CN101042856B - 带有滑管的管乐器和辅助演奏者演奏的协助系统 - Google Patents

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Abstract

演奏者通过控制呼吸和滑管(11a)来改变由长号(10)产生的乐音音高，并且对儿童、残障人士和老人来说控制所述滑管(11a)很不容易；一种协助系统(20)与所述长号(10)结合，其包括安装在所述长号(10)的靠近所述滑管(11a)的合适位置上的操纵板(20a)，连接到所述滑管(11a)的驱动机构(21)，以及与操纵板(20a)和驱动机构(21)连接的控制单元(22)；当所述真人演奏者希望通过所述滑管的滑动来改变乐音音高时，他将操纵板(20a)上的一个杆(26)移动一个比所述滑管(11a)目标行程短的距离，并且所述控制单元(22)计算所述目标行程从而向所述驱动机构(21)提供驱动信号(S2，S3)；并且所述驱动机构(21)向所述滑管(11a)施加力，以辅助真人演奏者改变空气柱的长度。

Description

带有滑管的管乐器和辅助演奏者演奏的协助系统 
技术领域
本发明涉及一种管乐器，并且特别地涉及一种带有滑管的管乐器及与所述管乐器结合的辅助演奏者演奏的协助系统。 
背景技术
长号属于管乐器。虽然某些类型的长号具有阀键(valve)，但是带有滑管的长号对音乐爱好者来说更受欢迎。长号具有与吹嘴连接的管结构，及形成所述管结构的一部分的滑管(slide)。滑管包括内管(inner tube)和外滑管(outer slide tube)。内管包含构成管结构的另一部分的调音管(tuning slide)并且被插入到外滑管内。当演奏者准备用长号演奏一段音乐时，他或她的嘴唇放在吹嘴上，并且演奏者在吹嘴上吹奏。在演奏者演奏该乐段时，他或她通过控制呼吸和用手滑动外滑管来改变乐音音高。 
滑动控制越快，则音高的变化越快。伸长越长，则音高变化范围越宽。简而言之，长号要求移动滑管快而且程度要大。虽然成年演奏者具有强壮的臂膀及宽的臂展，但是对于儿童和残障人士来说抵制着内管和外滑管之间的摩擦力迅速地大范围地滑动外滑管很不容易。据说滑管具有七个位置。但是年轻的儿童的臂展太短以致不能将外滑管从最近的滑管位置移动到最远的滑管位置。这导致滑管不允许年轻的儿童演奏某些乐音音高在宽范围内变化的音乐。因此，儿童、残障人士和老人演奏者在演奏长号时需要辅助。 
在日本专利申请未审查公开No.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、电磁阀、人工嘴唇、螺线管-操作阀键作动器和控制单元。人工嘴唇放在吹嘴处，并且空气压缩机通过电磁阀连接到人工嘴唇上，并且提供高压空气到人工嘴唇上。人工嘴唇引起在管结构内的空气柱的振动，并且螺线管-操作阀键作动器有选择地在控制单元的控制下按压下管乐器的活塞键阀。空气柱的长度根据阀键的动作而变化。因此，由自动演奏系统代替真人演奏者来在管乐器上演奏音乐。 
自动演奏系统设计用于在不需要真人演奏者的手指动作和吹奏的情况 下在管乐器上演奏音乐。换句话说，自动演奏系统不能辅助演奏者用管乐器来演奏音乐。 
发明内容
因此，本发明的一个重要目的在于提供一种带有滑管的管乐器，其中设置协助系统来辅助演奏者的演奏。 
本发明的又一个重要的目的在于提供一种协助系统，所述协助系统使标准的带有滑管的管乐器改型成所述的管乐器。 
为完成所述目的，本发明提出机械地辅助演奏者改变空气柱的长度。 
根据本发明的一个方面，提供一种通过真人演奏者的呼吸产生乐音的管乐器，包括：管结构，所述管结构在其中限定空气柱，容许所述真人演奏者激励所述空气柱振动，并且所述管结构包括滑管，所述滑管通过所述滑管的伸长和收缩来改变所述空气柱的长度以改变所述乐音音高；及协助系统，辅助所述真人演奏者进行演奏；其中所述协助系统包括：操纵板，具有操纵器和信号发生器，所述操纵器由所述真人演奏者移动从而指示所述空气柱的目标长度，所述信号发生器产生代表所述目标长度的检测信号；驱动机构，与所述滑管连接并且响应于驱动信号而伸长和收缩所述滑管，以辅助所述真人演奏者改变所述乐音音高；及控制器，与所述信号发生器和所述驱动机构连接，并且向所述驱动机构提供所述驱动信号，从而伸长和收缩所述滑管直到所述空气柱变成所述目标长度。 
