具有音高改变机构的管乐器和用于改变音高的协助系统

摘要

三个阀键组件(5a/5b，5c)与指动钮(15)联接并被插入到小号的管结构(4)中，以改变空气柱的长度，及协助系统(1)，辅助演奏者手指在所述指动钮(15)上动作；传感器(23)被粘附在所述指动钮(15)上，以将代表由演奏者施加在所述指动钮(15)上的力的检测信号(S1)提供到控制单元(25)；当所述力超过一个阈值时，所述控制单元(25)给连接到所述阀键组件(5a/5b，5c)的作动器(22)供能，以使演奏者感觉到阀键组件(5a/5b，5c)轻松地被改变。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管乐器，并且特别地涉及一种具有改变乐音音高的音键机构或阀键机构(valve mechanism)的管乐器以及一种用于辅助演奏者手指动作的协助系统。

背景技术

小号(trumpet)、大号(tuba)和圆号(horns)属于金属管乐器。演奏者将嘴放在吹嘴(mouthpiece)上并且进行吹奏。然后在管中形成的空气柱产生振动，使得乐音从金属管乐器的喇叭口传出。该金属管乐器装有阀键机构，并且用于改变音高的一个方法是压下或释放该阀键机构的多个指动钮或音键。

当演奏者压下一个或多个指动钮时，该力从一个或多个指动钮传到一个或多个阀键(valve)上，并且该阀键被打开从而改变空气柱的长度。返回弹簧在所述一个或多个指动钮上施加弹性力，并且在金属部件之间产生抵制各指动钮运动的摩擦力。在一次按动期间中，指动钮从静止位置被按压到终端位置，该时间较长。演奏者需要在相当长的按压过程中克服各种的阻力来移动所述一个或多个指动钮。如果演奏者在到达一个或多个终端位置的途中释放所述一个或多个指动钮，所述一个或多个指动钮仅仅使得相关联的一个或多个阀键不完全地打开，并且不能经过所述金属管乐器在目标音高产生乐音。因此，演奏者通过手指动作感觉音高的变化是不容易的。这种困难在演奏快速乐段时变得更严重。

金属管乐器是为成年演奏者设计的。该返回弹簧较硬，并且指动钮的布置适合于成年演奏者的手指。而且，例如大号的大型金属管乐器具有大的阀键，并且因此各指动钮与相邻的指动钮隔开的距离更宽。因此，对儿童、残障人士及老人来说，用这样的金属管乐器演奏一段音乐很不容易。

在日本专利申请未审查公开第2004-177828中公开了一种用于管乐器的自动演奏系统。该自动演奏系统包括空气压缩机、空气阀键、人工嘴部，阀键作动器及控制单元。该阀键作动器与指动钮或音键相关联地设置，所述指动钮或音键连接到管乐器内的阀键。被压缩的空气通过所述空气阀键被供应到人工嘴部，并且人工嘴部引起所述管乐器内空气柱的振动。通过空气阀键控制所述空气流，并且所述阀键通过阀键作动器在打开或关闭状态之间变化。向所述控制单元提供一系列的音乐数据编码(music data codes)。所述控制单元分析所述音乐数据编码，并且在合适的时间向阀键作动器赋能，以通过所述管乐器的阀键来改变音高。但是，该自动演奏系统不是针对协助儿童、残障人士及老人。换句话说，所述管乐器由所述自动演奏系统来代替真人演奏者进行演奏，而不是在自动演奏系统的辅助下由真人演奏者进行演奏。因此，在日本专利申请未审公开文件中公开的自动演奏系统并不能使得以儿童、残障人士及老人的手指来演奏管乐器成为可能。

发明内容

因此，本发明的重要目的在于提供一种管乐器，容易由儿童、残障人士老人进行演奏。

本发明的再一个重要目的在于提供一种协助系统，所述协助系统与管乐器结合，用于辅助儿童、残障人士和老人在管乐器演奏。

为了完成该目的，本发明提出通过一种协助系统来辅助真人演奏者在音高改变机构上的手指动作。

根据本发明的一个方面，提供一种用于产生乐音的管乐器，包括：管结构，所述管结构在其中限定了空气柱；激振器，与所述管结构连接，并且用于产生在所述管结构内的空气柱的振动；音高改变机构，设置在所述管结构上，并且有选择地被操纵来改变所述空气柱的长度；及协助系统，与所述音高改变机构相关联地设置，来辅助真人演奏者在所述音高改变机构上的手指动作。

根据本发明的另一个方面，提供一种可与管乐器结合的协助系统，包括：至少一个传感器，所述传感器与所述管乐器的音高改变机构相关联地设置，并且产生代表真人演奏者在音高改变机构上的手指动作的检测信号；至少一个作动器，与所述音高改变机构相关联地设置，并响应驱动信号以辅助真人演奏者的所述手指动作；及控制单元，与所述至少一个传感器和所述至少一个作动器连接，所述控制单元分析用于表示所述演奏者的意图的检测信号，并且向所述至少一个作动器提供所述驱动信号，以辅助所述演奏者的手指动作。

