乐器及并入其中的、为音乐演奏者提供的协助系统

摘要

一种安装有协助系统(3)的萨克斯管，该协助系统(3)协助演奏者进行萨克斯管的演奏；该协助系统(3)包括分别与萨克斯管的音键(22，23，24)粘接的压力传感器(102)，与音键(22，23，24)相关联地设置并向音键(22，23，24)施加辅助力的转矩电机(103A)和用于把驱动信号调整到对应于压力的一定量值的控制器(101)；由于换算表(TB1)存储在控制器(101)中，所以控制器(101)在换算表(TB1)中查找要被调整的驱动电流量，并向转矩电机(103)提供驱动信号，由此，借助手指力和辅助力的总和把音键按下。

权利要求

1.一种用于产生音乐声音的乐器，包括：

至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)，通过演奏者的力在一定的方向上运动，以便为要产生的音乐声音指定属性；

乐音发生器(1；48；92，93，94，96；111，81，83，84)，与所述至少一个操纵器(21，23，24；

56；91a，91b；82)连接，并产生具有所述属性的所述音乐声音；和协助系统(3；3A；3B；3C；3K)，包括

至少一个传感器(102；102C；102E；102J；102K)，其是为所述至少一个操纵器(21，23，

24；56；91a，91b；82)设置的并产生检测信号(S1)，该检测信号代表表示所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)的运动的物理量，至少一个作动器(103；103D；103E；103J；103K)，对驱动动力作出响应，以便在所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)上施加能使所述至少一个操纵器(21，23，24；

56；91a，91b；82)在所述一定的方向上运动的辅助力，和

控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)，与所述至少一个传感器(102；102C；102E；

102J；102K)和所述至少一个作动器(103；103D；103E；103J；103K)连接，用于控制所述至少一个作动器(103；103D；103E；103J；103K)，其特征在于

所述控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)存储所述物理量与所述驱动动力的量值之间的关系(TB1；TB2；TB3：TB11，TB12，TB13)，且在于

所述控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)在所述关系(TB1；TB2；TB3：TB11，TB12，TB13)中查找与所述物理量对应的一定的量值，以便将所述驱动动力调整到所述一定的量值，由此使所述至少一个操纵器通过所述演奏者的力与所述辅助力的总和来移动。

2.如权利要求1所述的乐器，其中，所述乐音发生器具有子系统(23G；48，57；92，93，

94，96；83)，该子系统沿与所述一定的方向相反的方向在所述至少一个操纵器(21，23，24；

56；91a，91b；82)上施加载荷力，以使得在所述演奏者的力和所述辅助力的总和达到比由所述载荷力产生的载荷更大的阈值的状态下，所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，

91b；82)开始移动。

3.如权利要求2所述的乐器，所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)绕一支点(21E，23E，24E；76；91c，P)沿所述一定的方向旋转和与所述一定的方向相反的方向旋转，以使得所述演奏者的力、所述辅助力和所述载荷力分别产生演奏者力矩、辅助力矩和等效于所述载荷的载荷力矩。

4.如权利要求2所述的乐器，还包括沿所述一定的方向在所述至少一个操纵器(56)上施加抵消力的载荷抵消器(75)。

5.如权利要求1所述的乐器，其中，所述物理量和所述驱动动力的所述量值之间的另一关系(TB12，TB13)进一步地存储在所述控制器(101K，106K)中，并且所述关系(TB11)和所述另一关系(TB12，TB13)选择性地被用来确定所述一定的量值。

6.如权利要求5所述的乐器，还包括连接到所述控制器(101K，106K)上的选择单元(107)，以便演奏者选择所述关系来依据一定的物理量获得相对较大的辅助力，或选择所述另一关系来依据所述一定的物理量获得相对较小的辅助力。

7.如权利要求5所述的乐器，还包括

另一操纵器(21，23，24；56；91a，91b)，连接到所述乐音发生器(1；48，57；92，93，94，

96)上，并通过所述演奏者的力沿所述一定的方向移动，以便以与用所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b)所指定的值不同的值来指定所述属性，其中，所述关系和所述另一关系分别用于所述至少一个操纵器和所述另一操纵器。

8.如权利要求1所述的乐器，其中，所述乐音发生器(1)通过在其内部限定的空气柱的振动来引发所述音乐声音，并且所述至少一个操纵器(21，23，34)通过改变所述空气柱的长度来改变所述音乐声音的音高。

9.如权利要求8所述的乐器，其中，所述乐音发生器(1)形成有多个音孔(1b)，并且所述至少一个操纵器用于选择性地关闭和打开所述多个音孔(1b)中的一个。

10.如权利要求1所述的乐器，其中，所述乐音发生器(48；92，93，94，96)具有击弦机单元(93)，与多个音键(91a，91b)联动，且被相关联的音键(91a，91b)选择性地作动，琴弦(94)，为产生乐音而振动，乐音能形成所述音乐声音，

弦槌(92)，分别与所述琴弦(94)相对并被作动的击弦机单元(93)驱动而进行旋转，以在所述旋转结束时与相关联的琴弦(94)碰撞，和制音器(96)，与所述多个音键(91a，91b)以及至少一个踏板(56)联动，该制音器取决于所述多个音键(91a，91b)的运动而离开和接触所述琴弦(94)。

11.如权利要求10所述的乐器，其中，至少一个踏板(56)作为所述至少一个操纵器。

12.如权利要求10所述的乐器，其中，所述音键(91a，91b)中的一个作为所述至少一个操纵器。

13.如权利要求1所述的乐器，其中，所述乐音发生器包括

具有振动鼓面(111a)的鼓(111)，

击打器(84)，被所述至少一个操纵器(82)驱动而进行旋转并在所述旋转结束时与所述振动鼓面(111a)碰撞，和框架(81)，与所述鼓(111)相对并可旋转地支撑所述击打器(84)。

14.一种协助系统(3；3A；3B；3C；3K)，用于辅助演奏者在乐器上进行演奏，包括：至少一个传感器(102；102C；102E；102J；102K)，其是为所述乐器的至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)设置的并产生检测信号(S1)，该检测信号代表表示所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)在一定的方向上运动的物理量，至少一个作动器(103；103D；103E；103J；103K)，对驱动动力作出响应，以便在所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)上施加能使所述至少一个操纵器(21，23，24；

56；91a，91b；82)在所述一定的方向上运动的辅助力；和

控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)，与所述至少一个传感器(102；102C；102E；

102J；102K)和所述至少一个作动器(103；103D；103E；103J；103K)连接，用于控制所述至少一个作动器(103；103C；103E；103J；103K)其特征在于

所述控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)存储所述物理量与所述驱动动力的量值之间的关系(TB1；TB2；TB3；TB11，TB12，TB13)，且在于

所述控制器(101；101C；101E；106；101K，106K)在所述关系(TB1；TB2；TB3；TB11，TB12，TB13)中查找与所述物理量对应的一定的量值，以便将所述驱动动力调整到所述一定的量值，由此使所述至少一个操纵器通过所述演奏者的力与所述辅助力的总和来移动。

15.如权利要求14所述的协助系统，其中，所述乐器的乐音发生系统(1；48，57；92，

93，94，96；111，81，83，84)具有子系统(22G，23G，24G；48；96；83)，该子系统沿与所述一定的方向相反的方向在所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)上施加载荷力，以使得在所述演奏者的力和所述辅助力的总和达到比由所述载荷力产生的载荷更大的阈值的状态下，所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；82)开始移动。

16.如权利要求15所述的协助系统，所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，91b；

82)绕一支点(21E，23E，24E；76；91c，P)沿所述一定的方向旋转和与所述一定的方向相反的方向旋转，以使得所述演奏者的力、所述辅助力和所述载荷力分别产生演奏者的力矩、辅助力矩和等效于所述载荷的载荷力矩。

