【編者按】馬大猷,1915年生于北京,原籍廣東。1932年畢業(yè)于北京師大附中,中國(guó)科學(xué)院院士,國(guó)際著名的聲學(xué)家,我國(guó)聲學(xué)事業(yè)的開創(chuàng)者。人民大會(huì)堂聲學(xué)設(shè)計(jì)者。
馬大猷,1915年3月1日生于北京。祖籍廣東潮陽(yáng)縣上寨村,村里人都姓馬。父親馬有略,曾考上清末的舉人,給自己的兒子取小名‘雄才’,上了學(xué)叫‘大猷’,‘大猷’也就是‘雄才大略’之意。馬有略后為日本明治大學(xué)法學(xué)學(xué)士,任職北洋政府農(nóng)商部“辦事”。即便如此,父親也因政府的經(jīng)常欠薪,有時(shí)要去當(dāng)鋪典當(dāng),所以,馬大猷先生從小就知道了貧窮滋味。與父親一起客居潮州會(huì)館。后來,父親棄官去上海做律師,兩年后故去,時(shí)馬大猷15歲,幸得北平潮州同鄉(xiāng)會(huì)資助,得以繼續(xù)學(xué)習(xí)。母親也靠給人做針線活來貼補(bǔ)家用,供兄妹三人讀書。
1926年馬大猷考入師大附中。念中學(xué)時(shí),受傅種孫和程春臺(tái)先生影響很大,非常喜歡數(shù)學(xué)。有一次因?yàn)橐坏罃?shù)學(xué)題不會(huì)交了白卷,本以為會(huì)受到老師的批評(píng),可沒想到最后竟然得到了老師的表?yè)P(yáng)。交白卷為什么還能得到表?yè)P(yáng)呢?原來那個(gè)題目本來對(duì)學(xué)生就比較難一點(diǎn),他就直截了當(dāng)不去瞎亂寫好多東西,老師覺得這樣直爽就更好一點(diǎn)。馬大猷的學(xué)生時(shí)代,正是日本侵略者向中國(guó)步步進(jìn)逼的歷史時(shí)期。從“濟(jì)南慘案”、“九一八事變”、直至“何梅協(xié)定”,國(guó)民黨政府推行不抵抗政策,喪權(quán)辱國(guó),與此同時(shí)國(guó)內(nèi)的青年學(xué)子卻不斷抗?fàn)帲破鹨焕烁哌^一浪的愛國(guó)運(yùn)動(dòng)。在當(dāng)時(shí)風(fēng)起云涌的學(xué)生運(yùn)動(dòng)中,少年馬大猷的心中激起了“科學(xué)救國(guó)”的熱情。
中學(xué)畢業(yè)后,也是因?yàn)榧揖池毢艞壛饲迦A的機(jī)械系,選擇了當(dāng)時(shí)的“窮北大”物理系。在北大,薩本棟教授講普通物理,江澤涵教授講高等微積分,饒毓泰教授講電磁學(xué)、物理光學(xué),受益匪淺,直到今日,一切重要理論、規(guī)律、現(xiàn)象和一些常數(shù)都還記得清清楚楚,一些細(xì)節(jié)坐下可以推導(dǎo)出來。特別是饒毓泰先生的教導(dǎo)、啟發(fā)和鼓舞一直影響到今天。因?yàn)閰⒓恿恕耙欢?九”運(yùn)動(dòng)和事后罷課;畢業(yè)后不能留在北大。他在《馬大猷科學(xué)論文選集》付印時(shí)的《作者自敘》中寫道:1936年6月,我在北京大學(xué)物理系畢業(yè)。在校時(shí),長(zhǎng)期受系主任饒毓泰(樹人)先生的教導(dǎo)和熏陶,對(duì)科學(xué)研究工作非常向往。但當(dāng)時(shí)國(guó)難方殷,希望工作能比較接近實(shí)際需要。這種考慮頗得先生嘉許,遂決心向應(yīng)用物理學(xué)發(fā)展。會(huì)當(dāng)清華大學(xué)招考留美公費(fèi)生,專業(yè)有電聲學(xué),正符合我的志愿,遂前往應(yīng)試,僥幸中選。
被清華大學(xué)錄取之后,按規(guī)定,出國(guó)之前所有人員都要在國(guó)內(nèi)準(zhǔn)備一年。馬大猷的指導(dǎo)老師是北京大學(xué)的朱物華先生和清華大學(xué)的任之恭先生。1936年9月,馬大猷回到北京大學(xué)物理系準(zhǔn)備口語(yǔ)和研究工作。次年七月,“蘆溝橋事變”爆發(fā)不久,北京就被日軍占領(lǐng),學(xué)校里一片混亂。八月初馬大猷和同學(xué)們計(jì)議決定只身出走,剛到天津就被日本憲兵扣留了。