自动弹奏器乐器、自动弹奏系统和过热保护器的制作方法

专利名称：自动弹奏器乐器、自动弹奏系统和过热保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动弹奏器乐器，并且更具体地涉及一种配备有用于自动弹奏的
螺线管操作的致动器的自动弹奏器乐器、包含在该自动弹奏器乐器中的自动弹奏器、以及 用于自动弹奏器的螺线管操作的致动器的过热保护器。
背景技术：
自动弹奏器乐器是一种混合乐器，并且被分解为诸如例如原声钢琴的乐器和自动 弹奏器。该乐器具有音调生成器和操纵器，作为示例，所述操纵器已知为键和踏板，并且，在 手指弹奏中使用操纵器以便指定音调的音高(pitch)。音调生成器连接到操纵器，并且以
所指定的音高产生音调。人类弹奏者在他或她的演奏中选择性地按压和释放操纵器，并且， 自动弹奏器也在自动演奏中、在没有人类弹奏者的任何手指弹奏的情况下按压和释放操纵
器。在以下描述中，术语"标准演奏"是指由人类弹奏者进行的演奏，术语"自动演奏"是在 没有人类弹奏者的任何手指弹奏的情况下由自动弹奏器进行的演奏。 为了实现自动演奏，需要致动器来按压和释放乐器的操纵器。在自动弹奏器乐器 中使用的致动器的典型示例是螺线管操作的致动器。 与乐器的操纵器相关联地提供多个螺线管操作的致动器，并且在自动演奏中，通 过驱动电路将驱动电流选择性地提供给螺线管，以便激励螺线管操作的致动器。驱动电流 通过螺线管产生电磁场，并且螺线管操作的致动器的输出组件将电磁力转换为机械力，该 机械力被施加在电磁场中的操纵器上。结果，该输出组件在没有人类弹奏者的任何手指弹 奏的情况下引起相关联的操纵器的运动。 当驱动电流流过螺线管时，螺线管不仅产生电磁场，还产生热。如果热量超过临界 值，则螺线管操作的致动器被毁坏。为了长寿命，需要用于螺线管操作的致动器的、合适的 过热保护器。 在日本专利申请特许公开No.Hei 6_289943中公开了一种过热保护器。现有技术 的过热保护器包括乘法器、低通滤波器、额定值的电源(source)、比较器、以及诸如触发器 的输出数据保存器和开关。这些组成电路被如下连接。乘法器的输入节点连接到电流流过 的负载，并且乘法器的输出节点连接到低通滤波器的输入节点。低通滤波器的输出节点连 接到比较器的输入节点之一，并且额定值的电源连接到比较器的另一输入节点。比较器的 输出节点连接到输出数据保存器的输入节点，并且输出保存器的输出节点连接到开关。开 关串联连接到负载以便防止负载过热。 向乘法器提供表示流过负载的电流量的数据，并且乘法器将该电流量升高到n次 幂。乘法器的输出信号被提供给低通滤波器，并且该低通滤波器具有预定的时间-输出特 性，其中，低通滤波器的输出在断路时刻(breakingtime)Tc达到额定值的n次幂Icn。
另一方面，额定值的电源将额定值的n次幂Icn提供给比较器。当在断路时刻Tc 电流量的n次幂小于额定值的n次幂时，比较器将输出"真"提供给输出数据保存器，而输 出数据保存器保持开关接通。因此，开关允许电流通过负载。另一方面，如果在断路时刻Tc电流量的n次幂等于或大于额定值的n次幂，则比较器将输出从"真"改变为"假"，并且输 出"假"被提供给输出数据保存器。输出数据保存器将开关从导通状态改变为关断状态，并 且该开关防止负载过热。 可以将现有技术的过热保护器用于包含在自动弹奏器中的螺线管操作的致动器。 然而，在现有技术的自动弹奏器中遇到这样的问题现有技术的自动弹奏器体积庞大。详细 地讲，大量操纵器被包含在乐器中，并且为每个操纵器提供螺线管操作的致动器。例如，原 声钢琴通常包括88个键和3个踏板，使得用于原声钢琴的自动弹奏器需要用于键和踏板的 91个螺线管操作的致动器。如上文所述，现有技术的过热保护器是由诸如乘法器、低通滤波 器、额定值的电源、比较器、输出数据保存器和开关之类的各种电路制造的。包含在单个现 有技术的过热保护器中的那些电路的数目乘以螺线管操作的致动器的数目。结果，用于操 纵器的现有技术的过热保护器占据宽大的空间，并且使现有技术的自动弹奏器体积庞大。
现有技术的过热保护器固有的另一问题是低可靠性。温度升高大略地与在螺线管 中生成的热量和从螺线管辐射的热量之间的差成比例，并且直到下一次致动为止在螺线管 操作的致动器中累积的热量以及环境温度对温度升高有影响。然而，在现有技术的过热保 护器中，仅仅考虑了流过螺线管的电流量。这些因素没有被吸纳到现有技术的过热保护器 中。结果，尽管螺线管操作的致动器可以在没有任何损坏的情况下操作，但是现有技术的过 热保护器有时候中断电流，并且使现有技术的自动弹奏器令人不希望地发生故障。

发明内容
因此，本发明的一个重要目的是提供一种自动弹奏器乐器，通过简单可靠的过热
保护器而防止该自动弹奏器乐器的自动弹奏器过热。 本发明的另一重要目的是提供一种自动弹奏器，通过简单可靠的过热保护器而防 止该自动弹奏器过热。 本发明的另一重要目的是提供所述过热保护器，其是可靠的，并且是由比现有技 术的过热保护器的组成电路少的组成电路制造的。 为了实现所述目的，本发明提出在通过螺线管的电流量和环境温度的基础上估计 螺线管温度。 根据本发明的一个方面，提供了一种自动弹奏器乐器，用于在没有人类弹奏者的 手指弹奏的情况下产生音调，该自动弹奏器乐器包括多个操纵器，被选择性地移动以便执 行音调的属性；机械音调生成器，连接到所述多个操纵器，并且产生具有所指定的属性的音 调；以及自动弹奏系统，该自动弹奏系统包含多个螺线管操作的致动器，具有临界温度， 所述多个螺线管操作的致动器在该临界温度上被损坏，分别与所述多个操纵器相关联地提 供所述多个螺线管操作的致动器，并且利用驱动信号选择性地激励所述多个螺线管操作的 致动器，以便在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下选择性地引起所述多个操纵器的运 动；自动弹奏器，响应表示演奏的音乐数据，以便在所述音乐数据的基础上产生所述驱动信 号，并且选择性地将所述驱动信号提供给所述多个螺线管操作的致动器；以及过热保护器， 其具有温度传感器，被提供在所述多个螺线管操作的致动器附近，并且产生温度检测信 号，该温度检测信号代表所述多个螺线管操作的致动器周围的环境温度，救援器，被提供用 于所述多个螺线管操作的致动器，以便使所述多个螺线管操作的致动器从所述过热状态恢复，以及信息处理器，连接到所述温度传感器和所述自动弹奏器，计算机程序在所述信息处
理器上运行以便实现在所述驱动信号的电流量的基础上估计所述多个螺线管操作的致动
器的温度上升的温度上升估计器、在所述温度上升和所述环境温度的基础上估计所述多个
螺线管操作的致动器的螺线管温度的螺线管温度估计器、和过热检测器，该过热检测器将
所述螺线管温度与所述临界温度进行比较，以查看所述多个螺线管操作的致动器是否处于
所述过热状态，以便向所述救援器通知处于所述过热状态的螺线管操作的致动器。 根据本发明的另一方面，提供了一种自动弹奏系统，用于在乐器上重演演奏，所述
乐器具有用于指定音调的属性的多个操纵器，所述自动弹奏系统包括多个螺线管操作的
致动器，具有临界温度，所述多个螺线管操作的致动器在该临界温度上被损坏，分别与所述
多个操纵器相关联地提供所述多个螺线管操作的致动器，并且利用驱动信号选择性地激励
所述多个螺线管操作的致动器，以便在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下选择性地引起
所述多个操纵器的运动；自动弹奏器，响应表示所述演奏的音乐数据，以便在所述音乐数据
的基础上产生所述驱动信号，并且选择性地将所述驱动信号提供给所述多个螺线管操作的
致动器；以及过热保护器，所述过热保护器具有温度传感器，被提供在所述多个螺线管操
作的致动器附近，并且产生温度检测信号，所述温度检测信号代表所述多个螺线管操作的
致动器周围的环境温度，救援器，被提供用于所述多个螺线管操作的致动器，以便使所述多
个螺线管操作的致动器从所述过热状态恢复，以及信息处理器，连接到所述温度传感器和
所述自动弹奏器，计算机程序在所述信息处理器上运行以便实现在所述驱动信号的电流
的量的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器的温度上升的温度上升估计器、在所述温
度上升和所述环境温度的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器的螺线管温度的螺线
管温度估计器、以及过热检测器，该过热检测器将所述螺线管温度与临界温度进行比较，以
查看所述多个螺线管操作的致动器是否处于过热状态，以便向所述救援器通知处于所述过