17.如权利要求15所述的协助系统，所述乐器还包括沿所述一定的方向在所述至少一个操纵器(56)上施加抵消力的载荷抵消器(75)。

18.如权利要求14所述的协助系统，其中，所述物理量和所述驱动动力的所述量值之间的另一关系(TB12，TB13)进一步地存储在所述控制器(101K，106K)中，并且所述关系(TB11)和所述另一关系(TB12，TB13)选择性地被用来确定所述一定的量值。

19.如权利要求18所述的协助系统，还包括连接到所述控制器(101K，106K)上的选择单元(107)，以便演奏者选择所述关系来依据一定的物理量获得相对较大的辅助力，或选择所述另一关系来依据所述一定的物理量获得相对较小的辅助力。

20.如权利要求18所述的协助系统，其中，所述乐器还包括

另一操纵器(21，23，24；56；91a，91b)，与所述至少一个操纵器(21，23，24；56；91a，

91b)并行地连接到所述乐音发生器(1；48；91a；91b)上，并通过所述演奏者的力沿所述一定的方向移动，以便以与用所述至少一个操纵器所指定的值不同的值来指定所述属性，其中，所述关系和所述另一关系分别用于所述至少一个操纵器和所述另一操纵器。

说明书

乐器及并入其中的、为音乐演奏者提供的协助系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种乐器，并更特别地涉及一种装备有为音乐演奏者提供和便于在乐器上演奏乐曲的协助系统。

背景技术

[0002] 乐器通常是为非残障成人而设计。比如，成年人具有足够长的腿部，在键盘上进行手指弹奏的过程中，脚能踩踏钢琴踏板。成年人能抵抗复位弹簧的弹力而迅速地按下管乐器的音键。然而，一些儿童的腿太短而不能踏在钢琴踏板上，并感觉踏板离他们的脚太远。面对乐器，身体残障人员有时会面临跟孩子们一样的处境。

[0003] 已经为孩子们和残障人员提供了各种各样的协助设备和协助系统。一种现有技术的协助系统在日本已公开专利申请No.2001-109462中公开，后文中称之为“第一现有技术协助系统”。第一现有技术协助系统为感觉标准大钢琴踏板离他们脚太远的人设计。第一现有技术协助系统装配于踏板柱(lyrepost)，并设置有在辅助位置和静止位置之间转换的辅助踏板。当成年人在大钢琴上演奏乐曲时，辅助踏板保持在静止位置以便成年人直接踏在踏板上。

[0004] 当需要协助的人希望在大钢琴上演奏乐曲时，辅助踏板转换到辅助位置以便与大钢琴的踏板联动。当演奏者在大钢琴上演奏乐曲时，演奏者脚踏辅助踏板以产生人为表现力(artificial expression)。辅助踏板使得大钢琴的踏板压下。因而，演奏者赋予乐音的人为表现力，就像他或她直接踏在了大钢琴的踏板上一样。当演奏者从辅助踏板移走力时，大钢琴踏板凭借与踏板联动的钢琴部件的重量而恢复到静止位置，且相应地，导致辅助踏板回到静止位置。

[0005] 另一种现有技术协助系统在日本已公开专利申请No.2004-334141中公开，后文中称之为“第二现有技术协助系统”。第二现有技术协助系统也用于是希望在钢琴上演奏乐曲的人，且为便携式。第二现有技术协助系统的目标是为感觉钢琴踏板离他们的脚太远的人提供辅助。

[0006] 第二现有技术协助系统分为歇脚板(footrest)、辅助踏板和联动装置。辅助踏板铰接到歇脚板上，且通过相关联的联动装置可连接到钢琴踏板上。当演奏者在键盘上进行手指弹奏而没有踩踏踏板时，他或她可在歇脚板上歇脚。当演奏者希望赋予乐音以人为表现力时，他或她将脚从歇脚板移动至辅助踏板，并踩踏辅助踏板。然后，力通过联动装置从辅助踏板传递到钢琴踏板上，并使踏板压下。当演奏者从辅助踏板上移走力时，钢琴踏板凭借与踏板联动的钢琴部件的重量恢复到静止位置，并促使辅助踏板回到静止位置。

[0007] 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个子人的脚和钢琴踏板之间的距离，并在进行钢琴演奏中为矮个子人提供了帮助。然而，没有考虑其缺点之处。详细地说，一些儿童不仅腿太短不能踩在踏板上，而且也力量太弱不足以与钢琴踏板一起压下辅助踏板。尽管第一现有技术协助系统和第二现有技术协助系统容许孩子们弥补他们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，不可能弥补儿童微弱的肌健力量。

[0008] 上述问题也会在如落地鼓(floor tom)这样的演奏打击乐器和例如萨克斯这样的管乐器时也会遇到。

发明内容

[0009] 因此，本发明的一个重要目的是提供一种乐器，该乐器能在演奏中为仅具有微弱肌健力量的演奏者提供辅助。

[0010] 本发明还有一个重要目的是提供一种并入乐器中的协助系统。

[0011] 为达到此目的，本发明提出在操纵器上施加辅助力，以便通过演奏者的力和辅助力的合力来移动该操纵器。

[0012] 根据本发明的一个方面，提供一种用于产生音乐声音的乐器，该乐器包括至少一个操纵器，通过演奏者的力在一定的方向上运动，以便为要产生的音乐声音指定属性；乐音发生器，与至少一个操纵器连接，并产生具有该属性的音乐声音；和协助系统，其包括：至少一个传感器，其是为至少一个操纵器设置的并产生检测信号，该检测信号代表表示至少一个操纵器的运动的物理量，还包括至少一个作动器，对驱动动力作出响应，以便在至少一个操纵器上施加能使至少一个操纵器在一定的方向上运动的辅助力，和控制器，与该至少一个传感器和该至少一个作动器连接，还存储物理量与驱动动力的量值之间的关系，并驱动动力调整到一定的量值，以使得所述至少一个操纵器通过演奏者的力与辅助力的总和来移动。

[0013] 根据本发明的另一方面，提供一种用于在乐器演奏过程中辅助演奏者的协助系统，该协助系统包括至少一个传感器，其是为乐器的至少一个操纵器设置的并产生检测信号，该检测信号代表表示至少一个操纵器在一定的方向上运动的物理量；至少一个作动器，对驱动动力作出响应，以便在至少一个操纵器上施加能使该至少一个操纵器在一定的方向上运动的辅助力；和，控制器，其与该至少一个传感器和该至少一个作动器连接，还存储物理量与驱动动力的量值之间的关系，以及将驱动动力调整到对应于物理量的一定的量值，以使得所述至少一个操纵器通过演奏者的力与辅助力的总和来移动。

附图说明

[0014] 该乐器和协助系统的特点和优势将在以下结合相关附图的说明中得以更清楚的理解，其中

[0015] 图1是显示本发明萨克斯管的透视图，

[0016] 图2是显示并入萨克斯管中的协助系统的系统结构框图，

[0017] 图3是显示存储在换算表中的压力与电流量之间关系的视图，

[0018] 图4是显示并入萨克斯管中的一部分音键机构的平面图，

[0019] 图5是沿图4中I-I线的截面图并显示音键的结构，

[0020] 图6A和6B是显示在不同音键位置的音键的动力辅助单元的侧视图，[0021] 图7是显示依据施加在接触片上的力的在加衬罩处的合力矩的曲线图，[0022] 图8是显示依据本发明的大钢琴的结构的侧视图，

[0023] 图9A是显示由琴盒支撑的延音踏板的平面图，

[0024] 图9B是显示琴盒中延音踏板和支承结构的截面图，

[0025] 图10是显示与大钢琴相结合的另一协助系统的系统结构框图，

[0026] 图11是显示存储在协助系统的换算表中的压力与电流量之间关系的视图，[0027] 图12是显示依据施加在踏板上的力的的踏板拉杆上的合力矩的曲线图，[0028] 图13是显示根据本发明的直立式钢琴结构的示意性侧视图，