因?yàn)楫?dāng)時(shí)天津日軍聽說可能有學(xué)生運(yùn)動(dòng),怕不好收拾,就將那幾天到津的學(xué)生全部扣留了,關(guān)到師范學(xué)校的日本憲兵隊(duì)部。這一批被關(guān)押的學(xué)生生活條件非常差,幾十個(gè)人擠在一間大房子里睡地鋪,不準(zhǔn)多說話,不準(zhǔn)多走動(dòng),一天三餐都吃不飽,弄不好還要遭到日本憲兵的呵斥和踢打。馬大猷就在這樣的環(huán)境里生活了33天,終于在遭到無辜關(guān)押一個(gè)月后見到梅貽琦校長(zhǎng),申請(qǐng)暫不出國(guó),參加抗戰(zhàn)。梅校長(zhǎng)考慮后,決定馬大猷仍應(yīng)按原計(jì)劃出國(guó)。不久馬大猷就出發(fā),經(jīng)香港到美國(guó)洛杉磯加州大學(xué),在著名聲學(xué)權(quán)威努特森教授指導(dǎo)下從事聲學(xué)研究工作。
美國(guó)聲學(xué)界第一位中國(guó)學(xué)者
在加州大學(xué),除了系統(tǒng)上聲學(xué)課和做實(shí)驗(yàn)外,馬大猷做了兩件研究工作:一件是教授給的課題,顫動(dòng)回聲的研究,做了實(shí)驗(yàn)記錄和理論分析;另一件是和“師兄”伯魯特討論中想到的,研究成果后來寫成論文發(fā)表。伯魯特比馬大猷早到加州大學(xué),馬大猷和他切磋的時(shí)間最多,并一起開展了合作研究。有一次,博魯特因?yàn)橥茖?dǎo)出了個(gè)適合于聲頻范圍內(nèi)簡(jiǎn)正波頻率分布的新公式,所有人都為此祝賀。從小愛思考的馬大猷,養(yǎng)成了“雞蛋里挑骨頭”的鉆研性格。他思前想后:難道博魯特公式就無懈可擊?科學(xué)的本意不就是倡導(dǎo)“簡(jiǎn)單”、“和諧”?那種繁雜的公式本身不就是缺陷?馬大猷為此感到非常困惑,悄然離開了慶賀的現(xiàn)場(chǎng)。
第二天,馬大猷草草用過早餐,便一個(gè)人獨(dú)思博魯特公式。忽然,他靈機(jī)一動(dòng):何不用頻率空間的體積計(jì)算,以求出簡(jiǎn)正頻率的數(shù)目?
馬大猷很快推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)捷的公式,急匆匆跑到教室,向同學(xué)們和盤端出他的推算。大家驚呆了,頃刻響起熱烈的掌聲。博魯特也走近他,向他祝賀,承認(rèn)馬大猷這一開創(chuàng)性方法比自己的“更為有用”。
經(jīng)過反復(fù)推敲,馬大猷的論文在1938年秋天美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)的年會(huì)上宣讀,引起了強(qiáng)烈反響。從此,在世界聲學(xué)史上,馬大猷這一公式被認(rèn)定是“波動(dòng)聲學(xué)的一個(gè)基本公式”。 馬大猷也因?yàn)檫@項(xiàng)研究成果最終獲得博士學(xué)位。
這是1940年,國(guó)內(nèi)抗日戰(zhàn)爭(zhēng)已是第4年,老母尚在淪陷區(qū)被困。博士畢業(yè)的馬大猷面臨著兩種選擇,一是因?yàn)閲?guó)內(nèi)的戰(zhàn)事正緊,美國(guó)的同學(xué)勸他不要回國(guó),愿意把自己的獎(jiǎng)學(xué)金給他,他愛做啥科研就做啥;二是國(guó)民黨政府要在美國(guó)購(gòu)買武器,希望既懂技術(shù)又懂英語(yǔ)的在美留學(xué)生幫助。馬大猷想起恩師饒毓泰臨別那番語(yǔ)重心長(zhǎng)的談話,想起遭受日寇鐵蹄蹂躪的祖國(guó)河山,想起田漢所敬慕的他的同鄉(xiāng)人鄭正秋那種“胸中常有興亡感”的情懷……他征求了在國(guó)內(nèi)的恩師朱物華的意見,恩師告訴他不要為國(guó)民黨政府做事,希望他到已并入西南聯(lián)大的清華大學(xué)工學(xué)院任教。為國(guó)為家,馬大猷決定在參加完學(xué)校畢業(yè)典禮后,即啟程回國(guó)。
