Kratzensteinin puhekone

Esipuhe

Ensimmäisen todistetusti eurooppalaisen vapaalehdykkäsovelluksen julkaisi preussilais-tanskalainen Christian Gottlieb Kratzenstein (30.1.1723–6.7.1795). Kratzenstein esitteli Pietarissa vuonna 1780 puhekoneen, joka on nykypäivän puhesyntetisaattorien esimuoto sekä eurooppalaisten vapaalehdykkäsoittimien isä. Vaikka puhekone on eurooppalaisien vapaalehdykkäsoittimien kulmapiste, aiheesta tiedetään hyvin vähän. Saatavilla oleva tieto on saattanut vääristyä todellisuudesta ja alkuperäisteoksia on hankala saada tutkittavaksi. Puhekoneen syntyhistoriaan liittyy monta päällekkäistä ihmistä, ajankohtaa ja valtiota, joten aivan yksiselitteistä tapahtumakulkua on hankala kirjoittaa.

Christian Gottlieb Kratzenstein syntyni Hannoverin lähellä olevassa Wernigerodessa 1723. Hän valmistui lääketieteen ja filosofian tohtoriksi sekä fysiikan professoriksi Saksassa Hallen yliopistosta 1746. Valmistuessaan Kratzenstein oli vain 23-vuotias. Iästään ja oppiaineistaan huolimatta Kratzenstein työskenteli hyvin poikkitieteellisesti biologiasta kemiaan ja sähköoppiin asti tehden työtä useissa kaupungeissa. Hän toimi Pietarin tiedeakatemian matematiikan ja mekaniikan professorina 1748–1752 välisenä aikana. Vuonna 1753 Kratzensteinille myönnettiin Kööpenhaminan yliopiston kokeellisen fysiikan professuuri ja hän toimikin virassa vuoteen 1786 asti. Kratzensteinilla oli myös Tanskan tiedeakatemian ja Academia Leopoldinan, nykyisen Saksan tiedeakatemian edeltäjän, jäsen. Professuuriutensa ansiosta Kratzensteinilla oli todennäköisesti hyvät resurssit tutkimustöilleen Pietarissa ja myöhemmin myös Kööpenhaminassa.

Kratzenstein oli tutustunut vapaalehdykän toimintaperiaatteeseen Pietarin tiedeakatemiassa virkavuosinaan. Hän oli tutkinut shengin rakennetta ja soittimen äänenmuodostusta ja kuullut useaan otteeseen Johann Wilden (1689–1762?) shengin soitantaa, vaikka tämän yhteyden todenperäisyyttä on kyseenalaistettu. Monissa lähteissä mainitaan, että Wilde olisi asunut Pietarissa vuosina 1741–1764, eli kaksi vuotta pidempään kuin eräässä lähteessä on annettu Wilden elinvuosiksi.

Hyvin mielenkiintoinen lähde, jonka tietoja täytyy kuitenkin tarkistella hyvin kriittisesti puutteellisten lähdemerkintöjen vuoksi, on internet-sivusto Informator akordeonisty. Tämän mukaan venäläinen tiedemies Jacob von Stählin (1709–1789) oli Pietarin tiedeakatemian sihteeri, joka on kirjoittanut päiväkirjassaan sheng-soittimen olleen tunnettu Pietarissa 1700-luvun puolessa välissä. Stählinin päiväkirja on harvinainen autenttinen todiste, jossa mainitaan shengin olevan tunnettu Pietarissa. Mikäli Informator akordeonisty -sivustoon on uskominen, ajoittuu Stählinin sihteerin virka hänen päiväkirjamainintojensa perusteella Pietarin tiedeakatemiassa 1700-luvun puoleen väliin. Tämä avaa mahdollisuuden, että Stählin ja Kratzenstein tunsivat toisensa ja että Katzenstein todella tunsi sheng-soittimen. Lähde tukeekin Stählinin ja Kratzensteinin työsuhteen olemassaoloa ja jopa Kratzensteinin elämäkertojen perusteella he olivat työkavereita. Asian varmistamiseksi olisi syytä saada kuitenkin luotettavia lähteitä.