[0029] 图14是显示存储在协助系统的换算表中的压力与电流量之间关系的视图，[0030] 图15是显示本发明的鼓踏板的透视图，和

[0031] 图16是显示与乐器结合在一起的本发明的协助系统的框图。

具体实施方式

[0032] 实施本发明的乐器用于产生音乐声音，并主要包括至少一个操纵器、乐音发生器和协助系统。该至少一个操纵器通过演奏者的力沿确定方向移动，并且演奏者通过该至少一个操纵器确定产生乐音的属性。乐音发生器与至少一个操纵器相连。乐音发生器响应至少一个操纵器的运动，以便产生音乐声音，并赋予音乐声音以确定的属性。

[0033] 协助系统包括至少一个传感器，至少一个作动器和控制器。至少一个传感器是为至少一个操纵器而设置的，并产生代表表示至少一个操纵器的运动的物理量的检测信号。至少一个作动器响应驱动力以便向至少一个操纵器施加辅助力。辅助力引起至少一个操纵器与演奏者的力一起沿一定的方向移动。控制器与至少一个传感器和至少一个作动器相连。物理量与驱动动力的量值之间的关系存储在控制器中。当检测信号到达控制器时，控制器确定物理量的值，并核对该关系以确定对应于物理量的值的驱动力的量值。控制器调整驱动力到某一量值，该量值相当于演奏者的力与辅助力的总和，并向作动器提供驱动动力。因而，协助系统将辅助力追加到演奏者的力上，并使得演奏者轻轻移动至少一个操纵器成为可能。

[0034] 可以仅仅为用户提供协助系统。使用者将协助系统与他或她已经拥有的乐器进行结合，将标准乐器改造成本发明的乐器。

[0035] 第一实施例

[0036] 首先参考附图中的图1，实施本发明的萨克斯管主要包括管体1、音键机构2和协助系统3。在管体1中限定了空气柱，且演奏者引发管体1中空气柱的振动。乐音通过空气柱的振动从管体1中发出。音键机构2设置在管体1的外表面，演奏者用手指按音键机构2来改变空气柱的长度，即乐音的音高。协助系统3与音键机构2相关联地设置，并辅助演奏者在压音键机构2上的手指动作。因此，即使演奏者手指动作很弱，他或她也能在协助系统3的辅助下迅速地改变乐音的音高。

[0037] 管体1包括圆锥形金属管1a、颈部(neck)11、具有簧片的吹口(mouthpiece)12和上翻的扩口喇叭(flared bell)13。音孔形成在圆锥形金属管1a、颈部11和上翻的喇叭13上，在图1中几个音孔用“1b”标记。吹口12被含在演奏者口中。当演奏者在吹口12吹气时，簧片引发管体1中空气柱的振动。

[0038] 颈部11连接在吹口12和圆锥形金属管1a之间，上翻的扩口喇叭13连接到圆锥形金属管1a的另一端。颈部11的内部空间延续到圆锥形金属管1a的内部空间，圆锥形金属管1a的内部空间延续到上翻的扩口喇叭13的内部空间。上翻的扩口喇叭13通向大气。因此，空气柱被限定在颈部11、圆锥形金属管1a和向上翻转的扩口喇叭13内，并在存在簧片振动的条件下受到激发。

[0039] 音键机构2包括左手侧音键组2a、右手侧音键组2b和左手中央音键组2c。高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键24属于左手侧音键组2a，而右手侧音键组2b包括高-D颤音(trill)音键31、高-E音键32、侧C杆(sideC lever)音键33和侧Bb杆音键34。C音键22和A音键44并入左手中央音键组2c。如C侧音键33和Bb侧音键34这样的侧音键是随着在被按下之前从的中央音键上移动到该侧音键上的手指而按下。演奏者通常将他或她的手指搁置在中央音键上。因此，演奏者不用从其它音键做任何移动就可按下中央音键。

[0040] 协助系统3安装在管体1的外表面，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和电源105，如图2所示。电源105具有连接到控制器101、传感器102和动力辅助单元103的功率晶体管，且控制器101、传感器102和动力辅助单元103连接到功率晶体管的电流输出节点上。在本例中，设置用于左手音键组2a的高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键24的动力辅助单元103，以下将作说明。

[0041] 开关板104具有一通断开关，其上设置有滑动钮，且滑动钮在接通位置和断开位置之间移动。通断开关与功率晶体管的控制节点相连。当滑动钮处于断开位置时，通断开关维持控制信号为无效(inactive)的状态，无效控制信号使功率晶体管关闭。另一方面，当滑动钮转换到接通位置时，通断开关使控制信号变为有效电平(active level)，且有效控制信号促使功率晶体管打开。因此，电力从电源105供应到控制器101、传感器102和动力辅助单元103。

[0042] 传感器102通过多张压力感光胶片了来实施，并与控制器101连接。多张压敏薄膜粘接到音键机构2的音键上，且其电阻率随施加其上的压力而变化。由于电源105向多张压敏薄膜上施加一定的电压，控制器101上的电位电平(potential level)随施加于多张压敏薄膜上的压力而变化。因此，传感器102将施加其上的压力分别转换成模拟检测信号S1。

[0043] 动力辅助单元103与前述音键机构2的音键21、23和24相关联地设置，并由控制信号S2驱动使得音孔1b选择性地用音孔盖来打开和关闭。每个动力辅助单元103具有转矩电机103A，且从转矩电机103A输出的转矩受到控制器101的控制。

[0044] 控制器101包括信息处理系统100a、信号输入电路100b和信号输出电路100c。传感器102并行地与信号输入电路100b连接，信号输入电路100b具有模-数开关板和输入数据缓冲器。检测信号S1周期性地取样，并且将取样得到的离散值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并行地与动力辅助单元103连接，并具有输出数据缓冲器。控制信号S2从输出数据缓冲器提供给动力辅助单元103。虽然未示出，但动力辅助单元103分别具有电流驱动电路，并且电流驱动电路响应控制信号S2以向转矩电机103A提供电流。电流被调整为由控制信号S2所表示的量。

[0045] 信息处理系统100a与信号输入电路100b和信号输出电路100c连接。信息处理系统100a周期性地获取数字检测信号，并检查该二进制数，判断演奏者是否改变了施加在音键上的力。如果演奏者保持音高无变化，则回应是否定的，且信息处理系统100a维持控制信号S2。另一方面，如果演奏者改变被按下的音键和/或松开的音键的状态，则信息处理系统100a确定要关闭和/或打开的音孔1b，并改变控制信号S2。

[0046] 信息处理系统100a包括运算和逻辑单元/信号控制器101A、只读存储器101B和随机存储器101C。尽管运算和逻辑单元/指令译码器/信号控制器101A、只读存储器101B和随机存储器101C以及其它系统组件连接到内部共用总线系统，但其它系统组件和内部共用总线系统在图2中没有示出。在图2中，运算和逻辑单元/指令译码器/信号控制器101A、只读存储器101B和随机存储器101C分别缩写的“ALU”、“ROM”和“RAM”。

[0047] 指令码和换算表TB1存储在只读存储器101B中，随机存储器101C为运算和逻辑单元101A提供工作区。压力和提供给转矩电动机103A的电流量之间的关系表示在换算表TB1中，图3示出了压力和电流量之间的关系。压力值a1、a2、a3、a4、a5......分别对应于换算表中的电流量b1、b2、b3、b4、b5......。压力从a1到a2、a3、a4、a5......阶梯状地增加，电流值也从b1经过b2、b3、b4、b5......阶梯状地增加。例如，当检测信号S1表示压力a1时，控制信号S2将被调整到b1。

[0048] 图4示出了并入左手音键组2a中的三个音键子机构和为音键子机构设置的动力辅助单元103。高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键24分别并入该子音键机构中。图5示出图4中沿I-I线的横截面，图6A和6B示出从高-Eb音键24方向观察的高-F音键23。