根据本发明的另一方面，提供一种协助系统，所述协助系统与带有滑管的管乐器结合，所述滑管用于改变通过管乐器产生的乐音音高，其中协助系统包括：操纵板，具有：操纵器，由所述真人演奏者移动从而指示在所述管乐器中产生的空气柱的目标长度，和信号发生器，产生代表所述目标长度的检测信号；驱动机构，与所述滑管连接，并且响应于驱动信号而伸长和收缩所述滑管；及控制器，与所述信号发生器和所述驱动机构连接，并且向所述驱动机构提供所述驱动信号，从而伸长和收缩所述滑管直到所述空气柱变成所述目标长度。 
附图说明
由下面的描述并结合附图，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显示根据本发明的管乐器的结构的部分剖视图， 
图2显示结合在管乐器中的驱动机构的前视图， 
图3为显示驱动机构的侧视图， 
图4显示根据本发明的另一个管乐器结构的部分剖视图，及 
图5显示根据本发明的再一个管乐器结构的示意图。 
具体实施方式
真人演奏者通过控制他或她的呼吸及振动空气柱的长度通过一管乐器产生乐音。实施本发明的管乐器主要包括管结构和协助系统。空气柱被限定在管结构内，并且真人演奏者利用他或她的呼吸来激励空气柱振动。 
滑管形成所述管结构的一部分，并且被用于加长或收缩空气柱的长度。滑管抵抗着较强的阻力而移动。因此，对儿童、残障人士和老人来说。伸长和收缩滑管很困难。而且，音高的范围依赖于滑管的行程。因此，臂展较短的真人演奏者受到音高范围窄的困扰，并且窄的音高范围限制真人演奏者可演奏的音乐曲目。这些问题通过协助系统而被解决。 
协助系统包括操纵板、驱动机构和控制器。控制器被电连接到操纵板和驱动机构。 
操纵板具有操纵器和信号发生器。演奏人移动操纵器来指示空气柱的目标长度，并且信号发生器产生代表目标长度的检测信号。该检测信号从信号发生器被提供到控制器中。 
驱动机构与滑管连接，并且响应于驱动信号从而伸长及收缩滑管。控制器分析检测信号，从而确定滑管要被伸长或收缩多长。然后，控制器产生驱动信号并且将该驱动信号提供到驱动机构，从而来伸长及收缩滑管直到空气柱的长度变为目标长度。 
因此，驱动机构在滑管上施加力，并且辅助演奏者改变空气柱的长度。依靠该协助系统，儿童、残障人士和老人演奏者能够轻巧地伸长和收缩滑管，从而用管乐器来演奏音乐。 
即使演奏者具有较短的臂展，通过驱动机构也能使滑管在完整行程上移动。因此，协助系统使加宽音高的范围成为可能，并且允许演奏者用管乐器演奏多种类型的音曲。 
第一实施例 
首先参考图1，实施本发明的管乐器主要包括次中音长号(tenortrombone)10及协助系统20。次中音长号10是铜管乐器的一个成员，而铜管乐器又属于管乐器。协助系统与标准的长号结合，并且辅助演奏者改变乐音音高。 
次中音长号10主要包括管结构11和吹嘴15。在管结构中限定空气柱，且通过空气柱的振动产生乐音。吹嘴15与管结构11连接，且演奏者将他或她的嘴唇放在吹嘴15上进行吹奏。当演奏者在吹嘴15上吹奏时，空气柱振动，并且乐音从长号中发出。 
管结构11包括滑管11a、喇叭口(bell)12、调音管13、滑管接纳件(slidereceiver)17和吹嘴接纳件(mouthpiece receiver)18。吹嘴接纳件18为一个短管，并且吹嘴15被插入到吹嘴接纳件18内。滑管接纳件17也是一个短管，并且与调音管13连接，调音管然后与喇叭口12连接。滑管11a被弯折并且因此具有U字的形状。滑管11a在其一端与吹嘴接纳件18连接，并且在另一端与滑管接纳件17连接。通过滑管11a，空气柱被加长，并且乐音音高根据空气柱的长度而改变。 
滑管11a具有内管11b和外滑管11c。两个直管形成内管11b，并且被彼此平行地设置。在另一方面，外滑管11c由一弯折管(folded tube)和一支杆(stay)形成，并且弯折管具有两个直的部分。内管11b的两端分别连接到吹嘴接纳件18和滑管接纳件17，并且相对这些接纳件17和18静止。内管11b的直管被插入到外滑管11c的直的部分中，使得外滑管11c可在内管11b上滑动。当演奏者通过变化滑管的位置来改变乐音音高时，他或她在静止的内管11b上滑动外滑管11c，并且加长和收缩振动的空气柱。 
协助系统20包括操纵板20a、驱动机构21和控制单元22。驱动机构21与滑管11a相关联地设置，并且操纵板20a和驱动机构21与控制单元22连接。操纵板20a安装在滑管接纳件17上，以使演奏者在他或她演奏过程中通过操纵板20a向控制单元22告知他或她的意图。 
