乐器以及并入其中的为乐器演奏者提供的协助系统

摘要

一种协助系统(3)设置在萨克斯管上用来为演奏者提供辅助，该协助系统(3)包括监测音键(21，23，24)的接触片(21A，23A，24A)的压力传感器(102)，提供给音键(21，23，24)的配备有转矩马达(103A)的动力辅助单元(103)，以及连接到压力传感器(102)和动力辅助单元(103)的控制器(101)；在控制器(101)中准备用于按压下的接触片(21A，23A，24A)的换算表(TB1)以及用于释放的接触片(21A，23A，24A)的另一个换算表(TB2)，在换算表中分别限定手指力和将被供应到转矩马达(101A)中的电流量之间的不同关系；依据手指力的增大和减小从换算表中读取出将要被供应的电流量，因此，演奏者可以在没有奇怪的音键触感的情况下使用加衬罩快速地关闭音孔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种乐器，特别是涉及一种装备有为乐器演奏者提供的协助系统的乐器，该协助系统使得可以在乐器上很容易地演奏乐曲。

背景技术

乐器通常是给非残废的成年人设计的。成年人具有足够长的腿，在键盘上用指弹奏期间脚可以踩踏到钢琴的踏板上。成年人是如此的有力以至他们能够抵住复位弹簧的弹力而快速地按下管乐器的音键。然而，一些儿童的腿太短以至不能踩踏到钢琴的踏板上。这些儿童感到踏板离他们的脚太远。面对乐器，身体残疾的人有时会面临与儿童相似的处境。

已经为儿童和身体残疾的人提供了各种各样的协助设备和协助系统。在公开号为2001-109462的日本专利申请中披露了一种现有技术的协助系统，该协助系统在后面称为“第一现有技术协助系统”。第一现有技术协助系统是为感觉标准大钢琴的踏板离他们的脚太远的那些人设计的。该第一现有技术协助系统装配于琴柱(lyre post)，并且设置有在他们的辅助位置和闲置位置之间转换的辅助踏板。当成年人在大钢琴上演奏乐曲的时候，辅助踏板保持在闲置位置，因此成年人直接踏在踏板上。

当需要辅助的人希望在大钢琴上演奏乐曲的时候，辅助踏板转换到辅助位置，以便与大钢琴的踏板联动。当此人在大钢琴上演奏乐曲的时候，他踩踏辅助踏板上以产生人工表达(artificial expression)。该辅助踏板使得大钢琴的踏板向下压。由此，此人在到音调中加入人工表达就像他或她直接踏在了大钢琴的踏板上一样。当此人从该辅助踏板移开力的时候，大钢琴的踏板由于与踏板联动的钢琴部件的重量而恢复到静止位置，并且，因此导致辅助踏板回到它们的静止位置。

在公开号为2004-334141的日本专利申请中披露了另外一个现有技术协助系统，该系统在后面称为“第二现有技术协助系统”。该第二现有技术协助系统也用于希望在钢琴上演奏乐曲的人，并且该第二现有技术协助系统是便携式的。第二现有技术协助系统的目的是为感觉钢琴踏板距离他们的脚太远的人提供辅助。

第二现有技术协助系统被分解为歇脚板(footrest)、辅助踏板以及联动装置。辅助踏板铰接到歇脚板上，并且通过关联的联动装置可连接到钢琴的踏板上。当此人在键盘上用指弹奏且没有踏到踏板上的时候，他或者她在歇脚板上歇脚。当此人希望在音调中加入人工表达的时候，他或者她从歇脚板上将他或者她的脚移动到辅助踏板上，并且踩踏辅助踏板。然后，力从辅助踏板通过联动装置传递到钢琴的踏板，并且使得踏板下压。当此人从该辅助踏板移开力的时候，通过与踏板联动的钢琴部件的重量的作用，钢琴的踏板恢复到静止位置，并且导致辅助踏板回到静止位置。

因此，第一现有技术协助系统和第二现有技术协助系统弥补了矮小的人的脚与钢琴的踏板之间的距离，并且辅助矮小的人进行钢琴演奏。然而，没有考虑到其缺点。具体地说，一些小孩的腿不仅仅是太短不能踩踏到踏板上，而且太弱而不能压下辅助踏板和钢琴踏板。虽然第一现有技术协助系统和第二现有技术协助系统允许孩子弥补了在他们的脚和钢琴踏板之间的距离，但是对于第一现有技术协助系统和第二现有技术协助系统来说，不可能弥补孩子的很小的肌肉力量。

上述的问题还出现在例如像落地鼓这样的打击乐器以及例如像萨克斯管这样的管乐器的演奏中。

发明内容

因此，本发明的一个重要的目的就是提供一种乐器，这种乐器在演奏中为仅有很小肌肉力量的人提供辅助。

本发明的另一个重要目的是提供一种协助系统，该系统被并入上述乐器中。

为了实现这个目的，本发明提出准备多个关系，所述多个关系对不同种类的演奏者意图是最优化的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于产生乐音的乐器，所述乐器包括：至少一个操纵器，根据不同类型演奏者的意图、通过演奏者的力使所述至少一个操纵器移动到不同位置，以便改变要产生的音乐声音的属性；乐音发生器，连接到所述至少一个操纵器，并产生具有所述属性的音乐声音；以及协助系统，包括至少一个传感器、至少一个作动器以及控制器，其中所述至少一个传感器设置为与所述至少一个操纵器相关联并产生检测信号，该检测信号代表了表示所述至少一个操纵器的运动的物理量，所述至少一个作动器对驱动动力作出响应，以便在所述至少一个操纵器上施加辅助力，该辅助力使所述至少一个操纵器移动到所述不同位置，所述控制器连接到所述至少一个传感器和所述至少一个作动器，为所述至少一个操纵器存储所述物理量和驱动动力的量级之间的多个关系，选择性地根据不同演奏者的意图访问所述多个关系并将所述驱动动力调整到所述关系的选定的一个中与所述物理量相应的一定量级，因此通过所述演奏者的力和所述辅助力之和使所述至少一个操纵器移动。

