История говорящей машины

История говорящей машины
Обратимся теперь к вопросу о том, как же образуются в голосовом аппарате человека различные
звуки и тембр голоса, т. е. как голос «окрашивается». Ответ на этот вопрос в известной мере связан с
историей создания говорящей машины. Изобретение говорящей машины обычно приписывается Г.
Гельмгольцу. Известный немецкий фи¬зик и физиолог действительно много сделал для раскрытия природы
звуковой речи: он создал теорию образования гласных в речевом аппарате человека, теорию восприятия
звуков слуховым аппаратом и, наконец, в 1860 г. на основе своих расчетов построил говорящую машину
(H.Helmholtz, 1913).
Тем не менее в интересах справедливости следует за¬метить, что попытки создания говорящей
машины суще¬ствовали задолго до изобретения Гельмгольца. В част¬ности, в России говорящая машина
была создана чуть ли не на целое столетие раньше гельмгольцевской. В 1779 г. Петербургская академия наук
объявила конкурс на созда¬ние аппарата для искусственного воспроизведения гласных звуков. Вскоре такой
аппарат был представлен в Акаде¬мию наук, а автор его, X. А. Краценштейн, был награжден премией
(Мясников, 1949). Как же была устроена говоря¬щая машина X, А. Краценштейна)
Основу аппарата составляла искусственная гортань с искусственными голосовыми связками, т. е.
эластиче¬скими язычками, колеблющимися под действием тока воз¬духа, нагнетаемого мехами (чем не
подтверждение миоэла-стической теории!). Высота основного тона «голосовых связок» регулировалась
специальным зажимом. «Гово¬рить» же, т. е. воспроизводить различные гласные звуки, машина эта могла
только благодаря приставляемым к ней резонаторам различного объема и формы. Резонаторы эти в виде
причудливых банок и ваз надевались на искусствен¬ную гортань сверху. В зависимости от того, какой из
резо¬наторов на нее надет, гортань могла «произносить» раз¬личные гласные звуки.
Говорящая машина Гельмгольца выглядела более солидно. Во-первых, голосовыми связками ей
служили электрокамертоны, которые вибрировали от электрического тока, а во-вторых, резонаторов она
имела целое множество и они работали не поочередно, как в машине Краценштейна, а все вместе. Каждый
такой резонатор в аппарате Гельмгольца состоял из полого цилиндра с отверстием, которое могло
закрываться частично или полностью при помощи специальной задвижки Резонаторы были различного
объема, а задвижки служили для регулирования величины отверстий в резонаторах и, следовательно, изменяли их акустическую настройку и собственные резонансные гоны в соответствии с формулой резонатора
Гельмгольца. приведенной в разделе "Анатомия тембра» (см. стр. 90). Если резонаторы удавалось настроить
на характеристические тоны гласных, или. как бы мы сейчас сказали, на форманты гласных, то машина
могла «произносить)» эти гласные. При помощи своей говорящей машины Гельмгольц доказал, что гласные
звуки образуются путем усиления речевыми резонаторами гармонических обертонов, содержащихся в звуке
голосовых связок,
В наши дни созданы значительно более совершенные говорящие машины; так. например, некоторым
советским и зарубежным исследователям удалось заставить машину произносить не только гласные, но и
согласные. Интересно. что в опытах ленинградского исследователя Б. В. Богданова (1960) голосовым
материалом для машинного синтеза различных гласных и согласных служил обычный шум, ИЗ которого
"вырезались» полосы приблизительно соответствующие формантным полосам в естественных гласных.
Сейчас уже созданы говорящие машины, способные "Произносить» не только отдельные гласные и
слоги, но целые слова и даже предложения. Словарный запас, память и дикция этих машин с каждым годом
улучшается: они усердно учатся у человека «разговаривать» (Сапожков, 1963).
Посмотрим теперь, как же устроена и работает живая говорящая машина человеческий речевой
аппарат. С работой голосовых связок мы уже знакомы. Как показали исследования, звук, который они
порождают при своем вибрировании, содержит не только одни основной тон. но еще и очень много
обертонов различной высоты. Тем не менее если бы мы слышали этот связочный звук, мы бы никогда не
сказали, что он сколько-нибудь похож на звуки речи — гласные и согласные: свой естественный тембр человеческий голос приобретает лишь благодаря системе резонаторов. Поскольку природа — очень
экономный строитель, роль резонаторов и человеческом голосовом ап-парате она поручила различным
воздухоносным полостям дыхательного тракта, окружающим голосовые связки со всех сторон. Важнейшими резонаторами у пас являются глотка и ротовая полость. Если понаблюдать за ними при помощи лучей
Рентгена во время речи или пения, то можно видеть, как объем и форма этих резонаторов причудливо
изменяются, то вытягиваясь в узкие трубочки и щели, то сильно расширяясь, образуя воронки и рупоры.
Благодаря этим изменениям объема и формы ротового и глоточного резонато-ров акустическая настройка их
меняется и они образуют различные гласные и согласные звуки.
Рис. 30,
Схема голосообразующего аппарата человека.
1 — мягкое нёбо;
2 — язык;
3 — задняя стенка глотки;
4 — контуры шейных позвонков;
5 — черпаловидные хрящи гортани;
6 — подвязочное пространство;
7 — трахея;
8— бронхи;
9 — носовая полость;
10 — твердое нёбо;
11 — зубы;
12— верхняя губа;
13 — ротовая полость;
14 — полость глотки;
15 — надгортанник;
16 — надгортанная полость;
17 — голосовые связки.