[0049] 音孔1b被图4中的音孔管21D、23D和24D围绕，并且音孔管21D、23D、和24D固定于圆锥形金属管1a的外表面。

[0050] 音键子机构包括接触片(touch piece)21A、23A或24A，一对音键柱21B、23B或24B，音键杆21a、23a或24a，加衬罩(padded cup)21C、23C或24C，杆21E、23E或24E，音键套管(key sleeve)21F、23F或24F和复位弹簧21G、23G或24G。在图5中更清楚的看出，每一对音键柱21B、23B或24B直立于圆锥形金属管1a的外表面，并彼此间隔。杆21E、23E、或
24E架在音键柱21B、23B或24B的间隔之间，并固定在音键柱21B、23B或24B上。

[0051] 音键套管21F、23F或24F由杆21E、23E或24E可旋转地支撑，音键杆21a、23a或24a固定在音键套管21F、23F或24F上。音键杆21a、23a或24a与杆21E、23E或24E交叉成直角，且这些音键杆的在其一端处与接触片21A、23A或24A相连，并在另一端处与加衬罩
21C、23C或24C相连。杆21E、23E或24E为音键杆21a、23a或24a提供旋转轴，以便音键杆
21a、23a或24a上下运动。加衬罩21C、23C或24C设置在音孔管21D、23D或24D的上面，并留有间隙地与音孔管21D、23D或24D接触。因而，音孔1b由加衬罩21C、23C或24C关闭，并通向空气。

[0052] 复位弹簧21G、23G或24G设置在圆锥形金属管1a的外表面和音键杆21a、23a或24a之间，并沿箭头A指示的方向推动音键杆21a、23a或24a。因此，加衬罩21C、23C或24C在其中的静止位置保持与音孔管21D、23D或24D接触，且音孔1b由加衬罩21C、23C或24C关闭。当演奏者希望打开音孔1b时，他或她抵抗复位弹簧21G、23G或24G的弹力按下接触片21A、23A或24A。然后，加衬罩21C，23C或24C被抬起到音孔管21D，23D或24D之上，音孔1b打开通向大气。

[0053] 传感器102分别粘接在接触片21A、23A和24A上，动力辅助单元103分别设置于加衬罩21C、23C和24C的附近。如图6a和6B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。转矩电机103A在加衬罩21C、23C或24C的上方安装于壳体103C上，且曲柄103B连接到转矩电机103A的输出轴上。曲柄103B的另一端与加衬罩21C、23C或24C连接。

[0054] 当电力应用到转矩电机103A时，转矩电机103A以图6A和6B中所示的逆时针方向旋转输出轴，以使复位弹簧21G、23G或24G的弹力被部分消除。当由于施加到接触片23A上的力和由转矩电机103A产生的转矩的总和超过复位弹簧21G、23G或24G的弹力时，加衬罩21C、23C或24C从音孔管21D、23D或24D向上移动，如图6B所示，且音孔1b打开通向大气。当力矩和转矩的总和变得小于复位弹簧21G、23G或24G的弹力时，复位弹簧21G、23G或24G沿顺时针方向推动音键杆21a、23a或24a，并使得加衬罩21C、23C或24C接触音孔管21D、23D或24D，如图6A中所示。

[0055] 接下来，对动力辅助单元103如何在萨克斯管演奏中协助演奏者作以说明。在以下的说明中，由演奏者用其手指施加的力以下称之为“手指力”，把由于指力而产生的、在加衬罩21C、23C或24C上的、关于杆21E、23E或24E的力矩称为“手指力矩”。把由于复位弹簧21G、23G或24G的弹力而产生的、在加衬罩21C、23C或24C处的、关于杆21E、23E和24E的力矩以下称为“弹性力矩”。由转矩电机103A施加到加衬罩21C、23C或24C的力称为“辅助力”，由于辅助力而产生的、在加衬罩21C、23C或24C处的、关于杆21E、23E和24E的力矩称为“辅助力矩”。手指力矩和辅助力矩的总和称为“合力矩”，合力矩使加衬罩21C、23C或24C离开音孔管21D、23D或24D。协助系统3停止工作的情况下，合力矩等于手指力矩。另一方面，当协助系统3工作的情况下，合力矩等于手指力矩和辅助力矩的总和。

[0056] 图7示出高-F音键23的工作情况。曲线PL1示出依据手指力而没有任何动力辅助单元103的协助时的加衬罩23C上的合力矩，曲线PL2示出了在动力辅助单元103的协助下的加衬罩23C上的合力矩。高-F音键23按这样的方式设计，即当合力矩达到F21时，加衬罩23C开始离开音孔管23D。

[0057] 假设演奏者关闭开关板(switch board)104上的通断开关。电源105的功率晶体管关闭，电力没有提供给传感器102、控制器101和动力辅助单元103。转矩电机103A没有向加衬罩23C施加任何辅助力，音孔1b在没有动力辅助单元103的任何协助下由演奏者打开。

[0058] 尽管演奏者没有用其手指向接触片23A施力，复位弹簧23G也会按箭头A指示的方向向音键杆23a上施加弹力，使加衬罩23C压向音孔管23D。

[0059] 假定演奏者向接触片23A上施加手指力F11。尽管弹性力矩被指力矩部分地抵消，但音孔1b仍然被加衬罩23C关闭，这是由于合力矩F22小于F21。

[0060] 演奏者增大施加到接触片23A上的手指力。当手指力达到F12时，合力矩达到F21，使得加衬罩23C开始离开音孔管23D。从而，音孔1b打开。

[0061] 当演奏者从接触片23A释放其手指时，手指力矩减小为零，且弹性力矩使得加衬罩23C接触音孔管23D。因而，音孔1b被加衬罩23C关闭。

[0062] 另一方面，在协助系统3工作状态下高-F音键23的工作情况如下。

[0063] 假定演奏者将其手指放在接触片23A上。手指以手指力F13轻轻按压接触片23A，且传感器102将检测信号S1转变为表示手指力F13的一定的电位电平。一定的电位电平通过信号输入电路100b转变为数字检测信号，且由数字检测信号表示的数据信息段被信息处理系统100a读取。手指力F13相当于换算表TB1中的“a2”，电流量b2与手指力F13有关。因此，从换算表TB1读取电流量b2，信息处理单元100a请求信号输出电路100c以使控制信号S2表示电流量b2。动力辅助单元103的电流驱动电路响应控制信号S2以便电流以b2流过转矩电机103A。辅助力被施加到加衬罩23C上。辅助力矩增加到手指力矩上，且合力矩达到F23。但是，合力矩F23小于F21。加衬罩23C仍然保持与音孔管23D接触。

[0064] 演奏者把手指力从F13增加到F11。传感器102把检测信号S1增加到表示手指力F11的另一电位电平，检测信号S1转变为表示手指力F11的数字检测信号。信息处理系统100a从信号输入电路100b获取表示手指力F11的数据信息段。手指力F11等价于a3。然后，电流量b3从换算表TB1读出。信息处理系统100a请求信号输出电路100c向动力辅助单元103提供表示电流量b3的控制信号S2。电流量从b2增加到b3，且相应地，转矩电机
103A增大辅助力。手指力矩和辅助力矩的总和变为大于弹力。换句话说，合力达到了F21。
因此，加衬罩23C开始离开音孔管23D，音孔1b打开通向大气。

[0065] 假定演奏者用加衬罩23C关闭音孔1b。演奏者减小接触片23A上的手指力，且传感器102确定手指力从F11减小到F13，代表手指力F13的检测信号S1从传感器102供给到信号输入电路100b。

