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大音希声马大猷

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青年时期的马大猷先生

人物简介:

马大猷(1915-2012),国际著名声学家、中国著名物理学家和教育家、中国现代声学的重要开创者和奠基人、享誉世界的声学泰斗。

北京大学物理系学士,哈佛大学硕士、哲学博士。中国科学院声学研究所研究员,全国声学标准化技术委员会主任。声学学报(中、英文)主编。1955年当选中国科学院院士,1998年资深院士。

马大猷在五十多年的科研活动中,曾获全国科学大会奖(1978)、中国科学院重大成果奖(1980)、国家自然科学奖(1981)、德国夫琅和费协会金质奖章及建筑物理研究所ALFA奖(1997)、何梁何利科学进步奖(1998)。



他,一匹行空的天马,是室内简正波理论的奠基人之一,奏出了世界声学界中关于波动声学的一个基本公式的优美旋律。

他,一匹行空的天马,打开了微穿孔板吸声体之门,在建筑声学和噪声控制领域得到广泛应用。

他,一匹行空的天马,建立了中国第一个声学综合研究基地,组建了中国第一批建筑声学研究队伍。

他就是来自广东潮阳的马大猷先生。

西方启蒙时代德国的文克尔曼认为:艺术所表现的最高理想是“高贵的单纯,静穆的伟大。”而中国春秋时期老子所推崇的大音希声,不仅从声音层面,同时也从哲学层面提出声音和人生的最高精神境界。

以大音希声来形容马大猷先生当不为过。他创立了声学中的简正波理论,并将其发展到实用阶段,在建筑声学和电磁理论方面取得重要成果;提出微穿孔板理论并应用于建筑声学和噪声控制领域,在气流噪声研究中取得独创性成果。他主持了人民大会堂的音质效果设计,该声学设计至今保持着世界纪录。1964年中国第一颗原子弹爆破成功时,他组织了核爆破侦察研究,用次声测定大气层核爆炸的地点、时间和当量。同年,他完成了人造地球卫星噪声试验任务。他领导了建成高声强实验室、建成了能产生超高分贝的混响室和行波管道,建立了非线性声场理论。

2012年7月17日,享年97岁的马大猷先生这匹天马,终于踩着七彩祥云,走向更高更远的天际,留给人类的,是渐行渐远的大音希声。


生于忧患磨砺雄才大略

马大猷先生1915年3月1日生于北京,当时正处于第一次世界大战,也是日本对我国虎视眈眈的时期,内忧外患,在襁褓中的他闻到的不仅是“旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家”的笛套音乐雅音,也有不息的炮火隆隆。

“我祖籍广东潮阳县上寨村,村里人都姓马,我的名字是父亲给起的,小名‘才’,上学了就叫‘大猷’,在本村我这个辈分的男性名字里,都是‘大’字起头,‘猷’也是‘雄才大略’之意……”

目睹了日本铁蹄对中华的蹂躏,国难深重,马大猷先生树立起“科学救国”的信念。因家境贫寒,在北京潮人的支持下他以优异的成绩考取了北京大学物理系,1936年,又凭借自己的勤奋和聪颖,考上了留美公费生。

在国内准备出国的这一年,他系统地研读了大量西方先进的学术文章,其总结报告《声学的发展和展望》,提出了该学科的两个值得关注的发展方向:一是利用双耳定位原理对飞机定位的“声定位器”,二是语言声的频谱分析。

次年,随着“七七事变”的爆发,他向梅贻琦校长申请暂不出国参加抗战。国难之际,中国更需要高精尖人才,梅校长经过深思熟虑,让他出国。

一年后,马大猷先生的名字在世界声学界崭露头角。他所采取的简正频率分布的公式,被誉为世界声学史上陈伟“波动声学的一个基本公式”。同年转到哈佛大学,参与“矩形室中声衰变的分析”研究。


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(左起)周总理和孟昭英、梁思成、马大猷 


1940年,年仅25岁的他获得哈佛大学博士学位,成为在哈佛大学三百年的历史中,本科毕业生在两年时间内连续获得硕士和博士学位的唯一先例。

在此期间,他还取得了美国声学界瞩目的成就,确立了他在现代声学研究中的地位。此时日寇铁蹄下的祖国河山破碎,国内工业基础薄弱、科研水平低,迫切需要各种人才复兴民族大业。

马大猷先生面临两种选择:一是留美搞科研,二是帮国民党政府在美国购买武器。最终他选择并入西南联大的清华大学工学院任教,风尘仆仆地踏上了归国的旅程。

回国途中,他还不忘参观正在纽约举办的世界博览会,并特别注意了世界上最早的语言合成器——贝尔实验室“语言演示器”。“它比现在会说话的计算机差距很远但这个开始很重要,对后来语音计算机的发展影响也很大。”他如是说。

他也没有错过盐湖城的摩门教堂。这是一座在世界声学意义上有名的建筑,该教堂采用木结构,不用钉子,可容五千人,即便是讲坛上掉了一根针,后面的人都能听到。这为他多年后主持北京人民大会堂的音响设计,埋下了伏笔。


大国声音与秋水长天共色

《建筑十书》是公元前一世纪罗马建筑师维特鲁威所写的最早建筑声学著作,古希腊剧场中利用共鸣缸和反射面以增加演出的音量等音响调节方法被记述其中。在中世纪,欧洲教堂则通过采用大的内部空间和吸声系数低的墙面,产生长混响声,造成来自天堂声音的神秘的氛围。