根据本发明的另一个方面，提供一种辅助演奏者在乐器上演奏的协助系统，其包括：至少一个传感器，设置为与所述至少一个操纵器相关联并产生检测信号，该检测信号代表了表示所述至少一个操纵器的运动的物理量；至少一个作动器，对驱动动力作出响应，以便在所述至少一个操纵器上施加辅助力，该辅助力使所述至少一个操纵器移动到所述不同位置；控制器，连接到所述至少一个传感器和所述至少一个作动器，为所述至少一个操纵器存储所述物理量和驱动动力的量级之间的多个关系，选择性地根据不同演奏者的意图访问所述多个关系并将所述驱动动力调整到所述关系的选定的一个中与所述物理量相应的一定量级，因此通过所述演奏者的力和所述辅助力之和使所述至少一个操纵器移动。。

附图说明

根据下面结合附图的说明，将更清楚地理解所述乐器和协助系统的特征和优点，其中：

图1为示出了本发明的萨克斯管的透视图；

图2为示出了并入到萨克斯管中的协助系统的系统结构框图；

图3A为示出了存储在换算表中的压力和电流量之间的关系的图；

图3B为示出了存储在另外一个换算表中的压力和电流量之间的另一关系的图；

图4A为示出了图3A中所示的换算表中所存储的关系的曲线图；

图4B为示出了图3B中所示的换算表中所存储的关系的曲线图；

图5为示出了并入到萨克斯管中的音键机构的一部分的平面图；

图6为沿着图4中的I-I线取的截面图并且示出了音键的结构；

图7A和7B为示出了用于在不同音键位置的音键的动力辅助单元的侧面图；

图8为示出了在没有任何辅助的情况下手指力和在加衬罩(padded cup)处的合力矩之间的关系的曲线图；

图9为示出了在具有本发明的协助系统的辅助的情况下手指力和在加衬罩处的合力矩之间的关系的曲线图；

图10为示出了在手指力和加衬罩与音孔管之间的距离的关系的图表；

图11为示出了本发明另一个协助系统的方框图；

图12为示出了压力和施加到动力辅助单元的电流量之间的关系的滞后现象的曲线图。

具体实施方式

实施本发明的乐器用于产生音乐声音，并且包括至少一个操纵器、乐音发生器以及协助系统。演奏者通过施加演奏者的力在不同的位置移动所述至少一个操纵器，且该至少一个操纵器被移动到的位置根据不同种类演奏者的意图决定。演奏者的意图涉及音乐乐音属性的改变。乐音发生器连接到所述至少一个操纵器，并且产生具有一定属性的乐音。

协助系统包括至少一个传感器、至少一个作动器以及控制器。该控制器连接到所述至少一个传感器和所述至少一个作动器，并且控制用于在演奏中辅助演奏者的辅助力。

所述至少一个传感器被设置为与所述至少一个操纵器相关联，并且产生代表表示所述至少一个操纵器的移动的物理量的检测信号。该检测信号被提供给控制器，并且该控制器分析由该检测信号所携带的数据信息段以确定演奏者的意图。

所述至少一个作动器响应驱动动力以在所述至少一个操纵器上施加辅助力。该辅助力使所述至少一个操纵器移动到不同的位置。从而通过演奏者的力和所述辅助力的总和移动所述至少一个操纵器。

控制器具有信息处理能力，并且存储所述物理量和用于所述至少一个操纵器的驱动动力的量级(magnitude)之间的多个关系。由此，所述多个关系被指定到所述至少一个操纵器。

当演奏者在乐器上演奏一段音乐的时候，演奏者操纵所述至少一个操纵器用于通过将演奏者的力施加到其上而指定所产生乐音的属性。所述至少一个传感器将演奏者的力转换为检测信号，该检测信号的量级相当于演奏者力的量级。控制器确定演奏者的意图，也就是演奏者通过所述至少一个操纵器的移动希望达到的目的。当控制器确定了演奏者的意图，控制器读取为演奏者意图准备的多个关系中的一个，并且确定与物理量的量级相关联的驱动动力的量级。然后，控制器调整驱动动力到一定量级，并且将该驱动信号供应到所述至少一个作动器。

当控制器收到另一种演奏者意图的时候，控制器访问指定给另一种演奏者意图的多个关系中的另一个，并且确定根据另一个关系的驱动动力的量级。

正如从前面的描述中可以理解的，为不同种类的演奏者意图下的至少一个操纵器准备了多个关系。辅助力的最佳量级在不同种类的演奏者意图下是不同的，因此协助系统为演奏者提供最佳的辅助。

