專利名稱：電子樂器的觸控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子樂器(例如電子鋼琴)的觸控裝置(touch control apparatus),所述觸控裝置使得演奏操作器(例如鍵)能夠?yàn)殡娮訕菲?的演奏者提供良好的感覺。
背景技術(shù)：
對(duì)于聲學(xué)鋼琴，通過鍵操作來驅(qū)動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)(在該動(dòng)作機(jī)構(gòu)中，錘 敲擊弦)，由此為演奏者將不同的"觸感"傳遞給鍵。通過電子音調(diào)發(fā) 生器生成樂音信號(hào)的電子鋼琴也期望再現(xiàn)與聲學(xué)鋼琴類似的觸感。作為 再現(xiàn)觸感的技術(shù)，已存在兩種技術(shù) 一種技術(shù)是提供模仿聲學(xué)鋼琴的動(dòng) 作機(jī)構(gòu)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)； 一種技術(shù)是通過致動(dòng)器，用電子方式推動(dòng)(urge)鍵 來再現(xiàn)聲學(xué)鋼琴的觸感。對(duì)于后一種類型的電子鋼琴，用于控制致動(dòng)器
的技術(shù)被稱為"觸控(力覺控制)"。
對(duì)于觸控，提供用于在鍵上施加反作用力的致動(dòng)器，以根據(jù)通過致 動(dòng)器供應(yīng)的電流值來增加或減少反作用力的大小。由于必須根據(jù)與鍵的 操作狀態(tài)相關(guān)的物理量(例如鍵按壓深度、鍵按壓速度或加速度)來控 制反作用力，所以執(zhí)行觸控的電子鋼琴設(shè)置有用于感測鍵的操作狀態(tài)的 多個(gè)傳感器。例如，日本特許第3772491號(hào)公報(bào)公開了一種通過位置傳 感器獲得位置信息(鍵按壓深度)的技術(shù)，其對(duì)位置信息進(jìn)行微分來獲 得速度和加速度，進(jìn)而基于這些物理量控制反作用力。此外，日本特許 第3772491號(hào)公報(bào)指出，除了這些物理量之外還可利用微分加速度。然 而，日本特許第3772491號(hào)公報(bào)沒有說明在觸控中利用微分加速度的任 何具體方案。
此外，日本特開2005-195619號(hào)公報(bào)公開了一種通過使用光反射鍵 傳感器直接獲得位置信息和速度信息的技術(shù)。
另外，日本特開2006-23287號(hào)公報(bào)公開了一種通過使用壓電元件測量物體的微分加速度的技術(shù)。更具體地說，對(duì)物體施加加速度使得為物 體設(shè)置的壓電元件變形，由此導(dǎo)致壓電元件上生成與加速度成比例的電
荷Q。如果壓電元件的兩端均短路，則通過短路電流i，其中"i=dQ/dt"。 短路電流i與微分加速度成比例。因此，可通過測量短路電流i獲得微分 加速度。
此外，日本特開2004-94160公開了一種在不損害鍵的外觀的情況下 在鍵上配置各種電子部件(LED及其照明電路)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，根據(jù)日本特許第3772491號(hào)公報(bào)披露的技術(shù)，除非檢測到鍵 的位置信息(鍵按壓的深度)的改變，否則將不施加任何反作用力。這 樣導(dǎo)致在剛剛開始按壓鍵之后，特別是在強(qiáng)力按壓鍵時(shí)，反作用力的上 升相對(duì)于鍵按壓的深度延遲。此外，鍵是由演奏者用他的手指來操作的， 而手指是人的最敏感的感覺器官之一。因此，存在這樣的問題，反作用 力的上升中的延遲使得演奏者不舒服地在開始按壓鍵之后立即識(shí)別出觸 感。為了解決這個(gè)問題，可采用這樣的方案，即通過鍵的致動(dòng)器施加電 流，由此即使在鍵的靜止位置上也可以預(yù)先對(duì)鍵施加反作用力。然而， 這個(gè)方案由于需要大量的能量消耗而不利。 完成本發(fā)明來解決上述問題，且本發(fā)明的目的在于提供一種電子樂 器的觸控裝置，該觸控裝置實(shí)現(xiàn)了反作用力的快速上升，以便為演奏者 提供自然的觸感。 解決問題的手段
為了解決上述問題，本發(fā)明的特征在于提供一種電子樂器的觸控裝 置，所述觸控裝置包括以下組件。括號(hào)中的數(shù)字和符號(hào)都是示例。
