(xiàng)式的情況中，對(duì)于第j個(gè)測(cè)量值的加權(quán)因子給出為與{5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(2)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個(gè)測(cè)量值逼近為對(duì)測(cè)量值的微分的2次多項(xiàng)式的情況中，對(duì)于第j個(gè)測(cè)量值的加權(quán)因子給出為與{30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(3)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個(gè)測(cè)量值逼近為3次多項(xiàng)式的情況中，對(duì)于第j個(gè)測(cè)量值的加權(quán)因子給出為與{35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(4)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個(gè)測(cè)量值逼近為對(duì)測(cè)量值的微分的3次多項(xiàng)式的情況中，對(duì)于第j個(gè)測(cè)量值的加權(quán)因子給出為與{7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
(5)在將[-m，...0，...，+m]中的(2m+1)個(gè)測(cè)量值逼近為對(duì)測(cè)量值的2階微分的3次多項(xiàng)式的情況中，對(duì)于第j個(gè)測(cè)量值的加權(quán)因子給出為與{6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1)}成比例的值，其中j為-m，...0，...，+m。
自動(dòng)演奏鋼琴的組成零件與如下的權(quán)利要求語(yǔ)言相關(guān)。黑/白鍵70充當(dāng)“多個(gè)操縱器”，并且動(dòng)作單元1b、琴槌2和弦4作為整體來(lái)組成“多個(gè)音調(diào)生成單元”。電磁控制鍵致動(dòng)器104對(duì)應(yīng)于“多個(gè)致動(dòng)器”，并且活塞傳感器10、鍵傳感器106或反射型鍵傳感器10B充當(dāng)“多個(gè)傳感器”。鍵行程或當(dāng)前鍵位置和鍵速度對(duì)應(yīng)于“物理量”。樂(lè)曲數(shù)據(jù)代碼代表“各段樂(lè)曲數(shù)據(jù)”。
運(yùn)動(dòng)控制部件120充當(dāng)“噪聲抑制器”。寄存器y0-y6對(duì)應(yīng)于“臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器”。運(yùn)動(dòng)控制部件120在步驟SP14和SP16充當(dāng)“估計(jì)器”，并且運(yùn)動(dòng)控制部件120在步驟SP10和12充當(dāng)“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制器”。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生音調(diào)的樂(lè)器，包括原聲樂(lè)器(1)，其包括多個(gè)操縱器(70)，分別被分配于音高名稱，并被有選擇地移動(dòng)，用于指定待產(chǎn)生的音調(diào)的音高名稱，和多個(gè)音調(diào)生成單元(1b，2，4)，連接到所述多個(gè)操縱器(70)，并產(chǎn)生通過(guò)移動(dòng)的操縱器(70)指定的所述音調(diào)；以及電子系統(tǒng)(100)，其包括多個(gè)致動(dòng)器(104；104A；104B)，分別被提供給所述多個(gè)操縱器(70)，并利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)有選擇地激活，以便引起所述多個(gè)操縱器(70)的運(yùn)動(dòng)，多個(gè)傳感器(10；106；10B)，測(cè)量表示所述多個(gè)操縱器(70)的所述運(yùn)動(dòng)的物理量，并產(chǎn)生代表所述物理量的測(cè)量值(xj)的檢測(cè)信號(hào)，預(yù)處理部件(110)，被提供樂(lè)曲數(shù)據(jù)，并在所述樂(lè)曲數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上為將被移動(dòng)的操縱器(70)確定基準(zhǔn)軌跡，和運(yùn)動(dòng)控制部件(120)，其連接到所述預(yù)處理部件(110)，用于接收代表所述基準(zhǔn)軌跡的控制數(shù)據(jù)；所述多個(gè)傳感器(10；106；10B)，用于接收所述檢測(cè)信號(hào)；以及所述多個(gè)致動(dòng)器(104；104A；104B)，用于向其提供所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并改變所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，以便在必要時(shí)加速和減速所述操縱器(70)，從而強(qiáng)迫所述操縱器(70)在所述基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)控制部件(120)通過(guò)對(duì)在所述基準(zhǔn)軌跡上移動(dòng)的每個(gè)所述操縱器(70)計(jì)算所述測(cè)量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來(lái)確定所述物理量的最新估計(jì)值(V；X；A)，并且在于所述運(yùn)動(dòng)控制部件(120)比較所述最新估計(jì)值(xVj；wXj；wAj)和每一個(gè)所述操縱器(70)的基準(zhǔn)軌跡上的對(duì)應(yīng)目標(biāo)值，以查看是否要改變所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度。
2.如權(quán)利要求1所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j(-m，...，0，...m))、和分配給所述組中的最新測(cè)量值的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
3.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為2次多項(xiàng)式，并且對(duì)于所述操縱器(70)的速度的加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值的所述次序，wVj是j處的測(cè)量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
4.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為2次多項(xiàng)式，并且所述操縱器(70)的行程的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的次序，wXj是j處的測(cè)量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
5.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且所述操縱器(70)的加速度的所述加權(quán)因子(wAj)給出為wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wAj是j處的測(cè)量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
6.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且所述操縱器(70)的速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測(cè)量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
