Удивительная история информатики и автоматики

Работы Фабера и Уитстона имели одно важнейшее следствие. Молодой английский студент Мелвилл Белл, изучавший акустику и весьма интересовавшийся проблемой синтеза речи, посетил в 1846 году демонстрацию машины Фабера в Лондоне. Автомат произвел на него сильнейшее впечатление. Даже много лет спустя Мелвилл Белл все еще помнил об этом событии, и в 1863 году вместе с шестнадцатилетним сыном Александром он ознакомился с машиной Уитстона. После этого Мелвилл Белл предложил сыну построить такую же машину самому. Александр с братом взялись за работу и скоро добились первого успеха — их машина произнесла слово мама. (Между прочим, первую куклу, произносящую слово мама, за полвека до этого изготовил знаменитый механик и импресарио И. Мальзель, известный своим участием в судьбе шахматного автомата фон Кемпелена.)

Александр Грехэм Белл родился в 1847 году в Эдинбурге. Его дед и тезка, Александр Белл, разработал оригинальную систему для исправления заикания и других дефектов речи. Отец, Мелвилл Белл, был признанным главой британской школы ораторского искусства, — его учебник «Образцовый оратор» выдержал 200 изданий. Александр Грэхем Белл должен был в третьем поколении продолжить семейную традицию — этой цели было подчинено все его образование.

Части голосового аппарата человека — губы, язык, нёбо, глотку и мягкое нёбо Белл с братом сделали из гуттаперчи. Резиновые щеки ограничивали полость рта. Губы представляли собой проволочный каркас, покрытый резиной и набитый ватой. Вопреки поговорке «язык без костей», язык был сделан из деревянных деталей, покрытых резиновым чехлом, и также набит ватой. Все эти части посредством рычагов соединялись с управляющей клавиатурой. От жестяной гортани отходила гибкая трубка — аналог дыхательного горла. Роль отверстия голосовых связок играла натянутая на жестяной каркас резиновая пленка с прорезанной щелью. Устройство можно было заставить произносить гласные и носовые звуки, а также связные звукосочетания.

_{Александр Белл}

Именно в процессе этой работы Александр Белл впервые начал серьезно изучать фонетику, способы анализа речи. Опыты с механическим синтезом звука Белл продолжал и в последующие годы, когда работал учителем в школе для глухих. Сегодня мы знаем, что его работа привела к изобретению в 1876 году первого телефона (нельзя не вспомнить, что огромную помощь в реализации его идей Беллу оказал Дж. Генри).

Рассказывают, что Белл приучил свою собаку — терьера по кличке Скай — сидеть на задних лапах и при этом постоянно рычать. Зажав пса коленями, сам он руками изменял форму его голосового тракта. В результате издаваемые собакой звуки очень напоминали гласные [а] и [и], а также слоги [та] и [ga]. Они даже складывались в целую фразу «How are you, Grandmamma?» («Как поживаешь, бабушка?»)

Некоторые считают, что эти опыты Белла крайне сомнительны с точки зрения этики — разумеется, с современной точки зрения. Однако сам Скай, судя по всему, ничего против них не имел — ведь его работа щедро вознаграждалась вкусными лакомствами. Более того, если собаку долго не беспокоили, она сама пыталась заговорить. Впрочем, безуспешно, — без посторонней помощи Скай только издавал обычное собачье рычание…

Последней известной механической реализацией речевого тракта стало говорящее устройство американца Ричарда Риша, построенное в 1937 году. Оно было изготовлено из металла и резины и воспроизводило все артикуляторные органы человека: губы, зубы, твердое нёбо, мягкое нёбо, язык и глотку. Управление, как и в машине Фабера, осуществлялось с помощью клавиш (всего их было 10). Этого было достаточно для управления формой всех изменяющихся частей речевого тракта. Опытный оператор с их помощью мог извлекать вполне разборчивую речь — в литературе зафиксировано, что особенно четко звучало слово сигарета.

Первой электрической и одновременно последней аналоговой моделью речевого тракта был прибор водер (voder), разработанный сотрудником Bell Labs Гомером Дадли. Незадолго до Второй мировой войны прибор с успехом демонстрировался на Всемирных выставках в Нью-Йорке и Сан-Франциско — как и за сто лет до этого, сконструированная для изучения природы речи модель выступала и в роли аттракциона для публики.