附图说明

由下面的描述并结合附图，所述管乐器及协助系统的各个特征和优点将更加清楚地得到理解，在附图中：

图1为装有根据本发明的协助系统的小号的示意侧视图，

图2为显示处于关闭状态的阀键作动器的结构及相关联的阀键组件的结构的示意剖面图，

图3为显示处于打开状态的作动器及相关联的阀键的示意剖视图，

图4为显示所述协助系统行为的时间曲线图，

图5为显示本发明另一个协助系统的示意侧视图，

图6为显示本发明再一个协助系统的示意侧视图，

图7为显示本发明又一个协助系统的示意侧视图，

图8为显示本发明又一个协助系统的示意侧视图，

图9为显示本发明又一个协助系统的示意侧视图，

图10为显示本发明又一个协助系统的示意侧视图，

图11为图10所示的协助系统的行为的时间曲线图，

图12为显示本发明又一个协助系统的示意侧视图，

图13和14为显示本发明又一个协助系统在不同阀键位置时的示意侧视图，

图15和16为显示本发明又一个协助系统在不同阀键位置时的示意侧视图，

图17和18为显示本发明又一个协助系统在不同阀键位置时的示意侧视图，

图19为显示与带有转动阀键组件的管乐器结合的协助系统的前视图，

图20显示该协助系统的平面图，

图21为显示在不同阀键位置的该协助系统的前视图，

图22为显示在不同阀键位置的该协助系统的平面图。

具体实施方式

实施本发明的管乐器被用于产生乐音，并且包括管结构、振动激励器(vibration exciter)、音高改变机构及协助系统。空气柱被限定在该管结构内，并且通过该空气柱的振动产生乐音。所述振动激励器与该管结构连接，并且在所述管结构上设置该音高改变机构。当真人演奏者希望在该管乐器上演奏一段音乐时，他或她通过振动激励器产生空气柱的振动以便产生乐音，并且通过手指对音高改变机构的动作来改变乐音音高。该音高改变机构使空气柱的长度加长或缩短，从而改变乐音音高。

该协助系统与所述音高改变机构相关联地设置，并且辅助真人演奏者对所述音高改变机构的手指动作。在所述协助系统的辅助下，真人演奏者感觉到对所述音高改变机构的手指动作很轻便。因此，儿童、残障人士及老人演奏者喜欢在这样的管乐器上的演奏。

第一实施例

参考图1，实施本发明的协助系统被安装在小号2上。在演奏者用小号表演一段音乐的同时，所述协助系统辅助演奏者改变乐音音高，并且使演奏一段音乐很容易。

该小号2包括吹嘴3、管结构4及阀键机构5。空气柱形成在所述管结构内，并且由演奏者来振动。阀键机构5与管结构4组装在一起，演奏者通过对所述阀键机构5的手指动作来改变空气柱的长度。演奏者通过变化吹奏(buzz)及改变空气柱的长度来改变乐音音高。

在所述管结构4上结合有吹嘴接纳口4a、嘴管4b、主调音管(tuning slide)4c、喇叭口4d、第一阀键滑管(valve slide)4e、第二阀键滑管4f和第三阀键滑管4h，并且所述阀键机构5包括第一阀键组件5a、第二阀键组件5b和第三阀键组件5c。所述第一阀键组件5a、第二阀键组件5b和第三阀键组件5c分别与第一阀键滑管4e、第二阀键滑管4f和第三阀键滑管4h相关联，并且将在第一阀键滑管4e、第二阀键滑管4f和第三阀键滑管4h中的附加的空气柱加到从吹嘴接纳口4a到喇叭口4d的主空气柱上。

当描述所述第一、第二和第三阀键组件5a/5b/5c中任何一个或所有时，所述阀键组件用附图标记10来标记。换句话说，当在下面的描述中发现术语“阀键组件10”时，该“阀键组件10”意味着第一阀键组件5a、第二阀键组件5b和第三阀键组件5c。

所述阀键组件具有阀键壳体11、阀键12、返回弹簧13、指动钮15和杆21。三个阀键壳体11被固定在管结构4上，并且在其内部分别限定圆柱形空间。所述阀键12设置在每个阀键壳体11的内部，使得阀键在平行于相关联圆柱形空间的中心线的方向上可滑动。返回弹簧13设置在阀键壳体11的底部和阀键12的底表面之间，并且以离开所述阀键壳体11的底部的方向推动阀键12。

阀键12与杆21连接，并且杆21从阀键壳体11伸出。指动钮15被固定在杆21的前端，从而演奏者可克服阻力使阀键在朝着阀键壳体11底部的方向滑动，所述阻力也就是例如返回弹簧的弹性力及在阀键壳体11的内表面和阀键12之间的摩擦力。

