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1769 __ Speaking Machine
Wolfgang von Kempelen (1734-1804)
Comment : Wolfgang von Kempelen's Speaking Machine is a manually-operated speech synthesizer that began development in 1769, by Austro-Hungarian author and inventor Wolfgang von Kempelen. Kempelen’s first experiment with speech synthesis involved only the most rudimentary elements of the vocal tract necessary to produce speech-like sounds. A kitchen bellows, used to stoke fires in wood-burning stoves, was invoked as a set of lungs to supply the airflow. A reed extracted from a common bagpipe was implemented as the glottis, the source of the raw fundamental sound in the vocal tract. The bell of a clarinet made for a sufficient mouth, despite its rigid form. This basic model was able to produce simple vowel sounds only, though some additional articulation was possible by positioning one’s hand at the bell opening to obstruct airflow. The physical hardware for constructing the nasals, plosives and fricatives that most consonants require was not present, however. Kempelen, like many other early pioneers of phonetics, misunderstood the source of the perceived “higher frequencies” of certain sounds. The second design involved a console, similar to that of a musical organ of the period, in which the operator manned a set of keys, one for each letter. The sounds were produced by a common bellows that fed air through various pipes with the appropriate shapes and obstructions needed to produce that letter. Through experimentation, he came to find that the reed’s resonant length was not crucial to the creation of the high-frequency components of certain vowels and fricatives, so he tuned them all to be the same pitch for the sake of consistency between letters. While not all letters were represented at this point, Kempelen had developed the technology required to produce most vowels and several consonants, including the plosive “p”, and the nasal “m”, and thus was in a position to begin forming syllables and short words. However, this immediately led to the primary flaw of his second design: the parallel nature of the multiple reeds allowed for more than one letter to be sounded at a time. And in the process of building syllables and words, the sonic “overlap” (now referred to as co-articulation) rendered sounds very uncharacteristic of human speech, undermining the intention of the design altogether. Shortly after the completion and exhibition of his Speaking Machine, in 1804, von Kempelen died, though not before publishing an extremely comprehensive journal of the past twenty years of his research in phonetics. The 456 page book, titled “Mechanismus der menschlichen Sprache nebst Beschreibung einer sprechnenden Maschine” (which translates to “The Mechanism of Human Speech, with a Description of a Speaking Machine”, published in 1791), contained every technical aspect of both Kempelen’s construction of the Speaking Machine (including the preliminary designs) and his studies of the human vocal tract. In 1837, Sir Charles Wheatstone resurrected the work of Wolfgang von Kempelen, creating an improved replica of his Speaking Machine. Using new technology developed over the previous 50 years, Wheatstone was able to further analyze and synthesize components of acoustic speech, giving rise to the second wave of scientific interest in phonetics. After viewing Wheatstone’s improved replica of the Speaking Machine at an exposition, a young Alexander Graham Bell set out to construct his own speaking machine with the help and encouragement of his father. Bell’s experiments and research ultimately led to his invention of the telephone in 1876.
French comment : [Kempelen] nous apprend d'abord qu'en 1769, alors qu'il travaillait à son joueur d'échecs, son attention fut appelée sur la construction de divers instruments de musique, et qu'il se trouva conduit à chercher si quelqu'un de ces instruments ne donnait pas un son approchant de celui de la voix humaine. Il lui sembla voir une analogie entre les embouchures à anche de la clarinette ou du hautbois, ou encore le chalumeau de la cornemuse, et notre glotte. Il crut reconnaître, en même temps, qu'en fermant avec la main à divers degrés le pavillon de ces instruments, il obtenait une variété de timbres pouvant être identifiés avec ceux des voyelles, et il ne douta pas que le son des consonnes ne pût aussi être imité de quelque manière. La machine parlante qu'il construisit à la suite de ses observations et de ses réflexions doit être considérée, nous dit-il, comme offrant cinq parties essentielles, savoir : un soufflet dont le jeu fait l'office des poumons, un porte-vent muni d'un certain nombre de clapets ou soupapes, une anche remplissant le rôle de la glotte, un pavillon représentant la bouche, une paire d'orifices placée au-dessus, et représentant l'ouverture extérieure des fosses nasales, les narines. L'anche dont il vient d'être question est d'une construction analogue à celle des anches battantes des orgues. Une languette, non pas ici de laiton, il est vrai, mais d'ivoire, vibre sous l'effort de l'air comprimé dans le porte-vent, caisse de bois n'ayant que quelques pouces dans chaque dimension. Le bec du soufflet pénètre dans cette caisse à Tune de ses extrémités. Dans l'autre extrémité, pénètre l'anche. En avant, est fixée la pièce figurant la bouche et par laquelle s'échappe le souffle devenu voix à son passage à travers l'anche. Sur les côtés de la petite caisse du porte-vent, s'ouvrent au souffle deux autres sorties lui faisant produire, l'une à l'effet de la sifflante, l'autre, celui de la chuintante, à l'aide de quelques modifications dans des embouchures empruntées à certains instruments à vent. Une petite tige venant s'abaisser sur la languette de l'anche pour la suivre dans ses rapides mouvements alternatifs d'élévation et de dépression, et venant buter chaque fois contre une petite traverse qui limite sa course, fait entendre une sorte de roulement analogue, sinon au son de l'r linguale, du moins à celui de l'r grasscyée. II ne nous a pas paru inutile d'entrer dans le détail du mécanisme de cette dernière lettre, dans la machine, parce qu'il fait voir que Kempelen, après divers essais dirigés dans un autre sens, s'était décidé à chercher l'imitation artificielle de l'effet des sons de la parole, en renonçant à reproduire en même temps le jeu physiologique de leur émission naturelle. Pour continuer à analyser la description de notre auteur, nous avons à mentionner trois petits leviers fixés sur le porte-vent et servant à manœuvrer les pièces de l'appareil intérieur employées pour la production des trois sons que nous venons d'indiquer (le sifflant, le chuintant et le roulant). [...] Après avoir minutieusement décrit sa machine, Kempelen explique comment il la fait fonctionner. Avec le coude du bras droit, il presse et fait agir le soufflet. Les cinq doigts de la main droite sont employés à faire marcher le reste du mécanisme. Le pouce et le petit doigt manœuvrent les leviers qui ouvrent les soupapes du son sifflant et du chuintant; l'annulaire manœuvre celui qui, soulevé, permet la production du son ; l'index et le médius ferment, pendant l'émission des syllabes dans lesquelles il ne se rencontre ni m ni w, les orifices propres à faire entendre ces sons. Enfin, c'est la main gauche qui est chargée du jeu que nous avons vu nécessaire pour toutes les voyelles, pour les consonnes explosives et pour la linguale L. Kempelen termine son livre en déclarant qu'il reconnaît l'étal d'imperfection où est encore, au moment où il écrit, sa machine parlante, et en indiquant plusieurs des perfectionnements dont elle lui parait susceptible. [...] (Léon Vaïsse, pp. 263-265)
Source : Von Kempelen, Wolfgang (1791), “Mechanismus Der Menschlichen Sprache Nebst Bescreibung Einer Sprechnenden Maschine”, Austria: Stuttgart-Bad Cannstatt, 1970.
Source : Vaïsse, Léon (1878), “Notes pour servir à une histoire des machines parlantes”, In “Mémoires”, Société de Linguistique de Paris, Tome III, Fascicule 5, Paris : Vieweg Éditeur.
Urls : http://www.ling.su.se/staff/hartmut/kemplne.htm (last visited ) http://www.archive.org/stream/mmoiresling03soci/mmoiresling03soci_djvu.txt (last visited )

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