[0066] 从换算表TB1读取电流量b2，信息处理系统100a请求信号输出电路100c向动力辅助单元103提供表示电流量b2的控制信号S2。加衬罩23C上的辅助力减小，并相应地，合力矩减小到F23。所以，加衬罩23C朝着音孔管23D转动，并与音孔管23D接触。因此，音孔1b被加衬罩23C关闭。

[0067] 从上述说明可以了解到，动力辅助单元103通过增加加衬罩21C、23C和24C上的力矩在演奏过程中协助演奏者。即使演奏者是儿童或残障人员，演奏者也会觉得音键很轻，并能在动力辅助单元103的协助下启闭音孔1b。特别地，当演奏者用萨克斯管演奏快节奏的乐曲时，演奏者会更重视本发明的协助系统。

[0068] 而且，协助系统3通过压力传感器102确定手指力的大小，并依据手指力的大小来改变施加在加衬罩上的辅助力。换句话说，辅助力并非以开关的方式施加于加衬罩21C、23C和24C上。因此，演奏者觉得音键摸触感自然。

[0069] 第二实施例

[0070] 转至图8，实施本发明的大钢琴主要包括琴身(piano cabinet)46、键盘47、机械乐音发生器48、踏板系统50和协助系统3A。在以下说明中，术语“前”表示靠近坐在凳子上进行手指弹奏的演奏者的位置，相对而言的位置采用术语“后”。

[0071] 键盘47和机械乐音发生器48容纳在琴身46内，踏板系统50悬挂于琴身46。中盘46a形成琴身46的一部分，键盘47设置在中盘46a上。键盘47与机械乐音发生器48联动，并且踏板系统50也与机械乐音发生器48联动。协助系统3A设置与踏板系统50相关地设置，用于辅助演奏者踩踏踏板。

[0072] 当演奏者在大钢琴上演奏乐曲时，他或她在键盘47上进行手指弹奏，以通过机械乐音发生器48来指定要产生的乐音。在键盘47上的弹奏被传送到机械乐音发生器48，以使由演奏者所指定的乐音通过机械乐音发生器48发出。机械乐音发生器48的组成部件被称为动作单元、弦槌、制音器和琴弦。

[0073] 演奏者在演奏过程中用其单脚或双脚使踏板系统50作动，以选择性地赋予乐音以预定的效果。效果之一是使乐音延长，其次是减小乐音的响度。由于演奏者利用踏板系统50在机械乐音发生器48中引发机械运动，所以演奏者需要使出其力量。因此，对于儿童和残障人员来说使踏板系统50作动是很困难的。协助系统3A在作动方面能辅助演奏者，以使儿童或残障人员能容易的作动踏板系统50。

[0074] 踏板系统50包括底梁(bottom beam)51、踏板座(lyre block)52、踏板柱(lyre post)53、踏板盒(lyre box)55、踏板56和踏板联动装置57。底梁5 1固定到中盘46a，琴柱53悬挂在该底梁上。琴盒安装于琴柱53的下端，踏板56通过踏板轴销(dowel)76与琴盒55连接。踏板轴销76为踏板56提供旋转轴以便踏板56可独立旋转。在本实施例中，踏板56被称作“延音踏板(damper pedal)”、“弱音踏板(soft pedal)”和“选择踏板(sostenutopedal)”。钢琴演奏者在用大钢琴演奏的过程中踏在踏板56的前部分上，并给演奏赋予人为表现力。

[0075] 踏板56通过踏板联动装置57与机械乐音发生器48相连，钢琴演奏者通过踏板56引发机械乐音发生器48的不同动作。当钢琴演奏者脚踏延音踏板56时，力从延音踏板56通过踏板联动装置57传递到机械乐音发生器48，并使机械乐音发生器48能延长乐音。施加于弱音踏板56上的力通过踏板联动装置57传递到机械乐音发生器48，以便机械乐音发生器48减小钢琴乐音的响度。选择踏板56用于拉长一个或多个乐音。

[0076] 踏板联动装置57包括踏板拉杆(pedal rod)57a，琴杆导块(lyre rod guide)59，绞盘螺杆(capstan screw)63，杠杆64，螺纹杆65和螺母66。琴杆导板59从琴柱53的背面向后方凸出，并形成有通孔。通孔分别设置给踏板拉杆57a，且踏板拉杆57a穿过通孔中的轴承(未示出)。因此，当钢琴演奏者脚踏踏板56的前部分时，踏板56的后部分抬起踏板拉杆57a。

[0077] 绞盘螺杆63固定在踏板拉杆57a的上端部，并与杠杆64相连。螺纹杆65与杠杆64相连，并依次与螺母66相连。绞盘螺杆63的向上运动通过杠杆64引发螺纹杆65和螺母66的运动。螺纹杆65和螺母66的移动通过踏板联动装置57的其他组成部件传递到机械乐音发生器48。因此，钢琴演奏者选择性地通过踏板56引发机械乐音发生器48的动作。
换句话说，钢琴演奏者施加在踏板上的力抵抗由于机械乐音发生器48带来的载荷。由演奏者施加于踏板56上的力以下称之为“脚力”，脚力产生踏板56的“脚力矩”。由机械乐音发生器48抵抗脚力带来的力称为“载荷力”，载荷力产生踏板56的“载荷力矩”。载荷力矩与脚力矩方向相反。

[0078] 转到附图9A和9B，延音踏板56以大的放大比示出。琴盒55形成有中空空间55a，且中空空间55a向琴盒55的前端表面和后端表面开放。中空空间55a分别设置给对应的三个踏板56。踏板56宽松地穿过中空空间55a，并从琴盒55的前端表面和后端表面伸出。在附图9A和9B中，仅能看到分配给延音踏板56的一个中空空间55a。由于延音踏板56的支承结构与其它踏板56的支承结构相似，所以为避免重复，以下说明集中于延音踏板56的支承结构。

[0079] 延音踏板56形成有通孔70，通孔70具有圆形截面。衬套71插入到通孔70中，且由橡胶制成。衬套71形成有一对凸缘，该凸缘阻止衬套71脱落。

[0080] 衬套71具有内部空间，内部空间分成上部和下部。内部空间的上部向上扩展，内部空间的下部向下扩展。因此，内部空间在上部和下部之间的边界处具有最小直径。踏板拉杆57的下部插入衬套71，踏板拉杆57的下端表面伸出到衬套71的下开口。锥形内部空间允许在延音踏板56的移动过程中改变延音踏板56的中心线与踏板拉杆57的中心线之间的角度。

[0081] C形止动环72固定在踏板拉杆57上，且轴套73插入衬套71和C形止动环72之间。轴套73用高分子合成树脂或高分子合成橡胶制成。轴套73具有大体的椭圆柱状结构，且短轴沿上下方向导向。踏板拉杆57的下部穿过轴套73的内部空间。衬套71、C形止动环72和轴套73形成踏板联动装置57的各部分。

[0082] 通孔76a形成在延音踏板56内，并在横向方向上延伸。踏板轴销76在横向方向上跨过中空空间55a，并穿过通孔76a。因此，踏板轴销76为延音踏板56提供旋转轴。

[0083] 在延音踏板56的后部形成朝向延音踏板56下部表面的凹部74和77。在琴盒55的下部形成朝向中空空间55a的凹部76b和78。凹部74和77分别与凹部76b和78相对置，并在凹部74的底面和凹部76b的底面之间设置有螺旋弹簧75。螺旋弹簧75始终沿图9B所示的顺时针方向推动延音踏板56，并使绞盘螺旋63始终与杠杆64保持接触。

[0084] 当钢琴演奏者踏在延音踏板56的前部上时，他或她必须向延音踏板56的前部施加脚力，其方式是由脚力产生的脚力矩和弹性力矩的总和变为超过由机械乐音发生器48施加到踏板拉杆57上的向下压力而产生的载荷力矩。当钢琴演奏者从延音踏板56的前部撤走脚力时，载荷力矩变得大于弹性力矩，并引起延音踏板56按图9B中的逆时针方向转动。因此，延音踏板56返回到静止位置。所以，螺旋弹簧75部分地抵消了施加于踏板拉杆57a上的载荷力，且螺旋弹簧75形成踏板联动装置57的一部分。