Kun Kratzenstein siirtyi Pietarista Kööpenhaminaan uuden viran perässä vuonna 1753, hän tutustui tšekkiläissyntyiseen urkujenrakentajaan Franz Kiršnikiin (1741–1802). Kiršnikin työhön liittyi paljon matkustamista, sillä hänen työnsä oli urkujen rakentamista ja korjaamista. Kiršnik oli avainasemassa Kratzensteinin puhekoneen rakentamisessa, mutta väitteistä huolimatta Kiršnikin oppilas Georg Christoffer Rackwitz ei auttanut laitteen valmistuksessa. Rackwitzista tuli Kiršnikin oppilas vasta vuonna 1782, kaksi vuotta puhekoneen valmistumisen jälkeen. Kiršnikiä pidettiin aikansa etevimpänä urkujenrakentajana Venäjän suurruhtinaskunnan alueella. Idea puhekoneen rakentamisesta ei todennäköisesti ollut Kratzensteinin oma, sillä hän sai vanhemmilta tutkijoilta ehdotuksia soitinten rakentamiseen.

Puhekoneen merkitystä ei sovi vähätellä siihen liittyvien kirjallisien julkaisujen vuoksi, mutta vasta puhekoneen rakennuksessa auttanut Kiršnik ja hänen tuntemansa Tukholmassa asuva hovimuusikkojohtajaystävä Georg Joseph ”Abbé” Vogler tekivät vapaalehdykkää tunnetuksi Euroopassa. Puhekoneen myötä vapaalehdykkä oli teknisesti valmis siirtymään urkuihin äänentuottajana, mikä on yksi vapaalehdykkäkielen sovelluksien kulmakivistä. Vapaalehdykkä siirtyi länsimaissa musiikkiin laajassa mittakaavassa vasta, kun se liitettiin urkuihin – voidaan alkaa puhua eurooppalaisista vapaalehdykkäsoittimista. Tätä ennen vapaalehdykkä oli länsimaissa muutamaa varhaista soitintyyppiä lukuun ottamatta vain äänilähde.

Erityistä painoarvoa puhekoneesta saadun tiedon levittämiseen antaa Kratzenstein elintilan laajuus. Hän vaikutti Tanskassa, Pietarissa ja Saksassa. Kun Kratzensteinin tutkimustulos julkaistiin ranskaksi 1782, voidaan sanoa, että yhden miehen elinalueen ja suhteiden perusteella koko Eurooppa sai tietää vapaalehdykästä hyvin lyhyessä ajassa – teoreettisesti ainakin. Käytännössä hänen töistään saivat kirjallisuuden kautta tietää ne, jotka pystyivät lukemaan ranskaa tai latinaa. Kratzensteinille kuuluu siis kunnia puhekoneesta ja vapaalehdykän teknisistä ominaisuuksista tiedottaminen Euroopalle, mutta kunnia vapaalehdykän siirtämisestä soittimiin kuuluu paljolti Kiršnikille.

Ensimmäinen eurooppalainen vapaalehdykkäinnovaatio

Kratzensteinin puhekone oli laite, ei soitin, joka tuotti viisi erilaista ääntä. Laite oli osa tutkimusta, jossa Kratzenstein selitti fysiologiset erot vokaalien a, e, i, o ja u:n välillä. Koneessa oli rakennettu jokaiselle vokaaliäänteelle oma kaikutorvi, johon oli yhdistetty vapaalehdykkäkielet. Ilmeisesti i-äänteessä ei ollut vapaalehdykkäkieltä. Kaikutorvet muistuttivat paljon uruissa käytettyjä pillejä. Muodoiltaan kaikutorvet simuloivat ihmisen suun eri asentoja erilaisia vokaaleja lausuttaessa. Rakennemateriaaleina Krantzestein käytti pilleissä messinkiä, kuparia tai terästä. Metalliset pillit oli kiinnitetty puisiin suuhisiin, jotka puolestaan kiinnittyvät runkoon.

Kratzensteinin käyttämät vapaalehdykkäkielet toivat kielityypille uusia ominaisuuksia verrattuna suu-urkujen kieliin. Kratzensteinin kielillä crescendo ja diminuendo olivat mahdollisia, kunhan kieliin menevää painetta voitiin säätää. Suu-uruissa suuret ilmanpainevaihtelut havaitaan äänenkorkeuden muutoksina erityisesti korkeiden ja keskiäänien yhteydessä. Toinen uusi ominaisuus Kratzensteinin kielillä oli, etteivät kielet tarvinneet enää omia resonassiputkia oikeiden säveltasojen luomiseen. Puhekoneessa resonanssiputkien tarkoitus oli muokata äänen väriä. Sävelen luomiseen vaadittava kielitila kasvoi kielien koon kasvun myötä, mutta samalla uudet kielet mahdollistivat pienien soittimien valmistamisen kuten huuliharput ja symphoniumit.