第一实施例

首先参考附图1，体现本发明的萨克斯管主要包括管状主体1、音键机构2以及协助系统3。管状主体1中限定了空气柱，演奏者引起管状主体1中空气柱振动。通过空气柱的振动从管状主体1中发出乐音。在管状主体1的外表面上设置音键机构2，演奏者用手指在音键机构2上演奏以改变空气柱的长度，即乐音的音高。设置协助系统3与音键机构2关联，并且辅助在音键机构2上用手指演奏的演奏者。由于这个原因，即使演奏者在用手指非常弱的演奏的时候，他或者她仍然能够在协助系统3的辅助下快速地改变乐音的音高。

管状主体1包括圆锥形金属管1a、颈部11、带有簧片的吹口(mouthpiece)12以及上翻的喇叭口(flared bell)13。音孔形成在圆锥形金属管1a、颈部11和上翻的喇叭口13中，并且在图1中用“1b”标记了几个音孔。吹口12被放入演奏者的嘴中。当演奏者在吹口12上吹气的时候，簧片引起管状主体1中空气柱振动。

颈部11连接在吹口12和圆锥形金属管1a之间，且上翻的喇叭口13连接到圆锥形金属管1a的另外一端。颈部11的内部空间延续到圆锥形金属管1a的内部空间，而圆锥形金属管1a的内部空间延续到上翻的喇叭口13的内部空间。上翻的喇叭口13朝向大气开口。由此，空气柱被限定在颈部11、圆锥形金属管1a和上翻的喇叭口13中，并且在存在簧片振动的情况下被激励。

音键机构2包括用于左手的侧音键组2a、用于右手的侧音键组2b以及用于左手的中心音键组2c。高-D音键21、高-F音键23以及高-Eb音键24属于用于左手的侧音键组2a，并且用于右手的侧音键组2b包括高-D颤音音键31、高-E音键32、侧C杆(lever)33以及侧Bb杆34。C音键22和A音键44并入用于左手的中心音键组2c。在侧音键、例如C侧音键33和Bb侧音键34被按下之前，手指从中心音键移动到这些音键上并按下音键。演奏者通常将他或她地手指搁置在中心音键上。由于这个原因，演奏者不需要从其它音键移动手指便可按下中心音键。

如图2所示，协助系统3装配在管状主体1的外表面上，并且包括控制器101、多个传感器102、多个动力-辅助单元103、开关板104以及电源105。作为一个例子，电源105具有与电池并列连接到控制器101的功率晶体管，控制器101、传感器102以及动力-辅助单元103连接到功率晶体管的电流输出节点。在这种情况下，如在后面将描述的，动力辅助单元103被设置为用于左手的音键组2a的高-D音键21、高-F音键23以及高-Eb音键24，。

开关板104具有装配了滑动按钮的通断开关，该滑动按钮在接通位置和断开位置之间移动。该通断开关连接到功率晶体管的控制节点。当滑动按钮停留在断开位置的时候，通断开关保持控制信号为无效(inactive)，并且该无效控制信号使得功率晶体管关闭。另一方面，当滑动按钮改变到接通位置的时候，通断开关改变控制信号到有效电平，有效控制信号引起功率晶体管打开。结果，来自电源105的电力被供应到控制器101、传感器102以及动力辅助单元103。

传感器102通过多张压敏膜来实现，并且连接到控制器101。多张压敏膜粘在音键机构2的音键上，并且根据施加在其上的压力改变电阻率。由于电源105向多张压敏膜施加一定电位(potential)，控制器101的电位水平(potential level)根据施加在多张压敏膜上的压力而变化。由此，传感器102分别将施加在其上的压力转换为模拟检测信号S1。

设置动力辅助单元103与音键机构2的前述音键21、23以及24相关联，并且动力辅助单元103被控制信号S2选择性地驱动以使用衬垫(pad)打开或者关闭音孔1b。每个动力辅助单元103都具有转矩马达103A，并且在控制器101的控制下从转矩马达103A输出转矩。

控制器101包括信息处理系统100a、信号输入电路100b以及信号输出电路100c。传感器102并行连接到信号输入电路100b，并且信号输入电路100b具有模拟-数字转换器和输入数据缓冲器。对检测信号S1进行周期性采样，并且采样的离散数值被转换为代表压力的数字检测信号。数字检测信号临时存储在数据缓冲器中。信号输出电路100c并行连接到动力辅助单元103，并且具有输出数据缓冲器。从输出数据缓冲器中提供控制信号S2到动力辅助单元103。虽然没有示出，但是动力辅助单元103各自具有电流驱动电路，并且电流驱动电路响应控制信号S2，从而将电流供应到转矩马达103A。电流被调整为由控制信号S2表达的量。

信息处理系统100a连接到信号输入电路100b和信号输出电路100c。信息处理系统100a周期性地获取数字检测信号，并且检验二进制数值以查看演奏者是否改变了施加于音键上的力。当演奏者保持乐音音高不变时，给出的答案是否定的，从而信息处理系统100a维持控制信号S2。另一方面，如果演奏者改变所按压的音键和/或所释放的音键，信息处理系统100a确定要关闭和/或打开的音孔1b，并且改变控制信号S2。