所述電子樂器的觸控裝置包括演奏操作器(30)，設(shè)置在電子樂 器上，以所述演奏操作器(30)圍繞支點(diǎn)(34)樞轉(zhuǎn)的方式被支撐，并 由演奏者操作以使得所述演奏操作器(30)沿特定方向樞轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)裝置 (13， 20)，被設(shè)置用于所述演奏操作器(30)，并產(chǎn)生沿與所述特定 方向相反的方向推動(dòng)所述演奏操作器(30)的反作用力；第一物理量信號(hào)輸出裝置(38)，測量與所述演奏操作器(30)被操作的狀態(tài)相關(guān)的 第一物理量，并輸出表示所述第一物理量的第一物理量信號(hào)(微分加速 度信號(hào)j);第二物理量信號(hào)輸出裝置(35， 36)，輸出第二物理量信號(hào) (x， v， a)，第二物理量信號(hào)表示與所述演奏操作器(30)被操作的狀 態(tài)相關(guān)的第二物理量；第一控制裝置(SP4至SP12)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝 置(13， 20)，以在從所述演奏操作器(30)的操作開始，直到己經(jīng)過 去預(yù)定時(shí)間(ts)或直到所述演奏操作器(30)的操作行程己經(jīng)達(dá)到所述 行程的預(yù)定位置(xs)的初始階段，使得所述反作用力隨著所述第一物 理量信號(hào)(j)的增加而增加；以及第二控制裝置(SP14至SP26),在 經(jīng)過所述初始階段之后，使得所述驅(qū)動(dòng)裝置(13， 20)根據(jù)所述第二物 理量信號(hào)(x， v， a)產(chǎn)生所述反作用力。
在這種情況下，相對(duì)于所述演奏操作器(30)的操作開始，所述第 一物理量信號(hào)(j)比所述第二物理量信號(hào)(x， v, a)更快地增加。
此外，所述第一物理量信號(hào)(j)是表示所述演奏操作器(30)的加 速度的微分值的信號(hào)；所述第一物理量信號(hào)輸出裝置(38)是測量所述 演奏操作器(30)的加速度的微分值的微分加速度傳感器；而所述第二 物理量信號(hào)(x， v， a)是表示所述演奏操作器(30)的位置(x)、速 度(v)和加速度(a)中任一個(gè)的信號(hào)。
此外，所述第二物理量信號(hào)輸出裝置(35， 36)是測量所述演奏操 作器(30)的位置、速度或加速度的傳感器。
此外，所述第二物理量信號(hào)輸出裝置(35， 36)包括檢査所述演奏 操作器(30)是否位于初始位置(靜止位置)的至少一個(gè)傳感器。
此外，所述第二物理量信號(hào)輸出裝置(35， 36)通過對(duì)表示加速度 的微分值的信號(hào)(j)進(jìn)行積分來輸出所述第二物理量信號(hào)(x， v， a)。
此外，所述第二物理量信號(hào)輸出裝置(35， 36)輸出表示位置(x)、 速度(v)和加速度(a)中至少任意兩個(gè)的物理量的物理量信號(hào)(x， v， a);且所述第二控制裝置(SP14至SP26)存儲(chǔ)控制模式表(42a)，并 根據(jù)從所述控制模式表(42a)讀出的結(jié)果，來使得所述驅(qū)動(dòng)裝置(13， 20)產(chǎn)生反作用力，其中控制模式表(42a)限定兩個(gè)物理量與所述反作 用力之間的關(guān)系。
6此外，所述微分加速度傳感器(38)具有壓電元件(384)，其根 據(jù)所述演奏操作器(30)的加速度而變形；線路(142),其連接所述壓 電元件(384)的特定位置(certain point);以及電流測量電路(144)， 其測量經(jīng)過所述線路(142)的電流。
根據(jù)本發(fā)明，所述驅(qū)動(dòng)裝置是受控的，以使得反作用力在初始階段 期間隨著演奏操作器的微分加速度信號(hào)的增加而增加，并且在經(jīng)過初始 階段之后，根據(jù)演奏操作器的位置、速度或加速度產(chǎn)生反作用力。結(jié)果， 使得反作用力的上升加速，從而為演奏者提供自然的觸感。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子鋼琴的鍵盤部的配置圖； 圖2A示出微分加速度傳感器的詳細(xì)配置圖2B示出用于表示在微分加速度信號(hào)輸出部中流過的電流與微分
加速度之間的關(guān)系圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的電子鋼琴的控制電路的方塊圖4是示出存儲(chǔ)在控制模式表中的驅(qū)動(dòng)力F與位置信號(hào)x、速度信號(hào)
v和加速度信號(hào)a之間的關(guān)系圖5是示出在實(shí)施例的電子鋼琴上執(zhí)行的觸控程序的流程圖6示出表示聲學(xué)鋼琴鍵的按壓位置、速度、加速度和微分加速度
之間的關(guān)系圖；以及
圖7是示出實(shí)施例的變型的觸控程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