Kratzensteinin rakentama tai rakennuttama puhekone on historiallisesti merkittävä, sillä se aloitti muun muassa puhesyntetisaattorien kehityksen. Koneella pystyttiin tuottamaan sanat ”mamma” ja ”papa”. Tästä huolimatta Kratzensteinin puhekone ei ollut ensimmäinen mekaaninen laite, joka pystyi tuottamaan vastaavia äänteitä. Vapaalehdykkäkieli ei ehkä ollut puhekoneen tärkein elementti äänenmuodostuksen kannalta, koska muitakin äänentuottamistapoja tunnettiin. Kokeen lopputuloksen kannalta vapaalehdykkäkieli on ilmeisesti tarkoitushakuisesti saatu positiivinen kiva lisä, koska kielityypillä pystyttiin luomaan ihmismäinen ääni.

Monissa lähteissä mainitaan, että Kratzenstein julkaisi vokaaleihin liittyvän tutkimuksensa Pietarissa vuonna 1770. Lähteissä on kuitenkin paljon eroa. Niin ikään vuosia 1773 ja 1779–1782 on ehdotettu puhekoneen julkaisuvuodeksi. Tässä kohtaa on syytä oikaista virheelliset tiedot, sillä Kratzenstein julkaisi tutkimuksensa latinaksi Pietarin tiedeakatemiassa nimellä Tentamen coronatum de voce, Acta Acad. Petrog., 1780, (oikeammin Tentamen Resolvendi Problema ab Akademia Scientiarum Imperiali Petropolitana ad Annum 1780 Publicae Propositum). Tästä työstä on tehty käännös ranskaksi nimelle Sur la naissance de la formation des voyelles, joka on julkaistu teoksessa Journal de Physique 21 vuonna 1782 sivuilla 358–380. Vapaa suomennos tälle työlle on ”Vokaaliäänteiden synty ja muodostus”.

Puhekone on julkaistu todennäköisesti tutkimustyön esittelyn yhteydessä vuonna 1779 tai 1780, minkä myötä Kratzenstein voitti Pietarin tiedeakatemian vuotuisen palkinnon vuonna 1780. Tapahtumajärjestyksestä on kuitenkin erilaisia versioita. Ensimmäiseen julkaistuun raporttiin, joka on usein liitetty vuoteen 1770, en ota kantaa ilman autenttisia todisteita. Tietyssä mielessä puhekoneen julkaisuajankohdalla ei ole mitään väliä, koska tieto koneesta ja tutkimuksesta levisi suurelle yleisölle 1780 julkaistun kirjallisuuden myötä, ei sitä aikaisemmin. Kirjallisen julkaisun ajankohdan vuoksi vuotta 1780 voidaan pitää puhekoneen julkaisuvuotena.

Pietari-kytköksestä huolimatta Kratzenstein on tehnyt äänenmuodostuksen tutkimustaan Tanskassa, jossa puhekone on ilmeisesti rakennettu. Kratzensteinin virka oli 1753–1786 välisenä aikana Kööpenhaminassa. Tanskassa asuessaan hän tutustui Kiršnikiin, jolla oli ilmeisesti oma työverstas Kööpenhaminassa. Tähän viittaa muun muassa se, että Kiršnik valmisti pianourkusoittimen Kööpenhaminassa. Joidenkin lähteiden mukaan Kiršnik sai oman verstaan vasta Kratzensteinin Pietarissa saaman palkinnon myötä eli vuonna 1780. Varmuudella voidaan sanoa, että Kiršnikillä oli verstas Pietarissa vuodesta 1782 lähtien eli pari vuotta puhekoneen valmistumisen jälkeen Voisi luulla, että Kratzenstein oli tutustunut Kiršnikiin Pietarin virkojensa aikana, sillä Kiršnikin on sanottu asuneen ja työskennelleen Pietarissa. Kratzensteinin muuttaessa Kööpenhaminaan 1753 Kiršnik oli 12-vuotias, joten tapaaminen Pietarissa on ainakin ennen vuotta 1753 hyvin epätodennäköistä.

Puhekone rakennettiin Tanskassa Kiršnikin avustamana, mutta soittimen rakennuspaikkana olisi yhtä hyvin voinut olla Pietari, mikäli Kiršnikillä oli siellä verstas 1770-luvulla. Laskelmieni perusteella Kiršnik on tullut mestarikäsityöläiseksi 1770-luvulla ja vain käsityöläismestarit saivat toimia luvanvaraisesti ammatinharjoittajina yhdessä kaupungissa. Tämän vuoksi on teoreettisesti mahdollista, että puhekone olisi rakennettu Pietarissa Kratzensteinin ohjastamana.

