Валерий Шилов - Удивительная история информатики и автоматики

По воспоминаниям очевидцев, слова мама и папа, произносимые машиной, вполне можно было принять за звуки детского голоса.

Проведенный Дарвином анализ показал, что для воспроизведения человеческой речи машине достаточно иметь возможность осуществлять движения 13 различных видов, причем каждый из них может сообщаться с клавиатуры, подобной клавиатуре клавесина или фортепьяно. В этом случае машина сможет одновременно «и петь, и аккомпанировать». Однако, как писал Дарвин, «занятость другими делами не позволила мне продолжить работу над этой машиной». Так что премия в 1000 фунтов стерлингов, которую Мэттью Боултон обещал выплатить создателю «органа, декламирующего «Credo и десять заповедей», так и осталась невостребованной.

Таким образом, к концу столетия проблема генерации речи явно стояла в повестке дня, и не случайно в 1779 году Академия наук в Санкт-Петербурге в качестве темы своего ежегодного конкурса предложила исследование и объяснение физиологических механизмов речи.

На конкурс была представлена работа известного датского физика Христиана Кратценштейна, который разработал акустическую модель звуков человеческой речи и воплотил ее в механическом устройстве, имитирующем работу речевого тракта. Основу устройства составляли резонаторы различной формы, в которых вибрировавшие при прохождении потока воздуха язычки производили пять гласных звуков — а, е, i, о, и. Управляя вручную частотой формант, можно было даже произносить некоторые слова.

Кратценштейн и сам был членом Петербургской академии, с 1748 по 1753 год он работал в России. В историю российской науки он вошел также благодаря своему участию в одном из самых ее трагических эпизодов: когда 6 августа 1753 года при проведении электрических опытов от удара молнии погиб академик Рихман, именно Кратценштейн пытался оказать ему медицинскую помощь и составил заключение о смерти коллеги.

Работа Кратценштейна получила широкую известность. Гораздо меньше известна работа, которую спустя несколько лет выполнил французский механик аббат Микаль. Он изготовил две бронзовые головы; помещенные на богато декорированном пьедестале лицом друг к другу, они вели такой диалог:

— Король несет Европе мир.

— Мир венчает короля славой.

— И мир делает людей счастливыми.

— О возлюбленный король, отец народа, счастье которого показывает Европе величие твоего трона.

Фразы произносились медленно, причем головы усиленно артикулировали. Некоторые слова звучали не слишком отчетливо, иногда речь скорее напоминала хриплое бормотание, отдельные слушатели даже находили их голоса нечеловеческими. Автомат, явившийся результатом тридцатилетних трудов автора, подвергся детальному изучению комиссией Французской академии (среди ее членов были, в частности, Лавуазье и Лаплас). Но хотя качество речи было не слишком высоким, заключение комиссии оказалось достаточно благоприятным: «Мы полагаем, что Академия должна одобрить результаты усилий аббата Микаля: его машина устроена весьма изобретательно.»

Внутри головы имелась полость, в которой размещались несколько голосовых щелей и эластичных мембран. Воздух, проходя через голосовые щели, вызывал колебание мембран, производящих звуки в диапазоне от низких до высоких. Насколько можно судить по сохранившимся описаниям, имелись две возможности генерации звуков. Приведенный выше диалог был «записан» на кулачковом цилиндре, вращение которого передавалось на рычаги и вызывало соответствующие колебания мембран — фактически это была своего рода «жесткая программа». В то же время извлекать звуки можно было с помощью клавиатуры, например, клавесина или фортепиано. Ее клавиши соответствовали различным звукам французского языка, и при некоторой практике было вполне возможно, нажимая на соответствующие клавиши, произносить длинные речи.

Говорящие головы Микаля были выставлены для публичного обозрения, и посмотреть на них стекались толпы народа. Современники даже высказывали мнение, что если говорящие автоматы аббата Микаля распространятся по Европе, то смогут стать эталоном произношения и лишат заработка учителей французского языка из числа швейцарцев, гасконцев и других, которые не выдержат конкуренции.

В эти же годы над проблемой механической генерации звука работал выдающийся венгерский изобретатель барон Вольфганг фон Кемпелен. Имеются свидетельства, что свою работу он начал даже раньше Кратценштейна, около 1769 года. Однако известной она стала только в 1791 году, когда фон Кемпелен опубликовал в Вене книгу «Механизм человеческой речи с описанием говорящей машины».

Построенная Кемпеленом машина была гораздо более совершенной, чем устройство Кратценштейна, — она произносила не только отдельные звуки, но слова и даже фразы.

Но самое главное, его работа в целом и сегодня поражает абсолютно современным пониманием природы языка.

Идеи Кемпелена оказали серьезное влияние на многие последующие попытки создания устройств для генерации речи.

Исследования убедили фон Кемпелена, что важнейшими органами человека, отвечающими за речь, являются речевой тракт и ротовая полость, находящаяся между голосовыми связками и губами — до его работы господствовало мнение, что самым важным речевым органом является гортань. Снаружи машина выглядела как деревянный ящик с двумя воронками из плотной материи. Основными ее частями являлись напорная камера, выполнявшая роль легких, вибрирующий язычок, действовавший как голосовые связки, и кожаная трубка, заменявшая речевой тракт человека. Изменяя руками форму кожаной трубки, можно было производить гласные звуки. Согласные же звучали при прохождении струи воздуха через четыре сужающихся прохода, которые надо было зажимать пальцами. Для имитации взрывных звуков фон Кемпелен ввел в свою модель еще язык и губы.

Кемпелен заявлял, что научиться управлять машиной можно очень быстро, в течение двух-трех недель. При этом гораздо проще было научить машину разговаривать на французском, итальянском или на латыни (немецкий язык давался ей гораздо хуже — это было связано с особенностями его фонетики). Но в любом случае 19 согласных можно было воспроизвести со вполне удовлетворительным качеством. Этого качества хватало, чтобы машина «ясно и отчетливо» произносила несколько сот слов, причем не только мама, папа или опера, но и такие длинные, как Константинополь, Анастасий … Однако голос звучал монотонно, поскольку, хотя длина вибрирующего язычка могла изменяться, во время работы сделать это было нельзя.