人物介紹

大陸聲學大師-馬大猷 先生

駿馬謀大略 長嘯聲自遠

 

〈大陸2005年國際聲學研討會暨慶賀馬大猷院士九十華誕慶祝活動〉

2005年3月1日，是中國科學院聲學研究所資深院士馬大猷先生的九十華誕。馬大猷院士從事聲學研究近70載，畢生致力於中國聲學研究事業，為中國現代聲學事業的發展作出了卓越的貢獻，近七十年的科學院研究所教學及研究生涯，早己桃李滿天下，每年新春，朋友、同事、弟子的賀年卡都會像雪片一樣飛來，讓他喜悅，也讓他欣慰。今年3月1日是馬大猷先生九十壽辰，各地寄來的賀卡更是美不勝收。

為了表達對馬大猷院士的崇敬之情，以及促進中國現代聲學事業的發展，中國科學院聲學研究所聲學所於2005年2月28日至3月1日舉辦了“現代聲學進展”國際聲學研討會暨慶賀馬大猷院士九十華誕慶祝活動。

在28日會上，中國科學院聲學研究所田靜所長在致辭中首先介紹中國現代聲學奠基人之一、中國科學院資深院士馬大猷先生的一生各項重要成就。馬大猷先生祖籍廣東潮陽，1915年3月1日出生於北京，1940年獲得哈佛大學博士學位，1942年任西南聯大教授，1946年任北京大學工學院首任院長，1955年成為中國第一批院士，1998年當選中國科學院資深院士。馬先生從事聲學研究近70載，設計和主持了中國第一座獨具特色的聲學專業實驗室，提出和建立了室內聲場簡正波理論、微穿孔板吸聲理論、非線性聲場理論、氣流揚聲器理論、氣壓與氣流雜訊理論，為中國現代聲學事業的發展做出了卓越的貢獻。田靜所長引用了莊子的一段話“天下之水，莫大於海：萬川歸之，不知何時止而不盈；尾閭泄之，不知何時已而不虛；春秋不變，水旱不知”，而這正是對馬先生近70年的科學研究生涯的真實寫照。

聲學所的張家騄研究員在“中國現代聲學與馬大猷”的報告中，概述了中國現代聲學的發展歷史，並對這段歷史進行分期，即草創時期、奠基時期和發展時期，他在報告中敍述了馬大猷院士對現代聲學發展的貢獻。北京建築設計研究院的項端祈建築師在報告中回顧建築聲學50年來的發展歷程，對馬大猷院士在中國建築聲學領域內做出的貢獻進行了介紹，並給予了高度評價。

來自中國聲學界和有關單位的90多位領導、專家與中國科學院聲學研究所的職工代表以及丹麥著名學者Per V.Brüel (編輯小組註：Brüel先生即為國際註名聲學及振動儀器廠商 B&K 公司之創辦人)、日本著名學者Fujisaki、英國著名學者Andrem Ball等共計近二百人參加了大會，許多嘉賓紛紛發表致辭。中國科學院副書記孫建國代為宣讀了路甬祥院長的賀信，路院長在賀信中說，感謝馬大猷院士為中國科技和教育事業所做出的重要貢獻，並衷心祝願馬先生生日快樂，健康長壽，生活幸福。

最後，馬大猷院士發表致辭，對所有長期以來給予過他關心、支援和幫助的人表示了衷心的感謝，尤其對在他剛剛從事聲學研究時給予過他極大幫助的丹麥學者Brüel表示衷心感謝，預祝這位跟他同是九十高齡的聲學老人生日快樂，並祝願中國的聲學事業蒸蒸日上，聲學所能夠湧現出越來越多的聲學人才。

 

〈大陸科學時報記者鄭千里專訪內容〉

春節前，科學時報記者來到馬大猷先生剛喬遷不久的家裏採訪，馬先生從小時的取名說起，對於他立志聲學科研的一生娓娓道來，記者透過漫長的九十年歷史煙雲，仿佛看到一匹駿馬在昂首奔騰，奮蹄謀大略，長嘯聲自遠。

“我祖籍廣東潮陽縣上寨村，村裏人都姓馬，我名字是父親取的，小名‘雄才’，上學了叫‘大猷’，在本村我這個輩分的男性名字裏，都是‘大’字起的頭，其實‘大猷’也是‘雄才大略’之意。”。

　