l.實(shí)施例的硬件配置 l丄鍵盤部10的配置
接下來，將參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子鋼琴的鍵盤部10 的配置。盡管鍵盤部10由多個(gè)鍵和它們的外圍電路構(gòu)成，但圖1示出僅 一個(gè)鍵的配置。鍵30可圍繞支點(diǎn)(fulcrum) 34自由樞轉(zhuǎn)。在該圖中， 鍵30的前部位于右側(cè)。更具體地說，右側(cè)上的端部被使用者向下按壓。 在鍵30的后端上方設(shè)置螺線管單元20。在螺線管單元20的內(nèi)部，螺線) 22由覆蓋 螺線管單元20的上端和下端表面以及邊緣表面的鐵磁體形成。磁軛22 和螺線管24形成螺線管單元20的定子。
由形狀近似為圓筒的鐵磁體形成的插棒26安裝到螺線管24的中空 部分中，使得插棒26可向上和向下移位。形狀類似于直徑更小的圓筒的 軸27從插棒26的下表面26b向下突出。軸27的下端連接至磁性板28， 該磁性板28由形狀類似于矩形板的永磁體形成。在鍵30的上表面的一 部分固定由形狀類似于矩形板的永磁體形成的另一個(gè)矩形磁性板32，以 面對(duì)磁性板28。磁性板28的下表面是S極，且磁性板32的上表面是N 極，因此磁性板28、 32相互吸引。
在鍵30的前端下方設(shè)置用于感測鍵30的按壓速度的速度傳感器36。 在鍵30的后端下方設(shè)置用于感測鍵30的按壓位置的位置傳感器35。在 鍵30的前端內(nèi)部嵌入用于感測鍵30的加速度的微分值的微分加速度傳 感器38。微分加速度信號(hào)輸出部14基于由微分加速度傳感器38所感測 到的信號(hào)來輸出微分加速度信號(hào)j。位置信號(hào)輸出部16基于由位置傳感 器35所感測到的信號(hào)來輸出位置信號(hào)x。速度信號(hào)輸出部18基于由速度 傳感器36所感測到的信號(hào)來輸出速度信號(hào)v。
驅(qū)動(dòng)裝置13提供通過螺線管24的電流，以向下推動(dòng)插棒26。從驅(qū) 動(dòng)裝置13供應(yīng)至螺線管24的電流是脈寬調(diào)制(PWM)直流電，因此施 加到鍵30上的反作用力根據(jù)脈寬調(diào)制(PWM)的占空比而增加或減少。 驅(qū)動(dòng)控制部12根據(jù)隨后所述的命令值Duty向驅(qū)動(dòng)裝置13提供PWM信 號(hào)。結(jié)果，在與使用者按壓鍵所產(chǎn)生的力相反的方向上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。使 用者通過他的手指感覺驅(qū)動(dòng)力為"觸感"。如上所述，圖1示出僅一個(gè) 鍵的配置。因此，提供與鍵30的數(shù)目相同數(shù)目的圖1中所示的各個(gè)組件。 1.2.微分加速度傳感器38的詳細(xì)配置
以下將參照?qǐng)D2A和圖2B，詳細(xì)描述微分加速度傳感器38。圖2A 是圖1的A-A，橫截面圖。具有矩形截面的支撐平臺(tái)302、 302從鍵30的 內(nèi)壁向內(nèi)突出。在各支撐平臺(tái)302、 302的上表面固定形狀類似于薄板的 隔板(diaphragm) 387的右端和左端。在隔板387的背面固定近似圓柱 形的錘(spindle) 388。在隔板387的上表面上層疊下電極386、壓電元件384 (例如PZT)和上電極382。上電極382和下電極386連接至電阻 器142的兩端，該電阻器142設(shè)置在微分加速度信號(hào)輸出部14的內(nèi)部。 放大器144將電阻器142的端子電壓放大，以輸出放大電壓。
在上述配置中，如果按壓鍵30以對(duì)鍵30施加向下加速度，則錘388 試圖通過慣性保持先前位置，從而使得隔板387根據(jù)加速度偏轉(zhuǎn)，好像 向上膨脹(bulge) —樣。此外，壓電元件384也沿著隔板387偏轉(zhuǎn)，使 得壓電元件384上生成與加速度成比例的電荷Q。電荷Q經(jīng)由電阻器142 釋放，從而電流I穿過電阻器142。圖2B示出微分加速度與電流I之間 的示例性關(guān)系。如圖2B所示，如果鍵30的微分加速度增大，則為了使 隔板387到達(dá)偏轉(zhuǎn)的極限，電流I非線性地改變。然而，在小于非線性 區(qū)域的區(qū)域中，電流I與微分加速度成比例。
電流I與微分加速度成比例的原因在于電流I與電荷Q的時(shí)間微分 (dQ/dt)成比例，而電荷Q與鍵30的加速度成比例，結(jié)果電流I與鍵 30的微分加速度成比例。因此，電阻器142的端子電壓也與微分加速度 成比例。因此，放大器144輸出微分加速度信號(hào)j，該微分加速度信號(hào)j 是與實(shí)際微分加速度成比例的電壓信號(hào)。 1.3.控制電路的配置