操纵板20a产生代表演奏者的意愿的检测信号S1，并且将该检测信号S1提供到控制单元22中。控制单元22基于检测信号S1来确定如何辅助演奏者的演奏，并且向驱动机构21提供一个驱动信号S2。驱动机构21将驱动信号S2转换成力，并且将所述力施加到滑管11a上，所述力引起外滑管 11c的线性运动，使得滑管11a加长或收缩空气柱的长度。 
转到图2，驱动机构21包括一对轨道24、一个滑块25、一个杆26、一对侧部挡块27和磁编码器29。各侧部挡块27被安装到滑管接纳件17上，并且彼此以等于轨道24的长度的距离分开。侧部挡块27可被粘接在滑管接纳件17上。一对轨道的两端被连接到侧部挡块27上，并且滑块25由一对轨道24可滑动地支持。 
滑块25具有一对套管25a及一个中心板25b。轨道24被分别插入到套管25a内，从而使得套管25a在相关联的轨道24上可滑动。中心板25b设置在套管25a之间，且使两个套管25a一起在轨道24上滑动。杆26在侧向方向上从侧表面中的一个伸出，并且演奏者用他或她的大拇指或其它手指向杆26施加力。由于一对轨道24与外滑管11c移动方向平行地延伸，因此滑块25也平行于该方向移动，具体依赖于在杆26上施加的力的方向。在这种情况下，轨道24比外滑管11c在内管11b上的完整行程要短。该特性对于具有较短臂展的儿童来说是非常理想的，因为他们可以在侧部挡块27之间完全地移动滑块25。 
磁编码器29具有磁栅尺(magnetic scale)30及一个磁头31。磁栅尺30在侧部挡块27之间与一对轨道24平行地延伸。如图3所示，磁头31被安装在中心板25b的另一个侧表面上并且面对磁栅尺30，以将在磁栅尺30上的磁数据转换成检测信号S1。在该情况下，磁头31产生一个代表磁数据的脉冲串(pulse train)，并且将该脉冲串作为检测信号S1提供到控制单元22。 
转回到图1，驱动机构21包括梁33、作动器34、转换器35和反作用消除器38。在该情况下，一个超声波马达用作作动器34。梁33、超声波马达34和转换器35产生移动滑管11a的力，并且反作用消除器38消除施加在剩余管结构上的反作用。超声波马达34具有一个由壳体可转动支持的输出轴。 
梁33的一端部连接到调音管13，且超声波马达34被安装在梁33的另一端部。齿条36固定在外滑管11c上，以使得外滑管11c与齿条36一起移动。小齿轮35a被固定在超声波马达34的输出轴上，该输出轴在与图1纸面垂直的方向延伸，并且小齿轮35a保持与齿条36的咬合啮合。驱动信号S2从控制单元22提供到超声波马达34中。 
在存在驱动信号S2时超声波马达34驱动输出轴在图1的顺时针方向及逆时针方向转动，使小齿轮35a在与输出轴的转动方向相同的方向转动。当从超声波马达34上去掉电能时，输出轴被阻避免进一步转动。当超声波马达34在使小齿轮35a在逆时针方向上转动时，齿条36向图1中的向右方向移动，并且因此外滑管11c从内管11b伸出。在另一方面，当超声波马达34在使小齿轮35a在顺时针方向上转动时，齿条36向图1中的向左方向移动，并且因此外滑管11c使空气柱更短。因此，转换器35，也就是小齿轮35a和齿条36将输出轴的转动运动转换为外滑管11c的双向线性往复运动。 
当超声波马达34和转换器35在没有反作用消除器38的情况下向外滑管11c施加力时，反作用从超声波马达34通过梁33、调音管13、滑管接纳件17、吹嘴接纳件18和吹嘴15传递到演奏者的嘴唇。为了消除该反作用，反作用消除器38设置在梁33上，以使反作用不会到达调音管13。 
反作用消除器38包括滑块39、各重块件40、支架41和反力发生器42。支架41被固定在梁33上。滑块39在与梁33平行的方向上延伸，并且各重块件40被固定在滑块39的两端。滑块39由支架41支持，使得滑块可以在支架41上于平行梁33的方向上滑动。反力发生器42安装在支架41上，并且与滑块39连接，使得其驱动滑块39在与外滑管11c运动方向相反的方向上滑动。由于超声波马达34和反力发生器42都由梁33支持，超声波马达34的转动的反作用由反力发生器42的转动的反作用消除。 