信息处理系统100a包括算术和逻辑单元/指令解码器/信号控制101A、只读存储器101B以及随机存储器101C。虽然算术和逻辑单元/指令解码器/信号控制101A、只读存储器101B以及随机存储器101C和其它系统组件连接到内部共享总线系统，但是在图2中没有显示其它系统组件和内部共享总线系统。在图2中，算术和逻辑单元/指令解码器/信号控制101A、只读存储器101B以及随机存储器101C分别缩写为“ALU等”、“ROM”和“RAM”。

计算机程序也就是指令代码和换算表TB1和TB2存储在只读存储器101B中，并且随机存储器101C为算术和逻辑单元101A提供工作区域。在随机存储器101C中定义了若干寄存器，在寄存器中存储压力数据段和辅助动力数据段。压力数据段指示施加到音键上的手指力的量级，通过检测信号S1将压力数据段运送给信号输入电路100b。辅助动力数据段指示要供应到转矩马达103A的电流量，并且通过控制信号S2，将该辅助动力数据段重放给动力辅助协助系统103。

在换算表TB1中表达了压力和要供应到转矩马达103A的电流量之间的关系，并且图3A显示了压力和电流量之间的关系。在该换算表中，压力值a1、a2、a3、a4、a5、...分别与电流量的值b11、b12、b13、b14、b15、...相关联。压力从a1逐步增加到a2、a3、a4、a5、...，电流量也从b11逐步增加到b12、b13、b14、b15、...。例如，当检测信号S1表达压力a1时，控制信号S2将被调整到b11。

在换算表TB2中表达了压力和要供应到转矩马达103A的电流量之间的另外一个关系，并且图3B显示了在压力和电流量之间的关系。在此换算表中，压力值a1、a2、a3、a4、a5、...分别与电流量的值b21、b22、b23、b24、b25、...相关联。当压力从a1逐步增加到a2、a3、a4、a5、...，电流量也从b21逐步增加到b22、b23、b24、b25、...。例如，当检测信号S1表达压力a1时，控制信号S2将被调整到b21。

如图4A所示，绘制了存储在换算表TB1中的关系。换句话说，曲线PL1表示存储在换算表TB 1中的关系。并且如图4B所示，曲线PL2表示存储在另一个换算表TB2中的关系。电流量b11、b12、b13、b14、b15分别大于电流量b21、b22、b23、b24、b25，因此曲线PL1的斜率大于曲线PL2的斜率。

当用户打开在开关板104上的通断开关的时候，计算机程序开始在算术和逻辑单元101A上运行。当初始化信息处理系统100a的时候，在分配给压力数据段和辅助动力数据段的寄存器中写入二进制数值“0”。

当用户激活动力辅助单元103的时候，算术和逻辑单元101A周期性地进入用于动力辅助的子程序，并且在子程序的每次执行中从信号输入电路100b中获取压力数据段。算术和逻辑单元101A将压力数据段传送给随机存储器101C，并且将压力数据段存储在分配给传感器102的寄存器中。因此，在分配给的传感器102中相关联的一个的每个寄存器中存储预定数量的压力数据段。

在子程序中，算术和逻辑单元101A周期性地检测寄存器以查看演奏者是否增大、减小或者保持手指力。当算术逻辑单元101A证实动力数据段的电流值等于动力数据段的前一个值的时候，算术和逻辑单元101A并不访问换算表TB1和TB2，并且保持辅助动力数据段不变。

当演奏者增大手指力的时候，动力数据段的电流值大于动力数据段的前一个值，算术和逻辑单元101A访问换算表TB1，并且读取将被应用到转矩马达103的电流量。从换算表TB1读取的电流量被存储在分配给相关联的动力辅助单元103的寄存器之一中作为辅助动力数据段，并且将辅助动力数据段传送到信号输出电路100c。辅助动力数据段被供应给动力辅助单元103，并且所述电流量被供应到转矩马达103A。

另一方面，当演奏者减小手指力的时候，动力数据段的电流值变成小于动力数据段的前一个值，算术和逻辑单元101A访问换算表TB2，并且读取将要应用到转矩马达103的电流量。在分配给相关联的动力辅助单元103的寄存器之一中存储从换算表TB2中读取的电流量作为辅助动力数据段，并且将辅助动力数据段传送给信号输出电路100c。辅助动力数据段被供应给动力辅助单元103，并且电流量被供应到转矩马达103A。

图5显示了并入到用于左手的音键组2a中的三个音键子机构以及设置为用于音键子机构的动力辅助单元103。高-D音键21、高-F音键23以及高-Eb音键24分别并入到子音键机构中。图6示出了沿着图4的I-I线取的截面，图7A和7B显示从高-Eb音键24观察到的高-F音键23。

在图4中音孔管21D、23D和24D围绕音孔1b，并且音孔管21D、23D和24D固定到圆锥形金属管1a的外表面上。

音键子机构包括：接触片(touch piece)21A、23A或者24A；一对音键柱21B、23B或者24B；音键杆21a、23a或者24a；加衬罩(padded cup)21C、23C或者24C；杆21E、23E或者24E；音键套管(key sleeve)21F、23F或者24F以及复位弹簧21G、23G或者24G。正如在图6中更好地看到的那样，每对音键柱21B、23B或者24B直立在圆锥形金属管1a的外表面上，并且彼此间隔。杆21E、23E或者24E跨在音键柱21B、23B或者24B之间的间隙上，并且杆21E、23E或者24E被固定在音键柱21B、23B或者24B上。