接下來，將參照?qǐng)D3描述實(shí)施例的電子鋼琴的控制電路的配置。在 圖3中，CPU 46根據(jù)ROM 42中存儲(chǔ)的程序，通過總線54控制其它組 件。RAM44用作CPU46的工作存儲(chǔ)器。例如由存儲(chǔ)卡構(gòu)成的外部存儲(chǔ) 設(shè)備50根據(jù)需要而存儲(chǔ)RAM 44中所存儲(chǔ)的表演信息等。通信接口 52 輸入和輸出MIDI信號(hào)等。設(shè)定操作部56由用于進(jìn)行各種設(shè)定的開關(guān)和 旋鈕構(gòu)成。顯示裝置58為使用者顯示各種類型的信息。音調(diào)輸出部60 根據(jù)由CPU46提供的表演信息來合成樂音信號(hào)，以根據(jù)合成的樂音信號(hào) 發(fā)出音調(diào)。
如上所述，鍵盤部IO輸出微分加速度信號(hào)j、位置信號(hào)x和速度信 號(hào)v。這些信號(hào)通過總線54提供至CPU46。此外，由CPU46輸出的命 令值Duty通過總線54提供至鍵盤部10。 ROM 42不僅存儲(chǔ)由CPU 46執(zhí) 行的程序，還存儲(chǔ)為進(jìn)行觸控而提供的各種表。更具體地說，控制模式 表42a基于位置信號(hào)x、速度信號(hào)v和加速度信號(hào)a，來限定將在螺線管單元20上產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力F。加速度信號(hào)a是通過對(duì)速度信號(hào)v進(jìn)行微分 而獲得的。盡管在日本特許第3772491號(hào)公報(bào)(在背景技術(shù)部分中提到) 中己經(jīng)詳細(xì)描述了控制模式表，但現(xiàn)在還將簡單說明控制模式表。
基本上，存在三種控制模式表。第一控制模式表存儲(chǔ)與位置信號(hào)x 和速度信號(hào)v對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力(反作用力)F。在第一控制模式表中，如圖 4所示，在Z軸方向上采用多個(gè)速度信號(hào)v，從而第一控制模式表具有為 多個(gè)不同的速度信號(hào)v提供的多個(gè)XY表。在每個(gè)XY表中，在X軸方 向上采用位置信號(hào)x，在Y軸方向上采用驅(qū)動(dòng)力F，以存儲(chǔ)根據(jù)不同的位 置信號(hào)x而改變的驅(qū)動(dòng)力F。驅(qū)動(dòng)力F的計(jì)算涉及插值處理。第二控制 模式表的配置與第一控制模式表類似。然而，在第二控制模式表中，在Z 軸上采用位置信號(hào)x，而在X軸上采用速度信號(hào)v，且在Y軸上采用驅(qū) 動(dòng)力F。第三控制模式表也與第一和第二控制表類似地配置。然而，在第 三控制模式表中，在Z軸上采用位置信號(hào)x，而在X軸上采用加速度信 號(hào)a，且在Y軸上采用驅(qū)動(dòng)力F。盡管圖4中示出的具體變化曲線在第一 至第三控制模式表之間有所不同，但是第一至第三控制模式表的變化曲 線大致上顯示了類似的變化趨勢。
根據(jù)驅(qū)動(dòng)力F限定命令值Duty的輸出表42b存儲(chǔ)與驅(qū)動(dòng)力F成比例 的命令值Duty。這個(gè)表也在上述日本特許第3772491號(hào)公報(bào)中有所描述。 日本特許第3772491號(hào)公報(bào)的描述合并在本說明書中。 2.實(shí)施例的操作
接下來，將描述實(shí)施例的操作。在這個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)控所有鍵30的 位置信號(hào)x，以持續(xù)檢査鍵30的各個(gè)位置信號(hào)x是否遠(yuǎn)離它們的靜止位 置，換句話說，是否已經(jīng)開始對(duì)各個(gè)鍵30進(jìn)行按壓。如果檢測到對(duì)任意 鍵30的按壓開始，則為所述鍵啟動(dòng)圖5中所示的觸控程序。更具體地說， CPU 46可以以多任務(wù)的方式運(yùn)行。因此，在按壓兩個(gè)或更多個(gè)鍵30的 情況下，對(duì)于兩個(gè)或更多個(gè)鍵中的每一個(gè)，以單獨(dú)的處理來執(zhí)行圖5所 示的程序。
在圖5中，當(dāng)處理進(jìn)行到步驟SP2時(shí)，執(zhí)行特定的初始化。然后， 處理進(jìn)行到步驟SP4，以確定執(zhí)行該處理的目標(biāo)鍵30的位置信號(hào)x是否 已返回其靜止位置。如果作出肯定判定，則處理進(jìn)行到步驟SP6，以使得相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置13停止驅(qū)動(dòng)鍵30。此外，通過關(guān)閉已經(jīng)返回至靜止位 置的鍵30的驅(qū)動(dòng)裝置13的電源，則僅有實(shí)際受到按壓的鍵30的驅(qū)動(dòng)裝 置13進(jìn)入操作。因此，本實(shí)施例可進(jìn)一步減少能量消耗。