在该情况下，反力发生器42由超声波马达42A、小齿轮42B和齿条42C的组合来实施。超声波马达42A被固定在支架41上并且具有一个输出轴。超声波马达42A为在没有电能的情况下阻止输出轴转动的类型。由控制单元22提供一个驱动信号S3到超声波马达42A，并且超声波马达42A通过驱动信号S3双向地转动输出轴。小齿轮42B被安装在输出轴上使得超声波马达42A的转动通过齿条42C来转动小齿轮42B。齿条42C被固定在滑块39上，并且小齿轮42B保持与齿条42C的螺纹啮合。因此，超声波马达42A引起滑块39随着驱动信号S3进行滑动运动，并且产生反力来抵制由于外滑管11c的滑动运动的反作用。 
控制单元22通过一个适合的连接装置安装在管结构11上。控制单元22包括信号输入电路22A、电源和电流驱动器22B和信息处理器22C。信号输入电路22A具有一个波形整形电路和一个阻尼电路。所述脉冲串，也就是检测信号S1通过波形整形进行整形，并且此后被储存在阻尼电路中。信号输入电路22A与信息处理器22C连接。 
信息处理器22C周期性地从阻尼电路提取检测信号S1，并且进行检测以查看磁栅尺30和磁头31之间的相对位置是否改变。当给出的回答是否定的时，不向超声波马达34和42A提供驱动信号S2和S3，并且外滑管11c和滑块39保持在它们的现有位置上。在另一方面，当给出的回答是肯定的时，信息处理器22C计算超声波马达34和42A的输出轴的转数。 
如上所述，外滑管11c的完整行程比滑块25的可移动范围长。当信息处理器22C确定了滑块25被移动的距离L，该信息处理器22C通过将该距离L乘以一个常数α来计算外滑管11C的行程S。接着，该信息处理器22C确定超声波马达34的输出轴的转数。小齿轮35的尺寸是已知的，并且齿条36被移动的距离作为一个单位长度被储存在信息处理器22C中。信息处理器22C利用单位长度分割行程S。因此，信息处理器22C计算超声波马达34输出轴的转数。 
信息处理器22C进一步计算滑块39的速度。如上所述，滑块39在与外滑管11c相反的方向上移动。为计算反作用，滑块被移动的目标速度值V1由下面的公式给出： 
V1＝V2×M2/M1......公式1 
其中V2为外滑管11c的速度，M2为外滑管11c和齿条36的总重量，而M1为滑块39、各重块件40和齿条42C的总重量。速度V2要根据小齿轮35的每秒的转数来确定。当滑块39和各重块件40在支架41上以速度V1移动时，施加在梁33上的反作用变成与由于超声波马达34的输出轴的转动而施加在梁上的反作用相等，从而使得反作用彼此抵消。结果，演奏者在他或她的嘴唇不会感觉到任何的反作用。因此，反力发生器42使演奏者感觉到该管乐器与次中音长号一样。 
信息处理器22C与电源和电流驱动器22B连接。在该情况下，电源由可充电电池来实施，而驱动电路在信息处理器22C的控制下产生驱动信号S2和S3。 
假定现在一个演奏者希望在协助系统20的辅助下演奏一段音乐，他或她将嘴唇放在吹嘴15上并且控制呼吸。该嘴唇引起在管结构11中的空气柱的振动。然后从次中音长号中发出乐音。演奏者控制他或她的呼吸并且从一个位置到另一个位置改变滑管11位置以改变乐音音高。 
假定演奏者希望加长空气柱。他或她向图1的向右的方向推动杆26从 而使得滑块25离开滑管接纳件17。磁头31与滑块25一起移动使得磁栅尺30和磁头31改变了它们之间的相对位置。检测信号S1由磁编码器29提供到信号输入电路22A。 
信息处理器22C从信号输入电路22A提取检测信号，并且确定超声波马达34的输出轴的转数及与速度V1对应的超声波马达42A的每秒的转数。信息处理器22C将控制信号提供到电源和电流驱动器22B，并且使驱动信号S2和S3分别到达超声波马达34和42A。 
驱动信号S2使超声波马达34被驱动以在图1的逆时针方向转动，小齿轮35a使齿条36与外滑管11C一起在向右方向移动。结果，空气柱被加长，并且乐音音高变尖。由于反力发生器42向梁33施加力来抵抗由于超声波马达34的输出轴的转动的反作用，协助系统20对演奏者的嘴唇没有任何的影响。 
在另一方面，当演奏者希望缩短空气柱时，他或她拉杆26使得滑块25更靠近滑管接纳件17。磁编码器29向信号输入电路22A提供检测信号S1，并且信息处理器22C确定超声波马达34的输出轴的转数和每秒的转数，并且将该控制信号提供给电源和电流驱动器22B。超声波马达34转动输出轴并且因此小齿轮35a顺时针转动，以致使得齿条36与外滑管11c一起在向左方向移动。反力发生器42消除由于超声波马达34的输出轴的转动的反作用。 
滑管11a使空气柱缩短，因此一个或多个乐音音高被降低，由于反力发生器42的作用，演奏者不会感觉到任何的反作用。 
