走进人民大会堂万人大礼堂

无论你站在哪个角落

都能清晰地听到主席台上

演讲者的每一个发音
这得益于微穿孔板结构的应用

如今

在许多重要建筑中

随处可见微穿孔板结构的身影

而提到这个结构

就绕不开

中国现代声学重要开创者和奠基人

中国科学院院士

中国科学院声学研究所研究员

马大猷

2012年7月17日

马大猷在北京逝世

享年97岁
今天

一起来了解他的故事

图片来源：中国科学院官网

建立我国第一个声学研究室

    1936年，马大猷从北京大学物理系毕业，同年考取了清华大学的留美公费生，他是中国第一位以声学为专业赴美留学的研究生。1938年，他发表的论文《矩形室内低频简正频率的分布》，成为了声学中应用简正波理论的基础。
 

    随后，马大猷由于卓越表现，仅用两年就获得了哈佛大学博士学位，并于1943年，被美国声学学会选为会士，成为中国科学家在该学会的第一位会士。
 

    回国后，马大猷有一个重要目标，就是要把中国的现代声学事业建立起来。
 

    1956年，全国制定十二年科技发展远景规划，马大猷建议：中国应当开展声学研究。后来关于声学部分的发展规划意见正是由他起草的。同年，马大猷在中国科学院电子学研究所内组建声学研究室并担任室主任，这是中国第一个正式设立的声学研究室。
 

    为开展声学研究工作，他亲自设计并领导建造了消声室、混响室、隔声室、水池实验室及高声强实验室，建立了中国第一个声学综合研究基地。

解决世界声学难题的中国方案

    1965年11月，甘肃酒泉卫星发射中心，马大猷携3名青年科研人员，在寒风凛冽、沙砾漫天的戈壁滩上，小心地将一台户外传声器安置在距发射架50米外的地方，以监测我国首颗人造卫星发射的声环境。

    人造卫星的发射依赖运载火箭，其噪声难以避免。而火箭在强噪声环境中，会由于声致振动而产生疲劳，导致仪器设备受损。国外已有不少由此引发的事故。

    马大猷等人此行，正是为了研究火箭发射噪声，并找到改善办法。

    在发射基地工作期间，马大猷了解到，发达国家为了隐蔽，将火箭的发射方式，从地面发射改为地下竖井发射。由此带来的噪声问题，变得更加严重。

    当时，国内外普遍采用穿孔板加吸声材料进行降噪处理。但到了火箭发射的地下竖井中，发射伴随着高温、烈焰、高压、高湿和腐蚀性气体，这些吸声材料顷刻间就化为乌有。

    鉴于这一新挑战，马大猷前瞻性地提出，需提前研究井下噪声控制，以谋长远部署。

    于是，从酒泉回京后，马大猷便立即开展吸声结构研究。

    他想到，玻璃棉这类多孔性材料，本身就是宽频带吸声材料，何必多此一举，再加穿孔板？能否一反常规，让穿孔板本身就能够解决吸声问题？

马大猷（右）进行噪声测量试验。图片来源：中国科学院声学研究所

    经过反复的理论推理，马大猷提出“微穿孔板”的概念：把孔径减小到丝米（原长度计量单位，1丝米等于0.1毫米）级，就可以获得足够的声阻抗，使其成为良好的宽频带吸声结构，不需要另加多孔性材料。

    他判断，在任何板材上打出微孔，都能达到吸声的目的。

    后来，马大猷带领着科研人员试验了多种板材、多种厚度和多种孔径的吸声效果。最终发现，当不锈钢板厚1.5毫米、孔径1毫米、穿孔率为1%到2%时，吸声效果最佳，能够耐瞬时高温、耐潮湿、耐强气流冲击。

    马大猷将这些理论分析和实验报告上交给相关部门后，微穿孔板吸声结构投入实际应用。后续应用过程中将材料更换为特殊板材，同样获得了成功。

    1975年，马大猷将多年成果撰写成论文《微穿孔板吸声结构的理论和设计》，发表在第一期《中国科学》上。

    即便推迟了近10年论文才得以正式发表，微穿孔板理论依然是领先世界的吸声理论。

    
给人民大会堂装上“嘴巴”

    为迎接1959年国庆，北京兴建十大建筑，人民大会堂位列其中。人民大会堂的音质呈现问题，交给了马大猷负责。

    人民大会堂的穹顶要体现水天一色、满天星斗的效果。在马大猷看来，从声学上讲，穹窿顶不是最好的。因为，声音传播时最怕弯曲，一弯曲就会发出回声。

    不过，马大猷和课题组通过采用分散扬声系统以及对墙面、椅垫等的处理，最终使人民大会堂同时满足了开会报告以及音乐演出等的各项需求。

    人民大会堂的音质设计和设备安装，是中国声学界的第一次大工程。这一声学工程的建成，使中国的声学研究得到世界同行的肯定。

    1999年，人民大会堂万人大礼堂进行维修改造，要求“大礼堂改造必须保持其原有建筑风貌”。这就意味着，大礼堂容积不变、形体不变、内墙与顶“水天一色”风格不变。

    维修改造也包括声学设计任务。因消防要求，改造使用的表层材料必须为金属，内层材料必须一级防火。同时，为保证“水天一色”，作为吸声结构表层金属穿孔板的穿孔率必须一致。

    这无疑给音质设计工作带来了相当大的难度。

    在马大猷微穿孔板理论基础上，他的学生——中国科学院声学所研究员田静、李晓东等经过一年多的声场模拟、吸声材料与结构测试、理论计算，正式确定了万人大礼堂改建音质设计方案。

    后来，经过会议、大型文艺演出活动等3年多的检验，人民大会堂维修改造工程指挥部认为，改造后的万人大礼堂音质有很大改善，语言清晰度大幅提高。

人民大会堂万人大礼堂。图片来源：中国科学院声学研究所

    
“我最大的兴趣就是声学研究”

    因为长年参与噪声现场调查，马大猷的听力严重受损，这位会拉二胡、喜好收集唱片、爱唱几句昆曲的老人，晚年几乎沉浸在一片寂静之中。

    然而，他从没抱怨过、后悔过。

马大猷（左三）向年轻学生讲解半消声室的功能。图片来源：中国科学院声学研究所

    马大猷曾在一篇自述中说：“我最大的兴趣就是工作，也就是进行声学研究，可以说，我的工作与兴趣是一致的，进行声学研究是由我的兴趣所致，同时带给我很多乐趣，解决重要的科学难题，攻破研究中的障碍，这就是我生活中最大的快乐。”

    参考资料：

    1.中国科学院官网.长篇人物通讯：骏马谋大略长啸声自远

    2.中国科学报.追忆马大猷院士：大音希声

    3.中国科学报.微穿孔板：解决世界声学难题的中国方案

    4.光明日报.马大猷：声留人间

    5.“中国科学院声学研究所”公众号.弘扬科学家精神 | 马大猷院士与小孔中的声学智慧

    6.“中国科学院声学研究所”公众号.一生创新的科学家——马大猷院士

制作：北京市科协融媒体中心

记者：吴洣麓