马年夜猷(右) 指点其博士生田静进行噪声阐发工作。

马年夜猷（右）进行噪声丈量实验。

孔径0.25毫米、分歧孔距的微穿孔板。

人平易近年夜礼堂万人年夜会堂。声学所供图

■本报记者 刘如楠

在会议年夜厅，人们但愿语音流利、清楚可闻；在音乐厅，人们但愿余音绕梁、三日不停；到了剧院影院，人们但愿声效传神、身临其境……

分歧的建筑场合需要分歧的音质设计，响应的就需要与之匹配的吸声设计。而提到吸声布局，就绕不开中国现代声学的主要首创者和奠定人——中国科学院院士、中国科学院声学研究所（以下简称声学所）研究员马年夜猷。

1966年，马年夜猷提出微穿孔板吸声布局的假想，后来将其理论阐发颁发在《中国科学》期刊上。这一理论后来在国际上掀起了一场吸声材料革命，无数研究者纷纭插手微穿孔板的研究与利用中。这同样成为了中国现代声学迈向国际的要害一步。

现在，在人平易近年夜礼堂等主要建筑中，到处可见微穿孔板布局的身影。

1 火箭发射噪声问题亟待解决

11月的沙漠滩，北风凛凛、沙砾漫天。

在甘肃酒泉卫星发射中间，年已半百的马年夜猷带着3位年青科研人员，拉起被冻硬了的电缆线，谨慎布设着一台户别传声器，将其安设在距发射架50米外的处所。

跟着“焚烧”的一声令下，火箭起飞，轰鸣声不停在耳。同时，全部发射实验进程的声音都被灌音机录了下来。

1965年，研制我国第一颗人造卫星的打算获得中心专门委员会核准，称为“651工程”，中国科学院负责卫星和地面跟踪系统的研制。由于马年夜猷此前曾介入中国科学院卫星研制“581使命”，所以此次的卫星声情况尝试工作由他承当。

发射人造卫星离不开运载火箭，而火箭的噪声又不成避免。发射时，大声强的噪声会造成火箭蒙皮声疲惫，破坏仪器装备。那时，国外已有很多由此激发的变乱。马年夜猷等人此次西行，恰是为了阐发研究火箭发射噪声，并找到改良法子。

在发射基地工作时代，马年夜猷领会到，那时发财国度的计谋火箭摆设已从地面转入地下，发射体例由地面发射改成地下竖井发射，由此带来的噪声问题加倍严重。为了久远摆设，需要提早研究井下噪声的节制方式。

这是一项全新的研究使命，既没有现成样品可供参考，也没有现场资料可查。国外竖井发射自己就是为了隐藏，是以里面甚么样无从知晓。

“发射基地约请我们加入不久后的下一次发射，可马师长教师急在展开研究工作，在是在测得声级做好灌音后，就决议当即返京。”那时与马年夜猷同去的声学所研究员张家騄回想说。

2 年夜道至简

那时，国表里遍及采取穿孔板加吸声材料进行降噪处置。人们在板材上平均地开一些厘米级的孔，将玻璃棉、矿渣棉等纤维性和多孔性材料固定在板材背后，构成通俗穿孔板吸声布局。

其实，穿孔板自己是一种共振吸声布局，具有必然的吸声能力，但在现实利用时常常需要依托吸声材料加强吸声结果。

因为空气具有黏滞性，当声波颠末穿孔板的孔时，空气发生阻力，耗损部门声波能量。其余的声波经由过程年夜孔进入纤维材料、多孔材料，撞击到其不法则概况，发生散射感化，孔洞和孔壁也会引发声波屡次反射和折射，在材料内部进行屡次传布和耗散。同时，声波与孔洞壁面和材料内的骨架产生磨擦，将声能转化为热能，这会再次耗损部门声波能量。二者连系，可以或许有用下降声波的反射，起到吸声降噪、改良声学情况的感化。

而到了火箭发射的地下竖井中，这类法子完全行欠亨。发射陪伴着高温、炎火、高压、高湿和侵蚀性气体，瞬息间就会使这些吸声材料子虚乌有。另外，针对现实利用中的分歧需求，具体加几多吸声材料也没有理论指点，只能凭经验试错。

从酒泉回京后，马年夜猷急在展开吸声布局研究。一有时候，他就思虑：多孔性材料自己就是宽频带吸声材料，何须画蛇添足，再加穿孔板？穿孔板有时只是阐扬庇护面板的感化。可否一反常规，使穿孔板自己解决吸声问题？

马年夜猷认为，这在理论上完全可行。假如穿孔板布局的声阻抗和年夜气中的声阻抗相匹配，不需要另加吸声材料，也能取得较好的吸声结果。同时，为了加宽吸声频带，须尽可能下降穿孔板布局的声质量。

研究证实，穿孔板布局的孔径越年夜，声阻抗越小，反之声阻抗越年夜，它的声质量就年夜致只和穿孔率有关。是以，经由过程节制孔径巨细和穿孔率，便可以节制其声阻抗和声质量，进而节制穿孔板的吸声结果。