[0085] 返回到附图中的图8，协助系统3A包括控制器101C、多个传感器102C、多个动力辅助单元103C、开关板104C和电源105C。控制器101C、多个动力辅助单元103C、开关板104C和电源105C安装在琴柱53上，多个传感器102C粘接在踏板56的上表面。

[0086] 如图10所示，开关板104C与电源105C相连，且电力从电源105C分配到传感器102C、控制器101C和动力辅助单元103C。控制器101C包括信息处理系统100Ca，信号输入电路100Cb和信号输出电路100Cc。由于传感器102C、开关板104C、电源105C、信息处理系统100Ca、信号输入电路100Cb和信号输出电路100Cc与传感器102、开关板104、电源105、信息处理系统100a、信号输入电路100b和信号输出电路100c相类似，所以为避免重复在此省略对系统组件102C、104C、105C、100Ca、100Cb和100Cc的说明，且信息处理系统100a的系统组件标以与信息处理系统100a的对应系统元件相同的标记。然而，动力辅助单元103C与动力辅助单元103不同。因此，以下集中说明动力辅助单元103C。

[0087] 每一个动力辅助单元103C包括螺线管操控的作动器103D，而不是转矩电机103A。动力辅助单元103C分别具有电流驱动电路(未示出)，电流驱动电路(未示出)响应控制信号S2，以将电流调整到给定值。电流从驱动电路(未示出)供应到螺线管操控的作动器
103D。

[0088] 螺线管操控的作动器103D设置在相应踏板56的凹部78的底面与凹部77底面之间，如图9B所示。即，螺线管操控的作动器103D具有绕制在磁轭103Da上的螺线管和柱塞103Db。螺线管和磁轭103Da部分地容纳在凹部78中，柱塞103Db可伸出并可退回地位于螺线管和磁轭1 03Da中。柱塞103Db在其上端处与凹部77的底面接触。当电流流过螺线管103Da时，在柱塞103Db周围产生磁场，并使柱塞103Db在向上的方向上运动。因此，辅助力通过柱塞103Db施加于踏板56的后部。所以，辅助力矩在与脚力矩相同的方向上施加于踏板56上。

[0089] 图11示出了施加到传感器102C上的压力与供给螺线管103Da的电流量之间的关系。将关系制成表，并作为换算表TB2存储在只读存储器101B中。在本实施例中，压力值从c1经过c2、c3和c4增长到c5，电流量也从d1经过d2、d3和d4增长到d5。

[0090] 协助系统3A在演奏中辅助钢琴演奏者，以下对协助系统3A的工作情况作以说明。在钢琴演奏者关闭开关板104C上的通断开关的情况下，钢琴演奏者只用脚引起机械乐音发生器48的运动。尽管螺旋弹簧75在图9B中的顺时针方向推动踏板56，但没有任何辅助力施加于踏板56上。因此，合力矩等于脚力矩和弹性力矩的总和。在本实施例中，机械乐音发生器48在合力到达F41的状态下开始移动。(参见图12)

[0091] 当钢琴演奏者的脚离开时，由于载荷力矩大于弹性力矩，所以踏板56处于静止位置。假定钢琴演奏者将其脚移动到延音踏板56上。钢琴演奏者向延音踏板56施加脚力F31。脚力矩和弹性力矩的总和施加于延音踏板56上，抵抗载荷力矩。然而，合力矩，也就是脚力矩和弹性力矩的总和为F42，比合力矩F41小。因此，延音踏板56仍然停留在静止位置。

[0092] 钢琴演奏者增加脚力到F32。脚力矩和弹性力矩的总和，也就是合力矩达到F41。因此，踏板拉杆57开始向上移动，机械乐音发生器48使乐音延长。

[0093] 假定钢琴演奏者将开关板104C的通断开关变换到接通位置。电源105C开始将电力分配到传感器102C、控制器101C和动力辅助单元103C。首先，钢琴演奏者向延音踏板56上施加脚力F33。脚力F33等于压力c2。传感器102C将代表脚力F33的检测信号S1提供给信号输入电路100Cb，并将检测信号S1转换为数字检测信号。信息处理系统100Ca从信号输入电路100Cb获取数字检测信号，并将压力c2存取在换算表TB2。从换算表TB2读出电流量d2，并将该电流量d2从信息处理系统100Ca传输到信号输出电路100Cc。控制信号S2调整到电流量d2，并从信号输出电路100Cc供给到电流驱动电路(未示出)。电流以d2从电流驱动电路(未示出)供给到螺线管100Da。柱塞103Db在电磁场中被向上推动，并推动延音踏板56的后部。因此，螺线管操控的作动器103D向脚力矩和弹性力矩上增加辅助力矩，合力矩等于F43。然而，合力矩F43小于临界力矩F41。因此，延音踏板56仍然停留在静止位置。

[0094] 钢琴演奏者将脚力从F33增加到F31。将代表F31的检测信号S1转换成数字检测信号，且信息处理系统100Ca决定要将电流量增加到d3。控制信号S2被调整到d3，并且电流以d3从电流驱动电路(未示出)供给到螺线管操控的作动器103D。螺线管操控的作动器103D增加辅助力。从而，脚力矩、弹性力矩和辅助力矩的总和--也就是合力矩--达到F41。踏板拉杆57开始向上移动，以便机械乐音发生器48使乐音延长。

[0095] 当钢琴演奏者从F31经F33而减小脚力时，检测信号S1代表比F31小的脚力，且压力从压力c3减小。检测信号S1转换成数字检测信号，信息处理系统100Ca在换算表TB2中查找目标电流量。目标电流量小于d3，以使得电磁场减弱。从而，辅助力以及相应的辅助力矩减小。合力矩逐渐小于载荷力矩，且机械乐音发生器48使踏板拉杆57下推。机械乐音发生器48使得乐音减弱，延音踏板56返回到静止位置。

[0096] 在上述说明中可以理解，动力辅助单元103C用辅助力补充脚力，并使得轻轻地移动踏板56成为可能。即使钢琴演奏者是儿童或残障人员，在演奏过程中他或她也能迅速地踏在踏板56上。

[0097] 第三实施例

[0098] 参考附图中图13，实施本发明的直立式钢琴主要包括琴身90、键盘91、弦槌92、击弦机单元93、琴弦94、制音器96和协助系统3B。键盘91安装在琴身90的平坦部分上，弦槌92、击弦机单元93、琴弦94和制音器96容纳在琴身90内。键盘91与击弦机单元93联动，该击弦机单元93又分别与弦槌92联动。琴弦94分别与弦槌92相对。制音器96与键盘91联动，并分别与琴弦94相关联。

[0099] 键盘91具有多个黑键91a、多个白键91b和键架中板91c，黑键91a和白键91b以公知的式样布置。中盘90A用作琴身90的平坦部分，键架中板91c在中盘90A上横向延伸。圆销P直立在键架中板91c上，并分别宽松地穿过黑色91a和白键91b。圆销P为黑色91a和白键91b提供支点，以使得黑色91a和白键91b在键架中板91c上上下运动。

[0100] 当钢琴演奏者在键盘91上演奏一首乐曲时，制音器96选择性地离开和接触相关的琴弦94，且击弦机单元93使相关的弦槌92朝相关的琴弦94转动。当制音器96离开琴弦94时，允许琴弦94振动。弦槌92在旋转时与已准备好进行振动的琴弦发生碰撞，并引发琴弦94的振动。通过音板(未示出)的振动发出钢琴乐音，该音板与琴弦94的振动共鸣。弦槌92在经过碰撞之后在琴弦94上回弹。当钢琴演奏者释放按下的音键91a和91b后，击弦机单元93、弦槌92和制音器96将它们的重量施加在黑色91a和白键91b的后部上，并使黑色91a和白键91b回到静止位置。相应地，制音器96再次接触振动琴弦94，钢琴乐音减弱。