如果鍵30沒有返回靜止位置，則處理在步驟SP4作出否定判定，以 進(jìn)行步驟SP8。在步驟SP8，檢測目標(biāo)鍵30的微分加速度信號(hào)j。在下一 個(gè)步驟SP9，該處理基于微分加速度信號(hào)j來計(jì)算要對(duì)鍵30施加的驅(qū)動(dòng) 力F，并參照輸出表42b以計(jì)算產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力F所需的命令值Duty (脈寬 調(diào)制(PWM)的占空比)。在步驟SP9中執(zhí)行的計(jì)算僅應(yīng)用于按壓鍵的 初始階段。驅(qū)動(dòng)力F由微分加速度信號(hào)j的單調(diào)增加函數(shù)來限定，以將 驅(qū)動(dòng)力F設(shè)置為與微分加速度信號(hào)j的增加成比例地增加的值。此外， 該處理參照輸出表42b，以將命令值Duty設(shè)置為與驅(qū)動(dòng)力F的增加成比 例地增加的值。
然后該處理進(jìn)行到步驟SP10,以向驅(qū)動(dòng)控制部12輸出所獲得的命 令值Duty。命令值Duty的輸出使得驅(qū)動(dòng)控制部12向驅(qū)動(dòng)裝置13提供脈 寬調(diào)制(PWM)信號(hào)(其具有與命令值Duty相等的占空比)，以向螺 線管24提供來自驅(qū)動(dòng)裝置13的脈寬調(diào)制電流，從而向鍵30施加根據(jù)命 令值Duty的驅(qū)動(dòng)力。之后，該處理進(jìn)行到步驟SP12，以確定是否滿足 某個(gè)"初始控制完成條件"。優(yōu)選地，初始控制完成條件例如為，從鍵 的按壓開始(從圖5所示的程序執(zhí)行開始)過去的時(shí)間是否已經(jīng)達(dá)到預(yù) 定時(shí)間ts。此外，優(yōu)選地，預(yù)定時(shí)間ts是"lmsec"或更小。
如果沒有滿足"初始控制完成條件"，則該處理在步驟SP12作出否 定判定以返回步驟SP4。然后，只要鍵30沒有返回其靜止位置，則在滿 足初始控制完成條件之前，該處理重復(fù)步驟SP4至SP12，以將命令值 Duty設(shè)定為僅取決于微分加速度信號(hào)j的值，以基于命令值Duty，通過 驅(qū)動(dòng)控制部12、驅(qū)動(dòng)裝置13和螺線管單元20繼續(xù)對(duì)鍵30施加反作用力。
然后，如果滿足初始控制完成條件，則該處理進(jìn)行到步驟SP14，以 通過位置信號(hào)輸出部16檢測位置信號(hào)x。然后，該處理進(jìn)行到步驟SP16, 以通過速度信號(hào)輸出部18檢測速度信號(hào)v。之后，該處理進(jìn)行到步驟 SP18，以通過速度信號(hào)v進(jìn)行微分獲得加速度信號(hào)。然后，該處理進(jìn)行 到步驟SP20，以通過使用控制模式表42a，根據(jù)各信號(hào)x、 v、 a計(jì)算驅(qū)
ii動(dòng)力F。之后，該處理進(jìn)行到步驟SP22，以參照輸出表42b，根據(jù)驅(qū)動(dòng) 力F計(jì)算命令值Duty。該處理進(jìn)行到步驟SP24，以向驅(qū)動(dòng)控制部12輸 出所計(jì)算的命令值Duty。通過這些步驟，與上述步驟SP10的情況一樣， 對(duì)鍵30施加取決于命令值Duty的驅(qū)動(dòng)力。
盡管在上述日本特許第3772491號(hào)公報(bào)中詳細(xì)描述了驅(qū)動(dòng)力F的計(jì) 算，但現(xiàn)在還將簡單說明該計(jì)算。首先，參照第一控制模式表(圖4)， 計(jì)算根據(jù)位置信號(hào)x (X軸)和速度信號(hào)v (Z軸)改變的驅(qū)動(dòng)力F1。然 后，參照第二控制模式表(圖4)，計(jì)算根據(jù)速度信號(hào)v (X軸)和位置 信號(hào)x (Z軸)改變的驅(qū)動(dòng)力F2。之后，參照第三控制模式表(圖4)， 計(jì)算根據(jù)加速度信號(hào)a (X軸)和位置信號(hào)x (Z軸)改變的驅(qū)動(dòng)力F3。 在對(duì)驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3的計(jì)算中，盡管在第一至第三控制模式表中存儲(chǔ) 了關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的值，但是這些值不是連續(xù)的。因此，要按需 要執(zhí)行插值。在計(jì)算驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3之后，組合所述驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3，以最終獲得驅(qū)動(dòng)力F。