颠末频频的理论推理，马年夜猷提出，假如把孔径减小到丝米（1丝米等在0.1毫米）级，便可以取得足够的声阻抗，使其成为杰出的宽频带吸声布局，不需要另加多孔性材料。这就是微穿孔板的概念。

他判定，在任何板材上打出微孔，都能到达吸声的目标。

“马师长教师常对我们说，‘处置问题要捉住问题的本色’‘年夜道至简’。”曾追随马年夜猷持久工作的声学所研究员戴根华暗示，“固然穿孔板的概念早已有之，但孔径比力年夜、板材比力厚。看起来他只是将年夜孔酿成了小孔，但现实上，假如没有对声学素质问题的持久研究和缔造性思惟，那末是没法想到的。”

3 “没想过要任何回报，这是中国科学院的传统”

理论构思有了，接下来就需要尝试验证。

大师起首在每片10平方米、约1毫米厚的铝板上，用打磨锋利的钢钉一个一个地钻孔，速度迟缓。后来，研究室一名金工师傅想到，可以用修鞋的缝纫机一行一行地扎，这才使速度有了较年夜晋升。

每当作好了分歧孔径和穿孔率的微穿孔板，马年夜猷就会按照分歧声音情况，先在驻波管中丈量，然后拿到混响室丈量。

戴根华回想：“昔时在混响室做尝试时，最少需要3平方米到4平方米的微穿孔板样品。操纵旌旗灯号产生器发生声旌旗灯号，经放年夜器放年夜后组成一个混响场，尔后用电容传声器拾取声旌旗灯号，再由记实仪记实下来，最后经由过程计较获得样品的吸声量和吸声系数。”

后来，马年夜猷索性带着团队成员在声学所院内挖了一个约4米见方、2.5米深的简略单纯模子井，用水泥将井壁固化，装上不锈钢微穿孔板。经由过程丈量装上微穿孔板前后的混响时候，计较出吸声系数。

就如许，马年夜猷等人别离测试了铝板、硬纸板、胶木板、不锈钢板等板材在孔径0.75毫米，板材厚度1毫米、0.5毫米，每平方米穿3万个、8万个孔时的吸声结果。

他们终究发现，当不锈钢板厚1.5毫米、孔径1毫米、穿孔率为1%到2%时吸声结果最好，可以或许耐瞬时高温、耐湿润、耐强气流冲击。而为了到达这“三耐”，他们还在微穿孔板前加装了孔径4毫米至5毫米、穿孔率15%的庇护性年夜穿孔板。

后来，马年夜猷将其理论阐发和尝试验证构成总结陈述，并对微穿孔板制造进程提出具体建议，上交给相干部分。微穿孔板吸声布局投入现实利用后，换了非凡板材一样取得成功。

1975年，马年夜猷将多年功效撰写成论文《微穿孔板吸声布局的理论和设计》，颁发在昔时复刊的第一期《中国科学》上。

即使推延了近10年论文才得以正式颁发，微穿孔板理论仍然是领先世界的吸声理论。这一理论简直立，令人们在利用时没必要进行年夜量尝试和计较，只需要把握3个常量，经由过程必然的公式，即可计较出其他变量。为了便在工程利用，马年夜猷还把这些计较公式变换成简略单纯图表，便利设计工程师查阅，免除频频运算的麻烦。

“那时我们没有专利庇护意识，发布了道理和做法后，国内有很多企业和工场出产微穿孔板。”戴根华说。

“我们昔时对微穿孔板吸声布局进行手艺攻关时，底子没想过要任何回报，这是中国科学院的传统。”马年夜猷曾说，“对国度计谋需求，我们不但会尽心尽力供给手艺支持，还会无偿供给利用样品。国度计谋需求可以或许想到我们，就是对我们最年夜的厚爱。”

4 革新人平易近年夜礼堂声学设计

提出微穿孔板理论后，马年夜猷并未就此止步。后来的几十年，他都在不竭摸索，将其成长深化。

1983年，马年夜猷提出一种直接、简单丈量微穿孔板声阻抗的方式，比已有方式更加简洁、正确，便利人们正确估量微穿孔板吸声布局的工作机能；1988年，他又进一步提出穿孔声阻抗公式，简化微穿孔板布局设计。

在大声强情况中，穿孔内的质点速度与声速比拟，可以到达相当高的数值，因此会影响微穿孔板的声阻抗和其他特征。1996年，马年夜猷基在大声强情况下微穿孔板的利用研究，提出了改良方式。

最初提出微穿孔板布局理论时，为了打破微穿孔板在现实利用中机械加工前提的限制，马年夜猷对根基方程中的超出函数做了近似处置。跟着其利用愈来愈普遍，1997年，他进一步成长了微穿孔板吸声布局的正确理论和设计，使其利用潜力进一步晋升。