该小号是为成年演奏者设计的，从而返回弹簧13的弹性力强。成年演奏者感觉阻碍阀键运动的阻力很合适。但是这样的阻力对儿童、残障人士的人和老人来说太大，以至很难克服阻力快速地移动阀键。

转到图2，协助系统1包括螺线管-操作阀键作动器22、压力传感器23和控制单元25。压力传感器23分别由压力敏感片形成，并且将施加在指动钮15上的力转换为检测信号S1。螺线管-操作阀键作动器22响应于驱动信号S2，并且将电流转换成磁力。

如前所述，阀键组件10可代表所述第一阀键组件5a、第二阀键组件5b和第三阀键组件5c中的任何一个，阀键组件10被连接到管结构4的不同位置上。因此，在图2中及在附图2之后的其他附图中管结构4的入口部分和出口部分用附图标记17和18/19进行标记。出口部分19形成第一阀键滑管4e、第二阀键滑管4f和第三阀键滑管4h的一部分。当入口部分17被连接到出口部分19时，空气柱被加长。

螺线管-操作阀键作动器22设置在阀键组件11的内部，并且相对阀键壳体11不可移动。螺线管-操作阀键作动器22具有一个螺线管24，并且杆21以平行阀键壳体11中心线的方向穿过螺线管24，并且从阀键壳体11的盖11A伸出。压力传感器23被固定在指动钮15的顶表面上。压力传感器23和螺线管24与控制单元25连接。

控制单元25被安装在小号的侧面，并且包括信号输入电路25a、电源和电流驱动器25b和逻辑电路25c。在该情况下，使用蓄电池作为电源。压力传感器23与信号输入电路25a连接，且向信号输入电路25a供应检测信号S1。对检测信号S1进行放大，并且在信号输入电路25a中对所述波形进行整形。信号输入电路25a与逻辑电路25c连接。在控制单元25的壳体上设置电源开关25d，并且随着电源开关25d，启动信号在活动水平和非活动水平之间改变。逻辑电路25c随着来自电源开关25d的启动信号而被启动，并且根据信号输入电路25a的输出信号执行逻辑操作，从而决定哪个或哪一些螺线管-操作阀键作动器22要随着所述一个或多个驱动信号S2被驱动。

在所述电源和电流驱动器25b中稳定地产生电流。所述电源和电流驱动器25b响应于逻辑电路25c的输出信号，以便向一个或多个螺线管-操作阀键作动器22供应一个或多个驱动信号S2。

入口部分17和出口部分18/19被连接到阀键壳体11的入口和出口上，并且阀键12形成有空气通道12A和12B。出口部分18与入口部分17相面对，而另一个出口部分19相对于入口部分17在平行于阀键壳体11的中心线的方向上偏置。空气通道12A相对于阀键12的中心线倾斜地延伸，并且另一个空气通道12B以直角与所述中心线交叉地延伸。

由于返回弹簧13将阀键12推向螺线管-操作阀键作动器22，在没有电流流过螺线管24时阀键12停留在一个静止位置，并且入口部分17通过空气通道12B与出口部分18连接。但是，另一个空气通道12A由阀键壳体11的内表面关闭。

另一方面，当电流流过螺线管24时，磁力被施加到阀键12上，并且阀键12向着阀键壳体11的底部移动，也就是如图3所示的克服返回弹簧13的弹性力的端部位置。结果，入口部分17通过空气通道12A与出口部分19连接，并且另一个空气通道12B被阀键壳体11的内表面关闭。

在没有驱动信号S2情况下，没有任何磁力施加到阀键12上，从而成年演奏者克服返回弹簧13的力按压指动钮15。换句话说，成年演奏者可在没有协助系统辅助的情况下享受演奏小号的乐趣。

现在假定演奏者按压电源开关25d，逻辑电路25c由来自电源开关25d的启动信号启动。演奏者开始在吹嘴3上吹奏并且引起空气柱的振动。通过空气柱的振动产生乐音，且依赖于呼吸的压力来改变乐音音高。在该情况下，返回弹簧13保持阀键12在静止位置，并且所有的第一、第二和第三阀键滑管4e/4f/4h与主调音管4c隔离。换句话说，空气柱没有被加长，且乐音音高要通过呼吸来控制。

当演奏者通过使用第一阀键滑管4e、第二阀键滑管4f和/或第三阀键滑管4h改变乐音音高时，演奏者增加施加在一个或多个指动钮15上的力，从而减少一个或多个压力传感器23上的电阻(resistance)。一个或多个检测信号S1的电势水平与力相反地衰减。当电阻被衰减到低于如图4所示的某个值TH1时，检测信号的电势水平上升超过逻辑电路25c的阈值，并且逻辑电路25c改变其的一个或多个输出信号到达活动水平，并且导致驱动信号S2有选择性地从所述电源和电流驱动器25b供应到一个或多个螺线管-操作阀键作动器22上。换句话说，一个或多个驱动信号S2被改变为如图3所示的接通的状态。