当所述演奏者希望不用所述协助系统的辅助来演奏乐曲时，不向所述控制单元22提供任何的电能，并且所述演奏者通过控制呼吸和用手改变滑管的位置来改变乐音音高。 
由上面的描述将会理解的是，所述协助系统20辅助演奏者从一个位置至另外一个位置地改变所述滑管11a的位置。虽然儿童、残障人士和老人不容易快速移动所述滑管11a，但是所述协助系统20使像成年演奏者一样快速地移动所述外滑管11c成为可能。因此，所述协助系统20扩展了儿童、残障人士和老人可演奏的音乐曲目。 
所述演奏者可滑动所述杆26而没有向所述外滑管11c施加任何的力。在该情况下，仅仅是驱动机构21引起所述外滑管11c的滑动，并且所述演奏者控制杆26和他或她的呼吸。在另一方面，演奏者可向所述杆26和外滑管11c同时施加力。在该情况下，所述驱动机构21使在大拇指和手指上的负荷变轻。
即使演奏者臂展较小，所述滑块25移动的范围比所述外滑管11c的行程要窄，从而使得演奏者能够在所有的滑管位置中改变滑管11a的位置。 
在所述梁22、小齿轮35a/42B和齿条36/42C由合成树脂制造的情况下，所述协助系统20不太重，使得演奏者能够如标准的长号一样地用所述管乐器来演奏音乐。 
第二实施例 
转到图4，实施本发明的另一种管乐器主要包括次中音长号10A和协助系统20A。所述次中音长号10A在结构上与所述次中音长号10类似，并且为此，次中音长号10A的部件部分用所述次中音长号10的相应的部件部分的附图标记来标示，且没有详细地进行描述。 
所述协助系统20A包括一个操纵板20Aa，驱动机构44和控制单元22AA。所述操纵板20Aa和控制单元22AA与操纵板20a和控制单元22A的结构相似，并且为了避免重复而省略了详细描述。因此，主要描述所述驱动机构44。 
所述驱动机构44包括梁33、作动器、转换器44A和反作用消除器38A。在该情况下，一个表面声波马达44B用作所述作动器。当所述控制单元22AA以驱动信号S2A给所述表面声波马达44B供能，表面声波产生并且被传播到所述表面声波马达44B的表面。所述梁33、表面声波马达44B和转换器44A产生使滑管11a运动的力，并且所述反作用消除器38A消除施加在剩余管结构上的反作用。 
所述梁33的一端与所述调音管13连接，而所述表面声波马达44B被安装在所述梁33的另一端。所述转换器44A由一个可移动块体来实施，并且所述可移动块体44A将所述表面声波转换为所述外滑管11c的运动。所述可移动块体44A在所述外滑管11c上延伸并且被固定到所述外滑管11c的表面上。当所述表面声波马达44B产生表面声波时，所述可移动块体44A由于摩擦力而移动，并且所述外滑管11c也在所述内管11b上移动。 
所述反作用消除器38A包括滑块39A、各重块件40A、支架41A和反力发生器45。所述滑块39A、各重块件40A和支架41A与滑块39、各重块 件40和支架41类似，并且因此此后不作进一步的描述。在该情况下，所述反力发生器45由可移动块体45A和一个表面声波马达45B地组合来实施。所述表面声波马达45B响应于驱动信号S3A从而引起抵抗反作用的反力，与反力发生器38类似。 
所述协助系统20A与所述协助系统20类似地运行，从而辅助演奏者他或她的次中音长号的演奏。 
第三实施例 
转到图5，实施本发明的另一种管乐器极板上包括次中音长号10B和协助系统20B。所述次中音长号10B在结构上与所述次中音长号10类似，并且为此，次中音长号10B的部件部分用所述次中音长号10的相应的部件部分的附图标记来标示，且没有详细地进行描述。 
所述协助系统20B包括一个操纵板20Ba，驱动机构21B和控制单元22BB。所述操纵板20Ba与操纵板20a相似，并且为了避免重复省略了所述操纵板20Ba的详细描述。虽然控制单元22BB也包括信号输入电路22A、电源和电流驱动电路22B和信息处理器22C，但是在所述信息处理器22C中装载的计算机程序不同，并且在下文中将其与所述驱动机构21B一起进行描述。 
所述驱动机构44包括梁33、作动器51和反作用消除器52。在该情况下，气动系统51a和柱塞传感器51b的组合用作所述作动器51。但是没有任何的与所述驱动机构结合的转换器。这是因为所述气动系统51a在平行于所述外滑管11c滑动方向的方向上产生力。 