在回國(guó)途中,馬大猷到耶魯大學(xué)看望了趙先任先生和顏福慶先生。那時(shí)紐約正開世界博覽會(huì)。他去參觀時(shí),特別注意貝爾實(shí)驗(yàn)室的“語(yǔ)言演示器”VODER;后來在辛辛那堤參觀工廠,又見到了“聲鏡”,即最早的鋼絲錄聲機(jī);在鹽湖城時(shí),他參觀了摩門教堂,全是木結(jié)構(gòu),不用釘子,可容5000人,講壇上掉一根針,后面都聽得清清楚楚,這也是建筑聲學(xué)中一個(gè)有名的建筑。最后還去UCLA看望了努特森先生。一路上增加了不少見識(shí),最后由舊金山登輪船回國(guó)。
半個(gè)多世紀(jì)之后,年屆八旬的馬大猷回憶起當(dāng)年的選擇時(shí),還深情無悔地說:“發(fā)展中國(guó)的聲學(xué)事業(yè),是我的恩師為我指出的專業(yè)方向,也是我愿意畢生為之奮斗的目標(biāo)。當(dāng)時(shí)獲得博士學(xué)位后馬上要回國(guó),內(nèi)心是感到國(guó)家和民族正遭受災(zāi)難,需要我馬上回去盡一份力量。”
最年輕的西南聯(lián)大教授
馬大猷一路輾轉(zhuǎn),1940年8月從越南的海防港進(jìn)入昆明。在西南聯(lián)合大學(xué)電機(jī)系任副教授,他的教書受到學(xué)生和老師的一致好評(píng),兩年后升教授,時(shí)年27歲,是西南聯(lián)大當(dāng)時(shí)最年輕的教授。西南聯(lián)大工學(xué)院在昆明的院部,借用的是一位大理商人出資興建的“迤西會(huì)館”,馬大猷住的那個(gè)小院因?yàn)榈菢蔷涂梢钥匆娚n山洱海,故而稱為“望蒼樓”。
馬大猷以西南聯(lián)大一名教師的普通身份,吸引了年輕的白族姑娘王榮和,兩人結(jié)成了伴侶。這位心地善良的醫(yī)科學(xué)生,成為了他終生的“守護(hù)神”。一直和馬大猷相親相愛、攜手至今的王榮和說:“我當(dāng)年就覺得他真不錯(cuò),那么年輕就已經(jīng)當(dāng)了教授,那時(shí)我最崇拜的就是老師?!?/span>
馬大猷所負(fù)擔(dān)的是比較基礎(chǔ)的課程,如電工原理、電子學(xué)、電信網(wǎng)絡(luò)、電磁實(shí)驗(yàn)等,每學(xué)期都是3門課,另外自己做些研究工作。他在美國(guó)時(shí)所學(xué)課程多與無線電通信有關(guān),而通信在戰(zhàn)爭(zhēng)中極為重要,回國(guó)就想為抗日戰(zhàn)爭(zhēng)出些力。但事與愿違,竟無人過問他的研究工作。所以馬大猷在當(dāng)時(shí)做的科學(xué)研究工作,因缺少實(shí)際需求,只能限于基礎(chǔ)問題。幾年中,做了顫動(dòng)回聲、聲場(chǎng)起伏現(xiàn)象,國(guó)語(yǔ)中的語(yǔ)音分配,普遍抗性原理,聲頻振蕩--分析器等幾篇論文,大部分是在國(guó)外發(fā)表的。教授做科學(xué)研究工作,保持在科學(xué)前沿,本來是高水平教學(xué)所必需的。為此,他和華羅庚、余瑞磺、場(chǎng)佩松、崔芝蘭等“不得志”的同事商量,組織了“科學(xué)勵(lì)進(jìn)會(huì)”,“活動(dòng)了兩三年”,受到國(guó)外同行的注意。
1943年,馬大猷被美國(guó)聲學(xué)會(huì)選為會(huì)士,成為中國(guó)科學(xué)家在該學(xué)會(huì)的第一位會(huì)士。
如西南聯(lián)大校歌所唱的那樣,“千秋恥,終當(dāng)雪,中興業(yè),須人杰?!碑?dāng)時(shí)“大后方”工業(yè)薄弱,技術(shù)水平低,滿腔報(bào)國(guó)熱血的馬大猷和同事們談?wù)?,都認(rèn)識(shí)到工程教育的重要性。 尤其是北大文、理學(xué)院的老師和朋友們,對(duì)它的重要性認(rèn)識(shí)更為深刻。北大理學(xué)院原有的基礎(chǔ)就很好,以此為基礎(chǔ),辦一個(gè)理工結(jié)合的工學(xué)院,培養(yǎng)有堅(jiān)強(qiáng)數(shù)理基礎(chǔ)、了解工業(yè)發(fā)展水平、有創(chuàng)造能力的工程師,很有優(yōu)勢(shì)。這個(gè)問題談?wù)摿撕芫茫?946年組成西南聯(lián)合大學(xué)的北大、清華和南開大學(xué)復(fù)員,北大就邀請(qǐng)馬大猷回北大,承擔(dān)其事。1946年8月,年方31歲的馬大猷出任北京大學(xué)工學(xué)院首任院長(zhǎng)。