当驱动信号正在所述一个或多个螺线管24中流动时，产生一个或多个磁场，并且磁力施加在一个或多个阀键12上。所述磁力引起所述一个或多个阀键12克服一个或多个返回弹簧13的弹性力向着一个或多个端部位置运动。因此，演奏者感觉到所述一个或多个阀键12很轻便。

当演奏者希望将乐音恢复到以前的音高时，演奏者将力从一个或多个压力传感器23去掉。然后，所述一个或多个压力传感器23增加电阻。当所述电阻超过阈值TH2时，逻辑电路25c改变输出信号为非活动水平。然后，所述电源和电流驱动器25b使所述驱动信号回到断开的状态，并且从一个或多个阀键12上去掉所述磁力。结果，一个或多个阀键12返回到静止位置，并且第一阀键滑管4e、第二阀键滑管4f和/或第三阀键滑管4h与主调音管4c隔开。空气柱被缩短到原始的长度，且一个或多个乐音恢复到以前的音高。

从上面的描述可以理解的是，协助系统部分地减轻演奏者的负担，使得演奏小号1更容易。特别地，儿童练习者、残障人士和老人会赏识该协助系统。

由于控制单元25被安装在小号1上，所述协助系统对演奏者没有任何限制。

第二实施例

转到附图5，另一个用于小号的协助系统包括阀键组件10A、控制单元25A和压力传感器29。阀键组件10A和控制单元25A分别与阀键组件10和控制单元25相同。因此，阀键组件和控制单元10A/25A的部件部分用相应的部件部分10/25来标记，为了简化的原因而省略对它们的描述。

压力传感器29与压力传感器23不同。压力传感器29包括压力敏感片29a和钮28。压力敏感片29a被夹持在指动钮15和钮28之间。钮28使在压力敏感片29a上的力均匀。即使演奏者将力集中在钮28的一个狭小的区域，所述力被均匀地施加到压力敏感片29a上。因此，压力敏感片29a的电阻与所述力一起改变而与位置无关。

协助系统1A获得协助系统1的所有的优点。

第三实施例

转到附图6，实施本发明的又一个协助系统与管乐器结合在一起。管乐器包括至少一个阀键组件10B和管结构，并且管结构包括入口部分17和出口部分18/19。由于阀键组件10B与阀键组件10的结构相似，利用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标记阀键组件10B的部件部分。

协助系统1B包括至少一个螺线管-操作阀键作动器22B，控制单元25B和至少一个传感器30。螺线管-操作阀键作动器22B和控制单元25B除了一个信号输出电路25ab外与螺线管-操作阀键作动器22和控制单元25类似，并且因此，螺线管-操作阀键作动器22B的部件部分和控制单元25B的其它部件以螺线管-操作阀键作动器22的部件部分和控制单元25的部件的相应的附图标记来标记，并且不进行详细描述。

传感器30由一个磁栅尺(magnetic scale)30A和磁传感器30B的组合来实施。磁栅尺30A被粘附在杆21上，且磁传感器30B被固定在盖11A上。表示杆21离开其静止位置的行程的位置数据段被磁写入到磁栅尺30A中，且位置数据段被磁传感器30B读出。磁传感器30将位置数据段转换为一个电信号S3，且电信号S3从磁传感器30B供应到信号输入电路25ab。信号输入电路25ab包括一个编码器(未显示)，并且电信号S3被编码为阀键12的行进距离。被编码的信号与阈值TH1和TH2进行比较，并且逻辑电路25c根据比较的结果控制电源和电流驱动器25b。

协助系统1B与协助系统1相似地运转，并且获得协助系统1的所有优点。

第四实施例

转到图7，实施本发明的又一个协助系统1C被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10C和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10C与阀键组件10结构类似，阀键组件10C的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1C包括至少一个螺线管-操作阀键作动器22C，控制单元25C和至少一个传感器31。螺线管-操作阀键作动器22C和控制单元25C与螺线管-操作阀键作动器22和控制单元25的结构相似，并且因此，该螺线管-操作阀键作动器22C的部件部分和控制单元25C的部件使用螺线管-操作阀键作动器22的部件部分和控制单元25的部件的相应的附图标记来标示，并且不作具体描述。