热状态的螺线管操作的致动器，其中所述多个螺线管操作的致动器在所述临界温度上被损坏。 根据本发明的另一方面，提供了一种过热保护器，用于保护多个螺线管操作的致 动器免于遭受过热状态，该过热保护器包括温度传感器，被提供在所述多个螺线管操作的 致动器附近，并且产生温度检测信号，所述温度检测信号代表所述多个螺线管操作的致动 器周围的环境温度；救援器，被提供用于所述多个螺线管操作的致动器，以便使所述多个螺 线管操作的致动器从所述过热状态恢复；以及信息处理器，连接到所述温度传感器，计算机 程序在所述信息处理器上运行以便实现在流过所述多个螺线管操作的致动器的电流的量 的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器的温度上升的温度上升估计器、在所述温度上 升和所述环境温度的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器的螺线管温度的螺线管温 度估计器、以及过热检测器，该过热检测器将所述螺线管温度与所述临界温度进行比较，以 查看所述多个螺线管操作的致动器是否处于所述过热状态，以便向所述救援器通知处于所 述过热状态的螺线管操作的致动器。


根据结合附图进行的以下描述，将更清楚地理解所述自动弹奏器乐器、自动弹奏 器和过热保护器的特征和优点，在附图中
图1是示出本发明的自动弹奏器钢琴的外观的透视图， 图2是示出包含在自动弹奏器钢琴中的机械音调生成器的结构的侧视图， 图3是示出包含在自动弹奏器钢琴中的自动弹奏器的系统配置的框图， 图4是示出分配给过热保护器的子例程的作业序列的流程图， 图5A至图5C是示出不同情形中的平均电流表的视图， 图6是示出包含在本发明的另-的视图， 图7是示出包含在本发明的另-的视图， 图8是示出包含在本发明的另-的视图， 图9是示出包含在本发明的另-的视图， 图10是示出包含在本发明的另 的视图。
具体实施例方式
实施本发明的自动弹奏器乐器被适配为通过人类弹奏者的手指弹奏以及在没有 人类弹奏者的手指弹奏的情况下产生音调，并且主要包括多个操纵器、机械音调生成器和 自动弹奏器。所述多个操纵器被人类弹奏者和自动弹奏器选择性地移动以便指定音调的属 性。所述属性可以是要产生的音调的音高或者要赋予音调的效果。所述多个操纵器连接到 机械音调生成器。机械音调生成器被适配为以所指定的属性产生音调。 自动弹奏系统连接到多个操纵器，并且包括多个螺线管操作的致动器、自动弹奏
器和过热保护器。自动弹奏器利用驱动信号选择性地激励所述多个螺线管操作的致动器以
便进行自动演奏，并且过热保护器防止螺线管操作的致动器免于遭受过热状态。 分别与所述多个操纵器相关联地提供所述多个螺线管操作的致动器，以便在没有
人类弹奏者的手指弹奏的情况下引起多个操纵器的运动，并且，所述多个螺线管操作的致
动器具有临界温度。当所述多个螺线管操作的致动器在临界温度以下移动所述多个操纵器 时，所述多个螺线管操作的致动器不会受到不希望的损坏，并且在制造商保证的时间段内 运行。然而，如果所述多个螺线管操作的致动器中的任何一个或一些在临界温度以上运行， 则该一个或多个螺线管操作的致动器过热，并且在过热状态下，在制造商保证的时间段之 前被严重损坏。 自动弹奏器是一种计算机架构。当用于自动演奏的计算机程序正在运行时，分析 代表音乐曲调的音乐数据代码集，并且根据由该音乐数据代码表示的音乐数据产生驱动信 号。该驱动信号被选择性地从自动弹奏器提供给所述多个螺线管操作的致动器。螺线管操 作的致动器响应该驱动信号，以便在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下引起相关联的操 纵器的运动。 过热保护器具有温度传感器、救援器和信息处理器。温度传感器和自动弹奏器并 联连接到信息处理器，信息处理器继而连接到救援器。
自动弹奏器钢琴中的自动弹奏系统的系统配置 自动弹奏器钢琴中的自动弹奏系统的系统配置 自动弹奏器钢琴中的自动弹奏系统的系统配置 自动弹奏器钢琴中的自动弹奏系统的系统配置 -自动弹奏器钢琴中的自动弹奏系统的系统配置
温度传感器被提供在所述多个螺线管操作的致动器附近，并且产生温度检测信 号。该温度检测信号代表多个操纵器周围的环境温度。信息处理器通过该温度检测信号获 取环境温度。 救援器被提供用于所述多个螺线管操作的致动器。当信息处理器发现所述多个操 纵器中的一个或一些处于过热状态时，救援器使所述多个螺线管操作的致动器从过热状态 恢复。 信息处理器是一种计算机架构，并且计算机程序在其上运行。当计算机程序正在
信息处理器上运行时，实现温度上升估计器、螺线管温度估计器和过热检测器。 详细地讲，温度上升估计器在通过螺线管操作的致动器的驱动信号的电流量的基
础上估计所述多个螺线管操作的致动器的温度上升。螺线管温度估计器在该温度上升和环
境温度的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器的螺线管温度。过热检测器将螺线管温
度与临界温度进行比较以便查看所述多个螺线管操作的致动器是否处于过热状态。 当所述多个螺线管操作的致动器在临界温度以下运行时，过热检测器保持空闲，
并且允许自动弹奏器选择性地激励所述多个螺线管操作的致动器以进行自动演奏。然而，
当过热检测器发现所述多个螺线管操作的致动器中的一个或一些处于过热状态时，过热检
测器向救援器通知过热的螺线管操作的致动器。然后，救援器使所述多个螺线管操作的致
动器从过热状态恢复。 如将从前面的描述理解的，过热保护器考虑环境温度，使得过热保护器的判定是 可靠的。 此外，通过计算机程序的执行来实现温度上升估计器、螺线管温度估计器和过热 检测器。过热保护器的电路配置比现有技术的配置更简单，使得制造商可以减小过热保护 器的生产成本。 在以下描述中，术语"前面"指示比用术语"后面"修饰的另一位置更靠近坐在凳 子上以便用手指弹奏的人类弹奏者的位置，并且"纵向"方向沿着在前面位置和对应的后面 位置之间画的线而延伸。"横向"以直角与纵向方向相交，并且"上下"方向与由纵向和横向 定义的平面垂直。"右"和"左"是从人类弹奏者的视点确定的。
第一实施例 首先参照附图的图l，实施本发明的自动弹奏器钢琴1主要包括原声钢琴10和自 动弹奏系统20。原声钢琴10具有包括黑键lb和白键lc的键盘la、箱体(cabinet) ld和 机械音调生成器le。键盘la被安装在箱体ld的前部，并且被暴露给人类弹奏者。机械音 调生成器le被装在箱体Id内，并且键盘la连接到机械音调生成器le。当人类弹奏者按压 和释放黑键lb和白键lc时，被按压的键lb和lc激活机械音调生成器le，从而通过原声音 调产生原声音调，并且被释放的键lb和lc使机械音调生成器le无效，使得原声音调被衰 减。这样，原声钢琴10响应人类弹奏者在键盘la上的手指弹奏以便产生原声音调。
自动弹奏系统20被安装在原声钢琴10内部，并且利用电力来激活自动弹奏系统 20。自动弹奏系统20被分解为自动弹奏器20a和过热保护器20b。通过自动弹奏器20a来 实现自动演奏，并且过热保护器20b防止自动弹奏器20a过热。 当在自动弹奏器20a中处理音乐数据代码时，黑键lb和白键lc在没有人类弹奏 者的手指弹奏的情况下被选择性地按压和释放以便重演演奏。该音乐数据代码表示用于自动演奏的音乐数据。过热保护器20b监视自动弹奏器20a以查看自动弹奏器20a是否过热。 当过热保护器20b发现自动弹奏器20a过热时，过热保护器20b使自动弹奏器20a无效，以 便防止自动弹奏器20a损坏。 在此实例中，通过计算机程序的执行来实现过热保护器20b的大多数功能，使得 组件数目少于传统技术过热保护器的组件数目。 此外，在自动弹奏器20a和过热保护器20b之间共享数据处理设施，使得在不显著 增加系统组件的情况下防止自动弹奏系统20过热。
原声钢琴的结构 转到图2，机械音调生成器le包括弦槌(hammer) 2、动作单元3、弦4、制音器6和 踏板机构PM。键lb和lc的前部的大多数没有在图2中示出。弦槌2分别与键盘le的键 lb和lc相关联，并且与键lb和lc以及弦槌3相关联地提供动作单元3。弦4分别与弦槌 相关联，并且分别与键lb和lc以及弦4相关联地提供制音器。 如上文所述，黑键lb和白键lc被包含在键盘la中，并且在此实例中，键lb和lc 的总数目是88。利用键编号Kn来指定键lb和lc，并且键编号Kn从1变化到88。 88个键 lb和lc被沿横向布置，该横向与相对于绘制图2所在的纸张的垂直方向平行。
黑键lb和白键lc具有各自的平衡销(balance pin)P以及各自的卡钉(c即stan screw)C。平衡销P通过键lb和lc的中部而从键架中板(balancerail)B向上伸出，该键架 中板在箱体ld的中盘(key bed)lf上横向延伸，并且向相关联的键lb和lc提供支点。当 键lb和lc的前部被按压时，键lb和lc的前部围绕平衡销B转动，并且下降。另一方面， 键lb和lc的后部抬高。当人类弹奏者或自动弹奏器20a将力从键lb和lc移除时，键lb 和lc的前部被移动以便与中盘Id隔开最长的距离，并且键lb和lc到达静止位置。另一 方面，当人类弹奏者或自动弹奏器20a将力施加在键lb和lc上时，键lb和lc的前部沿相 反方向移动，并且键lb和lc到达终点位置。术语"被按压的键"是指朝着终点位置移动的 键lb或lc，术语"被释放的键"是指朝着静止位置移动的键lb或lc。