當(dāng)時(shí)大學(xué)入學(xué)考試已過,補(bǔ)招工學(xué)院學(xué)生100人,設(shè)機(jī)械、電機(jī)二系。北大文、理學(xué)院各系全力協(xié)助,很快就開了學(xué)。馬大猷講授普通物理學(xué)。翌年,北洋大學(xué)北平部并入北大工學(xué)院。這時(shí),蔣介石進(jìn)攻解放區(qū),解放戰(zhàn)爭(zhēng)已開始。國(guó)民黨貪污腐化日甚,學(xué)生反對(duì)、抗議不斷。當(dāng)時(shí),馬大猷住在沙灘街文理法學(xué)院附近,每日上午到工學(xué)院。工學(xué)院學(xué)生的課外活動(dòng)他都未參加,但文理法學(xué)院學(xué)生的民主集會(huì)則經(jīng)常能看到他的身影。工學(xué)院的目的是培養(yǎng)有創(chuàng)造能力的高級(jí)工程技術(shù)人才,工學(xué)院院長(zhǎng)主要應(yīng)致力于課程安排,使學(xué)生打好基礎(chǔ),熟悉技術(shù)發(fā)展。所以延攬高水平、有經(jīng)驗(yàn)的教授就是最重要的工作了。馬大猷在這方面做了努力,效果很好,在各位教授支持下,工學(xué)院的工作蒸蒸日上,學(xué)生也非常活躍。
1949年1月迎來北平解放,工學(xué)院從此逐漸溶入了全國(guó)的大發(fā)展。為此,馬大猷在工學(xué)院采取了兩項(xiàng)措施:一是改變學(xué)制,把五年制改為四年制;一是大辦適應(yīng)實(shí)際需要的一年制和二年制的???,這樣就培養(yǎng)了大批技術(shù)干部。1952年全國(guó)院系調(diào)整,馬大猷本已調(diào)到哈爾濱工業(yè)大學(xué)任教務(wù)長(zhǎng)、教授。這時(shí)教育部規(guī)定,大學(xué)的主要任務(wù)是教學(xué),教學(xué)與科研分離。這種辦法和馬的設(shè)想差距很大。加之哈工大決定辦成重工業(yè)的學(xué)校,取消一切電信方面的課程,專業(yè)也不對(duì)口了,所以在毛主席發(fā)出向科學(xué)進(jìn)軍的號(hào)召后,他就請(qǐng)求歸隊(duì),調(diào)到科學(xué)院應(yīng)用物理研究所(后來改為物理所),恢復(fù)聲學(xué)的研究工作,這是1955年。同年,他被聘為中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員(后來改稱院土)。
馬大猷到物理研究所以后,該所得到各方面的支持,很快就裝備了聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室、配備了助手,可以更好地開展科學(xué)研究工作。
1956年周總理直接領(lǐng)導(dǎo)制定了科學(xué)技術(shù)12年遠(yuǎn)景規(guī)劃,馬大猷提出了發(fā)展聲學(xué)的規(guī)劃建議,并參加了討論。會(huì)上提出4項(xiàng)緊急措施(電子學(xué)、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化),為我國(guó)新技術(shù)的發(fā)展畫出藍(lán)圖。會(huì)后,中國(guó)科學(xué)院成立了電子學(xué)研究所籌備委員會(huì),指定李強(qiáng)為籌委主任,孟昭英、陳芳允和馬大猷為副主任。組織了電子學(xué)(電子管的研究)、無線電(電子管的應(yīng)用)和聲學(xué)3個(gè)方面的研究工作。開始時(shí)在西苑旅社六號(hào)樓工作,同時(shí)進(jìn)行基建。馬大猷主持了電子所大樓的設(shè)計(jì)、施工、裝修工作,并設(shè)計(jì)了達(dá)到國(guó)際水平的全國(guó)第一座聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室和聲學(xué)實(shí)驗(yàn)水池。工程質(zhì)量很高,大樓至今已安全使用近50年。