在以上說明中，實(shí)施例被設(shè)計(jì)成不管鍵30移動(dòng)的方向如何均使用相 同的第一至第三控制模式表。然而，本實(shí)施例可修改為具有第一至第三 模式表中的兩種(特別是第一控制模式表)，以與鍵30的按壓和鍵30 的釋放對(duì)應(yīng)，從而以鍵30的按壓和釋放彼此區(qū)別開的方式獲得驅(qū)動(dòng)力 Fl、 F2、 F3。這種改進(jìn)使電子鋼琴得以具有以下特征在使用者操作鍵 30時(shí)所施加的反作用力在鍵30的按壓和釋放操作之間有所不同。換句話 說，這種改進(jìn)使得電子鋼琴能夠在觸鍵過程中展示出類似于聲學(xué)鋼琴的 滯后現(xiàn)象。
然后，該處理進(jìn)行步驟SP26,以確定鍵30的位置信號(hào)x是否己經(jīng) 返回至靜止位置。如果鍵30沒有返回至靜止位置，則該處理作出否定判 定以返回至步驟SP14。之后，該處理重復(fù)步驟SP14至SP26，直到鍵30 返回至靜止位置，以將命令值Duty設(shè)定為取決于位置信號(hào)x、速度信號(hào) v和加速度信號(hào)a的值，從而基于命令值Duty，通過驅(qū)動(dòng)控制部12、驅(qū) 動(dòng)裝置13和螺線管單元20，對(duì)鍵30繼續(xù)施加反作用力。如果鍵30己經(jīng) 返回至靜止位置，則該處理在步驟SP26作出肯定判定，以進(jìn)行步驟SP28。 在步驟SP28，如同在步驟SP6的情況一樣，驅(qū)動(dòng)裝置13停止。3. 實(shí)施例的效果
接下來，將參照?qǐng)D6中的(a)至(d)描述本實(shí)施例的效果。圖6 中的(a)至(d)示出聲學(xué)鋼琴的按壓鍵的微分加速度、加速度、速度 和按壓位置的代表性示例。在圖6中的(d)中，在時(shí)刻tO開始鍵的按壓 之后，鍵逐漸加速，以在時(shí)刻t3和以后保持恒定速度。對(duì)時(shí)刻tO與時(shí)刻 t3之間的部分的進(jìn)一步詳細(xì)分析顯示出在時(shí)刻t0與時(shí)刻tl之間的部分 Ta中，鍵30的加速度以接近恒定速率增加。換句話說，在部分Ta中， 鍵30處于加速度的正微分值幾乎恒定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
在時(shí)刻tl與時(shí)刻t2之間的下一個(gè)部分Tb中，鍵30處于速度以接近 恒定的加速度增加的恒定加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在時(shí)刻t2與時(shí)刻t3之間的 下一個(gè)部分Tc中，鍵30處于加速度以接近恒定速率減少的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 換句話說，在部分Tc中，鍵30處于加速度的微分值為負(fù)且?guī)缀鹾愣ǖ?運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。S卩，在部分Tc中，鍵30進(jìn)入恒定微分加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 由圖6中的(a)至(d)明顯可見，與其它信號(hào)相比，微分加速度的上 升是極快的(換句話說，從鍵的按壓開始到峰值所需的時(shí)間最短)。因 此，通過基于微分加速度對(duì)反作用力進(jìn)行控制，可使反作用力的上升加 速，特別是在強(qiáng)力按壓鍵的情況下。
4. 改進(jìn)
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且例如可按以下示例所述進(jìn)行各種修
改