弦槌2被沿横向布置，并且由弦槌法兰轨道(flange rail) 2a可旋转地支撑，弦槌 法兰轨道2a继而由动作支架2b支撑。动作支架2b直立在中盘If上，并且将弦槌2保持 在相关联的黑键lb后部以及相关联的白键lc后部的上方。 分别在键lb和lc与弦槌2之间提供动作单元3，并且动作单元3由联动器轴架 (whi卯en rail)3a可旋转地支撑。联动器轴架3a在黑键lb后部和白键lc后部上方横向 延伸，并且由动作支架2b支撑。动作单元3被保持与相关联的键lb和lc的卡钉C接触， 使得所按压的键lb和lc引起相关联的动作单元3围绕联动器轴架3a的旋转。当动作单 元3围绕联动器轴架3a旋转时，旋转的动作单元3强迫相关联的弦槌2旋转，直到脱离动 作单元3和弦槌2之间为止，并且在脱离时，弦槌2开始朝着相关联的弦4的自由旋转。动 作单元3的详细行为与标准大钢琴的行为相同，出于这一原因，为简单起见而不包含进一 步的描述。 弦4在相关联的弦槌2上方被拉直，并且被设计为以彼此不同的音高产生原声音 调。在自由旋转的末尾，弦槌2与相关联的弦4碰撞，并且弦槌2通过该碰撞而引起相关联 的弦4的振动。 原声音调的响度与碰撞之前瞬间的最终弦槌速度成比例，并且该最终弦槌速度与基准点处的键速度成比例，所述基准点是键lb和lc的轨线上的特定键位置。在下文中，基 准点处的键速度被称为"基准键速度"。在标准演奏中，人类弹奏者将施加在键lb和lc上 的手指力调整为适当的值，以便将基准键速度赋予键lb和lc。类似地，在自动演奏中，自动 弹奏器20a将施加在键lb和lc上的电磁力调整为适当的值。 制音器6连接到相关联的键lb和lc的最后面的部分，并且与相关联的弦4隔开和 接触。当相关联的键lb和lc停留在静止位置上时，键lb和lc的最后面的部分不沿向上 的方向将力施加在制音器6上，使得制音器6保持与相关联的弦4相接触。制音器6不允 许弦4振动。当人类弹奏者或自动弹奏器20a按压键lb和lc时，键lb和lc的最后面的 部分在前往终点位置的途中开始将力施加在相关联的制音器6上，并且随后使制音器6与 相关联的弦4隔开。当制音器6与相关联的弦4隔开时，弦4准备好振动。在制音器6与 弦4隔开之后，弦槌2与弦4碰撞。通过弦4的振动产生原声音调。当人类弹奏者或自动 弹奏器20a释放被按压的键lb和lc时，被释放的键lb和lc开始朝着静止位置移动，并且 由于制音器6的自重而沿着向下的方向移动制音器6。制音器6在前往静止位置的途中与 弦4接触，并且使弦4的振动被衰减，从而使原声音调被衰减。 踏板机构PM被选择性地连接到制音器6和键盘la，并且人类弹奏者踏在踏板机构 PM的踏板上以便向原声音调赋予人为的声调(artificiale邓ression)。踏板被称为"制音 踏板"、"柔音踏板"和"持音踏板"。制音踏板或持音踏板使所有制音器6或者一些制音器 6中的所选择的一个与相关联的弦4隔开，使得一个或多个原声音调被拉长。另一方面，柔 音踏板使弦槌2沿横向略微移动，使得弦槌2与相关联的弦槌4的数目减少的线(wire)碰 撞。结果，减小了原声音调的响度。
自动弹泰系统的系统配置 回到图1，自动弹奏系统20包括控制器100、螺线管操作的致动器5的阵列、温度 传感器IIO以及人机接口 130。尽管在图中没有示出，但是还与踏板相关联地提供螺线管操 作的致动器。然而，为简单起见，从附图中删除了用于踏板的螺线管操作的致动器。
用于键盘la的螺线管操作的致动器5的数目等于键lb和lc的数目，使得也利用 从1到88的键编号Kn来指定用于键盘la的螺线管操作的致动器5。 在此实例中，触摸屏充当人机接口 130，并且由于这一原因，在以下描述中，也利用 参考标号130来标注触摸屏。控制器100将代表视频数据的数字视频信号DS1提供给触摸 屏130，并且在触摸屏130上产生视频图像。该视频图像是作业列表、提示消息、当前状态消 息、选项列表等等。用户通过选择性地按压视频图像来向控制器100给出指令。当用户按 压触摸屏130上的某个视频图像时，触摸屏130产生代表用户按压的区域的数字指令信号 DS2，并且将数字指令信号DS2提供给控制器。 分别在键lb和lc后部的下方提供螺线管操作的致动器5，并且在箱体ld上在谱 台(music rack)旁边提供触摸屏130。控制器IOO被嵌入在中盘ld中，并且控制器100的 前面板被暴露给用户。在中盘If上，在与从最右边的键起第44个键相关联的螺线管操作 的致动器5附近提供温度传感器110。利用温度传感器110来监视螺线管操作的致动器5 的阵列周围的环境温度。 温度-电流转换器和模数转换器共同形成温度传感器110。各种温度_电流转换 器在市场上有售。温度_电流转换器的示例被称为热电偶、电阻检测元件和热敏电阻器。在此实例中，从耐用性的视点来看，采用热敏电阻器作为温度_电流转换器。
温度-电流转换器使电流量随着环境温度变化，并且所述量的电流从温度_电流 转换器流到模数转换器。该模数转换器对表示电流量的电压的离散值进行采样，并且产生 数字温度检测信号DS3。该离散值随着螺线管操作的致动器5的阵列周围的环境温度一起 变化。数字温度检测信号DS3代表环境温度的采样离散值，并且被提供给控制器100。
转到附图的图3，触摸屏130、温度传感器110和螺线管操作的致动器5连接到控 制器100。控制器100包括信息处理器100a、螺线管驱动器120和存储器系统140。信息处 理器100a通过总线系统连接到螺线管驱动器120和存储器系统140。 每个螺线管操作的致动器包括活塞5A、螺线管5B和内置的活塞传感器5C，如图2 所示。螺线管驱动器120连接到螺线管5B，并且选择性地将驱动信号DR提供给螺线管5B。 换言之，利用驱动信号DR激励螺线管操作的致动器5。在此实例中，螺线管驱动器120将驱 动信号DR的平均电流量调整为适当的值，以便将基准键速度赋予要按压的键lb和lc中的 每一个。作为示例，可以将脉冲宽度调制器用于螺线管驱动器120。平均电流量随着脉冲宽 度一起变化，使得信息处理器100a提供代表要施加到目标键lb或lc的磁力的目标值的数 字控制信号DS4。 内置的活塞传感器5C监视相关联的活塞5B，并且产生代表活塞5B的速度的反馈
信号FB。将反馈信号FB从内置的活塞传感器5C提供给信息处理器100a。 信息处理器100a具有信息处理能力。在此实例中，利用微计算机MP来实现信息
处理器100a。在市场上作为单芯片半导体器件而销售该微控制器，在所述单芯片半导体器
件中，算术和逻辑单元、程序存储器、工作存储器、寄存器、解码器、信号接口和其它外围电
路被集成在单个半导体芯片上。也可以将微处理器、只读存储器、随机存取存储器以及其它
分立器件用于信息处理器100a。 信息处理器100a具有计数器，并且该计数器被用于测量各种时间段。所述 计数器之一被分配用于测量从螺线管操作的致动器5中的一个或一些的致动或无效 (deactivation)到另外的一个或多个螺线管操作的致动器的下一次致动或无效的时间段。 一些计数器被分配给子例程的定时器中断，所述定时器中断将在下文中描述。可以利用软 件来实现计数器。 计算机程序被存储在程序存储器中，并且在算术和逻辑单元上运行。该计算机程 序被分解为主例程和子例程。当算术和逻辑单元重复主例程时，算术和逻辑单元从连接到 触摸屏130的信号接口提取在数字指令信号D2上承载的位置数据、以及在数字温度信号 DS3上承载的温度数据。算术和逻辑单元在该位置数据的基础上确定用户通过触摸屏130 给出的指令。算术和逻辑单元将温度数据传送到工作存储器，并且将温度数据存储在其中。
所述子例程之一被分配给自动演奏，并且主例程通过定时器中断而周期性地分支 到用于自动演奏的子例程。另一子例程被分配给过热保护，其作业序列在图4中示出，并 且，主例程和用于自动演奏的子例程也通过另一定时器中断周期性地分支到用于过热保护 的子例程。在主例程开始分支到用于自动演奏的子例程的条件下，向用于过热保护的子例 程的进入变得有效。换言之，过热保护器被周期性地激活以便搜索过热的螺线管操作的致 动器5。在下文中详细描述所述子例程。 存储器系统140包括非易失性可重写存储器和诸如随机存取存储器的易失性存储器，并且具有大的数据保存容量。已知各种非易失性可重写存储器。非易失性可重写存 储器的示例是半导体电可擦除和可编程存储器设备。临界温度的值被存储在用于螺线管操 作的致动器5的非易失性可重写存储器中。该临界温度指示螺线管操作的致动器5可以操 作而不会有严重损坏的最高温度。 还将多个音乐数据文件存储在存储器系统140的非易失性存储器中，并且一组音 乐数据代码形成每个音乐数据文件。在此实例中，根据MIDI(乐器数字接口 )协议来准备 音乐数据代码。所述音乐数据代码中的所选择的音乐数据代码被称为"事件数据代码"，并 且音乐数据代码中的其它所选择的音乐数据代码被称为"持续时间数据代码"。两种事件数 据代码被称为"音符开(note-on)事件代码"和"音符关(note-on)事件代码"，在下文中简 要描述所述持续时间数据代码、音符开事件数据代码和音符关事件数据代码。