所述气动系统51a包括具有空气泵和电马达的组合单元、储罐53、三状态电磁阀54a/54b和气动作动器55。所述气动作动器55具有由所述滑管接纳件17支持的气缸55a，及一个连接到外滑管11c的柱塞55b。所述气缸55a具有一个平行所述外滑管11c滑动方向延伸的中心线，并且所述柱塞55b从所述气缸55a可突出或者缩回。因此，所述气动作动器55产生平行于滑动方向的方向上的力。 
所述组合单元根据驱动信号S4而被供能，并且产生高压空气。所述组合单元的空气泵与所述储罐53连接，并且所述高压空气被积蓄在所述储罐53中。虽然在图5中未显示，在所述储罐53上设置有压力开关，并且由所述压力开关提供压力信号S5到所述信号输入电路22A。所述信息处理器22C 周期性地提取所述压力信号S5以查看空气压力是否被保持在一定的范围内。当所述空气压力降低到低于所述下限时，所述信息处理器22C使电源和电流驱动器22B提供所述驱动信号S4以作动所述组合单元52。当所述空气压力到达所述上限时，所述信息处理器22C使所述电源和电流驱动器22B停止驱动信号S4。因此所述组合单元52和控制单元22BB将空气压力保持在一定范围内。 
所述三状态电磁阀54a和54b被并联连接地连接到储罐53和在所述气缸55a的两腔室之间，并且控制信号线连接在所述电源和电流驱动器22B和三状态电磁阀54a和54b之间。驱动信号S7从控制单元22BB提供到所述三状态电磁阀54a和54b。当所述三状态电磁阀54a和54b停留在高阻抗状态下时，所述高压空气被限制在气缸55a的两个腔室中，并且所述气动作动器不允许所述外滑管11c改变滑动位置。当所述三状态电磁阀54a将所述储罐53与后腔室连接，而另一个所述三状态电磁阀54b将前腔室与大气连接时，所述高压空气使所述柱塞55b从所述气缸55a中突伸出。由于所述柱塞55b与外滑管11c连接，所述外滑管11c在所述内管11b上沿图5中的向右方向移动。在另一方面，当所述三状态电磁阀54b将所述储罐与前腔室连接而另一个所述三状态电磁阀54a将所述后腔室与大气连接时，所述高压空气使柱塞55b收回到所述气缸55a内。然后所述外滑管11c在所述内管11b上沿图5中的向左方向移动。 
所述柱塞55b由所述柱塞传感器51b来监视，并且所述柱塞位置信号S6从所述柱塞传感器51b提供到所述信号输入电路22A中。所述信息处理器22C周期性地检查所述柱塞位置信号S6来查看所述柱塞是否已经移动了目标行程，其比所述杆26的行程S大β倍。所述常数β比1大。当所述柱塞55b到达目标位置，所述信息处理器22C使所述电源和电流驱动器22B将所述三状态电磁阀54a和54b两者都改变到高阻抗状态。因此，演奏者利用所述驱动机构21B的辅助改变所述外滑管11c从一个滑动位置到另一个滑动位置。 
所述反作用消除器52包括气动作动器52a、重块件52b和三状态电磁阀52c和52d。所述三状态电磁阀52c和52d响应于驱动信号S8从而将储罐53与所述气动作动器52a连接。所述气动作动器52a的气缸由所述气缸55a来支持，并且所述重块件52b安装在所述气动作动器52a的柱塞的前端部。由于所述气动作动器52a使它的柱塞在与所述气动作动器55使柱塞55b伸出方向相反的方向上突伸。所述重块件52b的质量以如下的方式来确定，即使所述反作用消除器52消除所述外滑管11c的滑动的反作用。结果，演奏者可以用所述管乐器来演奏音乐而没有不舒服的感觉。 
虽然已经显示并描述了本发明的几个特定的实施例，但本领域普通技术人员应该理解在不背离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种的改变和变形。 
所述控制单元22可以与所述长号10分开。在该情况下，所述磁编码器29和超声波马达34和42A要通过电缆与所述控制单元22连接。 
所述电源可以由变压器来实施，该变压器通过电缆连接到插座上。 
所述次中音长号并不限制本发明的技术范围。所述协助系统可以与其它的管乐器结合，例如中音长号(alto trombone)、低音长号(bass trombone)及倍低音长号(double bass trombone)。本发明也适合于另外的管乐器，例如滑管小号(slide trumpet)。 
所述磁编码器可以由一个光编码器来代替，并且所述超声波马达可以由直流马达来代替。可以准备一个适当的断路机构用于该直流马达，或连续地向所述直流马达供电。 
可以在所述管结构的任何的部分上安装所述操纵板20a，只要演奏者能够在完整行程上移动所述杆。 
所述反作用消除器不是所述驱动系统不可缺少的元件。在所述反作用可被忽略的情况下，所述反作用消除器可以从驱动系统中去掉。 
