Говорящие механизмы

Если смотреть с позиций современной технологии, то до наступления эры электроники успехи ученых в области создания говорящих устройств сдерживались отсутствием транзисторов и интегральных схем. Им приходилось полагаться лишь на механические устройства. Подобно аналитической машине (компьютеру) Чарлза Бебиджа, собранной только из механических деталей и занимавшей целую комнату, первые говорящие машины были больше похожи на музыкальные инструменты, чем на сложные системы, которые можно было бы ожидать. Тем не менее все эти механизмы по-своему интересны, и попытки создания механических речевых систем до сих пор продолжаются параллельно с развитием методов электронного синтеза речи.

Одна из первых вошедших в историю попыток механической генерации речи была предпринята примерно в 1770 г. в Петербургской академии наук. Сотрудник Санкт-Петербургского университета Кратценштейн успешно решил поставленную задачу - объяснить физиологические различия речи при произнесении пяти гласных звуков и был удостоен ежегодной премии за моделирование и построение ряда акустических резонаторов, имитирующих голосовой трат человека. Построенное им говорящее устройство, примитивное по сегодняшним меркам, действительно создавало гласные звуки при помощи вибрирующих язычков, возбуждаемых воздушным потоком. Меняя акустические резонаторы и вручную выбирая формантные частоты, при помощи этого устройства можно было, хотя и ограниченно, генерировать речь.

Одновременно с Кратценштейном и независимо от него Вольфганг фон Кемпелен работал над более сложной машиной для генерации связной речи. Он ставил перед собой более сложную задачу, нежели воспроизведение гласных звуков: его целью было получение фраз и слов. Так же как и в устройстве Кратценштейна, в машине Кемпелепа имелись меха, которые создавали воздушный поток для возбуждения вибрирующих язычков, игравших роль голосовых связок. Резонаторы ротовой полости имитировались гибкой трубкой из кожи, которая действием руки создавала звуки речи. У этого необычного механического устройства (рис. 5.1) имелись также отверстия, имитирующие носовые резонансные полости, и две ручки, при помощи которых можно было управлять свистками, создававшими фрикативные звуки (человек создает такие звуки посредством зубов и губ). Говорящее устройство было сделано весьма остроумно, но для работы на нем оператору требовалось немало умения и опыта. При "игре" на этом инструменте приходилось выполнять такие же примерно действия, как при игре на самых больших органах. Достойно удивления, что инженерное искусство того времени позволило создать столь сложную говорящую машину, с помощью которой оператор мог действительно создавать синтезированную речь. Оператор, сидевший сбоку от говорящей машины, правой рукой поивопитг женив меха, одновременно отверстиями и плунжером язычка левой рукой, осуществлялась артикуляция звонких звуков, приходя их от вибрирующего язычка. Как утверждал фон Кемпелен, его машина производила 19 согласных звуков, которые были вполне различимы. О том, насколько по-разному эти звуки могли быть поняты неподготовленными людьми, мы уже говорили в гл. 4.

Рис. 5.1. Говорящие меха модели Кемпелена, построенные Уитстоном

Более усовершенсивованный вариант "говорящих мехов" фон Кемпелена был позднее построен Чарлзом Уитстоном (создателем известного моста Уитстона); однако до XIX в. исследования в этой области были крайне малочисленны. машину Кемпелена, реализованную Уистоном, довелось увидеть молодому экспериментатору из Эдинбурга (Шотландия) Александеру Грейаму Беллу. Впечатление, которое произвело на него это говорящее механическое устройство, не только направило его интересы на научное исследование речи, но, вероятно, во многом определило и все дальнейшее развитие науки и техники. Несколько лет спустя, в феврале 1876 г., Белл получил американский патпнт № 174 465 на принцип и способ реализации устройства, получившего название "телефон".

Увидев "говорящие меха" Уитстона, Александер Белл решил собрать под руководством отца собственную аналогичную модель. С помощью брата Мелвилла Александер построил из дерева, резины и ткани действующую физическую модель голосового тракта человека. Корпус его говорящей машины имел форму головы, а различные органы речи - губы, щеки, язык и голосовые связки - были сделаны из резины и мягкого фетра. Движущимися частями этой модели головы можно было управлять посредством рычагов, а голосовые связки имитировалися резиновой мембраной со щелью, через которую проходил воздух. Хотя модель выглядела, по всей видимости, весьма устрашающе, напоминая млнстра, Белл утверждал, что она может произносить гласные, носовые звуки и даже (при достаточном опыте оператора) простые связные фразы. Играя вспоминал о тех днях, когда он только начал разбираться в физиологии и механике речи.

Интерес А. Белла к механизму речи во многом был вызван имевшейся у его отца школой речи, и довольно скоро он понял перспективность работ в этой области. Все эти механизмы потенциально были готовы "заговорить", но время для них еще не подошло. Вскоре Белл научил своего терьера Ская, садясь на задние лапы, издавать продолжительное рычание, означавшее требование пищи (которую ему и давали как поощрение). В это время Белл осторожно манипулировал с горлом и ртом собаки, создавая звуки, на которые только был способен ограниченный по своим возможностям голосовой тракт собаки. В результате этих усилий Беллу удалось заставить собаку "произносить" пять звуков, состоящих из гласных ah и оо, морфем mа и ga и дифтонга оu. Рассказывают, что с помощью этого весьма ограниченного "словаря" и нескольких фунтов пищи Белл сумел заставить своего любимца произносить фразу "How are you, Grandmama?" (Как поживаете, бабушка?) Говорили также, что иногда пес с блеском в глазах делал попытки самостоятельно сказать эту фразу, но у него не получалось ничего, кроме "гррр". Старания юного Белла научить своего пса "говорить" хотя и не увенчались успехом, тем не менее послужили основой для его первых манипуляций с механической говорящей головой.