音符开事件数据代码代表音调的生成，并且具有表示分配给要按压的键lb或lc 的键编号Kn的音乐数据以及表示速度的音乐数据。所述速度表示要产生的音调的响度。音 符关事件数据代码代表音调的衰减，并且具有表示分配给要释放的键lb或lc的键编号Kn 的音乐数据。持续时间数据代码表示键事件(即，音符开事件或音符关事件)和下一键事 件之间的时间段。因此，在持续时间数据代码的基础上确定弦槌2与弦4碰撞的时刻、以及 制音器6与振动的弦4接触的时刻。 音乐数据代码被依序从所述音乐数据文件中所选择的一个音乐数据文件读出，并 且被从存储器系统140传送到信息处理器100a。信息处理器100a通过按照分配给自动演 奏的子例程进行的数据处理来产生数字控制信号DS4，该数字控制信号DS4被提供给螺线 管驱动器120。数字控制信号DS4指示驱动信号DR的目的地(即螺线管5)以及平均电流 的目标量或目标脉冲宽度。在活塞5A的伸出期间，周期性地重新考虑平均电流的目标量。
在此实例中，信息处理器100a、用于自动演奏的子例程、螺线管驱动器120、触摸 屏130、存储器系统140和螺线管操作的致动器5共同形成自动弹奏器20a，并且信息处理 器100a、用于过热保护的子例程以及温度传感器110组成过热保护器20b。
用于自动演泰的子例禾呈 当用户希望通过自动演奏听到音乐曲调时，他或她从作业列表中选择"自动演 奏"。然后，信息处理器100a在触摸屏130上产生音乐曲调列表的可视图像。用户按压表示 所述音乐曲调的可视图像。表示所按压的可视图像的位置数据被提供给信息处理器100a， 并且信息处理器100a确定用户希望再现的音乐曲调，并且将存储用于该音乐曲调的音乐 数据代码集的音乐数据文件传送到工作存储器。这样，自动弹奏器20a准备好在原声钢琴 IO上演奏所选择的音乐曲调。当用户通过触摸屏130指示自动弹奏器20a开始自动演奏 时，主例程开始周期性地分支到用于自动演奏的子例程。 用于自动演奏的子例程实现被称为图2所示的预数据处理器100b、移动控制器 100c和伺服控制器100d的功能。数据处理的结果如在利用参照标号100a标注的框中的箭 头所指示的那样被中继。 尽管对于自动弹奏器钢琴的所有产品将音乐数据代码正规化，但是原声钢琴IO 和螺线管操作的致动器5的组成部件具有个体性，使得音乐数据代码将被个体化。被分配 给预数据处理器100b的作业之一是个体化。分配给预数据处理器100b的另一个作业是选 择对于接下来的一个或多个键事件要处理的一个或多个事件数据代码。预数据处理器100b周期性地检查被分配用于测量持续时间的计数器，以便查看要处理哪个或哪些事件数据代 码。当预数据处理器100b发现要处理的一个或多个事件数据代码时，预数据处理器100b 将要处理的该一个或多个事件数据代码传送到移动控制器100c。 被分配给预数据处理器100b的另一个作业是确定在激活期间提供给各个螺线管 操作的致动器5的平均电流量。通过伺服控制器100d周期性地重新考虑所述平均电流量， 并且由于这一原因，移动控制器100d通过数字信息(information)信号DS5将表示初始平 均电流量、平均电流增量以及平均电流减量的驱动电流数据提供给预数据处理器100b。
准备平均电流表TBL以便防止过热，并且预数据处理器100b将所述平均电流量写 入平均电流表TBL。在下文中，结合用于过热保护的其它子例程来描述平均电流表TBL。
移动控制器100c分析事件数据代码以便确定要按压或释放的一个或多个键lb和 lc。这样，移动控制器lOOc指定与要按压或释放的一个或多个键lb和lc相关联的一个或 多个螺线管操作的致动器5。 移动控制器100c还为了基准正向键轨迹和基准反向键轨迹而分析一个或多个事 件数据代码以及持续时间数据代码。基准正向键轨迹和基准反向键轨迹二者被简称为"基 准键轨迹"。 基准正向键轨迹是被按压的键lb或lc的、随时间变化的一系列目标键位置值。基 准正向键轨迹是用以下方式确定的被按压的键lb和lc以基准键速度的目标值通过各个 基准点，以便将最终弦槌速度的目标值赋予相关联的弦槌2。只要键lb和lc在基准键轨迹 上行进，则相关联的弦槌就在目标时刻以所述最终弦槌速度与弦4碰撞以产生原声音调。
基准反向键轨迹也是被释放的键lb或lc的、随时间变化的一系列目标键位置值。 基准反向键轨迹是用以下方式确定的在衰减原声音调的时刻，被释放的键使相关联的制 音器6与振动的弦4相接触。 基准正向键轨迹和基准反向键轨迹是本领域技术人员公知的，并且由于这一原 因，在下文中为了简单起见而没有包含进一步的描述。 可以对于被按压的键lb和lc中的每一个以及被释放的键lb和lc中的每一个计 算基准键轨迹，或者在表中准备基准键轨迹。 当使键lb或lc开始在基准键轨迹上行进的时刻到来时，移动控制器100c将目标 键位置的第一值提供给伺服控制器100d。移动控制器100c继续周期性地将目标键位置的 其它值提供给伺服控制器100d，直到键lb和lc到达基准键轨迹的终点为止。
反馈信号FB表示实际活塞速度，即，实际键速度，并且对于在基准键轨迹上行进 的每个键，伺服控制器100d周期性地提取反馈信号FB。伺服控制器100d在一系列实际键 速度值的基础上确定实际键位置。伺服控制器100d还在一系列目标键位置值的基础上确 定目标键速度。伺服控制器100d计算实际键速度和目标键速度之间的差、以及实际键位置 和目标键位置之间的差，并且通过数字伺服控制信号SV指示螺线管驱动器120将平均电流 量调整为适当的值，以便使所述差最小。伺服控制器100d通过伺服控制信号SV将增量、减 量或保持与指示驱动信号DR的目的地的键编号Kn —起通知给螺线管驱动器120。
假设在自动演奏中按压了键lb和lc之一。移动控制器100c确定键lb或lc的 基准正向键轨迹，并且将该基准正向键轨迹通知给伺服控制器100d。伺服控制器100d确定 平均电流量的初始值，并且通过数字控制信号DS4将表示该平均电流量的初始值的控制数据提供给螺线管驱动器120。伺服控制器100d还将表示所述初始值的控制数据提供给预数 据处理器100b。在少量的时间间隔之后，伺服控制器100d确定实际键位置和目标键位置之 间的差、以及实际键速度和目标键速度之间的差，并且预先计算用于被延迟的键lb或lc的 平均电流量的增量、以及用于键lb或lc的平均电流量的减量。表示该增量或减量的控制 数据被提供给螺线管驱动器120，并且螺线管驱动器120增大或减小平均电流量。伺服控制 器100d还通过数字信息信号DS5向预数据处理器100b通知所述增量和减量。
伺服控制器100d周期性地对键lb或lc重复上述作业，直到键lb或lc到达基准 正向键轨迹的终点为止，并且计算所述差以便确定所述增量、减量或保持。在每次确定增 量、减量或保持之后，伺服控制器100d周期性地通过数字控制信号DS4和数字信息信号DS5 向螺线管驱动器120和预数据处理器100b通知所述增量、减量或保持。结果，强迫键lb或 lc在基准正向键轨迹上行进，并且在以目标响度生成原声音调的时刻使相关联的弦槌2与 弦4碰撞。预数据处理器100b在所述初始值、增量和减量的基础上确定平均电流量，并且 将该平均电流量写入平均电流表TBL。
肝讨鐘丰户白好籍罕 用于过热保护的子例程在算术和逻辑单元上运行。当用于过热保护的子例程在算 术和逻辑单元上运行时，算术和逻辑单元重复图4所示的作业序列，并且作为执行作业的 结果而实现图2所示的功能块100e。利用"过热保护器"来标注功能块100e。过热保护器 模块100e周期性地检查平均电流表TBL以便查看驱动信号DR是否使螺线管操作的致动器 5中的任何一个的螺线管5B温度上升超过临界值。当过热保护器模块lOOe发现超过临界 值的高温度的螺线管5B时，过热保护器模块lOOe将数字控制信号DS6提供给螺线管驱动 器120，并且指示螺线管驱动器120停止驱动信号DR以便防止过热的螺线管操作的致动器 5遭受严重损坏。 首先，参照图5A来对平均电流表TBL进行描述。平均电流表TBL具有4列，分别 用"螺线管"、"平均电流"、"温度增量"和"温度上升"来标注这4列。当紧接在通电之后将 自动弹奏系统20初始化时，初始值"0"被写入第二、第三和第四列。 数字"1"、"2"、"3"、 . . . "88"指示分配给相关联的键lb和lc的键编号Kn，使得 利用第一列中的数字来指定螺线管5B中的每一个。 通过预数据处理器100b将当前流过螺线管5B的平均电流量写入第二列。预数据 处理器100b对于空闲的螺线管操作的致动器5将0写入第二列，并且对于利用驱动信号DR 激励的螺线管操作的致动器5将平均电流量写入第二列。预数据处理器100b在所述初始 值、增量和减量的基础上周期性地确定平均电流量。在驱动信号DR流过向利用键编号"2" 标注的键分配的螺线管5B的情况下，预数据处理器100b确定平均电流量为a21，并且将该 平均电流量a21写入第二行。 如果在第二列中指示的平均电流量在与前一次定时器中断和当前的定时器中断 之间的时间间隔相等的时间间隔内流过螺线管5B，则预计螺线管5B温度上升与"温度增 量"相等的值。增量的值被写入第三列。温度增量bmn被给出为