7.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(wj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且所述操縱器(70)的行程的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3m(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測(cè)量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
8.如權(quán)利要求2所述的樂(lè)器，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述最新估計(jì)值(V；X；A)給出為商。
9.如權(quán)利要求8所述的樂(lè)器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的最新測(cè)量值的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測(cè)量值的所述次序(m)或者分配給所述最新測(cè)量值的所述次序(m)及采樣時(shí)間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
10.如權(quán)利要求1所述的樂(lè)器，其中所述多個(gè)操縱器的每一個(gè)是合并在原聲鋼琴(1)的鍵盤(1a)內(nèi)的黑或白鍵(70)，并且所述多個(gè)音調(diào)生成單元的每一個(gè)包括與相關(guān)的黑和白鍵(70)相連接的動(dòng)作單元(1b)、由相關(guān)動(dòng)作單元(1b)驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)的琴槌(2)、以及在所述旋轉(zhuǎn)的末尾被相關(guān)琴槌(2)撞擊的弦(4)。
11.如權(quán)利要求10所述的樂(lè)器，其中由在所述黑和白鍵(70)下面提供的所述多個(gè)致動(dòng)器(104；104A；104B)移動(dòng)所述黑和白鍵(70)，而沒(méi)有人類演奏者的手指彈奏，并且所述多個(gè)致動(dòng)器(104；104A；104B)具有用所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)供電的各個(gè)螺線管(25)、以及可從相關(guān)的螺線管(25)伸出并縮進(jìn)該相關(guān)螺線管(25)、用于移動(dòng)所述黑和白鍵(70)的活塞(15)。
12.如權(quán)利要求11所述的樂(lè)器，其中所述多個(gè)傳感器(10)分別監(jiān)控所述活塞(15)，以產(chǎn)生所述檢測(cè)信號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的樂(lè)器，其中所述多個(gè)傳感器(10)分別監(jiān)控黑和白鍵(70)，以產(chǎn)生所述檢測(cè)信號(hào)。
14.一種噪聲抑制器，用于消除來(lái)自以時(shí)間間隔(T)向其提供的物理量的測(cè)量值(xj)中的噪聲成分，包括臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y6)，具有預(yù)定數(shù)目的位置，測(cè)量值(xj；j＝-m，...，0，...m))按照到達(dá)順序分別存儲(chǔ)在這些位置處；其特征在于還包括估計(jì)器(50，52，SP14，SP16)，通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在所述臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y6)中的所述測(cè)量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來(lái)確定所述物理量的最新測(cè)量值的估計(jì)值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與所述測(cè)量值的差，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制器(50，52，SP10，SP12)，從所述臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中移除最早的測(cè)量值(x-m)，以便將新測(cè)量值(xm)作為最新測(cè)量值存儲(chǔ)在其中。
15.如權(quán)利要求14所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
16.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為2次多項(xiàng)式，并且速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝30mj2+(2m+3)(2m-1)j-10m2(m+1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測(cè)量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
17.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為2次多項(xiàng)式，并且長(zhǎng)度的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝5j2+(2m+3)j-(m+1)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測(cè)量值(xj)的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
18.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且加速度的所述加權(quán)因子(wAj)給出為wAj＝6(35mj3+3(m+2)(m-1)j2-7m(3m(m+1)-1)j-m(m+1)(m+2)(m-1))其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wAj是j處的測(cè)量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
19.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且速度的所述加權(quán)因子(wVj)給出為wVj＝7(3m(4m-1)+1)j3+18m(m+2)(m-1)j2-(3m(m(m(16m+11)-7)+5)-5)j-6m2(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wVj是j處的測(cè)量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
20.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(wj)逼近為3次多項(xiàng)式，并且長(zhǎng)度的所述加權(quán)因子(wXj)給出為wXj＝35j3+15(m+2)j2-5(3m2-5)j-3m(m+1)(m+2)(m-1)其中j是分配給所述組中每一個(gè)所述測(cè)量值(xj)的所述次序，wXj是j處的測(cè)量值的加權(quán)因子，m是(n-1)/2，并且n是所述預(yù)定數(shù)目。
21.如權(quán)利要求15所述的噪聲抑制器，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將估計(jì)值(xm)給出為商。
22.如權(quán)利要求21所述的噪聲抑制器，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(j)或者分配給所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(j)及等于所述間隔的采樣時(shí)間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