到十六世纪,中国著名的北京天坛皇穹宇,建有直径65米的回音壁,微弱的声音可以沿壁传播一二百米。如今,不少游客也喜欢在原来皇穹宇的台阶前,倾听有几次回声的三音石。

走进现代,中国的声学研究得到前所未有的突破。其中一个无法绕过的名字就是马大猷先生。

1956年,马大猷先生参加国家《1956~1967年科学技术发展远景规划纲要》制定工作,他提出发展中国声学事业的建议,在中科院电子学研究所内组建声学研究室并担任室主任,亲自设计并领导建造了包括消声室、混响室、隔声室和水池实验室在内的大型声学实验室,建立了中国第一个声学综合研究基地。

1959年,时任中国科学院电子所副所长的马大猷先生受周恩来总理的委派,承担人民大会堂设计和施工任务。由他组织北京高校建筑领域的有关专家,共同研究讨论人民大会堂的音响设计和施工方案。

人民大会堂的穹顶设计浸润着周恩来总理的美学意蕴,即古典诗词的“秋水共长天一色”与满天星斗,这种唯美的设计令马大猷先生震撼,但他也意识到椭圆形的建筑设计给音响设计所带来的麻烦。

“声音传播时最怕弯曲,一弯曲就发出回声。在这个九万平方米的弧形里,声音从四面八方反射回来,会造成巨大的回声,整个大厅会陷入吵架一般嗡声中,什么都听不清楚。”而人民大会堂必须在“十一”之前完工,留给马大猷解决问题的时间只有七八个月。

他提出分散声源和联结立体声系统,解决台上讲话的清晰和大型文艺演出的高保真度,成功解决了容积9万立方米、容纳观众1万人的世界第一大厅堂中的扩声问题。1959年10月1日,党和国家领导人与来自各国的嘉宾会聚在人民大会堂。华灯璀璨、优美的乐声传遍恢弘壮丽的建筑,同时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,人们不禁发出经久不息的掌声。

在这之前,声学从未在这么大的空间得以应用。而那时的中国声学研究才起步三四年。

从提出概念到设计模型,到最后完成大会堂的音响设备安装调试,马大猷先生和课题组仅仅用了九个月时间。作为新中国声学界的第一次大工程,从人民大会堂发出的大国声音,清晰地被全国人民记住。此后每年的全国人大、政协会议以及各种大型文艺表演中,人民大会堂的音响均不负众望,达到了理想的效果,两套声源系统也一直使用至今。

“声度箫韶偏宛转,柱撑天阙出嶙峋。一从立极人民著,四海为家若我邻。”这是一位诗人描述人民大会堂的诗句,在她眼里,这里发出的是可以传入人民心坎的大雅和声。这种好声音与长天共色,也融入满天星斗,在全世界越传越远。


微穿孔板理论国家战略聚光

二十世纪五、六十年代,中国启动了“两弹一星”战略工程。在导弹研制方面,由于导弹发射时产生的噪声极高,且伴有高温、潮湿,非常不利于导弹的隐蔽与导弹发射井的维护。马大猷先生承担导弹发射竖井吸声系统研究任务,为了解决这一难题,马大猷先生创造性地提出“在钢板上钻穿微孔,利用流阻来实现吸声”的设想,发明了耐高温、潮湿,具有高吸声系数且造价低廉的微穿孔板,后来多次的实验中被证实可行,超越了当时国际通用的多孔性吸声材料,在实际发射中发挥了良好作用。

马大猷先生希望对微穿孔板技术作系统的理论总结,但“文革”迫使他停下脚步。不过他从没有放弃对声学的思考。1975年他的论文首次以“微穿孔板吸声理论”面世。


名至实归,声学大师享誉国际

“有时看到一些科学家为引进日本产品还是德国产品而争论,我脸都红了”,如果你不知道这是马大猷先生的话语,可能会觉得矫情。毕竟,晚清中国启蒙思想家、政治家、文学家魏源翻译《海国图志》以达到“师夷长技以制夷”,虽然对拓宽国人视野、启发民智产生了深远的意义,但较长一段时间中国在科技领域大部分还是处于追星状态。马大猷先生是破冰者之一。


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1992年,在德国夫琅和费建筑物理研究所工作的我国访问学者,应用该理论成果设计出了有机玻璃微穿孔板,解决了德国新议会大厅的回声问题,引起声学界的轰动。该研究所的教授克斯博士专程飞赴北京拜访了马大猷先生。作为该理论的创始人,马大猷先生也因此再度被国际声学界所认可,其理论成为少数由中国人提出的原创性声学理论,并于1997年获得了德国夫琅和费协会金质奖章及建筑物理所ALFA奖,德国工程师联合会会刊把马大猷先生尊称为声学大师。国际声学大会还设立专题讨论马先生的微穿孔板理论。

虽然如此,直到晚年,他还在努力将简正波理论加以物理上的阐释,试图给出更清晰的物理图像。

马大猷先生的研究还涉及到环境保护领域,1982年他组织制订了《城市区域环境噪声标准》。将噪声与废水、废气、废渣并列为环境污染四害问题之一。这个爱拉二胡、唱昆曲的老人,晚年因长期噪音影响失聪,只能沉浸在自己的内心世界,也许他太累了,他从声音中获得的科技火种太多了,上帝决定关闭这扇门。但这丝毫没有影响他的情绪,而是推而广之,让更多的安宁留给这个世界。

在他的影响和培养下,如今中国的声学研究已是百花齐放。年轻的声学工作者在高校、科研院、国家企事业单位发挥自己的科技知识与才能,还在社会上也形成了一股力量,与国际巨头企业同台竞技,大步前进。相信在新一代声学人的努力下,中国的声学发展能够在学术、产业上都迈上更高的台阶,取得更高的辉煌!

斯人虽逝,大音希声精神长存!