传感器31由一个磁体31A和一个电磁拾取器31B的组合来实施。该磁体31A固定在杆21上，该电磁拾取器31B固定在盖11A上。电磁拾取器31B具有一个线圈，且该线圈将磁体31A的速度转换为一个检测信号S4。当演奏者将指动钮15按下时，磁体31A与杆21一起移动，并且磁体31A的移动在电磁拾取器中产生电流S4。该电流流入信号输入电路25a使得逻辑电路25c得知演奏者按压下指动钮15。然后逻辑电路25c要求螺线管-操作阀键作动器22C辅助演奏者。由于磁体31A停止在阀键12的端部位置，逻辑电路25c得知阀键12到达端部位置。虽然磁体31A在从端部位置返回到静止位置的途中也产生电流，但是逻辑电路25c将其忽略，并且在从端部位置移动到静止位置的阀键12上不施加任何磁力。

协助系统1C与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第五实施例

转到附图8，实施本发明的又一个协助系统1D被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10D和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10D与阀键组件10结构类似，阀键组件10D的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1D包括至少一个螺线管-操作阀键作动器22D，控制单元25D和至少一个传感器32。螺线管-操作阀键作动器22D和控制单元25D与螺线管-操作阀键作动器22和控制单元25的结构相似，并且因此，该螺线管-操作阀键作动器22D的部件部分和控制单元25D的部件使用螺线管-操作阀键作动器22的部件部分和控制单元25的部件的相应的附图标记来标示，并且不作具体描述。

一个三维加速度传感器(triaxial acceleration sensor)用作传感器32，并且具有用于转换力，也就是加速度，成为电信号S5的压电元件。传感器32被装在阀键12内，并且因此与阀键12一起移动。当阀键12停留在端部位置及静止位置时，在传感器32上施加任何的加速度。当演奏者将指动钮15按压下时，在传感器32上施加加速度，并且传感器32引起电信号S5的电势水平升高。然后，逻辑电路25c要求电源和电流驱动器25b辅助演奏者。

协助系统1D与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第六实施例

转到附图9，实施本发明的又一个协助系统1E被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10E和管结构，并且管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10E与阀键组件10结构类似，阀键组件10E的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1E包括至少一个螺线管-操作阀键作动器22E，控制单元25E和至少一个传感器33。螺线管-操作阀键作动器22E和控制单元25E与螺线管-操作阀键作动器22和控制单元25的结构相似，并且因此，该螺线管-操作阀键作动器22E的部件部分和控制单元25E的部件使用螺线管-操作阀键作动器22的部件部分和控制单元25的部件的相应的附图标记来标示，并且不作具体描述。

由一个应变仪来实施传感器33，并且其被安装到杆21上。当演奏者在指动钮15上施加力时，所述力导致杆21变形，并且应变仪33开始向控制单元25E供应电信号S6。在所述电信号S6超过阈值TH1的情况下，逻辑电路25c要求电源和电流驱动器25b向螺线管-操作阀键作动器22E提供驱动信号S2。当返回弹簧13朝着静止位置推动阀键12时，在应变仪33上没有施加任何的力。因此，传感器33升高并保持该电信号S6，同时螺线管-操作阀键作动器22E辅助演奏者。因此，控制单元25E的逻辑电路25c比控制电路25B、25C和25D的逻辑电路25c更简单。

协助系统1E与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第七实施例

转到附图10，实施本发明的又一个协助系统1F被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10F和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10F与阀键组件10结构类似，阀键组件10F的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1F包括至少一个阀键作动器22F，控制单元25F和至少一个传感器23F。除了电源和电流驱动器25bf外，传感器23F和控制单元25F与传感器23和控制单元25的结构类似，并且因此，控制单元25F的部件使用螺线管-操作阀键作动器22的相应部件部分和控制单元25的相应部件的附图标记来标示。电源和电流驱动器25bf包括一个反相电路，以使得驱动信号S7的极性被反转。

阀键驱动器22F由超声波马达37A、小齿轮37B和齿条37C的组合来实施。超声波马达37A被容纳在阀键壳体11内并且与控制单元25F的电源和电流驱动器25bf连接。超声波马达37A是没有电能时保持输出轴的类型(keep the output shaft in absence of the electric power)。小齿轮37B与超声波马达37A的输出轴连接，使得超声波马达37A双向地驱动小齿轮37B转动。齿条37C固定在杆21上，并且在与杆21平行的方向上延伸。小齿轮37B与齿条37C保持螺纹啮合从而小齿轮37B和齿条37C将超声波马达37A的输出轴的转动转换成杆21的线性运动。

参考图11来描述协助系统25F的特性。演奏者假定在协助系统25F的辅助下在管乐器上演奏一段音乐。当演奏者希望不改变吹奏而改变乐音音高时，他或她向指动钮15施加力，并且的力使得传感器23减小抵制检测信号S1的电阻。当电阻被减小到小于某个值TH1时，电源和电流驱动器25bf向超声波马达37A施加电能，其方式是：使小齿轮37B和齿条37C导致杆21和阀键12朝着阀键壳体11的底部移动。换句话说，向阀键12上施加向下的力来抵制返回弹簧13的弹性力。当阀键12到达端部位置，从超声波马达37A上去掉电能，并且防止输出轴反相转动。然后，入口部分17通过空气通道12A与出口部分19连通，并且一个或多个乐音音高被改变。