bmn = ClXamn2 ...等式1 其中，mn是键编号Kn， amn是平均电流量，Cl是常数。常数Cl表示平均电流量和 温度上升之间的关系，并且是通过实验或合适的模拟确定的。例如，平均电流量是a21，作为常数CI和平均电流量a21的二次幂之间的乘积而给出温度增量b21。 温度上升是在温度增量的一系列值的基础上通过推测确定的当前温度。在该推测中，考虑了从螺线管5B的热辐射，并且温度上升cmn被给出为
cmn = (cmn，+bmn) XC2..等式2 其中mn等于键编号Kn， cmn'是前一次执行中的温度上升，C2是热辐射常数。常数C2表示温度减小的速率，并且是通过实验或模拟确定的。该常数小于l。结果，温度上升cmn变得小于前一个温度上升值和温度增量的和。例如，温度上升c21被给出为所述常数与a21和b21的和之间的乘积。温度上升cmn指示从自动演奏开始起的总的温度上升。
现在假设算术和逻辑单元进入用于过热保护的子例程，预数据处理器100b已经对于螺线管"2"将平均电流量的有限值a2写入平均电流表TBL，并且对于其它螺线管"1"、"3"、...和"88"写入了0，如图5A所示。在自动弹奏系统的初始化期间，根据对于自动演奏的请求，所述临界温度被从存储器系统140传送到工作存储器。 当进入用于过热保护的子例程时，如通过步骤S1，算术和逻辑单元首先将"1"设置到索引寄存器k。索引寄存器k指示所检查的螺线管操作的致动器5。索引"l"指示与键编号"1"相关联的螺线管操作的致动器5。 算术和逻辑单元从平均电流表TBL读出利用编号"l"标注的螺线管5B的平均电流量，并且将平均电流量升高到二次幂。随后，如通过步骤S2，算术和逻辑单元将平均电流量的二次幂乘以常数C1。该乘积指示温度增量。利用"1"标注的螺线管5B的平均电流量是O，使得算术和逻辑单元对于利用"l"标注的螺线管5B，将0写入平均电流表TBL的第三列。 随后，算术和逻辑单元从平均电流表TBL的第四列读出前一个温度上升"0 "，并且将温度增量"O"加到该前一个温度上升"O"上。所述前一个温度上升和平均电流增量的和指示当前的温度上升。由于前一个温度上升和温度增量均为0，因此所述和也是0。
随后，算术和逻辑单元将前一个温度上升和温度增量的和乘以常数C2。如上文所述，由于热辐射导致的温度下降被考虑到常数C2中，使得如通过步骤S4，将温度上升减小，所减小的量为由于热辐射导致的温度下降。所述和与常数C2之间的乘积指示考虑了热辐射的温度上升。算术和逻辑单元对于利用"1"标注的螺线管5B将0写入平均电流表TBL的第四列。 随后，如通过步骤S5 ，算术和逻辑单元从工作存储器读出温度数据。该温度数据表
示螺线管操作的致动器5的阵列周围的环境温度。如通过步骤S6，算术和逻辑单元将所述
温度上升加到环境温度上，以便推测利用"l"标注的螺线管5B的温度。 随后，如通过步骤S7，算术和逻辑单元从工作存储器读出临界温度的值，并且将螺
线管温度的值与临界温度的值进行比较。 当利用"l"标注的螺线管操作的致动器5保持在临界温度以下时，步骤S7处的答案给出为否定"否"，并且算术和逻辑单元进行到步骤S9。另一方面，如果利用"l"标注的螺线管操作的致动器5过热，则步骤S7处的答案给出为肯定"是"，并且如通过步骤S8，算术和逻辑单元将数字控制信号DS6提供给螺线管驱动器120。数字控制信号DS6使得螺线管驱动器120对于过热的螺线管操作的致动器5被禁止，即，不响应用于过热的螺线管操作的致动器5的数字控制信号SV。换言之，数字控制信号DS6具有优于伺服控制信号SV的优先级。当利用数字控制信号DS5而对于过热的螺线管操作的致动器5禁止螺线管驱动器120时，驱动信号DR被衰减到默认值，即0。换言之，要提供给过热的螺线管操作的致动器5的驱动信号DR在平均电流量上为0。 当所检查的螺线管操作的致动器5没有过热时，在步骤S9，算术和逻辑单元将索引k递增1。在步骤S9之后，如通过步骤S10，算术和逻辑单元将索引k的当前值与最大值"88"进行比较以便查看是否检查了所有螺线管操作的致动器5。索引k当前为l。在步骤S9，索引k被递增为"2"。由于这一原因，步骤S10处的答案被给出为否定"否"，并且算术和逻辑单元返回步骤S2。然而，当检查了所有螺线管操作的致动器5时，步骤S10处的答案给出为肯定"是"，并且算术和逻辑单元返回主例程。 由于在对利用"l"标注的螺线管5B的检查完成时索引k为2，因此算术和逻辑单元返回步骤S2，并且从平均电流表TBL读出平均电流量a21 。在步骤S2，算术和逻辑单元将平均电流量a21升高到二次幂，并且将平均电流量a21的二次幂乘以常数C1以便确定温度增量b21。对于利用"2"标注的螺线管5B，温度增量b21被写入平均电流表TBL的第三列，如图5A所示。 随后，在步骤S3，算术和逻辑单元从平均电流表TBL(参见图5A)读出前一个温度上升0，并且将温度增量b21加到该前一个温度上升"0"上。和等于b21。算术和逻辑单元将所述和乘以常数C2。该乘积指示温度上升的当前值。对于利用"2"标注的螺线管，温度上升的当前值被写入平均电流表的第四列。 算术和逻辑单元在步骤S5从工作存储器提取环境温度，并且在步骤S6推测螺线管温度。在步骤S7，算术和逻辑单元将螺线管温度与临界温度进行比较，并且根据步骤S7处的答案而进行到步骤S8或步骤S9和SIO。以这一方式，算术和逻辑单元重复由步骤S2至S10组成的循环，直到步骤S10处的答案给出为肯定"是"为止，以便检查所有螺线管操作的致动器5。 假设利用键编号"2"标注的键lb或lc返回静止位置。提供给相关联的螺线管5B的电流量减小为O，并且前一个温度上升c21被保存在第四列中，如图5B所示。在此情形中，算术和逻辑单元进入用于过热保护的子例程。当索引递增到"2"时，在步骤S1，算术和逻辑单元确定温度增量为0。温度增量和前一个温度上升的和等于前一个温度上升c21。在步骤S4，算术和逻辑单元将所述和乘以常数C2。由于常数C2小于1，因此螺线管温度被减小由于热辐射导致的温度下降而达到c22。因此，常数C2使得温度上升被逐渐减小。对于利用"2"标注的螺线管5B，算术和逻辑单元将c22写入平均电流表TBL的第四列。
如果用于利用键编号2标注的键的螺线管操作的致动器被反复按压和释放，则螺线管温度急剧增加。在此情形中，假设算术和逻辑单元进入用于过热保护的子例程。在平均电流表TBL中，对于利用"2"标注的螺线管5B，平均电流量a23和前一个温度上升c23被写入第二和第四列，如图5C所示。 当索引k递增到"2"时，步骤S10处的答案给出为否定"否"，并且算术和逻辑单元返回步骤S2。在步骤S2，算术和逻辑单元将平均电流量a23升高到二次幂，并且将该二次幂乘以常数C1以获得温度增量。对于利用"2"标注的螺线管5B，温度增量b23被写入第三列。 随后，在步骤S4，算术和逻辑单元将温度增量b23乘以常数C2。温度上升等于该乘积，并且对于利用"2"标注的螺线管5B，算术和逻辑单元将该温度上升c24写入第四列。
算术和逻辑单元将环境温度加到温度上升c24上以便确定螺线管温度。温度上升c24和环境温度中的任一个或者二者具有大值，螺线管温度超过临界温度，并且步骤S7处的答案给出为肯定"是"。 对于步骤S7处的肯定答案"是"，算术和逻辑单元产生表示利用"2"标注的螺线管5B和平均电流量0的数字控制信号DS6，并且将数字控制信号DS6提供给螺线管驱动器120。由于数字控制信号DS6具有优于伺服控制信号的优先级，因此即使伺服控制器100d指示螺线管驱动器120保持或增大用于过热的螺线管操作的致动器5的平均电流量，螺线管驱动器120也忽略伺服控制信号SV，并且将驱动信号DR的电流量保持为0。
如将从前面的描述认识到的，过热保护器模块100e通过用于过热保护的子例程来推测各个螺线管操作的致动器5的螺线管温度。在所有螺线管操作的致动器5之间共享信息处理器100a和温度传感器110。换言之，制造商不需要准备任何单独的电路和任何单独的传感器。结果，过热保护器模块100e的系统配置比现有技术的系统配置简单得多。
此外，利用温度传感器110来测量环境温度，并且通过实验或模拟来确定常数C2。尽管现有技术的系统只考虑了通过负载的电流量，但是本发明的过热保护器模块100e不仅考虑流过各个螺线管5B的电流量，还考虑环境温度和由于热辐射导致的温度下降。由于这一原因，所推测的螺线管温度接近实际螺线管温度，并且过热保护器模块100e对于自动弹奏器20a是可靠的。 此外，在自动弹奏器20a和过热保护器20b之间共享信息处理器100a。换言之，只有用于过热保护的子例程和温度传感器110被新添加到现有技术的自动弹奏器中。因此，制造商在不显著增加制造成本的情况下防止自动弹奏器20a过热。