辦研究所,人員主要來源是大學(xué)畢業(yè)生,給科學(xué)院的名額有限。中國(guó)科學(xué)院那時(shí)在北京已有一二十個(gè)研究所,有成就的研究員不少,于是就計(jì)議創(chuàng)辦自己的大學(xué)。1959年在北京成立了中國(guó)科技大學(xué),教授是有關(guān)研究所的研究員,實(shí)習(xí)到各研究所,理工結(jié)合,加強(qiáng)基礎(chǔ)訓(xùn)練,5年畢業(yè)。這些完全符合馬大猷的設(shè)想(也是學(xué)者的共同意見),所以他非常積極,開學(xué)后與吳有訓(xùn)先生、嚴(yán)濟(jì)慈先生分擔(dān)幾個(gè)班的普通物理課,研究所的工作也同樣沒耽誤,這樣教了6年,一直到“科大”搬到合肥為止。
大會(huì)堂聲學(xué)設(shè)計(jì)保持世界紀(jì)錄
為迎接1959年國(guó)慶,北京興建十大建筑,人民大會(huì)堂音質(zhì)問題交給了馬大猷先生負(fù)責(zé)。馬大猷組織北京高校、建筑、廣播系統(tǒng)中的聲學(xué)專家進(jìn)行研究,開展了設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。
人民大會(huì)堂是當(dāng)時(shí)世界上最大的會(huì)議場(chǎng)所。大會(huì)堂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、穹頂形狀,使音質(zhì)方面的設(shè)計(jì)者們面臨的最大的問題就是回聲。假如不做任何處理,在這里邊只聽到各個(gè)回聲的互相干擾,根本沒辦法開會(huì)。以前有一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),以為將大會(huì)堂這樣的建筑建好,安上兩個(gè)大喇叭,裝上擴(kuò)音器就行。實(shí)際情況決不是這么簡(jiǎn)單,擴(kuò)音出來的聲音經(jīng)過墻壁和空間反射,產(chǎn)生混響,傳到后面仍是嗡嗡的,什么也聽不清。
馬大猷先生利用積累的經(jīng)驗(yàn),和課題組成員形成基本思路。他們做了兩個(gè)模型試驗(yàn),先在中科院聲學(xué)研究所做一個(gè)40:1的小模型,可擺在桌子上用超聲波做測(cè)量,另外又做了個(gè)10:1的大模型,像一間小房子,人可以蹲在里面實(shí)驗(yàn),根據(jù)模型測(cè)試結(jié)果,提出解決聲場(chǎng)不均勻及擴(kuò)聲系統(tǒng)反饋?zhàn)饔糜绊懙姆桨福谌嗣翊髸?huì)堂安裝調(diào)試。
根據(jù)馬大猷先生的設(shè)計(jì)構(gòu)想,人民大會(huì)堂先是用一個(gè)分散式的聲源,不靠幾個(gè)大喇叭擴(kuò)音,而是把主席臺(tái)上的聲源分散到臺(tái)下的座位,每?jī)蓚€(gè)座位前置一個(gè)揚(yáng)聲器,聽臺(tái)上講話就像對(duì)面?zhèn)鱽硪粯???紤]人民大會(huì)堂經(jīng)常舉辦音樂會(huì)等大型文藝活動(dòng),演出聲音要有一定保真度,靠座位前揚(yáng)聲器效果不好,于是,又搞了一個(gè)半分散式聲源。大會(huì)堂主席臺(tái)32米寬,左右兩個(gè)聲道中間再加一個(gè)聲道,使一個(gè)聲音疊加一個(gè)聲音逐漸遞增,傳播時(shí)間控制在1/20秒內(nèi),聲音聽起來是連續(xù)的,坐在最后一排的聽眾既聽得清楚,也不會(huì)受回聲干擾。
北京人民大會(huì)堂建成后做了測(cè)量,證明其音質(zhì)的設(shè)計(jì)、處理完全成功。兩套聲源系統(tǒng)一直使用至今。后來諸如全國(guó)人大、全國(guó)政協(xié)每年要在這里召開大會(huì),在使用中都感到很滿意。這里舉行的大型文藝表演,音樂優(yōu)美動(dòng)聽,歌唱清晰宏亮,也達(dá)到了預(yù)期的效果。
馬大猷和課題組從提出概念到設(shè)計(jì)模型,到最后完成大會(huì)堂的音響設(shè)備安裝調(diào)試,僅僅用了9個(gè)月時(shí)間。
人民大會(huì)堂的穹頂要體現(xiàn)水天一色、滿天星斗的效果。馬大猷說:穹窿頂從聲學(xué)上講不是最好的。聲音傳播時(shí)最怕彎曲,一彎曲就發(fā)出回聲。不過,我們?cè)O(shè)計(jì)的聲學(xué)系統(tǒng)還是解決了這個(gè)問題。