Каждый может проделать очень простой опыт, чтобы убедиться, как звучат его собственные речевые
резонаторы: если легонько пощелкать пальцем по щеке, изменяя при этом форму ротовой полости и языка
так, как это делаем мы при произношении различных гласных, то легко можно услышать эти гласные в
звуке щелчков — это резонаторы «работают» без всякого участия голосовых связок.
Разговор шепотом также происходит без участия гортани. В этом случае речевые резонаторы
возбуждаются током проходящей через них воздушной струи. Эта известная самостоятельность резонаторов
в образовании звуков речи позволяет возвратить речь людям, потерявшим ее вследствие болезни гортани.
Такие больные пользуются искусственной (электроакустической) гортанью, способной заменить лишь звук
голосовых связок. Звук этот с помощью трубочки вводится в ротовую полость, а характер той или иной
гласной этому искусственному звуку придается уже при помощи собственных резонаторов человека, т, е.
путем обычной артикуляции речи.
Рот и глотка — важнейшие, но не единственные резонаторы голосового аппарата. Резонирует и
носовая полость. Она хоть и не изменяет своего объема и формы, но тем не менее очень сильно способна
изменять тембр голоса и даже участвует в образовании гласных и согласных. Осуществляется это благодаря
мягкому небу, которое регулирует степень акустической взаимосвязи носовой полости с рото-глоточным
резонатором. Шведский акустик Г. Фант считает, что если бы носовой полости не существовало, то все
расчеты по созданию говорящей машины, а также машины, «понимающей» речь человека, были бы
несравненно проще. Как показывает практика вокалистов, носовой резонатор имеет большое значение и в
пенни: певцы пользуются им для изменения тембра голоса (Ермолаев, Морозов, Парашина, 1964). При
заболевании носа, как известно, резко изменяется тембр речевого и певческого голоса. Ленинградский
профессор-отоларинголог В. Г. Ермолаев, осмотревший за время своей многолетней практики немало
певцов, утверждает, что «хороших певцов с „плохим'' носом, как правило, не бывает». Недаром же старые,
опытные педагоги говорили: «Певец, береги свою носоглотку, как скрипач бережет свой страдивариус!». В
то же время злоупотребление носовым резонатором (на языке вокалистов это называется «загнать голос в
ноздрю») считается большим злом.
Какой же из резонаторов усиливает высокую певческую форманту и придает голосу звонкость?
Ответ на этот вопрос получен московским исследователем Л. Б. Дмитриевым (1955, 1962, 1964).
Рассматривая голосовой аппарат певцов под рентгеном, он обнаружил, что у лучших из них во время пения
образуется небольшая надгортанная полость. Сверху эта полость отделяется от гортани сужением,
образуемым надгортанником и мягкими тканями черпаловидных хрящей. Расчеты показывают, что
размеры этой полости как раз соответствуют резонированию высокой певческой форманты.
Рис. 31.
Образование
надгортанной
полости путем сужения входа в
гортань (квалифицированный певец) при
переходе от речевой фонации гласных
к пению (по Л. Б. Дмитриеву, 1964).
Несколько другой точки зрения относительно происхождения высокой певческой форманты
придерживается Е, А. Рудаков из акустической лаборатории Московской консерватории. Он считает, что
высокая певческая форманта есть результат трения воздушной струи о края голосовых связок, т. е. природа
ее образования подобна природе обычного свиста. Именно поэтому, считает Е. А. Рудаков (1964), частота
высокой певческой форманты не зависит от изменений размеров резонаторов, которые происходят во время
пения различных гласных и разных по высоте пот. Однако обе эти точки зрения па происхождение высокой
певческой форманты не противоречат друг другу. Ведь мы знаем, что при образовании звука в свистках
резонаторы играют весьма существенную роль. Большое значение для образования голоса, особенно в
пении, играет грудной резонатор. А. Крейдль, например, считает, что «. . . резонанс полостей, лежащих
выше гортани, отступает совершенно на задний план сравнительно с могучим резонансом грудной полости,
действующей в целом как резонирующий ящик и придающей грудному голосу свойственную ему силу».
А как же образуется вибрато? Физиологическая природа вибрато певческого голоса изучена крайне
недостаточно. И. И. Левидов (1939) усматривал причину вибрато голоса в асинхронизме колебаний одной
связки по отношению к другой, в результате чего, по его мнению, возникает интерференция и биения звука.
Несмотря на то что асин-хронизм колебаний голосовых связок наблюдается довольно часто при помощи
стробоскопа, объяснение Леви-дова не имеет достаточных оснований, так как нельзя предположить, что
каждая из двух колеблющихся голосовых связок самостоятельно создает звук своей собственной частоты
колебаний. Действительной причиной вибрато певческого голоса скорее всего следует считать деятельность
всего комплекса звукообразующего аппарата, и в частности периодические, происходящие с частотой
вибрато движения гортани, изменения объема резонаторных полостей и содружественные движения
дыхательной мускулатуры. Движения эти нередко можно наблюдать у певцов простым глазом, а более
точно обнаруживаются они при помощи специальной аппаратуры. Таким образом, голосовой аппарат
человека располагает целой системой приспособлений. служащих для акустической «раскраски» звуков.