当演奏者希望恢复一个或多个乐音音高时，他或她去掉在指动钮15上的力，并且使传感器23F增加电阻。当电阻超过值TH2，逻辑电路25c导致反相电路反向地向超声波马达37A施加电势，使得超声波马达37A、小齿轮37B和齿条37向阀键12施加向上的力。在阀键12位于静止位置时去掉向上的力，并且超声波马达37A保持阀键12位于静止位置。

因此，协助系统1F与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第八实施例

转到附图12，实施本发明的又一个协助系统1G被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10G和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10G与阀键组件10结构类似，阀键组件10G的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1G包括至少一个阀键作动器22G，控制单元25G和至少一个传感器23G。除了电源和电流驱动器25bf外，传感器23G和控制单元25G与传感器23和控制单元25的结构类似，并且因此，控制单元25G的部件使用控制单元25的相应的部件的附图标记来标示。电源和电流驱动器25bf包括反相电路，使得驱动信号S8的极性可被反转。

阀键驱动器22G由表面声波马达(surface acoustic wave moter)38来实施。表面声波马达38设置在阀键壳体11内部的杆21的周围，并且与电源和电流驱动器25bf连接。当有电源和电流驱动器25bf供应电能时，表面声波马达38引起杆21双向运动，也就是向上和向下运动。

因此，协助系统1G与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第九实施例

转到附图13，实施本发明的又一个协助系统1H被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10H和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10H与阀键组件10结构类似，阀键组件10H的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1H包括至少一个阀键作动器22H，控制单元25H和至少一个传感器23H。除了电源和电流驱动器25bh外，传感器23H和控制单元25H与传感器23和控制单元25的结构类似，并且因此，控制单元25H的其它部件使用控制单元25的相应的部件的附图标记来标示。电源和电流驱动器25bh包括用于气动控制系统的接线端，该内容将在下文中详细描述。

阀键驱动器22H由气动系统39来实施。气动系统39包括空气泵40a、气动作动器40b、电磁空气供应阀42A/44A、电磁排出阀43A/45A和空气引导管42/43/44/45。虽然在图13中未显示，设置有一个与空气泵40a关联的储罐，并且电源和电流驱动器25bh根据在储罐内的空气压力间歇地向空气泵40a供能。

阀键壳体11在阀键12和气动作动器40b之间被共用。气动作动器40b的活塞41可移动地容纳在阀键壳体11内，并且两个空气室CH1和CH2在阀键壳体11内由活塞41限定。空气管42设置在空气泵40a和空气室CH1之间，并且另一个空气管43设置在空气室CH1和大气之间。类似地，空气管44设置在空气泵40a和空气室CH2之间，并且另一个空气管45设置在空气室CH2和大气之间。电磁空气供应阀42A和44A分别连接到空气管42和44上，并且另有电磁空气排出阀43A和45A分别连接到空气管43和45上。

电源和电流驱动器25bh导致电磁空气供应阀42A或44A打开，从而使得来自储罐的高压空气被供应到空气室CH1或CH2内。在另一方面，电磁空气排出阀45A或43A被打开，并且高压空气被从空气室CH1和CH2中的另一个排放到大气中。

当演奏者按压下指动钮15时，高压空气被供应到空气室CH1，并且入口部分17如图14所示通过空气通道12A与出口部分19连通。因此该气动作动器辅助演奏者。

在另一方面，当演奏者释放指动钮15时，高压空气被供应到空气室CH2中，并且迅速地使得阀键12返回到静止位置。因此，协助系统1H与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第十实施例

转到附图15，实施本发明的又一个协助系统1J被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10J和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10J与阀键组件10结构类似，阀键组件10J的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1J包括至少一个阀键作动器22J，控制单元25J和至少一个传感器23J。传感器23J和控制单元25J与传感器23和控制单元25F的结构类似，并且因此控制单元25J的部件使用控制单元25F相应的部件的附图标记来标示。

阀键作动器22j由缩放仪(pantograph)47A和聚合物作动器47B的组合来实施。机械室47C连接到阀键壳体11的下部，并且缩放仪47A连接在机械室47C的底部和阀键12的下部之间。一个电作动聚合物EAP(ElectricActuating Polymer)板用作聚合物作动器47B，并且在两端被连接到缩放仪47A的各上连杆和各下连杆之间接合处上。电源和电流驱动器25bf与EPA板的两个表面连接。

当演奏者希望改变一个或多个乐音音高时，他或她按压下指动钮15。然后逻辑电路25c使电源和电流驱动器25bf反转驱动信号S7的极性，并且驱动信号S7如图16所示引起EPA板47B伸长。上连杆之间的角度增加，且因此缩放仪47A的高度被减小。结果，阀键12抵制着返回弹簧13的弹性力而被向下拉，返回弹簧被连接在盖11A和阀键12上部之间。入口部分17通过空气通道12A与出口部分19连通，并且空气柱的长度被改变。