_{Гомер Дадли}

Водер управлялся от ручной клавиатуры и синтезировал сигналы с заданным спектром. Десять параллельно соединенных полосовых фильтров составляли блок управления резонансами. Переключение источника возбуждения (шумового или импульсного генератора) осуществлялось браслетом на запястье оператора, а управление частотой импульсов — ножной педалью. На выходе фильтров стояли потенциометры, управлявшиеся десятью пальцами рук и изменявшие напряжение сигнала.

Для имитации взрывных согласных использовались еще три дополнительные клавиши. Обучение операторов «игре» на водере требовало значительного времени, но зато в итоге получалась вполне разборчивая и связная речь. А обретенный оператором навык оставался у него надолго — когда спустя четверть века фирма Bell разыскала одну из женщин, прошедших обучение, та уже через несколько часов работала на приборе так, словно этого перерыва и не было.

Несомненный успех водера вновь поставил задачу синтеза речи на повестку дня, причем стало ясно, что для ее решения совсем не обязательно копировать голосовой аппарат человека. Сегодня эта задача успешно решается с помощью компьютеров.

Речевой ввод и речевой вывод данных приобретают все большее значение как удобное средство общения человека и компьютера.

«Вам мат, товарищ гроссмейстер…»

На протяжении веков разные изобретатели пытались создать антропоморфные автоматы, способные выполнять отдельные функции человека (или хотя бы имитировать их выполнение), — в частности, историкам известно множество попыток создания автоматов для игры шахматы.

Первым и самым знаменитым из них оказался автомат Вольфганга фон Кемпелена («Турок-шахматист», конец XVIII века), несколько десятилетий поражавший воображение современников.

В 1755 г0ду отставной таможенный чиновник Энгельберт фон Кемпелен представил императрице Марии-Терезии своего сына Вольфганга. Тому недавно исполнился 21 год, но он успел уже пройти курс права и философии в Вене, а также совершить путешествие по Италии для знакомства с ее художественными сокровищами. Молодой человек, обладавший приятной внешностью и свободно говоривший на нескольких языках, очаровал императрицу. Вскоре он получил крайне ответственное поручение — подготовить перевод Свода законов с латыни на немецкий язык, совсем недавно ставший государственным языком Австро-Венгерской империи. Ко всеобщему изумлению, эта колоссальная по объему и сложности работа была выполнена им всего за несколько дней — и выполнена блестяще. После этого юный фон Кемпелен был назначен советником императрицы.

За последующие 15 лет фон Кемпелен обрел репутацию крупного администратора и неоднократно выполнял самые сложные поручения в разных частях империи. Но не менее высока была его слава выдающегося механика. Он сконструировал и построил систему откачки воды из шахт, систему фонтанов в парке одного из замков в Братиславе и многое другое.

Осенью 1769 года императрица вызвала фон Кемпелена в Вену, чтобы тот высказал свое мнение о представлении, данном неким заезжим французом по фамилии Пеллетье — то ли ученым, то ли фокусником. Императрица надеялась, что советник сумеет дать объяснение увиденному. Достоверных сведений о показанных французом «магнетических» и химических опытах, а также продемонстрированных им автоматах не сохранилось, однако известно, что на фон Кемпелена, сидевшего рядом с императрицей, они впечатления не произвели. Но больше всего его задели комментарии Пеллетье, который постоянно подчеркивал превосходство французских ученых.

Поэтому когда после представления императрица спросила фон Кемпелена о его впечатлениях, тот неожиданно ответил, что может построить машину гораздо более удивительную, чем любая из виденных кем-либо ранее. Он удалился в свой замок в Братиславе и на полгода полностью отдался работе, с разрешения императрицы на время оставив свои многочисленные служебные обязанности.

Фон Кемпелен сдержал слово — спустя шесть месяцев результат его трудов был привезен в Вену и показан императрице. Это был механический человек, одетый в яркое восточное платье, сидящий позади большого деревянного ящика с шахматной доской на нем. При этом автомат (тут же получивший прозвание «Турок») не только совершал некоторые движения — брал и передвигал фигуры, подносил ко рту курительную трубку и т. д. Такими автоматами даже в то время удивить искушенных зрителей было уже трудно. Но автомат фон Кемпелена играл в шахматы. И не просто играл, а побеждал самых сильных соперников.