第二实施例 转到附图的图6，另一个自动弹奏器钢琴1A主要包括原声钢琴IOA和自动弹奏系统20A，并且自动弹奏系统20A被分解为自动弹奏器20Aa和过热保护器20Ab。原声钢琴IOA在构造上与原声钢琴IO相似，因而利用与指定原声钢琴10的对应组成部件的参考标号相同的参考标号来标注原声钢琴10A的组成部件，而不进行详细描述。
自动弹奏系统20A与自动弹奏系统20不同之处在于分别为自动弹奏器20Aa和过热保护器20Ab准备信息处理器100Aa或100Ab。其它系统组件与自动弹奏系统20的系统组件相同，并且利用与指定对应系统组件的参考标号相同的参考标号来标注所述其它系统组件，而不进行详细描述。 主例程和用于自动演奏的子例程在信息处理器100Aa上运行，并且实现预数据处理器100b、移动控制器100c和伺服控制器100d。区别是在信息处理器100Aa和100Ab之间共享的存储器系统140。分别将音乐数据文件从存储器系统140的非易失性存储器选择性地提供给用于自动演奏的信息处理器100Aa，并且通过上述功能、预数据处理器100b、移动控制器100c和伺服控制器100d来进行自动演奏。然而，在存储器系统140的易失性存储器中创建平均电流表TBL。由于这一原因，预数据处理器100b将地址信号提供给存储器系统140，并且将平均电流量、温度增量和温度上升写入平均电流表TBL的第二、第三和第四列中。 用于过热保护的子例程独立于用于自动演奏的子例程而在信息处理器100Ab上运行，并且实现过热保护器模块100e。 自动弹奏器钢琴1A的过热保护器模块100e可以实现除了通过在自动弹奏器20a和过热保护器20b之间共享的信息处理器100a实现的优点以外的所有优点。
第三实施例 转到附图的图7，另一自动弹奏器钢琴1B主要包括原声钢琴IOB和自动弹奏系统20B，并且自动弹奏系统20B也被分解为自动弹奏器20Ba和过热保护器20Bb。原声钢琴10B在构造上类似于原声钢琴10，因而利用与指定原声钢琴10的对应组成部件的参考标号相同的参考标号来标注原声钢琴10B的组成部件，而不进行详细描述。 自动弹奏系统20B与自动弹奏系统20不同之处在于过热保护器模块100e将数字控制信号DS6提供给自动弹奏器20Ba。在此实例中，将数字控制信号DS6提供给伺服控制器lOOd，并且伺服控制器100d指示螺线管驱动器120将平均电流量最小化为O，而不考虑反馈信号FB。 主例程、用于自动演奏的子例程和用于过热保护的子例程与自动弹奏系统20的
那些相同，并且在下文中为了避免不希望有的重复而不包括进一步的描述。 自动弹奏器钢琴IB的过热保护器模块100e实现了自动弹奏器钢琴1的过热保护
器模块的所有优点。 尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说将显
而易见的是，可以进行各种改变和修改，而不背离本发明的精神和范围。 原声钢琴10不对本发明的技术范围设置任何限制。已经在诸如例如静音钢琴、用
于指法练习的键盘、管乐器和打击乐器之类的其它种类乐器的基础上提出了各种自动弹奏
器乐器。本发明可应用于那些自动弹奏器乐器。 过热保护器可以被包含到配备有螺线管操作的致动器的其它种类的机械系统中。机械系统的示例是用于工业用途的气控系统。该气控系统配备有螺线管操作的阀门，并且通过该螺线管操作的阀门选择性地连接空气管道。螺线管操作的阀门易于过热，并且本发明的过热保护器防止螺线管操作的阀门过热。 单个温度传感器110不对本发明的技术范围设置任何限制。诸如键的多个操纵器
可被划分为分别利用若干温度传感器监视的若干组。在此实例中，对于各个组测量环境温
度升高，并且根据键所属的相关联的组而将环境温度值选择性地施加到螺线管。 温度传感器110可以位于适于测量螺线管操作的致动器5的阵列周围的环境温度
的另一个位置上。 自动弹奏器20a可以具有接口 ，该接口连接到诸如例如柔性盘驱动器、光盘驱动器、CD (致密盘)驱动器、DVD (数字多用途盘)驱动器、磁光盘驱动器或USB (通用串行总线)存储器之类的外部存储器。预数据处理器100b可以直接从这些种类的外部存储器读出音乐数据代码。 信息处理器100a可以在将数字控制信号DS6提供给螺线管驱动器120之前，在步骤S8，对于过热的螺线管操作的致动器5，将平均电流量重写为0。 用于自动演奏的子例程可以实现预数据处理器100b和移动控制器100c。换言之，可以从自动弹奏器20a的功能中省略伺服控制器100d。在此实例中，移动控制器100c可以向螺线管驱动器120提供表示活塞5A的目标位移的控制数据。螺线管驱动器120访问定义该位移和对应的平均电流量的表，并且将驱动信号DR调整为从所述表读出的平均电流量。可以从所述位移直接推测出温度增量。 —种螺线管操作的致动器是驱动电流-磁力特性，其随着螺线管温度一起变化。在安装这种螺线管操作的致动器的情况下，过热保护器模块100e可以产生代表螺线管温度的温度信号，以便将该温度信号提供给自动弹奏器20a。自动弹奏器20a根据螺线管温度而增加或减小驱动信号DR的平均电流量。 可以通过合适的电路强制性地使过热的螺线管操作的致动器5失效。图8示出了自动弹奏器钢琴1的第一修改1C。自动弹奏器钢琴1C主要包括原声钢琴10C和自动弹奏系统20C，并且自动弹奏系统20C也被分解为自动弹奏器20Ca和过热保护器20Cb。原声钢琴10C和自动弹奏器20Ca在配置上与原声钢琴10和自动弹奏器20a相似，并且由于这一原因，利用与指定原声钢琴10的对应组件和自动弹奏器20a的对应系统组件的参考标号相同的参考标号来标注原声钢琴10C的组成部件和自动弹奏器20Ca的系统组件，而不进行详细描述。 除了解码器100h和开关100 j的阵列以外，过热保护器20Cb与过热保护器20b相似，并且由于这一原因，将描述集中在解码器100h和开关100j的阵列上。当过热保护器模块100Ce在步骤S7发现过热的螺线管操作的致动器5时，在步骤S8，过热保护器模块100Ce产生代表分配给该过热的螺线管操作的致动器5的编号的数字控制信号DS7，并且将该数字控制信号DS7提供给解码器100h。解码器100h通过控制信号线连接到开关100j的阵列。解码器100h对数字控制信号DS7进行解码，并且解码器100h选择性地将控制信号线升高到有效电平。 开关100j的每一个具有两个输入节点、输出节点和控制节点。这两个输入节点之一连接到螺线管驱动器120的输出信号线中相关联的一条输出信号线，并且另一个输入节点连接到地。所述输出节点连接到螺线管5B中的相关联的螺线管，并且控制节点连接到控制信号线之一。当控制信号线保持为无效电平时，螺线管驱动器120的输出信号线通过相关联的开关100j连接到螺线管5B。然而，当解码器100h将控制信号线中的一条或一些升高到有效电平时， 一个或多个螺线管5B通过一个或多个开关100 j连接到地，以便被强制性地无效。 尽管对于过热保护需要解码器100h和开关100j的阵列，但是过热保护器模块100Ce是利用软件实现的，并且过热保护器20Cb的系统组件数目比现有技术的过热保护器的系统组件数目少得多。此外，在自动弹奏器20Ca和过热保护器20Cb之间共享信息处理器100a，使得制造商在不显著增大制造成本的情况下实现对于自动弹奏系统20C的过热保护。 过热的螺线管操作的致动器可以在如图9所示的过热保护器模块100De的控制下被强制冷却。自动弹奏器钢琴l的第二修改1D主要包括原声钢琴10D和自动弹奏系统20D，并且自动弹奏系统20D也被分解为自动弹奏器20Da和过热保护器20Db。原声钢琴10D和自动弹奏器20Da在配置上与原声钢琴10和自动弹奏器20a相似，并且由于这一原因，利用与指定原声钢琴10的对应组件和自动弹奏器20a的对应系统组件的参考标号相同的参考标号来标注原声钢琴10D的组成部件和自动弹奏器20Da的系统组件，而不进行详细描述。