Oli miten oli, puhekone oli Kratzensteinin ja Kiršnikin yhteistyöprojekti, joten konsultaatiota ja apua on annettu puolin ja toisin. Tämän vuoksi puhekoneen synnyinpaikaksi olen merkinnyt Tanskan ja Venäjän. Lisälähteet selventäisivät tämäkin asian.

Teknisiä yksityiskohtia

Yleisesti on uskottu, että Kratzenstein otti shengistä inspiraatiota puhekoneeseensa, mutta näin ei välttämättä ole käynyt. Christian Ahrensin ja Jonas Braaschin Ruurin (Ruhr-Universität Bochum, Saksa 2002) mukaan Kratzenstein ei ole ottanut vaikutteita shengistä. Ahrens ja Braasch perustavat väitteensä Kratzensteinin alkuperäisteoksien tutkimukselle, ja heidän mukaansa Kratzenstein ei mainitse teksteissään shengiä, eikä hänen piirrustuksissaan olevat vapaalehdykkäkielet muistuta shengille tyypillisiä kieliä.

Tästä huolimatta Christian Ahrens kirjoittaa The Organ – An Encyclopedia -kirjassa (2006), että Kratzenstein ilmeisesti tiesi sheng-soittimesta ja teki samankaltaisen kielen. Erona Kratzensteinin uuden kielen ja sheng-soittimen kielen välillä oli kielien taivutus: Kratzensteinin kieli oli kehyksen kanssa samassa tasossa, mutta hieman taivutettu, joten hän sai erilaiset akustiset ominaisuudet sheng-kieleen verrattuna. Käytännössä uudet ominaisuudet ovat äänen intesiteetin kasvu sekä paineenkäyttöalueen laajentuminen (äänenvoimakkuudet).

Ahrensin ja Braashin väitettä puoltaa oheiset rakennekuvat Kratzensteinin puhekoneesta. Yllä oleva kuva, jonka päiväys on 1782, on kuvaus Kratzensteinin käyttämästä yhdestä vapaalehdykkäkielimallista. Toisin kuin shengin kieli, tämä kieli on muodoltaan pyöreä. Niin ikään kielen asettelu putkeen on hyvin ei-shengmäinen.

Vasemmanpuoleinen kuva on puolestaan Panconcelli-Calzian piirtämä kuva puhekoneen rakenteesta vuodelta 1940. Kuvien perusteella vaikuttaa siltä, että Kratzenstein on käyttänyt kahta erilaista kielityyppiä: pyöreää putken päähän sijoitettua mallia sekä päälle lyövää kieltä muistuttavaa vapaalehdykkäkieltä. Kuvassa kohdat yksi ja kaksi ovat mallinnuksia pyöreästä kielityypistä, jonka kielen koko on noin 20 mm. Kielen rungolle (ylemmästä kuvasta väli AB) ei ole annettu tarkkaa mittaa, vaan pilli voi olla minkä mittainen tahansa. Pat Missin on parhaansa mukaan yrittänyt kääntää kotisivuilleen englanniksi pyöreään kielityyppiin liittyvät rakennusohjeet.

Kuvasta kolme (fig. 3) näkee, miten Kratzensteinin käyttämä regalmainen vapaalehdykkäkieli on sijoitettu resonanssiputken alapäähän pillinjalan sisään. Kuvassa pillinjalkaa ei kuitenkaan ole piirretty kokonaisuudessaan. Kieli on kiinni hylsyssä, joka puolestaan kiinnittyy, yleensä puiseen, suuhiseen. Resonanssiputki ja kielihylsy ovat siis kaksi erillistä osaa yhdistettynä toisiinsa suuhisen avulla. Osakokonaisuuden yhteisnimitys on kielipilli tai pelkästään pilli.

Samaisesta kuvasta havaitaan, miten regalmaisen kielen virityksessä on käytetty virityskoukkua. Tekniset ratkaisut ovat samanlaiset kuin uruissa. Aivan kuin Kratzenstein, tai ehkä pikemminkin Kiršnik, olisi pienentänyt urkujen regal-äänikerran päälle lyöviä kieliä siten, että kieli on alkanut heilua hylsyssään vapaalehdykkämäisesti. Fig 3 onkin kuvaus kielipillistä, ja puhekone on eri äänteitä tuottava pieni urkusoitin.