杆21E、23E或者24E可转动地支撑音键套管21F、23F或者24F，音键杆21a、23a或者24a被固定到音键套管21F、23F或者24F上。音键杆21a、23a或者24a以直角穿过杆21E、23E或者24E，并且音键杆21a、23a或者24a的一端连接到接触片21A、23A或者24A，另一端连接到加衬罩21C、23C或者24C。杆21E、23E或者24E为音键杆21a、23a或者24a提供旋转轴，因此音键杆21a、23a或者24a可以上下运动。加衬罩21C、23C或者24C被设置在音孔管21D、23D或者24D上方，并且与音孔管21D、23D或者24D接触和间隔开。从而，音孔1b被加衬罩21C、23C或者24C关闭，和朝向大气打开。

复位弹簧21G、23G或者24G被设置在圆锥形金属管1a的外表面和音键杆21a、23a或者24a之间，并且沿箭头A指示的方向推动音键杆21、23或者24。由于这个原因，保持加衬罩21C、23C或者24C在其静止位置与音孔管21D、23D和24D接触，并且加衬罩21C、23C或者24C关闭音孔1b。当演奏者希望打开音孔1b的时候，他或她按压接触片21A、23A或者24A抵抗复位弹簧21G、23G或者24G的弹力。然后，加衬罩21C、23C或者24C被举起到音孔管21D、23D和24D之上，并且音孔1b被朝向大气打开。

传感器102分别粘到接触片21A、23A或者24A上，并且动力辅助单元103分别设置在加衬罩21C、23C或者24C的附近。如图7A和7B所示，每个动力辅助单元103直立在圆锥形金属管1a的外表面上。转矩马达103A装配在外壳103C上位于加衬罩21C、23C或者24C的上方，并且曲柄103B与转矩马达103A的输出轴连接。曲柄103B的另外一端与加衬罩21C、23C或者24C连接。

在图7A和7B中，当电力应用到转矩马达103A的时候，转矩马达103A沿逆时针方向旋转输出轴，因此复位弹簧21G、23G或者24G的弹力被部分地消除。当由于施加到接触片23A上的力的力矩和通过转矩马达103A产生的转矩的总和超过复位弹簧21G、23G或者24G的弹力的时候，如图7B所示，加衬罩21C、23C或者24C从音孔管21D、23D和24D向上移动，并且音孔1b朝向大气打开。当力矩和转矩的总和小于复位弹簧21G、23G或者24G的弹力的时候，复位弹簧21G、23G或者24G沿顺时针方向推动音键杆21a、23a或者24a，且如图7A所示，使得加衬罩21C、23C或者24C与音孔管21D、23D和24D接触。

以下，基于动力辅助单元103是如何辅助演奏者在萨克斯管上演奏来进行描述。在下面的描述中，通过演奏者使用他或者她的手指施加的力在下文中被称为“手指力”，并且由手指力引起的在加衬罩21C、23C或者24C处绕杆21E、23E或者24E的力矩被称为“手指力矩”。由于复位弹簧21G、23G或者24G的弹力引起的在加衬罩21C、23C或者24C处绕杆21E、23E或者24E的力矩被称为“弹力力矩”。通过转矩马达103A施加在加衬罩21C、23C或者24C上的力被称为“辅助力”，并且由辅助力引起的在加衬罩21C、23C或者24C处绕杆21E、23E或者24E的力矩被称为“辅助力矩”。手指力矩和辅助力矩的总和被称为“合力矩”。合力矩促使加衬罩21C、23C或者24C离开音孔管21D、23D或24D。在协助系统3不起作用的情况下，合力矩等于手指力矩。另一方面，当协助系统3是有效的情况下，合力矩等于手指力矩和辅助力矩的总和。

图8示出了在通断开关断开的条件下高-F音键23的工作状态。曲线PL3指示在没有动力辅助单元103的任何辅助的条件下，根据手指力在加衬罩23C处的合力矩。以这样的方式设计高-F音键23，当合力矩达到F22的时候，加衬罩23C开始离开音孔管23D。

假定演奏者断开在开关板104上的通断开关。电源105的功率晶体管维持关闭，并且不给传感器102、控制器101和动力辅助单元103供应电力。转矩马达103A并不在加衬罩23C上施加任何辅助力，并且演奏者在没有动力辅助单元103的任何辅助的条件下打开音孔1b。

当演奏者并不用他或者她的手指对接触片23A施加力的时候，复位弹簧23G沿箭头A所示的方向向音键杆23a施加弹力，并且使得加衬罩23C压向音孔管23D。

假设演奏者在接触片23A上施加手指力F11。虽然手指力矩部分地抵消了弹力力矩，由于合力矩F21小于临界的合力矩F22，因此加衬罩23C仍然关闭音孔1b。

演奏者增大手指片23A上的手指力。当手指力达到F12的时候，合力矩达到F22，并且使得加衬罩23C开始离开音孔管23D。结果，音孔1b被打开。

当演奏者从接触片23A上释放他或者她的手指的时候，手指力矩减小到零，弹力力矩使得加衬罩23C与音孔管23D接触。从而，加衬罩23C关闭音孔1b。

高-F音键23在协助系统3起作用的条件下以如下方式运转。曲线PL4指示出在动力辅助单元103的辅助下在加衬罩23C处的合力矩，并且基于换算表TB1控制辅助力。曲线PL5指示同样在动力辅助单元103的辅助下在加衬罩23C处的合力矩，并且基于换算表TB2控制辅助力。曲线PL3被加到图9中，以使得其与曲线PL4和PL5的区别更清楚。