人民大會(huì)堂的建造還有一個(gè)難點(diǎn),就是根本沒有機(jī)會(huì)反復(fù)實(shí)驗(yàn),它是一項(xiàng)政治任務(wù),只許成功不能失敗。對(duì)此,馬大猷并不覺得有壓力,他原來就有理論基礎(chǔ),相信用分散聲源能夠解決大會(huì)堂聲音互相干擾的問題。
人民大會(huì)堂的音質(zhì)設(shè)計(jì)效果不僅超過了華沙人民宮,近半個(gè)世紀(jì)過去,它至今仍經(jīng)得起歷史的考驗(yàn):世界上一直沒有比它更大的大會(huì)堂,當(dāng)然,到現(xiàn)在也一直沒有超過它的大會(huì)堂音質(zhì)設(shè)計(jì)。
人民大會(huì)堂的音質(zhì)設(shè)計(jì)和安裝,是中國(guó)聲學(xué)界的第一次大工程,在這之前,聲學(xué)從未在這么大的空間里得以應(yīng)用。而且誰(shuí)能想到,當(dāng)時(shí)中國(guó)的聲學(xué)研究,才剛剛起步了三四年的時(shí)間?這一工程對(duì)中國(guó)的聲學(xué)科研隊(duì)伍來說,也是一次演練和提高水平的難得機(jī)會(huì)。這一聲學(xué)工程的建成,使中國(guó)的聲學(xué)研究也得到了世界同行的肯定。
微穿孔板技術(shù)穿透了時(shí)空
1966年,國(guó)家準(zhǔn)備發(fā)射導(dǎo)彈,下了吸聲系統(tǒng)研究的任務(wù)。導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)所產(chǎn)生的噪聲十分強(qiáng),其功率足夠開動(dòng)一輛卡車,還要伴隨高溫、潮濕等。在國(guó)際上,吸收聲音主要靠多孔性材料(如玻璃纖維、礦渣綿等),使聲音產(chǎn)生的空氣振動(dòng)在微于L內(nèi)摩擦、消耗。這種材料遇火就會(huì)熔化,遇水即容易腐爛,在一些特殊工程上完全不能使用。根據(jù)消除聲音的一般原理,馬大猷先生作了一個(gè)定性判斷:在任何板材上打出微孔,應(yīng)該都能達(dá)到消音的目的。
根據(jù)不同的聲音環(huán)境,需要多大直徑的微孔、多厚的板材、多大面積的微穿孔板?每平方米板材上要打出多少微孔?微孔板與墻壁之間保持多大的距離?……這些定量的規(guī)律性結(jié)論前無古人,只能在黑暗中探索前行。
由馬大猷先生牽頭,中科院聲學(xué)研究所組織了一個(gè)小組攻關(guān)。他們?cè)诿科娣e10平方米、大約1毫米厚的鋁板上,靠搖動(dòng)小鉆床,一個(gè)、一個(gè)地打微孔,速度非常之慢,后來,一位工人想起了修鞋匠的修鞋機(jī),換成用修鞋機(jī)的細(xì)針,一行、一行地扎,一扎就是一長(zhǎng)條的鋁板。這樣,雖然他們的手指扎出了血痕,但工作速度卻大大加快。
不同密度的微穿孔板做好后,馬大猷根據(jù)不同的聲音環(huán)境,先在駐波管里測(cè)量,然后在混響室里測(cè)量,10平方米的一塊鋁板效果還不太好,就將5平方米的兩塊鋁板層疊起來,做了無數(shù)次不同排列組合的實(shí)驗(yàn)。
經(jīng)過兩個(gè)多月夜以繼日的工作,他們終于取得了實(shí)驗(yàn)的成功。馬大猷不僅執(zhí)筆寫出總結(jié)報(bào)告,遞交給國(guó)防應(yīng)用部門,還提出了微穿孔板制造過程中的具體意見。微穿孔板技術(shù)投入國(guó)防實(shí)際應(yīng)用,換了別的特殊板材,同樣大獲成功。
馬大猷本想趁熱打鐵,對(duì)微穿孔板技術(shù)作系統(tǒng)的理論總結(jié)。可是“文革”迫使他中止了。實(shí)際上,馬大猷接到該課題的時(shí)候,“文革”就已經(jīng)開始。馬大猷之所以那么拼命,就是因?yàn)樗麍?zhí)著地認(rèn)為:既然叫“文革”,對(duì)科學(xué)家來說,就是要在科學(xué)領(lǐng)域里攻克難關(guān),不斷取得革命性的突破?!暗?,后來大家都去‘革命’了,我也就被‘革命’了?!瘪R大猷風(fēng)趣地說。