[0101] 施加于黑色91a和白键91b后部上的力以下称之为“载荷力”，在图13所示的逆时针方向上载荷力产生“载荷力矩”。钢琴演奏者在黑色91a和白键91b的前部施加手指力，并在顺时针方向上产生黑色91a和白键91b的手指力矩。

[0102] 协助系统3B为黑色和白键91a和1b而设置，并协助钢琴演奏者压下黑色91a和白键91b。

[0103] 协助系统3B包括推杆98，控制器101E，压力传感器102E，螺线管操控的作动器103E，开关板104E和电源105E。推杆98与黑色91a和白键91b的下表面相连，并从黑色
91a和白键91b向下伸出。开关板104E与电源105E相连，且电流从电源105E分配给控制器101E、传感器102E和连接到螺线管操控的作动器103E的电流驱动电路(未示出)。

[0104] 压力传感器102E与推杆98相关联地设置，并将用推杆98施加的压力转换成检测信号S1。每一个螺线管操控的作动器103E都具有绕制在磁轭103F上的螺线管和柱塞103G，电流在控制信号S2的控制之下从电流驱动电路(未示出)供给到绕制在磁轭103F上的螺线管。柱塞103G将辅助力施加到黑色91a和白键91b的后部上，辅助力在顺时针方向上产生辅助力矩。

[0105] 控制器101E、压力传感器102E、开关板104E和电源105E分别与控制器101C、压力传感器102C、开关板104C和电源105C相似，因此，为简化起见，以下不对系统组件101E、102E、104E和105E做进一步说明。

[0106] 在控制器101E的只读存储器101C中生成换算表TB3。换算表TB3使施加于压力传感器102E上的压力与提供给绕制在磁轭103F上的螺线管的电流量相关。当压力从e1经过e2、e3和e4增长到e5时，电流量从f1经过f2、f3、和f4增长到f5。

[0107] 当开关板104E上的通断开关处于断开位置时，没有任何电流从电源105E供给控制器101E、压力传感器102E和电流驱动电路(未示出)。没有向黑色91a和白键91b上施加任何的辅助力。在演奏期间，钢琴演奏者选择性地向黑色91a和白键91b的前部施加手指力。当手指力矩超过载荷力矩时，黑色91a和白键91b的前部开始朝着中盘90a下沉，并被压下的音键91a/91b使相关联的击弦机单元93和制音器96作动。

[0108] 假定钢琴演奏者将通断开关变换到接通位置。电源105E开始向控制器101E、压力传感器102E和螺线管操控的作动器103E提供电流。当钢琴演奏者在键盘91上演奏乐曲时，协助系统3B协助钢琴演奏者压下黑色91a和白键91b。

[0109] 假定钢琴演奏者向白键91b的前部施加手指力。手指力通过推杆98传递到压力传感器102E。代表相当于手指力的压力的检测信号S1从压力传感器102E提供给控制器101E。检测信号S1被转换成数字检测信号，换算表TB3存取此压力数据段。如果压力为e1、e2、e3、e4或e5，则从换算表TB3中读出对应的电流量f1、f2、f3、f4或f5，且将代表电流量f1、f2、f3、f4或f5的控制信号S2提供给电流驱动电路(未示出)。驱动电流从电流驱动电路(未示出)供应到用于白键91b的螺线管操控的作动器103E。

[0110] 驱动电流流过绕制在磁轭103F上的螺线管，电磁力施加于柱塞103G上。然后，柱塞103G向上移动，并推动白键91b的后部。辅助力产生辅助力矩，并且辅助力矩加到手指力矩上。当手指力矩和辅助力矩的总和超过载荷力矩时，白键91b开始向终点位置移动，并使制音器96和击弦机单元93作动。制音器96离开琴弦94，且击弦机单元93驱动弦槌92以朝向琴弦94转动。制音器96允许琴弦94振动，以便弦槌92在与琴弦94碰撞时引起琴弦94的振动。于是，发出钢琴乐音。

[0111] 可以知道，协助系统3B将辅助力矩增加到手指力矩上。即使钢琴演奏者是儿童或残障人员，他或她也能像成年人一样演奏乐曲。

[0112] 而且，由于辅助力与手指力一起增长，所以儿童或残障人员能通过黑色91a和白键91b控制乐音的响度。

[0113] 第四实施例

[0114] 参考附图中图15，实施本发明的鼓主要包括低音鼓(bass drum)111、脚踏板(foot pedal)112和协助系统3C。脚踏板112与低音鼓111一起放在地面上，且脚踏板112与低音鼓111的鼓面(drum head)111a相对。鼓手踏在脚踏板112上以便用脚踏板112击打鼓面111a。协助系统3C与脚踏板112相关联地设置，并协助鼓手击鼓。

[0115] 脚踏板112包括轴80、具有一对柱81A/81B的框架81、踏板82、螺旋弹簧83、击打器84和臂85。一对柱81A/81B直立在地面上，轴80可旋转的连接在柱81A和81B的上部之间。击打器84装配在轴80上，踏板82连接在框架81和击打器84之间。踏板82可绕框架81旋转。臂85固定到轴80上，螺旋弹簧83连接在臂85和框架81之间。螺旋弹簧83在向下的方向上向臂85施加弹力，并产生施加于轴80上的弹性力矩。因此，螺旋弹簧
83始终在与箭头AR10指示的方向相反的方向上推动轴80。

[0116] 假定协助系统3C未启用。当鼓手向踏板82上施加脚力时，脚力引起关于轴80的中心轴线的脚力矩。当脚力矩变为大于弹性力矩时，轴80被驱动，用于与击打器84一起沿箭头AR10指示的方向转动。击打器84与鼓面111a发生碰撞，并产生鼓声。

[0117] 另一方面，如果启用协助系统3C，辅助力矩加到脚力矩上，并且辅助力矩与脚力矩成比例地增大和减小。当脚力矩和辅助力矩的总和变为大于弹性力矩时，相应地，轴80和击打器84开始朝鼓面111a转动，并通过鼓面111a的振动产生鼓声。

[0118] 协助系统3C包括压力传感器102J，动力辅助单元103J和控制箱。压力传感器102J粘接在踏板82的上表面，而压力传感器102J的电阻系数依据施加于压力传感器102J上的压力而变化。转矩电机形成动力辅助单元103J的一部分，并与轴80相连。信息处理系统106a、电源(未示出)和开关板(未示出)并入在控制箱106中，且信息处理系统106a是控制箱106信息处理能力的来源。在信息处理系统106a的非易失存储器中生成换算表(未示出)，且压力传感器102J上的压力和驱动电流的数值之间的关系以与换算表TB1、TB2和TB3中定义的关系相类似地定义在换算表(未示出)中。

[0119] 当鼓手将滑动钮保持在断开位置时，鼓手仅仅通过向踏板82上施加脚力来驱动踏板82。另一方面，当鼓手接通通断开关时，压力传感器102J，动力辅助单元103J和控制单元106被通电，用于向轴80上施加辅助转矩。

[0120] 假定鼓手向踏板82上施加脚力。压力传感器102J上的压力转换成检测信号，并且将该检测信号提供给控制箱106。检测信号转换成表示压力传感器102J上压力的数字检测信号，并且换算表(未示出)存取表示该压力量值的数据信息段。表示驱动电流量的控制信号从信息处理系统106a提供给电流驱动电路(未示出)，并将该驱动信号调整到该数值。将驱动信号提供给动力辅助单元103J的转矩电机，转矩电机产生辅助力矩。

