Синтез речи: интересные факты

**Синтез речи** - это искусственное воспроизведение человеческой речи. Компьютерная система, используемая для этой цели, называется **синтезатором речи** и может быть реализована в программном или аппаратном обеспечении. Система преобразования **текста в речь** (**TTS**) преобразует текст на обычном языке в речь; другие системы преобразуют в речь символические лингвистические представления, такие как фонетические транскрипции. Обратным процессом является распознавание речи.[1]

Синтезированная речь может быть создана путем объединения фрагментов записанной речи, которые хранятся в базе данных. Системы различаются размером сохраняемых единиц речи; система, в которой хранятся телефоны или дифоны, обеспечивает наибольший диапазон вывода, но может не обладать четкостью. Для определенных областей использования хранение целых слов или предложений обеспечивает высокое качество вывода. В качестве альтернативы синтезатор может включать модель голосового тракта и другие характеристики человеческого голоса для создания полностью "синтетического" голосового вывода.

О качестве синтезатора речи судят по его сходству с человеческим голосом и по его способности быть четко понятым. Понятная программа преобразования текста в речь позволяет людям с нарушениями зрения или нарушениями чтения прослушивать написанные слова на домашнем компьютере. Многие компьютерные операционные системы включают синтезаторы речи с начала 1990-х годов.

Система преобразования текста в речь (или "движок") состоит из двух частей: интерфейса и серверной части. Интерфейс выполняет две основные задачи. Во-первых, он преобразует необработанный текст, содержащий символы, такие как цифры и сокращения, в эквивалент выписанных слов. Этот процесс часто называют *нормализацией текста*, *предварительной обработкой* или *токенизацией*. Затем интерфейс присваивает каждому слову фонетическую транскрипцию, а также разделяет и помечает текст на просодические единицы, такие как фразы, клаузулы и предложения. Процесс присвоения фонетической транскрипции словам называется преобразованием *текста в фонему* или *графемыв фонему*. Фонетические транскрипции и просодическая информация вместе составляют символическое лингвистическое представление, которое выводится интерфейсом. Затем серверная часть, часто называемая *синтезатором*, преобразует символическое лингвистическое представление в звук. В некоторых системах эта часть включает вычисление *целевой просодии* (контура высоты тона, длительности фонем), которая затем накладывается на выходную речь.

## Интересные факты

Считается, что первая компьютерная система для синтеза речи появилась в Японии. Её разработала команда специалистов из Электротехнической лаборатории (ETL), которую Министерство связи основало еще в XIX веке. В 1956 году её сотрудники представили транзисторный компьютер ETL Mark III — одну из первых вычислительных систем со встроенной памятью. Найти более подходящее место для разработки синтезатора речи на территории страны было сложно.

Свою работу в 1963 году инженеры начали с построения полимерной модели человеческого голосового тракта. На протяжении двух лет специалисты изучали происходящие в нем физические процессы — особое внимание они уделили роли носа в окраске речи. Собрав необходимые данные, они обратились к коллегам из Hitachi, которые помогли спроектировать аналоговый компьютер на основе лестничной логики. Он включал 71 операционный усилитель и 22 множителя, представлявшие собой резисторные сети с фотопроводниками и неоновыми лампами. Система подключалась к IBM 7090 с управляющим программным обеспечением на Fortran.

Глава акустического отделения лаборатории ETL Эиичи Мацуи (Eiichi Matsui) в конце 60-х взял наработки своих коллег и спроектировал полностью цифровой синтезатор речи для компьютера IBM S/360. Для моделирования характеристик голосового тракта он использовал преобразование Фурье. Каждая секунда синтезированной речи требовала 20 секунд ее предварительной обработки. Но несмотря на этот недостаток, проект привлек внимание международного научного сообщества.

Исследования в этой области начали вести специалисты из Нагойского университета, также расположенного в Японии. Один из ученых вуза предложил новый метод речевого синтеза — линейное предсказание. Он учитывает несколько меняющихся во времени параметров: период основного тона, среднюю громкость и коэффициенты, связанные с передаточной функцией речевого тракта.

Подобные синтезаторы вычисляли необходимые параметры по оцифрованной речи, записывали их в память, а затем воспроизводили звуковые волны с помощью ЦАП. Система не требовала больших вычислительных мощностей, поэтому метод линейного предсказания быстро нашел применение во множестве систем распознавания речи.

В 1976 году американский изобретатель Рэймонд Курцвейл (Raymond Kurzweil) представил миру свою «читающую машину». Коробка размером с напольный офисный принтер сканировала документы, распознавала их, и читала вслух. В том же году вышел «говорящий» калькулятор — LPC Speech+. Он был построен на базе первой коммерческой микросхемы со встроенным голосовым синтезатором.

Еще два года спустя Texas Instruments выпустили Speak & Spell — детскую образовательную игрушку со встроенным речевым синтезатором. В память устройства было заложено 200 слов, которые дети часто неправильно произносят. Ребенок вводил слово на клавиатуре, а игрушка воспроизводила его. Продукт стал абсолютным хитом — его даже использовали музыканты в своих проектах. Голос Speak&Spell можно услышать на альбоме «Computer World» группы Kraftwerk.