Pyöreän muotoinen vapaalehdykkäkieli (fig. 1 ja 2) on todennäköisesti vaihtoehtoinen äänilähde regalmaisen vapaalehdykkäkielen tilalle vokaaliäännepilleihin a ja u. Vaikka kyseinen pyöreä kieli on piirretty isoksi muihin kuviin nähden, kieli ei ole iso. Panconcelli-Calzian kuvan oikeassa ylälaidassa olevat kaksi kaikutorvea vastaavat a-takavokaalia sekä u-takavokaalin kaikutorven sisempää osaa. Näiden kahden samankaltaisen resonanssiputken väliin on piiretty pyöreänmallisesta vapaalehdykkäkielestä päätyleikkauskuva, joka on nimetty ”fig 1.” Tätä kuvaa on tuskin piiretty tarkoituksetta kyseiseen kohtaan. Kysymystä herättää kuitenkin kuvassa a- ja u-äänteiden kaikutorvien yhtenevä merkitsemistapa ”fig. 10.”. Selkeä puute lähteessä on, että kuvasarjassa suurin merkitty kuvanumero on 18 vaikka kuvia on vain 14.

Lähdekritiikkinä mainittakoon, että koska tutkimani Panconcelli-Calzian kuvat eivät ole täydellinen kokonaisuus Kratzensteinin työstä, ei tietoihin voi täydellisesti luottaa. Toki Schroederin ja vuonna 1782 julkaistu kuva on yksityiskohdiltaan Panoconcelli-Calzian piirustusta täydentävä, joten piirustuksia voi pitää riittävän luotettavina tietolähteinä. Alkuperäisten tuotoksien tutkiminen olisi kuitenkin aina suotavampaa.

Panconcelli-Calzian kuvan oikeassa laidassa on mallinnettu erilaisten kaikutorvien muotoja, jotka myös Schroeder on mallintanut piirustuksissaan. Jokainen kaikutorvi muistuttaa suun asentoja eri äänteiden yhteydessä. A-, e- ja i-äänteiden kaikutorvet muistuttanevat eniten suun vokaaliasentoja.

Heteroglottisen vapaalehdykkäkielen synty – pohdintaa

Kratzensteinin muunnelma päälle lyövästä kielestä vapaalehdykkäkieleen on merkittävä. Panconcelli-Calzian piirtämissä kuvissa näkyy, miten vapaalehdykkäkieli on muodostettu hylsystä, virityskoukusta ja kielestä. Kuvan mukaan kieli on kehyksensä – hylsyn – päällä, eikä samassa tasossa kehyksen kanssa. Kuvan kolme mukaan näin ei kuitenkaan ole. Piirrustuksessa lienee epätarkkuutta. Tämän perusteella idioglottista vapaalehdykkää ei ole keksitty laittaa erillisen kehyksen päälle vaan pikemminkin päin vastoin: päälle lyövää kieltä on muutettu idioglottisen vapaalehdykän perusteella. Tämä on luontevaa maalaisjärjelläkin ajateltuna, sillä Kratzensteinin apuri Kiršnik oli urkujen rakentaja, ja shengin kautta tullut vapaalehdykkätietous oli uutta hänelle. On hyvin luontevaa muuttaa ja kehitellä sitä soitinta, jonka osaa rakentaa toisin kuin kehitellä jotain täysin uutta. Tästä huolimatta, missään ei ole ollut mainintaa, että Kiršnik olisi nähnyt sheng-soittimen.

Ohessa kuva regal-soittimen yhdestä kielestä, joka on rakenteeltaan puhekoneen kielien kaltainen. Jos kyseessä olisi urkujen regal-äänikerta, kieli olisi hylsyineen pillinjalan sisässä. Pyöreä vapaalehdykkäkieli puolestaan on rakenteeltaan niin poikkeava regal-kielestä sekä shengin kielestä, että se on todennäköisesti itsenäinen kehitelmä.

Milloin nykymuotoinen heteroglottinen vapaalehdykkä on syntynyt, on epäselvää. Alfred Mirekin lähteeseen pohjaten, pidän mahdollisena, että Kiršnik rakensi ensimmäisen nykymuotoisen vapaalehdykän. Kratzensteinin puhekoneessa oli heteroglottisen vapaalehdykkäkielen esimuoto, joka teknisistä ratkaisuista päätellen on suurella todennäköisyydellä Kiršnikin käsialaa. Franz Kiršnik jatkoi vapaalehdykkäkielien parissa puhekoneen jälkeenkin ja teki oman soittimensa.