所述可滑动的杆26也不限制本发明的技术范围。本发明的协助机构可具有一个转动编码器，使得演奏者转动该振动编码器的钮来改变所述滑管11的长度。 
所述协助系统20、20A和20B可以独立于所述长号而提供给使用者，使用者购买所述协助系统20、20A和20B，并且将所述协助系统20、20A和20B与他们的长号结合从而将其长号改型成根据本发明的管乐器。 
所述气动系统可以由液压系统来代替。所述气动作动器或液压作动器可以伸缩地伸出或收回。 
实施本发明的管乐器的部件部分与权利要求中用语的对应关系如下：管结构11被对应于“管结构”，并且所述滑管11a，也就是所述内管11b和外 滑管11c的组合作为“滑管”。每个所述协助系统20、20A和20B对应于“协助系统”，并且每个所述操纵板20a、20Aa、和20Ba作为“操纵板”。所述一对轨道24、滑块25和杆26作为一个整体构成为“操纵器”。所述磁编码器29或柱塞传感器51b作为“信号发生器”。每个驱动机构21、44和21B相应于“驱动机构”，并且每个控制单元22、22AA和22BB作为“控制器”。 
所述梁33和超声波马达34的壳体作为一个整体组成为“作动器的静止部分”，并且所述超声波马达34的输出轴对应于“可移动部分”。所述转动或振动为“某种运动”，并且所述线性运动属于“另外一种运动”。所述小齿轮和齿条35a/36或可移动体44A作为“转换器”。 

Claims (20)

1.一种通过真人演奏者的呼吸产生乐音的管乐器，包括：
管结构(11)，所述管结构(11)在其中限定空气柱，容许所述真人演奏者激励所述空气柱振动，并且所述管结构(11)包括滑管(11a)，所述滑管(11a)通过所述滑管的伸长和收缩来改变所述空气柱的长度以改变所述乐音音高；及
协助系统(20；20A；20B)，辅助所述真人演奏者进行演奏；
其特征在于
所述协助系统(20；20A；20B)包括：
操纵板(20a；20Aa；20Ba)，具有操纵器(24，25，26)和信号发生器(29；51b)，所述操纵器(24，25，26)由所述真人演奏者移动从而指示所述空气柱的目标长度，所述信号发生器(29；51b)产生代表所述目标长度的检测信号(S1；S6)；
驱动机构(21；44；21B)，与所述滑管(11a)连接并且响应于驱动信号(S2，S3；S2A，S3A；S4，S7，S8)而伸长和收缩所述滑管(11a)，以辅助所述真人演奏者改变所述乐音音高；及
控制器(22；22AA；22BB)，与所述信号发生器(29；51b)和所述驱动机构(21；44；21B)连接，并且向所述驱动机构(21；44；21B)提供所述驱动信号(S2，S3；S2A，S3A；S4，S7，S8)，从而伸长和收缩所述滑管(11a)直到所述空气柱变成所述目标长度。
2.如权利要求1所述的管乐器，其中所述滑管(11a)具有与所述管结构(11)的吹嘴接纳件(18)和滑管接纳件(17)连接的内管(11b)及与所述内管(11b)可伸缩地结合的外滑管(11c)，使得通过所述外滑管(11c)在所述内管(11b)上的滑动运动，所述滑管(11a)被伸长和收缩。
3.如权利要求2所述的管乐器，其中所述驱动机构(21；44；21B)包括作动器部分，所述作动器部分具有
静止部分(33，34；33；55a)，相对于所述内管(11b)静止，及
可移动部分(34，35a；44B；55b)，与所述外滑管(11c)连接，从而引起所述滑动运动。
4.如权利要求3所述的管乐器，其中所述静止部分(33)引起所述可移动部分(34，35a；44B)的不同于所述滑管(11a)的所述滑动运动的某种运动，其中所述驱动机构(21；44；21B)还包括设置在所述可移动部分(34，35a；44B)和所述滑管(11a)之间的转换器(36；44A)，以便将所述的某种运动转换为所述滑动运动。
5.如权利要求4所述的管乐器，其中所述某种运动为转动。
6.如权利要求4所述的管乐器，其中所述某种运动为振动。
7.如权利要求3所述的管乐器，其中所述驱动机构(21；44；21B)还包括反作用消除器(38；38A；52)，所述反作用消除器消除由于所述作动器部分(33，34，35a；33，44B；55a，55b)的作动产生的反作用，以便防止所述真人演奏者经受到所述反作用。