除了冷却风扇100k以外，过热保护器20Cb与过热保护器20b相似，并且由于这一原因，将描述集中在冷却风扇100k上。当过热保护器模块100De在步骤S7发现过热的螺 线管操作的致动器5时，在步骤S8，过热保护器模块100De不仅产生数字控制信号DS6，还 产生控制信号CTL，并且在步骤S8将数字控制信号DS6和控制信号CTL提供给螺线管驱动 器120和冷却风扇100k。冷却风扇100k将过热的螺线管操作的致动器5冷却，以便使过热 的螺线管操作的致动器5从过热状态恢复。 自动弹奏器钢琴1E还可以包括电子音调生成系统30E，如图IO所示。自动弹奏器 钢琴1E主要包括原声钢琴IOE、自动弹奏系统20E和电子音调生成系统30E，并且自动弹奏 系统20E也被分解为自动弹奏器20Ea和过热保护器20Eb。除了过热保护器模块100Ee的 电连接以外，原声钢琴10E、自动弹奏器20Ea和过热保护器20Eb在配置上与原声钢琴10、 自动弹奏器20a和过热保护器20b相似，并且由于这一原因，利用与指定原声钢琴10的对 应组件以及自动弹奏器20a和过热保护器20b的对应系统组件的参考标号相同的参考标号 来标注原声钢琴10E的组成部件以及自动弹奏器20Ea和过热保护器20Eb的其它系统组 件，而不进行详细描述。 电子音调生成系统30E包括电子音调生成器30Ea、放大器30Eb和扬声器30Ec，并 且预数据处理器100b连接到电子音调生成器30Ea。电子音调生成器30Ea具有波形存储 器，并且表示原声钢琴音调的波形的数字波形数据被存储在波形存储器中。当一个或多个 音符开事件数据代码被提供给电子音调生成器30Ea时，电子音调生成器30Ea分析所述一 个或多个音符开事件代码以获得要产生的电子音调，并且开始连续地从波形存储器读出波 形数据。从该波形数据产生数字音频信号。 电子音调生成器30Ea连接到放大器30Eb，放大器30Eb继而连接到扬声器30Ec。 数字音频信号被转换为模拟音频信号，并且在放大器30Eb中被均衡和放大。该模拟音频信 号被提供给扬声器30Ec，并且被转换为电子音调。 过热保护器模块100Ee连接到螺线管驱动器120和预数据处理器100b。当在步 骤S7过热保护器模块100Ee发现一个或多个过热的螺线管操作的致动器5时，在步骤S8， 过热保护器模块100Ee产生数字控制信号DS8以及数字控制信号DS6，并且将数字控制信号 DS6和DS8提供给螺线管驱动器120和预数据处理器100b。 数字控制信号DS8代表过热状态和与标注过热的一个或多个螺线管操作的致动 器5的一个或多个编号相等的一个或多个键编号Kn。当自动弹奏器20Ea在原声钢琴上重 演演奏时，假设过热保护器模块100Ea发现过热的螺线管操作的致动器5。过热保护器模块 100Ee停止被提供给过热的螺线管操作的致动器的驱动信号DR。当预数据处理器100b接 收到数字控制信号DS8时，预数据处理器100b停止将键事件代码提供给移动控制器100c， 并且将键事件代码提供给电子音调生成器30Ea。结果，电子音调生成系统30E产生电子音 调而不是原声音调。这样，自动弹奏器钢琴1E在过热状况下不中断自动演奏。
当螺线管操作的致动器5从过热状态下恢复时，过热保护器模块100Ee将数字控 制信号DS6和DS8改变为无效电平，并且自动弹奏器20Ea继续仅仅通过原声钢琴音调来重 演演奏。 权利要求语言与自动弹奏器钢琴的实施例的组件关联如下。为简单起见，在下文 中不描述权利要求语言和修改之间的关联。 自动弹奏器钢琴1、1A、1B对应于"自动弹奏器乐器"。黑键lb和白键lc充当"多个操纵器"，音调的音高是"音调的属性"。弦槌2、动作单元3、弦4和制音器6作为整体构 成"机械音调生成器"。 自动弹奏系统20、20A和20B充当"自动弹奏系统"，并且螺线管操作的致动器5对 应于"多个螺线管操作的致动器"。驱动信号DR对应于"驱动信号"。自动弹奏器20a、20Aa 和20Ba充当"自动弹奏器"，并且过热保护器20b、20Ab和20Bb充当"过热保护器"。温度传 感器100充当"温度传感器"。响应数字控制信号DS6的螺线管驱动器120充当"救援器"， 并且响应数字控制信号DS6的伺服控制器100d也充当"救援器"。 微计算机MP和用于过热保护的子例程充当"信息处理器"，并且用于过热保护的 子例程对应于"计算机程序"。微计算机MP和步骤S2处的作业实现"温度上升估计器"，并 且微计算机MP与步骤S3和S4处的作业实现"螺线管温度估计器"。微计算机MP与步骤 S5、 S6和S7处的作业实现"过热检测器"。 微计算机MP和用于自动演奏的子例程充当"另一信息处理器"，并且用于自动演
奏的子例程对应于"另一计算机程序"。微计算机充当"核心电子电路"。 从前一定时器中断到每个定时器中断的时间段对应于"从前一次激活到每次激活
的时间段"，并且进入用于过热保护的子例程对应于"激活"。
权利要求
一种自动弹奏器乐器，用于在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下产生音调，该自动弹奏器乐器包括多个操纵器(1b，1c)，被选择性地移动以便执行音调的属性；机械音调生成器(2，3，4，6)，连接到所述多个操纵器(1b，1c)，并且产生具有所指定的属性的所述音调；以及自动弹奏系统(20；20A；20B)，包含多个螺线管操作的致动器(5)，具有临界温度，所述多个螺线管操作的致动器(5)在该临界温度上被损坏，分别与所述多个操纵器(1b，1c)相关联地提供所述多个螺线管操作的致动器(5)，并且所述多个螺线管操作的致动器(5)被驱动信号(DR)选择性地激励，以便在没有所述人类弹奏者的所述手指弹奏的情况下选择性地引起所述多个操纵器(1b，1c)的运动，自动弹奏器(20a，20Bb，20Ba)，响应表示演奏的音乐数据，以便在所述音乐数据的基础上产生所述驱动信号(DR)，并且选择性地将所述驱动信号(DR)提供给所述多个螺线管操作的致动器(5)以及过热保护器(20b；20Ab；20Bb)，用于保护所述多个螺线管操作的致动器(5)免于遭受过热状态；其特征在于所述过热保护器(20b；20Ab；20Bb)具有温度传感器(110)，被提供在所述多个螺线管操作的致动器(20)附近，并且产生温度检测信号(DS3)，所述温度检测信号(DS3)代表所述多个螺线管操作的致动器(5)周围的环境温度，救援器(120，DS6；100d；DS6)，被提供用于所述多个螺线管操作的致动器(5)，以便使所述多个螺线管操作的致动器(5)从所述过热状态恢复，以及信息处理器(MP，S 1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10)，连接到所述温度传感器(110)和所述自动弹奏器(20a；20Bb；20Ba)，计算机程序(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10)在所述信息处理器上运行以便实现温度上升估计器(MP，S2)，在所述驱动信号(DR)的电流的量的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器(5)的温度上升(bmn)，螺线管温度估计器(MP，S3，S4)，在所述温度上升(bmn)和所述环境温度的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器(5)的螺线管温度(cmn)，和过热检测器(MP，S5，S6，S7)，将所述螺线管温度与所述临界温度进行比较，以查看所述多个螺线管操作的致动器(5)是否处于所述过热状态，以便向所述救援器(120，DS6；100d，DS6)通知处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)。
2. 如权利要求l所述的自动弹奏器乐器，其中，所述自动弹奏器(20a ;20Aa ;20Ba)包 括另一信息处理器(MP， 100b， 100c， 100d)，在其上运行另一计算机程序，以便在所述音乐数 据的基础上确定所述驱动信号(DR)的电流的量。
3. 如权利要求2所述的自动弹奏器乐器，其中，在所述信息处理器(MP，S1，S2，S3，S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10)和所述另一信息处理器(MP， 100b， 100c， 100d)之间共享核心电子 电路(MP)。
4. 如权利要求1所述的自动弹奏器乐器，其中，所述救援器具有与所述自动弹奏器 (20a ;20Aa)共享的螺线管驱动器(120)，用于将所述驱动信号(DR)的电流的量调整为适当 的值，并且，在所述过热检测器(MP，S5，S6)发现处于所述过热状态的螺线管操作的致动器 (5)的条件下，所述螺线管驱动器(120)将所述电流的量减小为O。
5. 如权利要求l所述的自动弹奏器乐器，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)、所述螺 线管温度估计器(MP， S3， S4)和所述过热检测器(MP， S5， S6， S7)被周期性地激活，以便搜 索螺线管温度以寻找处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)。
6. 如权利要求5所述的自动弹奏器乐器，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)通过所 述电流的量(amn)的二次幂和常数(Cl)之间的乘法来确定从前一次激活到每次激活的时 间段期间的所述温度上升(bmn)，所述常数(Cl)表示电流的量和温度增量之间的关系。
7. 如权利要求6所述的自动弹奏器乐器，其中，所述螺线管温度估计器(MP，S3，S4)通 过在所述温度上升(bmn)和所述前一次激活时的螺线管温度(cmn)的和与表示温度减小速 率的常数(C2)之间的乘法来确定所述螺线管温度(cmn)。
8. 如权利要求l所述的自动弹奏器乐器，其中，所述多个操纵器(lb，lc)和所述机械音 调生成器(2，3，4，6)形成原声钢琴(10 ;10A;10B)的多个部分。
