Валерий Шилов - Удивительная история информатики и автоматики
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.
Вольфганг фон Кемпелен (автопортрет углем)
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.
Машина фон Кемпелена
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.
Говорящую машину фон Кемпелена наблюдали в действии многие знаменитые люди. И. В. Гете считал, что несколько услышанных им слов машина произносила с большой естественностью. Сказочник и филолог Якоб Гримм находил голос машины приятным и даже мелодичным.
Работа фон Кемпелена была самой значимой с научной точки зрения, однако при жизни изобретателя она не получила той известности, которой заслуживала. Возможно, она оказалась в тени другого его изобретения, знаменитого шахматного автомата (об этом — в следующей главе).
Тем не менее идеи фон Кемпелена, не востребованные в его время, все-таки оказали огромное влияние на дальнейшие работы. Приблизительно в 1835 году выдающийся английский физик и изобретатель Чарльз Уитстон в соответствии с имеющимся в книге фон Кемпелена описанием выполнил реконструкцию его машины.
Уитстон был одним из крупнейших британских ученых и изобретателей XIX века. Ему принадлежит множество важных работ в области акустики, электричества и телеграфной связи. Уитстон первым построил в Англии электрический телеграф. Уитстон занимался криптографией, он разработал один из самых знаменитых шифров (так называемый шифр Плэйфер) и создал несколько шифровальных устройств. Уитстон был другом Чарльза Бэббиджа, и это он посоветовал леди Лавлейс перевести на английский язык статью Л. Менабреа с описанием аналитической машины Бэббиджа. Как известно, именно с этого перевода, появившегося в 1843 году и снабженного комментариями переводчицы, началась история программирования.
Машина Уитстона работала так. Локоть правой руки оператора лежал на главных мехах и, надавливая на них, нагнетал воздух в машину.
Чарльз Уитстон
Пальцы правой руки управляли воздушными каналами, отвечающими за фрикативные звуки — [sh] (шипящие) и [s] (свистящие), а также открывали и закрывали ноздри и управляли включением-выключением язычка.
Если требовалось произвести гласный звук, все каналы перекрывались, а язычок включался. Поток воздуха вызывал вибрацию язычка, производя вокализованные звуки. Управление гласными звуками производилось левой рукой — нужным образом сжимался кожаный мешок (резонатор), расположенный в передней части машины. Невокализованные звуки производились при отключенном язычке потоком воздуха через определенный канал.
Схема машины Уитстона
Машина Уитстона могла произносить гласные и большую часть согласных звуков, а также некоторые их комбинации и даже слова. Ротовая полость машины Уитстона была эластичной, что давало ей некоторое преимущество по сравнению с прототипом. В то же время, как и в машине фон Кемпелена, отсутствовала возможность управлять высотой звука, и речь из-за этого звучала монотонно.
Машина Уитстона вновь привлекла внимание ученых к проблеме генерации речи. Следующим шагом в развитии говорящих машин стал автомат, построенный в середине 1830-х годов уроженцем Германии Йозефом Фабером.
О жизни этого человека известно крайне мало. Родился он в самом начале века в университетском городе Фрайбурге, в молодости занимался астрономией, а позднее, прочитав книгу фон Кемпелена, обратился к анатомии и механике. Фабер несомненно имел незаурядный талант изобретателя, но большая часть сил этого слабого здоровьем человека уходила на борьбу за существование. Он обладал сильной волей и исключительным упорством в достижении цели — так, ему потребовалось около 9 лет непрерывной работы, чтобы добиться удовлетворительного звучание звука е. К 1835 году Фабер уже достаточно далеко продвинулся в своей работе, однако в Европе его автомат так и не вызвал интереса.
В надежде на лучшее в начале 1844 году Фабер уехал в Новый Свет. Однако реакция жителей Нью-Йорка на европейскую диковинку была столь же скептической, и в минуту отчаяния Фабер уничтожил свою говорящую машину. Один из современников даже иронизировал, что Фабер пошел по стопам Альберта Великого. Однако очередная неудача не сломила изобретателя, и, отклонив предложения о помощи со стороны Американского философского общества, он восстановил свою машину.
В декабре 1845 году Йозеф Фабер привез «Удивительную говорящую машину» — теперь он дал ей такое название — в Филадельфию, где снова попытался привлечь внимание к изобретению. Один из местных ученых всерьез заинтересовался увиденным и пригласил в мастерскую Фабера своего друга, выдающегося американского физика и изобретателя Джозефа Генри. Генри, нередко выступавший в роли технического эксперта, согласился сопровождать приятеля и взглянуть на машину. Было сильное подозрение, что они могли столкнуться с чревовещательством или другим жульничеством. Однако вместо мистификации Генри увидел то, что он назвал «чудесным изобретением».