假设演奏者将他或者她的手指放在接触片23A上。使用手指以手指力F11轻轻地按压接触片23A，传感器102将检测信号S1改变为代表手指力F11的某个电位水平。通过信号输入电路100b将所述的某个电位水平转换为数字检测信号，并且由信息处理系统100a提取数字检测信号表达的压力数据段。由于已经对分配给传感器102的寄存器进行了初始化，因此前一值是零。增大手指力，信息处理系统100a访问换算表TB1。手指力F11相当于换算表TB1中的“a1”，电流量b11与换算表TB1中的手指力F13相关。因此从换算表TB1中读取出电流量b11，信息处理单元100a将表达电流量b11的动力数据段传递给信号输出电路100c。信号输出电路100c将控制信号S2调整到相当于电流量b11的某个值。与高-F音键23关联的动力辅助单元103的电流驱动电路响应控制信号S2，因此b11的电流流过转矩马达103A。辅助力被施加到加衬罩23C。将辅助力矩和手指力矩相加，合力矩达到F23。然而，合力矩F23小于F22。如图10所示，加衬罩23C仍然保持与音孔管23D接触。

演奏者将手指力从F11增加到F14。传感器102将检测信号S1增加到表达手指力F14的另一个电位水平，并且将检测信号S1转换成表达手指力F14的数字检测信号。信息处理系统100a从信号输入电路100b中提取表达手指力F14的动力数据段。手指力F14大于前一个手指力F11，因此信息处理系统100a又一次访问换算表TB1。手指力F14相当于a3。然后，从换算表TB1中读取出电流量b13。信息处理系统100a将表达电流量b13的动力数据段传递给信号输出电路100c，然后将控制信号S2调整到电流量b13。将控制信号S2供应给动力辅助单元103。由于电流量从b11增加到b13，因此转矩马达103A相应地增加辅助力。手指力矩和辅助力矩的总和变得比弹力大。换句话说，合力矩达到F24，其大于前一个合力矩F23。由于这个原因，加衬罩23C开始离开音孔管23D，并且加衬罩23C与音孔管23D间隔开X1的间隙，也就是，音孔1b朝向大气开口。从而，演奏者在动力辅助单元103的辅助下改变了乐音的音高。

正如图10中通过曲线PL6所指示的，当演奏者增加手指力的时候，音孔管23D和加衬罩23C之间的距离发生变化。比较曲线PL6与指示间隙和没有任何辅助的手指力之间的关系的曲线PL8，可以明白演奏者可以使用很小的手指力将音孔管23D和加衬罩23C间隔开。因此，演奏者可以在动力辅助单元103的辅助下轻松地演奏萨克斯管。即使演奏者是儿童或者残疾人，他或者她能够像在没有任何协助系统的条件下演奏标准萨克斯管的非残疾成年人那样演奏萨克斯管。

假设演奏者希望使用加衬罩23C关闭音孔1b。演奏者减小在接触片23A上的手指力，并且传感器102确定手指力从F14减小到F15，将代表手指力F15的检测信号S1从传感器102供应到信号输入电路100b。

手指力F15小于前一个手指力F14，信息处理系统100a从只读存储器101B中选择换算表TB2。手指力F15相当于a2。信息处理系统100a访问换算表TB2而不是换算表TB1。从换算表TB2中读取出电流量b22，并且信息处理系统100a将表达电流量b22的动力数据段传送给信号输出电路100c。将控制信号S2调整到电流量b22，并被供应到动力辅助单元103。加衬罩23C处的辅助力矩减小，因此合力矩相应地减小到小于临界合力矩F22的F25。结果，加衬罩23C朝向音孔管23D旋转，并且与音孔管23D接触。从而加衬罩23C关闭音孔1b。

当演奏者减小手指力的时候，在音孔管23D和加衬罩23C之间的间隙如曲线PL7指示的那样变化。比较曲线PL7和曲线PL6，可以理解曲线PL7上某个手指力处对应的间隙比曲线PL6上某个手指力处对应的间隙要窄。换句话说，在演奏者轻微减小手指力之后，立即迅速地减小辅助力矩。演奏者能够快速地改变音孔1b。如果在只读存储器101B中仅准备换算表TB1，由于在加衬罩23C上仍然施加了较大的辅助力矩，因此动力辅助单元103将保持音孔1b打开。换算表TB2允许动力辅助单元103在手指力较小的减小的情况下剧烈地减小加衬罩上的辅助力矩。从而，协助系统3使得可以依靠换算表TB2演奏快节奏的音乐片断。

如根据前面的描述可以理解的，动力辅助单元103通过在加衬罩21C、23C和24C上增加力矩来辅助演奏者演奏。即使演奏者是儿童或者身体伤残的人，在动力辅助单元103的辅助下，演奏者都会感觉到音键轻便，并且能打开和关闭音孔1b。特别地，当演奏者在萨克斯管上演奏快节奏的片断的时候，演奏者会更加欣赏本发明的协助系统。

此外，协助系统3通过压力传感器102确定手指力的量级，依据手指力的量级改变加衬罩上的辅助力。换句话说，辅助力并不以通断的方式施加到加衬罩21C、23C和24C上。因此，演奏者感觉音键接触自然。