8.如权利要求7所述的管乐器，其中所述驱动机构(21；44)还包括设置在所述可移动部分(34，35a；44B)和所述滑管(11a)之间的转换器(36；44A)，以便将所述可移动部分的某种运动转换为所述滑管(11a)的所述滑动运动，其中所述反作用消除器(38；38A；52)引起与所述滑管(11a)的所述滑动运动方向相反的另外的滑动运动。
9.如权利要求1所述的管乐器，其中所述真人演奏者引起所述操纵器(24，25，26)的某种运动，并且所述滑管(11a)通过所述操纵器的所述某种运动伸长和收缩所述空气柱。
10.如权利要求9所述的管乐器，其中所述某种运动为滑动运动。
11.如权利要求9所述的管乐器，其中所述操纵器(24，25，26)的完整行程比所述滑管(11a)的完整行程短，从而所述控制器(22；22AA；22BB)基于所述操纵器(24，25，26)的实际行程来计算所述滑管(11a)的目标行程。
12.如权利要求1所述的管乐器，其中所述管结构(11)还包括：
吹嘴(15)，所述真人演奏者在其上吹奏，
喇叭口(12)，向着所述管结构(11)的外侧张开，及
连接在所述吹嘴(15)和所述滑管(11a)之间的及连接在所述滑管(11a)和所述喇叭口(12)之间的其它管部分(13，17，18)。
13.如权利要求12所述的管乐器，其中所述吹嘴(15)、所述喇叭口(12)、所述滑管(11a)和所述其它管部分(13，17，18)组合在一起形成长号(10；10A；10B)。
14.一种用于辅助真人演奏者用所述管乐器进行演奏的协助系统，所述协助系统与带有滑管(11a)的管乐器(10；10A；10B)结合，
其特征在于，包括：
操纵板(20a；20Aa；20Ba)，具有：
操纵器(24，25，26)，由所述真人演奏者移动从而指示在所述管乐器(10；10A；10B)中产生的空气柱的目标长度，和
信号发生器(29；51b)，产生代表所述目标长度的检测信号(S1)；
驱动机构(21；44；21B)，与所述滑管(11a)连接，并且响应于驱动信号(S2，S3；S2A，S3A；S4，S7，S8)而伸长和收缩所述滑管(11a)，以改变经所述管乐器(10；10A；10B)产生的乐音音高；及
控制器(22；22AA；22BB)，与所述信号发生器(29；51b)和所述驱动机构(21；44；21B)连接，并且向所述驱动机构(21；44；21B)提供所述驱动信号(S2，S3；S2A，S3A；S4，S7，S8)，从而伸长和收缩所述滑管(11a)直到所述空气柱变成所述目标长度。
15.如权利要求14所述的协助系统，其中所述滑管(11a)具有与所述管结构(11)的吹嘴接纳件(18)和滑管接纳件(17)连接的内管(11b)及与所述内管(11b)可伸缩地结合的外滑管(11c)，使得通过所述外滑管(11c)在所述内管(11b)上的滑动运动，所述滑管(11a)被伸长和收缩。
16.如权利要求15所述的协助系统，其中所述驱动机构(21；44；21B)包括作动器部分，该作动器部分具有
静止部分(33，34；33；55a)，相对于所述内管(11b)静止，及
可移动部分(34，35a；44B；55b)，与所述外滑管(11c)连接从而引起所述滑动运动。
17.如权利要求16所述的协助系统，其中所述静止部分(33，34；33)引起所述可移动部分(34，35a；44B)的不同于所述滑管(11a)的所述滑动运动的某种运动，其中所述驱动机构(21；44；21B)还包括设置在所述可移动部分(34，35a；44B)和所述滑管(11a)之间的转换器(36；44A)，以便将所述某种运动转换为所述滑动运动。
18.如权利要求17所述的协助系统，其中所述驱动机构(21；44；21B)还包括反作用消除器(38；38A；52)，所述反作用消除器消除由于所述作动器部分(33，34，35a；33，44B；55a，55b)的作动产生的反作用，以防止所述真人演奏者经受到所述反作用。
19.如权利要求14所述的协助系统，其中所述真人演奏者引起所述操纵器(24，25，26)的某种运动，并且通过所述某种运动所述滑管(11a)伸长和收缩所述空气柱。
20.如权利要求19所述的协助系统，其中所述操纵器(24，25，26)的完整行程比所述滑管(11a)的完整行程短，从而所述控制器(22；22AA；22BB)基于所述操纵器(24，25，26)的实际行程来计算所述滑管(11a)的目标行程。
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