当演奏者希望恢复以前的一个或多个乐音音高时，他或她释放指动钮15。然后，逻辑电路25c使电源和电流驱动器25bf改变驱动信号S7到以前的极性。驱动信号S7使EPA板收缩，并且返回弹簧13将阀键12向上拉，使得入口部分17如图15所示地通过空气通道12B与出口部分18连通。这样导致空气柱的长度被改变。因此，协助系统1J与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第十一实施例

转到附图17，实施本发明的又一个协助系统1K被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10K和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10K与阀键组件10结构类似，阀键组件10K的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1K包括至少一个阀键作动器22K，控制单元25K和至少一个传感器23K。传感器23K和控制单元25K与传感器23和控制单元25的结构类似，并且因此控制单元25K的部件使用控制单元25F的相应的部件的附图标记来标示。

阀键作动器22K由形状记忆合金的螺旋元件48来实施。螺旋元件48围绕杆21被缠绕在阀键壳体11内，并且与电源和电流驱动器25b连接。

当演奏者希望改变一或多个乐音音高时，他或她按压下指动钮15。然后逻辑电路25c使电源和电流驱动器25b向螺旋元件48施加驱动信号S2，并且驱动信号S2引起螺旋元件48伸长。结果，阀键12抵制着返回弹簧13的弹性力而被向下压。入口部分17通过空气通道12A与出口部分19连通，并且空气柱的长度被改变。

当演奏者希望恢复以前的一或多个乐音音高时，他或她释放指动钮15。然后，逻辑电路25c使电源和电流驱动器25b停止驱动信号S2。螺旋元件48收缩，并且返回弹簧13将阀键12向上推，使得入口部分17通过空气通道12B与出口部分18连通。这样导致空气柱的长度被改变。因此，协助系统1K与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第十二实施例

转到附图18，实施本发明的又一个协助系统1L被结合到一个管乐器中。管乐器包括至少一个阀键组件10L和管结构，并且该管结构包括入口部分17和出口部分18/19，与管结构4相似。由于阀键组件10L与阀键组件10结构类似，阀键组件10L的部件部分使用阀键组件10的相应的部件部分的附图标记来标示。

协助系统1L包括至少一个阀键作动器22L，控制单元25L和至少一个传感器23L。传感器23L和控制单元25L与传感器23和控制单元25的结构类似，并且因此控制单元25L的部件使用控制单元25F的相应的部件的附图标记来标示。

阀键作动器22L由压电元件49来实施。压电元件49设置在阀键壳体11内的盖11A和阀键12之间，并且与电源和电流驱动器25b连接。

当演奏者希望改变一或多个乐音音高时，他或她按压下指动钮15。然后逻辑电路25c使电源和电流驱动器25b向压电元件49施加驱动信号S2，并且驱动信号S2引起压电元件49伸长。结果，阀键12抵制着返回弹簧13的弹性力而被向下压。入口部分17通过空气通道12A与出口部分19连通，并且空气柱的长度被改变。

当演奏者希望恢复以前的一或多个乐音音高时，他或她释放指动钮15。然后，逻辑电路25c使电源和电流驱动器25b停止驱动信号S2。压电元件49收缩，并且返回弹簧13将阀键12向上推，使得入口部分17通过空气通道12B与出口部分18连通。这样导致空气柱的长度被改变。因此，协助系统1L与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

第十三实施例

转到图19和20，实施本发明的又一个协助系统1M被结合到一个管乐器中。管乐器为具有旋转阀键的类型，例如法国号、转阀式小号或转阀式大号，并且具有吹嘴(未显示)，管结构4M，旋转阀键组件60，音键64，连杆65和返回弹簧67。附图标记71、72、73和74指示管结构4M的连接部分。

旋转阀键组件60具有被形成为带有四个气孔的阀键壳体61，阀键体62和轴62A。阀键壳体61的四个气孔分别与管结构4M的连接部分71、72、73和74连接，并且阀键体62容纳在阀键壳体61内。轴62A从阀键体62突伸出，并延伸到阀键壳体61的外侧。轴62A可转动地由阀键壳体支承，从而使阀键体62在阀键壳体61内的第一阀键位置和第二阀键位置之间可双向转动。两个空气通道62B和62C形成在阀键体62内，并且有选择地连接到连接部分71、72、73和74。

当旋转阀键组件60停留在第一阀键位置时，连接部分71通过空气通道62B而与连接部分72连接，且连接部分73通过空气通道62C与连接部分74连接。在另一方面，当旋转阀键组件60从第一阀键位置改变到第二阀键位置时，如图21和22所示，连接部分71通过空气通道62C与连接部分73连接，且连接部分72通过空气通道62B与连接部分74连接。

