为了让电脑说人话,人们在电脑里装了一个假喉咙

作者: Skin

来源: 把科学带回家

发布日期: 2023-07-31

本文详细介绍了人类为了让机器能发出人类声音所做的努力,从早期的机械设备到现代的语音合成技术,展示了语音合成技术的发展历程和应用场景。

为了让电脑说人话,人们在电脑里装了一个假喉咙。当你呼唤某度、某爱同学、某艺和某Siri时候,这些语音助手往往会用优雅的声音回复你“嗯?发生什么事了?”当你打开短视频网站,听到一些千篇一律的AI配音。有不同角色的,不同口音的……“家人们!谁懂啊!”你可能也接到过AI打的电话,有些电话甚至难以分辨。目前语音合成的技术已经甚至还能让我们听到以假乱真的各类AI歌手。

不过,你知道电脑是如何发出“人类”的声音的吗?回到100年甚至更早前,当时的人们为了让机器能说出话,制造了许多奇奇怪怪的东西。1764年,一位发明家展示了一只机器鸭。这只鸭子会嘎嘎乱叫,还能喝水(不是真的喝,指把水溅到地上)和夺取食物。据说,这只鸭子体内有一个机械版的“消化道”,甚至可以消化食物,排出粪便。

鸭子说话只能“嘎嘎嘎”,但人说话就难多了。

想要让机器说人话,就意味着要让它发出不同词语的发音,再用正确的音调组合成句子。这听起来就十分复杂,在18世纪,人们想出的办法,其实和复刻一只机器鸭子一样:用发条和齿轮模仿人类的身体构造,做出一套机械版的喉咙和口腔。最原始的说话“机器”其实并不能真的说话,毕竟当时的人们也并不清楚我们的说话声是如何发出来的。

靠着一些仅有的知识,人们为这种机器安上了假的声带和舌头,当空气流过时,假声带就会震动,假舌头也会移动。通过控制机械移动的方式,以及气流的开始和停止,就会形成不同的元音。

1779年,发明家Christian Kratzenstein发明了一套“人类声道模型”,这五种模型分别能发出aeiou五种元音。后来又有人发明了一种假的共鸣腔。当他挤压风箱,让空气流入共鸣腔后,他会直接用双手改变共鸣腔的形状,以此来改变发出的辅音。再后来,一些发明家(比如发明电话的贝尔)也做出了相似类型的说话机器。不过,这种机械式的设备并没有取得什么显著的成功。

1937年,一种新的设备出现了,它不是靠机械驱动,而是靠电来发声,加上娴熟的演奏技巧,人们获得了一种真的能说话的电设备:Voder。它能说出完整的一句话,虽然和我们如今的语音助手还相差甚远,但仍然可以听清,甚至还能变换不同的音色。

Voder发出的声音来源于振荡器电路发出的嗡嗡声,因为有了滤波器,所以能让特定的频率凸显出来,它有着像钢琴一样的共10个按键,如果你能巧妙地操作它,就可以发出可以识别的语言。

而在十年后,另一种说话机器也被发明了出来,这种机器使用的“模式回放”技术,在当时是通过将声音的频谱图,转换为一种光谱图,然后再通过光伏电池将其转化为声音。不管是Voder,还是这项“模式回放”的技术,都为后来的现代语音合成技术打下了基础。从此之后,说话机器说出来的语言越来越逼真,不仅能说话,还能唱歌,它们被用在游戏、艺术作品,也大量走入我们的生活。

不仅是我们日常使用的语音助手,还可以辅助盲人的阅读和交流、帮助先天性听力障碍的语言技能、阅读障碍孩子的语言指导。各种警报系统也能及时提醒我们需要的消息。如今通过AI技术,机器甚至能够精细地重现我们说话的口音、情感等。

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