[0121] 如果脚力矩和辅助力矩的总和小于弹性力矩，螺旋弹簧83将踏板82保持在静止位置。辅助力矩与脚力矩一起增大。当脚力矩和辅助力矩的总和变为大于弹性力矩时，轴80和击打器84被驱动，以朝鼓面111a转动。因此，本发明的协助系统3C辅助鼓手进行击鼓。即使鼓手是儿童或残障人员，他或她也能借助于协助系统3C拉击打低音鼓111。

[0122] 第五实施例

[0123] 参考图16，实施本发明的协助系统3K主要包括控制器101K、压力传感器102K、动力辅助单元103K、开关板104K、电源105K、非易失存储单元106K和操控面板107。协助系统3K独立于乐器提供给使用者，使用者将协助系统3K与他的乐器结合。在以下说明中，对将协助系统3K设计为用于例如萨克斯管1这样的管风乐器的情况作以说明。

[0124] 除了换算表TB1没有存储在只读存储器101B中外，控制器101K、压力传感器102K、动力辅助单元103K、开关板104K和电源105K与控制器101、压力传感器102J、动力辅助单元103、开关板104和电源105相似。因此，控制器101K的系统组件和各动力辅助单元
103K的转矩电机标以控制器101的系统组件和动力辅助单元103的转矩电机的标记，不再作详细说明。

[0125] 电源105K进一步地连接到非易失存储单元106K和操控面板107上，以便将电力提供给非易失存储单元106K和操控面板107。半导体电可擦除可编程只读装置可用于非易失存储单元106K。在非易失存储单元106K中生成多个换算表TB11、TB12、TB13、......。压力和电流量之间的不同关系分别存储在多个换算表TB11、TB12、TB13、......中。即使压力为某一特定值，驱动电流在多个换算表TB11、TB12、TB13、......中也是不同的。希望较强协助的使用者选择多个换算表TB11、TB12、TB13、......中的一个，而希望较弱协助的另一使用者选择的多个换算表TB11、TB12、TB13、......中的其他的。

[0126] 在控制板上设置一排选择开关，这些开关可由使用者选择性地压下，以在多个换算表TB11、TB12、TB13......中选择一个。假设使用者按下对应于换算表TB11的开关。指示换算表TB11的检测信号CTL10从操控面板107提供给控制器101K。指示换算表TB11的数据段被信息处理系统100Ca获取，信息处理系统100Ca将指示传输换算表TB11的请求的控制信号CTL11发送到非易失存储单元106K。存储在换算表TB11中的压力和驱动电流量之间的关系从非易失存储单元106K提供给控制器101K，且信息处理系统100Ca在随机存储器101C中生成换算表TB11。

[0127] 当使用者用萨克斯管1演奏乐音时，信息处理系统100Ca在换算表TB11中查找驱动电流量，并请求电流驱动电路(未示出)将驱动信号调整到读出值。

[0128] 如果使用者选择多个换算表TB11、TB12、TB13、......中的另一个，信息处理单元在所选择的换算表TB11、TB12、TB13、......中的一个中查找电流量。

[0129] 从上述说明可以理解，本发明的协助系统3K协助演奏者演奏乐器。协助系统3K使得将标准乐器改装成本发明的乐器成为可能。因此，协助系统3K对已拥有自己的乐器的使用者来说也是需要的。

[0130] 尽管已经对本发明的具体实施例作以展示和说明，但是，对于本领域技术人员来说，应理解在不脱离本发明的精神和范围内可做各种变化和改进。

[0131] 动力辅助单元103可以与音键机构2的其它音键相关联地设置，以便高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键不对本发明的技术范围构成任何限制。动力辅助单元103可以为小指音键而设置。对于上低音萨克斯管(baritonesaxophone)来说，罩体(cup)又大又重，因此演奏者重视这种用于驱动大而重的罩体的协助系统3。

[0132] 复位弹簧21G、23G和24G并不对本发明的技术范围构成任何限制。任何能弹性构件或任何能回弹的构件均适用于音键子机构。

[0133] 压力传感器102、102C、102E、102J和102K并不对本发明的技术范围构成任何限制。例如，本发明的协助系统可以具有速度传感器而非压力传感器。音键的速度与施加于音键上的力成正比，以使得信息处理系统能使速度与驱动电流的数值相关联。同样，加速度传感器也可用于协助系统。

[0134] 转矩电机103A并不对本发明的技术范围构成任何限制。超声马达可用于本发明的协助系统。类似的，螺线管操控的作动器103D和103E并不对本发明的技术范围构成任何限制。聚合物作动器(polymer actuator)、形状记忆合金的螺旋形构件和压电元件可用于本发明的协助系统。

[0135] 尽管在演奏期间所有音键或所有踏板共享一个换算表，但是协助系统可能具有用于不同音键或不同踏板的多个换算表。例如，在换算表中的一个中为高-F音键定义压力和驱动电流量之间的关系，在另一换算表中的另一个中为高-Eb音键定义压力和驱动电流量之间的另一关系。多个时间间隙(timeslot)分别分配给由为音键或踏板设置的压力传感器提供的多个检测信号S1，信息处理单元周期性地获取表示压力的数据段，并在时间间隙的基础上确定音键或踏板。音键或踏板的换算表存取压力值。由于演奏者感觉某一个音键或某些音键难以按下，所以本装置是合乎需要的。换句话说，演奏者所需要的辅助程度是不相同的。在换算表中为不容易按下的音键定义较强的辅助。

[0136] 换算表或表是可重写的。在该实施例中，显示面板和十位音键准备好用于一个或多个换算表，且使用者利用十位音键来增加或减小面板上显示的驱动电流的数值。只读存储器101B通过电可擦除可编程只读存储器装置来实施。

[0137] 在第五实施例中，多个换算表TB11、TB12、TB13、......存储在非易失存储单元106K中，且其中一个换算表从非易失存储单元106K传输到随机存储器101C。多个换算表TB11、TB12、TB13、......可存储在只读存储器101B中。

[0138] 换算表并不对本发明的技术范围构成任何限制。压力和驱动电流量之间的关系可以表示为方程。在本实施例中，当压力已知时，驱动电流量通过利用方程式的计算来确定。

[0139] 协助系统3可以并入另一类管乐器，比如单簧管、巴松管或双簧管中。协助系统3A或3B可以并入另一类键盘乐器，比如大键琴、风琴、静音钢琴、自动演奏钢琴或电子键盘琴中。

[0140] 上述实施例的组成部件和系统组件与权利要求用于相关情况如下。萨克斯管、大钢琴、直立式钢琴和鼓为“乐器”的例子。

[0141] 高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键24，延音踏板、弱音踏板和选择踏板56、黑键91a和白键91b、以及踏板82作为“至少一个操纵器”。乐音的音高，乐音的长度，乐音的响度和击打的间隔是“属性”的例子。管体1、机械乐音发生器48和踏板联动装置57、弦槌92、击弦机单元93、琴弦94和制音器96和低音鼓111、框架81、轴80、螺旋弹簧83和击打器84结合形成“乐音发生器”。压力传感器102、102C、102E、102J和102K作为“至少一个传感器”，动力辅助单元103、103D、103E和1 03K作为“至少一个作动器”。压力是“物理量”，驱动电流量为“驱动动力”。

[0142] 复位弹簧23G，机械乐音发生器48的制音器机构与联动装置57的组合，击弦机单元93与弦槌92或螺旋弹簧83的组合作为“子系统”。螺旋弹簧75作为“载荷抵消器(load canceller)”，螺旋弹簧75的弹力为“抵销力”。杆21E、23E或24E、销76、键架中板91c和圆销P和框架81的销为至少一个操纵器提供“支点”。

[0143] 高-D音键21、高-F音键23和高-Eb音键24、延音踏板、弱音踏板和选择踏板56、黑键91a和白键91b、以及踏板82作为“另一操纵器”。在第五实施例中，控制器101K和非易失存储器106K作为一个整体构成“控制器”。操控面板107作为“选择单元”。