(1)在上述實(shí)施例中，位置傳感器35、速度傳感器36和微分加速 度傳感器38測量鍵30的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，在采用足夠精確的傳感器作 為微分加速度傳感器38的情況下，可省略位置傳感器35和速度傳感器 36。這是因?yàn)橛辛司_的微分加速度信號(hào)j，就能夠通過微分加速度信號(hào) j的積分來獲得加速度信號(hào)a、速度信號(hào)v和位置信號(hào)x。然而，為了關(guān) 閉驅(qū)動(dòng)裝置13 (步驟SP6和SP28)，優(yōu)選為單獨(dú)提供用于檢査鍵30是 否返回靜止位置的裝置。這是因?yàn)槿绻e分累積誤差，從而最終形成錯(cuò) 誤的位置信號(hào)x，則難以僅通過位置信號(hào)x而精確地檢測出鍵30回復(fù)至 靜止位置?？赏ㄟ^接觸傳感器(例如簡單的微動(dòng)開關(guān))實(shí)現(xiàn)所述檢查裝 置。在這個(gè)改型中，將圖5中所示的觸控程序用圖7中所示的觸控程序 代替。在圖7所示的程序中，圖5中的步驟SP14至SP18被步驟SP40 至SP46代替，而其它步驟則類似于圖5中的那些步驟。在步驟SP40， 從微分加速度傳感器38輸入微分加速度值j。在下一步驟SP42，對(duì)微分 加速度值j進(jìn)行積分，以獲得加速度信號(hào)a。在下一步驟SP44，對(duì)加速 度信號(hào)a進(jìn)行積分，以獲得速度信號(hào)v。在下一步驟SP46，對(duì)速度信號(hào)v 進(jìn)行積分，以獲得位置信號(hào)x。
(2) 在上述實(shí)施例中，在步驟SP12確定的"初始控制完成條件" 為是否從鍵的按壓開始己經(jīng)過去了預(yù)定時(shí)間ts。然而，對(duì)初始控制完 成條件的判定可利用位置信號(hào)x。例如，初始控制完成條件可為位置信 號(hào)x是否已經(jīng)到達(dá)預(yù)定位置xs。可選地，可利用時(shí)間和距離這兩者。更
具體地說，初始控制完成條件可為是否從鍵的按壓開始已經(jīng)過去了預(yù) 定時(shí)間ts，和/或位置信號(hào)x是否已經(jīng)到達(dá)預(yù)定位置xs。預(yù)定位置xs優(yōu)選 為位置信號(hào)x的全部行程(stroke)的五分之一或更少。例如，假設(shè)在鍵 30的邊緣上的全部行程是"10mm"。然后，優(yōu)選地將超過"0mm"且落 在"2mm"以內(nèi)的任意值定義為預(yù)定位置xs。
(3) 將以上實(shí)施例設(shè)計(jì)成，在步驟SP20，參照構(gòu)成控制模式表的 第一至第三模式表，以通過使用位置信號(hào)x、速度信號(hào)v和加速度信號(hào)a 來計(jì)算這3個(gè)驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3，從而組合所述驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3以 最終獲得驅(qū)動(dòng)力F。然而，可改進(jìn)此實(shí)施例，以通過使用位置信號(hào)x、速 度信號(hào)v和加速度信號(hào)a的一部分以及第一至第三控制模式表的一部分 來計(jì)算驅(qū)動(dòng)力F1、 F2、 F3的一部分，從而通過使用計(jì)算出的部分驅(qū)動(dòng)力 最終獲得驅(qū)動(dòng)力F?？蛇x地，可改進(jìn)實(shí)施例，以通過使用位置信號(hào)x、速 度信號(hào)v和加速度信號(hào)a的全部或一部分，基于與第一至第三控制模式 表不同的表或特定的計(jì)算來獲得驅(qū)動(dòng)力F。此外，可通過使用函數(shù)而不使 用步驟SP9中的輸出表42b的計(jì)算，來獲得取決于驅(qū)動(dòng)力F的命令值 Duty。
(4) 在上述實(shí)施例中，將螺線管20設(shè)置在鍵30的支點(diǎn)34的后方， 且位于鍵30的上方，以向下推動(dòng)鍵30。然而，可將螺線管單元20設(shè)置 在支點(diǎn)34的前方，且位于鍵30的下方，以向上推動(dòng)鍵30。(5) 將上述實(shí)施例設(shè)計(jì)為具有位置傳感器35和速度傳感器36，以 通過對(duì)速度信號(hào)v進(jìn)行微分來獲得加速度信號(hào)。然而，可將實(shí)施例修改 為具有加速度傳感器，并通過該加速度傳感器直接獲得加速度信號(hào)。此 外，可省略位置傳感器35。在這種情況下，通過對(duì)速度信號(hào)v進(jìn)行積分 獲得位置信號(hào)x。然而，如以上修改方案(1)所述，在省略位置傳感器 35的情況下，優(yōu)選單獨(dú)提供用于檢査鍵30是否已經(jīng)返回至靜止位置的裝 置。
(6) 位置傳感器35、速度傳感器36和加速度傳感器可獨(dú)立地或整 體地設(shè)置。
(7) 在上述實(shí)施例中，描述了對(duì)鍵30執(zhí)行觸控的示例。然而，本 發(fā)明不限于所述鍵，其還可應(yīng)用于操作器(例如踏板)的觸控。
權(quán)利要求