9. 如权利要求8所述的自动弹奏器乐器，其中，所述原声钢琴(10;10A;10B)包括充 当所述多个操纵器的键(lb，lc)以及共同形成所述机械音调生成器的动作单元(3)、弦槌 (2)、弦(4)和制音器(6)。
10. —种自动弹奏系统，用于在乐器(10;10A;10B)上重演演奏，所述乐器(IO;IOA; 10B)具有用于指定音调的属性的多个操纵器(lb，lc)，所述自动弹奏系统包括多个螺线管操作的致动器(5)，具有临界温度，所述多个螺线管操作的致动器(5)在该 临界温度上被损坏，分别与所述多个操纵器(lb，lc)相关联地提供所述多个螺线管操作的 致动器(5)，并且所述多个螺线管操作的致动器(5)被驱动信号(DR)选择性地激励，以便在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下选择性地引起所述多个操纵器(lb，lc)的运动；自动弹奏器(20a ;20Aa ;20Ba)，响应表示所述演奏的音乐数据，以便在所述音乐数据 的基础上产生所述驱动信号(DR)，并且选择性地将所述驱动信号(DR)提供给所述多个螺 线管操作的致动器(5);以及过热保护器(10b ;10Ab ;10Bb)，用于保护所述多个螺线管操作的致动器(5)免于遭受 过热状态，其特征在于所述过热保护器(20b ;20Ab ;20Bb)具有温度传感器(110)，被提供在所述多个螺线管操作的致动器(5)附近，并且产生温度检 测信号(DS3)，所述温度检测信号(DS3)代表所述多个螺线管操作的致动器(5)周围的环境 温度，救援器(120， DS6;100d， DS6)，被提供用于所述多个螺线管操作的致动器(5)，以便使 所述多个螺线管操作的致动器(5)从所述过热状态恢复，以及信息处理器(MP， Sl， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10)，连接到所述温度传感器(110) 和所述自动弹奏器(20a ;20Aa ;20Ba)，计算机程序(Sl， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10) 在所述信息处理器上运行以便实现温度上升估计器(MP)，在所述驱动信号(DR)的电流的量(amn)的基础上估计所述多个 螺线管操作的致动器(5)的温度上升(bmn)，螺线管温度估计器(MP，S3，S4)，在所述温度上升(bmn)和所述环境温度的基础上估计 所述多个螺线管操作的致动器(5)的螺线管温度(cmn)，以及过热检测器(MP， S5， S6， S7)，将所述螺线管温度(cmn)与临界温度进行比较，以查看 所述多个螺线管操作的致动器(5)是否处于过热状态，以便向所述救援器(120，DS6 ;100d， DS6)通知处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)，其中所述多个螺线管操作的致动 器(5)在所述临界温度上被损坏。
11. 如权利要求IO所述的自动弹奏系统，其中，所述自动弹奏器(20a ;20Aa ;20Ba)包 括另一信息处理器(MP， 100b， 100c， 100d)，在其上运行另一计算机程序，以便在所述音乐数 据的基础上确定所述驱动信号(DR)的电流的量(amn)。
12. 如权利要求11所述的自动弹奏系统，其中，在所述信息处理器(MP， Sl， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10)和所述另一信息处理器(MP， 100b， 100c， 100d)之间共享核心电子 电路(MP)。
13. 如权利要求IO所述的自动弹奏系统，其中，所述救援器具有与所述自动弹奏器 (20a ;20Aa)共享的螺线管驱动器(120)，用于将所述驱动信号(DR)的电流的量(amn)调整 为适当的值，并且，在所述过热检测器(MP， S5， S6， S7)发现处于所述过热状态的螺线管操 作的致动器(5)的条件下，所述螺线管驱动器(120)将所述电流的量(amn)减小为0。
14. 如权利要求10所述的自动弹奏系统，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)、所述螺 线管温度估计器(MP， S3， S4)和所述过热检测器(MP， S5， S6， S7)被周期性地激活，以便搜 索所述螺线管温度以寻找处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)。
15. 如权利要求14所述的自动弹奏系统，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)通过所 述电流的量(amn)的二次幂和常数(CI)之间的乘法来确定从前一次激活到每次激活的时 间段期间的所述温度上升(bmn)，所述常数(CI)表示电流的量和温度增量之间的关系。
16. 如权利要求15所述的自动弹奏系统，其中，所述螺线管温度估计器(MP，S3，S4)通 过所述温度上升(bmn)和所述前一次激活时的螺线管温度的和与表示温度减小速率的常 数(C2)之间的乘法来确定所述螺线管温度(cmn)。
17. —种过热保护器，用于保护多个螺线管操作的致动器(5)免于遭受过热状态， 其特征在于包括温度传感器(IIO)，被提供在所述多个螺线管操作的致动器(5)附近，并且产生温度检 测信号(DS3)，所述温度检测信号(DS3)代表所述多个螺线管操作的致动器(5)周围的环境 温度，救援器(120， DS6;100d， DS6)，被提供用于所述多个螺线管操作的致动器(5)，以便使 所述多个螺线管操作的致动器(5)从所述过热状态恢复，以及信息处理器(MP， Sl， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10)，连接到所述温度传感器(110)， 计算机程序(Sl， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8， S9， S10)在所述信息处理器上运行以便实现温度上升估计器(MP，S2)，在流过所述多个螺线管操作的致动器(5)的电流的量(amn) 的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器(5)的温度上升(bmn)，螺线管温度估计器(MP，S3，S4)，在所述温度上升(bmn)和所述环境温度的基础上估计所述多个螺线管操作的致动器(5)的螺线管温度(cmn)，以及过热检测器(MP， S5， S6， S7)，将所述螺线管温度(cmn)与临界温度进行比较，以查看 所述多个螺线管操作的致动器(5)是否处于所述过热状态，以便向所述救援器(120， DS6 ; 100d，DS6)通知处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)。
18. 如权利要求17所述的过热保护器，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)、所述螺线 管温度估计器(MP， S3， S4)和所述过热检测器(MP， S5， S6， S7)被周期性地激活，以便搜索 所述螺线管温度(cmn)以寻找处于所述过热状态的螺线管操作的致动器(5)。
19. 如权利要求18所述的过热保护器，其中，所述温度上升估计器(MP， S2)通过所述 电流的量(amn)的二次幂和常数(Cl)之间的乘法来确定从前一次激活到每次激活的时间 段期间的所述温度上升(bmn)，所述常数(Cl)表示电流的量和温度增量之间的关系。
20. 如权利要求19所述的过热保护器，其中，所述螺线管温度估计器(MP，S3，S4)通过 所述温度上升(bmn)和所述前一次激活时的螺线管温度的和与表示温度减小速率的常数 (C2)之间的乘法来确定所述螺线管温度(cmn)。
全文摘要
一种自动弹奏器钢琴(1)配备有用于在自动演奏中在没有人类弹奏者的手指弹奏的情况下移动键(1b，1c)的螺线管操作的致动器(5)，并且为螺线管操作的致动器(5)提供过热保护器(20b)以便防止螺线管操作的致动器(5)过热；过热保护器(20b)不仅包括温度传感器(110)和救援器(120，DS6)，还包括信息处理器(MP)，并且计算机程序在该信息处理器上运行以实现温度上升估计器和过热检测器，以便发现过热的螺线管，从而使救援器(120，DS6)中断电流以防止螺线管操作的致动器(5)过热，所述温度上升估计器用于在流过螺线管的电流量和通过温度传感器估计器确定的环境温度的基础上估计螺线管温度。
文档编号H02H5/04GK101727888SQ20091020817
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年10月29日
发明者大西健太 申请人:雅马哈株式会社