由于选择性地访问多个换算表TB1和TB2，因此协助系统3使得在没有音键接触重大改变的条件下，使用加衬音键21C、23C和24C快速关闭音孔1b成为可能。

详细地说，在单个关系或者单个换算表被用于动力辅助的情况下，将遇到下面的问题。假设单个换算表以大的变化率限定了辅助力矩和手指力的关系，使用加衬罩快速地打开和关闭音孔1b，就像在通断控制中那样，演奏者在接触片上感觉到奇怪的音键触感。另一方面，假设单个换算表以小的变化率限定关系，由于仍然有很大的辅助力矩施加在加衬罩上，因此加衬罩缓慢地关闭音孔1b。结果，演奏者感觉难于演奏快节奏的音乐片断。

另一个方面，与上述的实施例类似的为协助系统准备多个换算表的情况下，在乐器的演奏中根据演奏者的意图对辅助力矩进行优化。根据打开音孔的意图优化变化率，因此演奏者感觉音键接触自然。当演奏者在演奏中改变意图的时候，所访问的换算表从前一个改变到新的一个，以便于在新的意图中优化手指力和辅助力矩之间的关系。例如，当演奏者改变乐音的音高的时候，要使用加衬罩关闭现在打开的音孔。通过改变手指力，演奏者使得协助系统知道意图的改变。在这种情况下，所访问的换算表改变到新的一个，在该新的一个换算表中关系被限定在小变化率范围内。前一个换算表和新的换算表之间辅助力矩的区别使得可以使用加衬罩快速关闭音孔。因此，对于演奏快速音乐片断而不会在接触片上感到任何奇怪的感觉来说选择性的使用多个关系是让人满意的。

第二实施例

转向附图的图11，实施本发明中的另一个协助系统3A主要包括控制器101A、多个传感器102A、多个动力辅助单元103AA、开关板104A、电源105、非易失性存储器单元106和人机界面107。协助系统3A设置为与萨克斯管(没有示出)相关联。控制器101A、传感器102A、动力辅助单元103AA、开关板104A、电源105A的功能分别类似于控制器101、传感器102、动力辅助单元103、开关板104和电源105，由于这个原因，为了避免重复，省略对系统组件101A、102A、103AA、104A和105A的描述说明，并且其组件设备利用图2中指示相应组件设备的参考标记来标注。

非易失性存储器106与控制器101A连接，非易失性存储器106中的存储器被分别分配给多对换算表TB1A/TB2A、TB1B/TB2B和TB1C/TB2C。换算表对TB1A/TB2A用于强动力辅助，换算表对TB1C/TB2C准备用于柔和动力辅助。换算表对TB1B/TB2B为需要强动力辅助和轻微的动力辅助之间的动力辅助的演奏者准备。在换算表TB1A/TB1B/TB1C和关联的换算表TB2A/TB2B/TB2C之间的压力和电流量之间的关系是不同的，这一点与换算表对TB1和TB2相似。当演奏者增大接触片上的手指力时，访问换算表TB1A/TB1B/TB1C中的一个，而在手指力减小期间，访问关联的换算表TB2A/TB2B/TB2C中的一个。

通过人机界面107从非易失性存储器106中选择多对换算表TB1A/TB2A、TB1B/TB2B或TB1C/TB2C中的一对，并且从非易失性存储器106中传送所选择的换算表对TB1A/TB2A、TB1B/TB2B或TB1C/TB2C给随机存储器101C。当演奏者在音键上用手指演奏的时候，信息处理系统100a确定所选择对的要被访问的换算表以类似于第一实施例那样确定电流量。

在这种情况下，人机界面107具有面板显示(panel display)单元和键盘。信息处理系统100a周期性地检查在键盘上的键以查看演奏者是否按压或者释放键。若信息处理系统100a确认演奏者已经按压下键以选择换算表对TB1A/TB2A、TB1B/TB2B和TB1C/TB2C中的一对，信息处理系统107在面板显示单元上产生三种换算表的图像。当演奏者通过键盘选择一对换算表，信息处理系统100a将在所选择的换算表对中定义的关系复制到随机存储器101C中，并且通知演奏者复制完成。

在演奏期间，协助系统3A类似于协助系统3那样运行，因此实现了第一实施例的所有优点。此外，协助系统3A提供对演奏者最优化的动力辅助。

虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是显而易见，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以得到各种不同的改变和修改。

例如，本发明的技术范围不限于所设定的任何复位弹簧21G、23G和24G。例如，对于管乐器来说，例如也可用像橡胶这样的弹性材料片。

本发明的技术范围不限于所设定的任何高-D音键21、高-F音键23以及高-Eb音键24。也可以为其它一些的音键或者其它一些音键中选择的一些音键设置动力辅助单元103。例如，设置一个或多个动力辅助单元103用于配备在中音萨克斯管上的重音键是合乎需要的。同样，设置一个或多个动力辅助单元103用于利用小指或者多个手指按压和释放的音键是合乎需要的。

本发明的技术范围并不限于所设定的任何萨克斯管。所述协助系统可以设置为用于诸如巴松管、大号、单簧管等等的其它种类的管乐器。

本发明的技术范围并不限于所设定的任何管乐器。例如像钢琴这样的键盘乐器也可以设置有本发明的协助系统。尤其儿童或者身体残疾的人更欣赏用于在踏板上踩踏的本发明的协助系统。可将本发明的其它协助系统设置为用于低音鼓的脚踏板。