盡管“文革”風(fēng)雨如磐,馬大猷仍然沒有放棄對(duì)聲學(xué)科研的不懈思考。在形勢(shì)稍有好轉(zhuǎn)的1975年,馬大猷闡述微穿孔板理論的第一篇論文,終于在復(fù)刊的《中國(guó)科學(xué)》第一期上發(fā)表。微穿孔板理論的確立,使人們?cè)趹?yīng)用微穿孔板時(shí)不必做大量繁瑣的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算,只需要掌握三個(gè)常量,通過一定的公式,即可計(jì)算出其它的變量。
馬大猷先生為國(guó)家做出了突出的貢獻(xiàn),但卻從來沒有計(jì)較過報(bào)酬或個(gè)人得失。他曾說過:“我們當(dāng)初對(duì)微穿孔板技術(shù)攻關(guān)時(shí),根本就沒有想到任何‘回報(bào)’,這也是中國(guó)科學(xué)院的傳統(tǒng)。對(duì)于國(guó)家戰(zhàn)略需求,我們不僅全力以赴提供技術(shù)支撐條件,還無償提供應(yīng)用樣品,國(guó)家戰(zhàn)略需求中能夠想到我們,就是對(duì)我們的最大厚愛?!?微穿孔理論在航天領(lǐng)域取得重大突破之后,有關(guān)部分曾贈(zèng)送兩個(gè)航空模型給他。馬大猷先生把它們當(dāng)作最好的獎(jiǎng)賞,一直保留下來。后來,微穿孔理論的影響逐漸超越了國(guó)界,甚至在異國(guó)他鄉(xiāng)的重大建筑工程中發(fā)揮了決定性的作用,為我國(guó)贏得了巨大聲譽(yù)。
讓德國(guó)議會(huì)大廈擁有“透明度”
兩德統(tǒng)一后,在首都波恩原議會(huì)大廈不遠(yuǎn)處,又興建起一座新的議會(huì)大廈。為了充分體現(xiàn)政治的“透明度”,以及議會(huì)開會(huì)的“透明度”,讓大廈外所有愿意駐足的人們,都可以朝里頭觀看個(gè)清清楚楚,德國(guó)建筑設(shè)計(jì)師別出心裁,大廈四周全部采用透明的玻璃,把大廈的中央議會(huì)廳建得像個(gè)巨大的圓柱形玻璃罩子。
沒想到,1992年12月,新議會(huì)大廈第一次啟用時(shí),就出了個(gè)大亂子,不但給建筑總設(shè)計(jì)師以迎頭一棒,也給狂熱鼓噪的媒體迎頭一瓢冷水。
那天,國(guó)會(huì)議員們衣冠楚楚,帶著對(duì)新大廈竣工后喜悅的神情步入大廈準(zhǔn)備開會(huì),女議長(zhǎng)西斯穆特春風(fēng)滿面邁上講臺(tái)。
“女士們,先生們!” 女議長(zhǎng)剛剛說了這么一句話,會(huì)議廳里的擴(kuò)音喇叭就沒了聲響,議員們只能看到她嘴巴的張合,卻聽不清她后幾句話是什么,一個(gè)個(gè)面面相覷。當(dāng)他們意識(shí)到肯定是擴(kuò)音喇叭出了故障,馬上叫來了檢修音響的技師。
當(dāng)天議會(huì)開會(huì)的情況是實(shí)況轉(zhuǎn)播,女議長(zhǎng)雖然多年政壇生涯,但也難免臉上露出些許的尷尬,臺(tái)下的議員們更是交頭接耳,莫衷一是。明白了是擴(kuò)音喇叭惹的禍,檢修音響看來得花點(diǎn)時(shí)間,議員們只好退到外頭的休息廳去休息片刻。
讓檢修音響設(shè)備的技師好生奇怪的是:非但中央會(huì)議廳電源沒問題,音響設(shè)備沒問題,麥克風(fēng)也是好端端的!反復(fù)試了幾次,技師認(rèn)為議員可以重新回來開會(huì)。
但同樣的笑話重新上演。議會(huì)不得不宣布半途休會(huì),臨時(shí)轉(zhuǎn)場(chǎng)到不遠(yuǎn)處的原議會(huì)大廈,繼續(xù)召開他們那已經(jīng)不可能“透明”的會(huì)議。
原來,在議會(huì)廳里講話,聲音被四周密度極大而且表面光滑的玻璃墻壁不斷地反彈回來,形成了強(qiáng)烈的混響,甚至連講話者本人都聽不清自己在說什么。
有關(guān)部門找到弗朗霍夫(Fraunhofer)建筑物理研究所,希望這家德國(guó)建筑聲學(xué)工程的權(quán)威機(jī)構(gòu)能解決議會(huì)大廈的難題。恰巧查雪琴等幾位中國(guó)工程師正在與該所開展科研合作,她聽說了事情的原委好生奇怪:這等區(qū)區(qū)小事何足掛齒!