23.一種用于抑制噪聲成分的方法，包括以下步驟a)將物理量的新測(cè)量值(xm)作為最新測(cè)量值(xm)存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y7)中，其中所述物理量的測(cè)量值(xj)作為較早的測(cè)量值(x-m至xm-1)存儲(chǔ)在該臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；b)通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在所述臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y6)中的所述測(cè)量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來(lái)確定所述最新測(cè)量值(xm)的估計(jì)值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與所述測(cè)量值的差，以及c)重復(fù)先前的兩個(gè)步驟(a，b)，使得連續(xù)地為新測(cè)量值(xm)確定估計(jì)值(V；X；A)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述估計(jì)值(V；X；A)給出為商。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(m)或者分配給所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(m)及等于新測(cè)量值的間隔的采樣時(shí)間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)通過(guò)以下子步驟來(lái)確定b-1)將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，其中所述多項(xiàng)式的項(xiàng)具有各自的常數(shù)(a，b，c)，b-2)通過(guò)使所述測(cè)量值(xj)和所述多項(xiàng)式之間的差的平方和最小化，來(lái)確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-3)以所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)和所述測(cè)量值(xj)之間乘積的和的形式表示所述常數(shù)(a，b，c)，b-4)通過(guò)所述乘積和的變換來(lái)確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-5)在所述多項(xiàng)式和常數(shù)(a，b，c)的基礎(chǔ)上，確定所述組中間處的估計(jì)值(Vc；Xc)，b-6)在所述組的所述中間處的所述估計(jì)值(Vc；Xc)的基礎(chǔ)上，估計(jì)所述最新測(cè)量值(xm)的所述估計(jì)值(V；X；A)。
28.一種表示用于抑制噪聲成分的方法的計(jì)算機(jī)程序，所述方法包括以下步驟a)將物理量的新測(cè)量值作為最新測(cè)量值(xm)存儲(chǔ)在臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y6)中，其中所述物理量的測(cè)量值(xj)作為較早的測(cè)量值(x-m至xm-1)存儲(chǔ)在該臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；b)通過(guò)計(jì)算存儲(chǔ)在所述臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(y0-y6)中的所述測(cè)量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)之間乘積的和，來(lái)確定所述最新測(cè)量值(xm)的估計(jì)值(V；X；A)，使得將至少一部分噪聲成分給出為與測(cè)量值的差，以及c)重復(fù)先前的兩個(gè)步驟(a，b)，使得連續(xù)地為新測(cè)量值(xm)確定估計(jì)值(V；X；A)。
29.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)程序，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)。
30.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)程序，其中將所述乘積的和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)，使得將所述估計(jì)值給出為商。
31.如權(quán)利要求30所述的計(jì)算機(jī)程序，其中將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，并且在分配給由預(yù)定數(shù)目(n)的測(cè)量值(xj)組成的組中的所述測(cè)量值(xj)的次序(j)、以及分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的次序(m)的基礎(chǔ)上，確定所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)，并且在分配給所述組中的所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(m)或者分配給所述最新測(cè)量值(xm)的所述次序(m)及等于新測(cè)量值的間隔的采樣時(shí)間周期(T)二者的基礎(chǔ)上，確定所述標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX；WA)。
32.如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)程序，其中所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)通過(guò)以下子步驟來(lái)確定b-1)將所述測(cè)量值(xj)逼近為多項(xiàng)式，其中所述多項(xiàng)式的項(xiàng)具有各自的常數(shù)(a，b，c)，b-2)通過(guò)使所述測(cè)量值(xj)和所述多項(xiàng)式之間的差的平方和最小化，來(lái)確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-3)以所述加權(quán)因子(wVj；wXj；wAj)和所述測(cè)量值(xj)之間的乘積和的形式表示所述常數(shù)(a，b，c)，b-4)通過(guò)所述乘積和的變換來(lái)確定所述常數(shù)(a，b，c)，b-5)在所述多項(xiàng)式和常數(shù)(a，b，c)的基礎(chǔ)上，確定所述組中間處的估計(jì)值(Vc；Xc)，b-6)在所述組的所述中間處的所述估計(jì)值(Vc；Xc)的基礎(chǔ)上，估計(jì)所述最新測(cè)量值(xm)的所述估計(jì)值(V；X；A)。
全文摘要
在重放模式中，由利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)供電的鍵致動(dòng)器(104)有選擇地移動(dòng)黑/白鍵(70)，并且，在鍵致動(dòng)器(104)內(nèi)提供的活塞傳感器(10)將鍵行程的測(cè)量值(xj)報(bào)告給運(yùn)動(dòng)控制部件(120)；由于測(cè)量值(xj)包含由鍵(70)的變形引起的噪聲，因此運(yùn)動(dòng)控制部件(120)通過(guò)將測(cè)量值(xj)和加權(quán)因子(wVj；wXj)之間的乘積和除以標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)(WV；WX)，來(lái)估計(jì)鍵行程的真實(shí)值或估計(jì)值(V；X)，并將估計(jì)值(WV；WX)與目標(biāo)值相比較，以查看鍵(70)是否準(zhǔn)確地在基準(zhǔn)軌跡上行進(jìn)；如果答案是否定的，則運(yùn)動(dòng)控制部件(120)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，以便加速或減速鍵(70)。
文檔編號(hào)G10H1/00GK1614683SQ200410089770
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者藤原佑二 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社