2000年，马年夜猷按照吸声材料靠声波经由过程孔隙与其固体骨架磨擦而损掉能量的道理，将微穿孔板吸声体理论进一步成长为微缝吸声体理论，使其组织加倍多样化。

2003年，马年夜猷进一步会商了微穿孔板吸声体的接收带宽极限……

“马师长教师1975年颁发理论，几十年来对其不竭深切研究，直到80多岁后，他还在不竭成长、深化理论研究。”马年夜猷的学生、声学所研究员李晓东说，“虽然昔时马师长教师颁发的是中文论文，但在2000年后其援用率不竭上升。国际声学年夜会还设立专题会商微穿孔板理论。”

微穿孔板理论在我国各类工程实践中获得利用，此中以人平易近年夜礼堂最为著名。

1999年，人平易近年夜礼堂治理局拟对人平易近年夜礼堂万人年夜会堂进行维点窜造，此中建筑声学设计是整体方案的一个主要构成部门。早在人平易近年夜礼堂建造之初，马年夜猷就曾负责其音质设计工作，此次维点窜造的声学设计使命，天然落在了声学所的肩上。

万人年夜会堂不但容积年夜，并且接近椭圆，又是穹顶，使原年夜会堂混响时候偏长，反响现象严重，说话清楚度偏低。那时，中心带领同志对年夜会堂的维点窜造有明白唆使，要求“年夜会堂革新必需连结其原有建筑风采”。这就意味着，年夜会堂容积不变、形体不变、内墙与顶“水天一色”气概不变。

因消防要求，革新利用的材料也有明白划定，即表层材料必需为金属，内层材料必需一级防火。同时，为包管“水天一色”，作为吸声布局表层金属穿孔板的穿孔率必需一致。

“这要求我们选用的材料必需以消防平安为中间，而音质要比革新前有所改良。这无疑给音质设计工作带来了相当年夜的难度。”李晓东说。

在马年夜猷微穿孔板理开博体育论根本上，他的学生、声学所研究员田静，李晓东等颠末一年多的声场摹拟、吸声材料与布局测试、理论计较，正式肯定了万人年夜会堂改建音质设计方案。

后来，颠末会议、年夜型文艺表演勾当等3年多的查验，人平易近年夜礼堂维点窜造工程批示部认为，革新后的万人年夜会堂音质有很年夜改良，原有太长混响时候变短、严重反响现象根基消弭，说话清楚度年夜幅提高。

5 拯救德国议会年夜厅

马年夜猷没有想到，他的微穿孔板理论设计提出17年后，因为帮忙德国拯救了一项主要工程，在国外激发了微穿孔板研究与利用的高潮。

那是1992年12月，两德同一后，兴修起一座新的议会年夜厦。为了充实表现开会的透明度，年夜厦周围全数采取透明玻璃。远远看去，年夜厦的中心议会厅就像个庞大的圆柱形玻璃罩。

“密斯们，师长教师们！”进行第一次会议时，议长刚说了一句话，会议厅里的扩音喇叭就没了声响。会议在全国进行实况转播，人们看到，662位议员愤然退席，回到原议会厅继续开会。

要知道，这座新的议会年夜厦耗资2.7亿马克（约合人平易近币13.5亿元），检验人员也并未发现电源、音响装备、麦克风的任何问题。这震动了德国工程界，一度成为德国的丑闻。

本来，这座用玻璃围起来的圆形年夜厅，有严重的声聚焦现象。在议会厅里讲话时，声音被周围密度极年夜且概况滑腻的玻璃墙壁不竭反弹回来，又集中到年夜厅中心——设置讲台、麦克风、喇叭的处所，使计较机节制的扩声系统主动锁闭。

后来，相干部分找到了德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所。那时，恰逢查雪琴等几位中国粹者在该研究所拜候交换。查雪琴想到马年夜猷关在微穿孔板吸声布局的论文，随行将该理论付诸实践，在铝板上钻孔做尝试，终究发现，丈量获得的数据与马年夜猷公式给出的理论计较吻合。

查雪琴等颠末几个礼拜的研究和丈量工作，在当地一家小厂撑持下，拿出了样品——在每平方米5毫米厚的有机玻璃上，打出3万个孔径为0.8毫米的微孔，构成透明的微穿孔板。他们终究解决了议会年夜厅的声学困难，在德国工程界被传为美谈，德国《图片报》等媒体对此进行了专题报导。

后来，为表扬马年夜猷在成立微穿孔板吸声布局设计理论方面获得的成绩，德国弗劳恩霍夫协会授与马年夜猷金质奖章，并由弗劳恩霍夫建筑物理研究所颁布阿尔法（ALFA）奖和1万马克奖金。

2021年，国际噪声节制工程年夜会评选出7项百年噪声节制成长史上的里程碑式工作，微穿孔板布局的理论与设计就是此中之一。

现在，声学所的科研人员们，站在马年夜猷等先辈的肩膀上，潜心研究、勇在立异，不竭拓展着微穿孔板布局的理论与利用鸿沟。

李晓东说：“我们已在微穿孔板理论研究与工程设计中获得多项功效，到此刻还在不竭激起它的利用潜能，相信将来会获得愈来愈多的原创性冲破！”

《中国科学报》 (2024-07-01 第4版 专题)