演奏者在第一阀键位置和第二阀键位置之间通过音键64来改变旋转阀键组件60。当音键64脱离了演奏者施加的力时，旋转阀键组件60停留在第一阀键位置。当演奏者将旋转阀键组件60改变到第二阀键位置时，他或她抵制恢复弹簧67的弹性力按压下音键64，连杆65将音键64的运动转化为轴62A的转动，并且该旋转阀键组件60被改变到第二阀键位置。

协助系统1M包括至少一个阀键作动器22M，控制单元25M和至少一传感器76。传感器76由类似第六实施例中的传感器的应变仪来实施，并且控制单元25M与控制单元25的结构类似，且因此，此后对它们不作进一步的描述。

阀键作动器22由类似于第七实施例中的阀键作动器的超声波马达77来实施，并且超声波马达77具有与轴62A联结的输出轴。超声波马达77和传感器76被连接到控制单元25M。

当演奏者希望改变一或多个乐音音高时，他或她按压音键64。然后控制电路25M向超声波马达77施加驱动信号S7，并且驱动信号S7引起超声波马达77的输出轴转动。结果，阀键体62通过阀键体62的转动从第一阀键位置改变到第二阀键位置。连接部分71和72通过空气通道62B和62C与连接部分73和74连接，并且空气柱的长度被改变。

当演奏者希望恢复以前的一或多个乐音音高时，他或她释放音键64。然后，控制电路25M将驱动信号S7改变为非活动水平，从而返回弹簧67将音键64返回到以前的位置。因此，阀键体62在相反的方向旋转。这样导致空气柱的长度被改变。因此，协助系统1M与协助系统1相类似地运行，并且能够获得协助系统1的所有的优点。

虽然已经对本发明的特殊的实施例进行了显示和描述，但是应该明白的是，本领域的普通技术人员在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种的改变和变型。

小号并不限制本发明的技术范围。协助系统也可以适合于带有活塞阀键的铜管乐器，例如，大号，和其它种类的带有吹嘴的管乐器，例如短号(cornet)、粗管短号(flugelhorn)、次中音号(euphonium)、次高音号(alto horn)、上低音号(baritone)和苏萨号(sousaphone)。

带有吹嘴的管乐器不限制本发明的技术范围。协助系统可设计用于带有簧片的管乐器，例如双簧管、单簧管及萨克斯管。由于这些管乐器没有任何的阀键组件，协助系统使其能够快速地通过各个音键关闭和打开各个音孔。

空气通道12A和12B不限制本发明的技术范围。另外一种阀键也可以具有弯曲的空气通道，并且另外还有一种阀键可以具有设置在该阀键的剖面中的空气通道互连口。

控制单元25可物理地独立于金属乐器。在该情况下，要求在金属乐器和控制单元/压力传感器25/23之间进行电连接的长电缆。

压力传感器23不限制本发明的技术范围。指动钮15或杆21可以用光反射器或光断路器来监视。在该情况下，光反射器或光断路器被设置在阀键壳体11的内部或外部。

电源可以由一个变压器来实施，电能从控制单元25的外部供应到该变压器。

超声波马达37A可以使返回弹簧13将阀键12朝着静止位置移动而没有施加任何向上的力的作用。

电磁阀44A/45A和空气管44/45可以从气动控制系统中省掉。在该情况下，当演奏者释放指动钮15时，电磁空气供应阀42A关闭，并且电磁空气排出阀43A打开，从而阀键12通过返回弹簧13返回到静止位置。

气动系统39可以由液压系统来代替，在其中加压的油或加压的水被供应到连接到阀键12上的液压作动器中。

第七实施例到第十二实施例中的任一传感器可以由第二实施例到第六实施例中的任一传感器来代替。在又一个协助系统中也可以使用静电接触传感器。

超声波马达可以由在端部位置向杆21施加力矩类型的直流马达来代替。

多于一种的阀键作动器22到22M可以被用于又一种用于管乐器的协助系统。

协助系统为经选择的一个或多个阀键组件设置。换句话说，在真人演奏者对其它的一个或多个阀键组件进行手指动作时，协助系统不给真人演奏者提供辅助。

上述实施例的部件部分与所附权利要求书中的语言相关联。吹嘴用作“振动激励器”，并且阀键机构5或阀键机构10、10A、10B、10C、10E、10F、10G、10H、10J、10K、10L和60用作“音高改变机构”。

孔，其与入口部分17和出口部分18/19连接，用作“气孔”。指动钮15和杆21或音键64和连杆65作为整体组成“操纵器”。小齿轮37B和齿条37C的组合，气动作动器40b、电磁空气供应阀42A/44A、电磁排出阀43A/45A和空气导管42/43/44/45的组合，缩放仪47A或连杆65用作“运动转换器”。