协助系统可以是能够从管乐器上拆卸的。在这种情况下，当演奏者不希望协助系统的辅助时，可以从乐器上拆下该协助系统。

本发明的技术范围并不限于所设定的任何限定压力和电流量之间的关系的换算表TB1和TB2。其它协助系统可以具有多个换算表，每个换算表限定音键的速度和电流量之间的关系。在这种情况下，为每个音键设置位置传感器，由信息处理系统周期性地提取位置数据段。信息处理系统基于每个音键的位置数据段的一系列值确定当前速度，并且选择性地访问多个换算表。又一套换算表可以限定音键加速度和将被供应给马达的电流量之间关系。因此，可以基于表达操纵器的运动也就是音键的运动或者踏板的运动的任何种类的物理量来确定所需的辅助力。

本发明的技术范围并不限于所设定的任何电流量。在以步进马达代替转矩马达103A的情况下，换算表可以限定压力和步进电机的输出轴要旋转的角度之间的关系。此外，在用其它种类的作动器代替转矩马达103A的情况下，该关系限定为物理量和由作动器转换为辅助力的其它种类的能量。

可以通过方程也就是线性函数和/或非线性函数来限定物理量和辅助力之间的关系。在这种情况下，信息处理系统通过计算代替对换算表的访问来计算辅助力。因此，换算表并不是本发明的不可缺少的特征。

用户可以通过人机界面107重写手指力和电流量之间的关系。

多对换算表TB1A/TB2A、TB1B/TB2B和TB1C/TB2C可以被存储在只读存储器101B中，而不是存储在非易失性存储器106中。

在第一和第二实施例中，在所有的动力辅助单元103和单元103A中共用换算表对TB1/TB2和换算表对TB1A/TB2A、TB1B/TB2B和TB1C/TB2C。这个特征不构成对本发明的技术范围的任何限定。在本发明的又一个协助系统中，为被动力辅助的音键或者多组音键准备了多套换算表。例如，可以将一对换算表分配给用小指按压的音键或者多个音键。另外，根据其上所按的手指对音键进行分组，并且根据手指的力度确定手指力和电流量之间的关系。在这种情况下，在用于增大的手指力的关系中某个手指力处的电流量大于存储在其它对换算表中的关系中所述某个手指力处对应的电流量。这是因为小指比其它的手指弱的事实。仍然在另一个协助系统中，换算表对TB1A/TB2A被分配给高F-音键23，而换算表对TB1B/TB2B被分配给高-Eb音键24。

在手指力改变和电流量改变之间可以引入时间延迟。在这种情况下，音键触感变得接近于标准萨克斯管的音键触感。

在图8和9中，通过线性线条表达关系。可以通过图12中显示的非线性线条PL11和PL12表达在手指力和电流量之间的关系。

本发明的技术范围并不限于所设定的任何电动马达103A。对于本发明的协助系统来说其它种类的作动器是可用的。例如，可以利用超声马达代替转矩马达103A。超声马达可以移动接触片或接触片和加衬罩之间的杆。对于本发明的协助系统来说，电磁线圈操纵的往复作动器(reciprocal actuator)也是可用的。

通断开关可以单独地提供给动力辅助单元103/103A。在这种情况下，当演奏者希望辅助手指在某个音键上演奏的时候，他或者她打开分配给某个音键的动力辅助单元103/103A的通断开关。当通断开关保持关闭的时候，不提供任何动力辅助。

可以从乐器1上移除复位弹簧21G、23G和24G。在这种情况下，通过转矩马达103，使用加衬罩21C、23C和24C打开和关闭音孔1b。在这种情况下，由于没有利用弹力力矩部分地消除辅助力矩，因此音孔1b被快速地打开。

在上文中描述的实施例中，根据手指力的增大和减小，选择性地访问两个关系。这个特征不构成对本发明的技术范围的任何限定。可以为音键或者踏板准备两个以上的关系。例如，当演奏者保持音孔打开的时候，手指力不改变或者轻微地改变。在这种情况下，信息处理单元访问第三关系，忽略手指力的变化，将加衬罩保持在某个位置。在本发明的协助系统设置为用于钢琴的踏板的情况下，演奏者保持延音踏板(damper pedal)在半踏板位置。在这种情况下，除了用于增大的脚力的关系和用于减小的脚力的关系之外，还为半踏板位置准备了脚力和电流量之间的关系。从而，不同关系在数量上等于不同种类的演奏者意图。

协助系统3和3A的组件与下面权利要求的术语相关联。高-D音键21、高-F音键23或者高-Eb音键24起到“至少一个操纵器”的作用，而加衬罩21C、23C或者24C的关闭位置和打开位置为“不同的位置”。其中形成音孔1b的管状主体1以及除音键21、23和24之外的音键机构2整体构成“乐音发生器”，而音高为“音乐声音的属性”。演奏者的关闭音孔1b的意图为“不同种类的演奏者意图之一”，而演奏者打开音孔1b的意图为“不同种类的演奏者意图的另外一个”。压力传感器102/102A之一对应于“至少一个传感器”，动力辅助单元103/103AA之一对应于“至少一个作动器”。曲线PL4和PL5限定“多个关系”，以及手指力为“物理量”。电流量使得所述至少一个作动器产生“辅助力”。