1.一種電子樂器的觸控裝置，所述觸控裝置包括演奏操作器，設(shè)置在所述電子樂器上，以所述演奏操作器圍繞支點(diǎn)樞轉(zhuǎn)的方式被支撐，并由演奏者操作以使得所述演奏操作器沿特定方向樞轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)裝置，被設(shè)置用于所述演奏操作器，并產(chǎn)生沿與所述特定方向相反的方向推動(dòng)所述演奏操作器的反作用力；第一物理量信號(hào)輸出裝置，測量與所述演奏操作器被操作的狀態(tài)相關(guān)的第一物理量，并輸出表示所述第一物理量的第一物理量信號(hào)；第二物理量信號(hào)輸出裝置，輸出第二物理量信號(hào)，所述第二物理量信號(hào)表示與所述演奏操作器被操作的狀態(tài)相關(guān)的第二物理量；第一控制裝置，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置，以在初始階段使得反作用力隨著所述第一物理量信號(hào)的增加而增加，其中所述初始階段從所述演奏操作器的操作開始，直到已經(jīng)過去預(yù)定時(shí)間或直到所述演奏操作器的操作行程已經(jīng)達(dá)到行程的預(yù)定位置；以及第二控制裝置，使得所述驅(qū)動(dòng)裝置在經(jīng)過所述初始階段之后，根據(jù)所述第二物理量信號(hào)，產(chǎn)生反作用力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子樂器的觸控裝置，其中 自所述演奏操作器的操作開始，所述第一物理量信號(hào)比所述第二物理量信號(hào)更快地增加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子樂器的觸控裝置，其中 所述第一物理量信號(hào)是表示所述演奏操作器的加速度的微分值的信號(hào)；所述第一物理量信號(hào)輸出裝置是測量所述演奏操作器的加速度的微 分值的微分加速度傳感器；并且所述第二物理量信號(hào)是表示所述演奏操作器的位置、速度和加速度 中任一個(gè)的信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子樂器的觸控裝置，其中 所述第二物理量信號(hào)輸出裝置是測量所述演奏操作器的位置、速度或加速度的傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子樂器的觸控裝置，其中 所述第二物理量信號(hào)輸出裝置包括檢査所述演奏操作器是否位于初始位置的至少一個(gè)傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子樂器的觸控裝置，其中 所述第二物理量信號(hào)輸出裝置通過對(duì)表示加速度的微分值的信號(hào)進(jìn)行積分，來輸出所述第二物理量信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子樂器的觸控裝置，其中 所述第二物理量信號(hào)輸出裝置輸出表示位置、速度和加速度中至少任意兩個(gè)的物理量的物理量信號(hào)；并且所述第二控制裝置存儲(chǔ)限定兩個(gè)物理量與所述反作用力之間的關(guān)系 的控制模式表，并根據(jù)從所述控制模式表讀出的結(jié)果使得所述驅(qū)動(dòng)裝置 產(chǎn)生所述反作用力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子樂器的觸控裝置，其中所述微分加速 度傳感器包括壓電元件，根據(jù)所述演奏操作器的加速度變形； 線路，連接所述壓電元件的特定位置；以及 電流測量電路，測量經(jīng)過所述線路的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子樂器的觸控裝置。為了檢測鍵(30)的狀態(tài)，除了通常的位置傳感器(35)和速度傳感器(36)之外，還設(shè)置微分加速度傳感器(38)?；谠阪I按壓的早期階段的初始期間關(guān)于微分加速度信號(hào)(j)單調(diào)增加的函數(shù)，確定由螺線管單元(20)施加的反作用力。在經(jīng)過初始階段之后，參照表，根據(jù)速度、加速度等來確定反作用力。結(jié)果，在強(qiáng)力按壓鍵時(shí)，反作用力快速增加。
文檔編號(hào)G01P7/00GK101540164SQ20091012823
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者谷口成泰 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社