經(jīng)過周密計(jì)算后,查雪琴和德國(guó)人一起,在5毫米厚的有機(jī)玻璃上,按一定比例打出直徑0.8毫米的微孔,然后把微穿孔板準(zhǔn)確地安裝在會(huì)議廳窗前。結(jié)果,會(huì)議廳里的聲音變得格外清晰。
德國(guó)坊間輿論的褒贊四起,查雪琴等中國(guó)工程師用以指導(dǎo)計(jì)算過程的微穿孔板消聲理論,以及這一理論的創(chuàng)始人馬大猷教授的名字,頻繁出現(xiàn)于德國(guó)的各種媒體。德國(guó)工程師聯(lián)合會(huì)會(huì)刊尊稱馬大猷先生為聲學(xué)大師。不久,弗朗霍夫建筑物理研究所教授??怂共┦繉3田w赴北京拜訪馬大猷先生。
一輩子的“興趣”讓他耳聰目明
1961年的一天,他帶學(xué)生到北京的西郊機(jī)場(chǎng)做噪聲實(shí)驗(yàn),因?yàn)樵肼暱刂婆c飛機(jī)制造有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中用鐵錘敲打鋼板,發(fā)出震耳欲聾的聲音,他當(dāng)時(shí)感到耳朵受了巨大噪聲的刺激,而后左耳聽覺就不太好了,再過幾年,右耳朵的聽力也在逐年下降。到“文化大革命”后期,他不得不在北京同仁醫(yī)院配了一副助聽器。 現(xiàn)在,他的聽力在2000赫至3000赫的這一區(qū)間依然比正常人下降70分貝左右。但這絲毫沒有影響到這位長(zhǎng)者繼續(xù)他的各項(xiàng)工作。即使是到了90歲的高齡,他也依然要每周三次到研究所上班,要指導(dǎo)中青年科學(xué)家做研究,而且親自承擔(dān)如聲學(xué)非線性研究這樣的重大課題。
盡管青絲已成白發(fā),馬大猷仍以熱誠(chéng)的赤子情懷為我國(guó)建設(shè)“科技強(qiáng)國(guó)”鼓與呼:“必須加強(qiáng)基礎(chǔ)研究工作,國(guó)家的科學(xué)水平、經(jīng)濟(jì)水平,根本都來源于基礎(chǔ)研究!” 他真誠(chéng)得“揉不進(jìn)一粒沙子”。他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),指導(dǎo)研究生,達(dá)不到要求的水平,絕不讓“出師”,有一個(gè)學(xué)生學(xué)了八年才得到碩士學(xué)位。他采用“放羊理論”指導(dǎo)研究生學(xué)習(xí)———“給你無限的思考空間,像到遼闊無邊的大草原上自由馳騁,尋找你要的水和草,等回過頭來,再看看你找得對(duì)不對(duì)?!薄爸袊?guó)需要愛因斯坦式的科學(xué)家。”“只懂得聽老師的話,不是好學(xué)生,這會(huì)影響到他一生的發(fā)展?!?他愛憎分明,痛恨科學(xué)“造假”。今年1月,他查閱了很多學(xué)術(shù)報(bào)刊,發(fā)現(xiàn)文章的作者署名,一個(gè)人的很少,幾乎沒有,最多的竟有七八個(gè)人。他質(zhì)疑:“科學(xué)研究是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作,怎么會(huì)湊巧到七八個(gè)人同時(shí)創(chuàng)造了這個(gè)思想?其中肯定有很多人是順便搭車的?!薄梢哉f真正做到了“耳聰”、“目明”,樂此不疲。
馬大猷不喜歡“當(dāng)官”。他說“我的思想里,大學(xué)最高的就是教授,而不是任何別的職位。我對(duì)做學(xué)問興趣更大些,覺得更適合自己,這樣對(duì)國(guó)家、對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)或許也會(huì)更大些?!?他曾在一篇自述中說:“我最大的興趣就是工作,也就是進(jìn)行聲學(xué)研究,可以說,我的工作與興趣是一致的,進(jìn)行聲學(xué)研究是由我的興趣所致,同時(shí)帶給我很多樂趣,解決重要的科學(xué)難題,攻破研究中的障礙,這就是我生活中最大的快樂。”
馬大猷先生說數(shù)字助聽器可以極大程度上矯正聽覺,或許人們只有像一輩子對(duì)聲學(xué)研究孜孜以求的他那樣,做到“最大的興趣就是工作”,才能抵抗塵世的喧囂與干擾,才能保持耳根的清凈與聰穎。
(根據(jù)《科學(xué)時(shí)報(bào)》《駿馬謀大略 長(zhǎng)嘯聲自遠(yuǎn)》,作者鄭千里,2005年11月18日汕頭日?qǐng)?bào)《專訪中國(guó)聲學(xué)研究奠基人、潮籍中科院資深院士馬大猷》等綜合改編)