    早年接受的聲學“啟蒙”馬大猷先生對聲學的熱愛，似乎從孩提時代就開始有了興趣。他1915年3月1日生於北京。父親馬有略，曾考上清末的舉人，後為日本明治大學法學學士，任職北洋政府農商部“辦事”。即便如此，父親也因政府的經常欠薪，有時要去當鋪典當，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館，馬大猷記得很清楚的是小時候後院裏的臭椿樹，以及南院裏的石榴和夾竹桃。每到初秋，遍地蟬聲，激發了童年時期馬大猷的濃郁興趣。在動物世界裏，蟬，是佼佼的善歌者，並以特有的生活習性和退化了的鼓膜發聲器，發出高亢而動聽的鳴聲為人們所熟悉。有關蟬類鳴聲和發聲的研究，也早就引起生物學和聲學家們的極大關注。
　　長大後馬大猷先生到美國學習時，當時已退休的G．w．Pierce教授(當今普遍應用的石英振盪器的發明人)邀請兩位博士生在暑假期間幫他採集、分析秋蟲的叫聲，馬大猷曾去參觀他們的工作，同樣對秋蟲的叫聲產生了研究的興趣。或許是童年興趣的潛移默化，留學生涯中的難忘記憶，馬大猷先生在已過耄耋的2000年，欣然為中科院生物物理研究所研究員蔣錦昌《蟬的鳴聲和發聲》一書作序，稱該書“對蟬的發聲機理和對幾克的小蟲能發出宏大的鳴聲，作出了解釋，是聲學的重要發展”的評論。
　　當然，馬大猷早年受聲學的“啟蒙”遠不止於此。在進入北京大學後，馬大猷因為羅常培教授和同學的影響，也成了音樂的癡迷者。他不僅吹笛子，拉二胡，還唱昆曲；他收藏了許多唱片，有在中國流傳甚廣的《漁光曲》，也有反映黑人受壓迫奴役的世界名曲《老人河》。馬大猷回憶道 “那時，北京大學有個全校公用的浴室，我經常和同學在浴室裏唱歌，因為浴室不太大，有聲音的反射，餘響的時間長。在這裏唱歌，因為有牆壁的回音，就像有許多人在支持並呼應，所以我特別喜歡在這裏沐浴時唱歌。”。

 

美國聲學界第一位中國學者
 　　美國洛杉磯加州大學物理系主任努特森教授是國際聲學權威之一，1937年底，馬大猷聽從前輩吳有訓先生的建議，到加州大學當努特森的研究生。
 　　努特森的另一位學生博魯特比馬大猷早到加州大學，馬大猷和他切磋的時間最多，並一起開展了合作研究。有一次，博魯特因為推導出了個適合於聲頻範圍內簡正波頻率分佈的新公式，所有人都為此祝賀。從小愛思考的馬大猷，養成了“雞蛋裏挑骨頭”的鑽研性格。他前思想後，”難道博魯特公式就無懈可擊？科學的本意不就是宣導“簡單”、“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場。第二天，馬大猷草草用過早餐，便一個人獨思博魯特公式。忽然，他靈機一動，”何不用頻率空間的體積計算，以求出簡正頻率的數目？”。馬大猷很快推導出一個簡捷的公式，急匆匆跑到教室，向同學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，承認馬大猷這一開創性方法比自己的更為有用。經過反復嚴謹的推敲，馬大猷的論文在1938年秋天美國聲學學會的年會上宣讀，引起了強烈反響。從此，在世界聲學史上，馬大猷這一公式被認定是“波動聲學的一個基本公式”。
　　後來在哈佛大學，馬大猷學習物理系和通信系的課程，參加了導師韓特和他的助教白瑞奈克的“矩形室中聲衰變的分析”研究。馬大猷先生說：”中國“餘音繞梁，三日不絕”的描寫，甚至可以上推至戰國時期，雖說的是音樂的美妙，但餘音就是餘響，在古代當時已成日常知識。梁代的《千字文》內“虛堂習聽”也是餘響的描寫。但直到20世紀30年代，混響在世界上只有近似的理論，嚴格的理論自韓特等開始的。”，”這個工作很重要！”時隔一個甲子，馬大猷先生仍這樣強調。在這一時期馬大猷先生完成他的博士論文《矩形室內的非均勻聲邊界》，由於論文出色的內容，馬大猷被授予博士學位。
 　　接著在1940年，哈佛博士畢業的馬大猷面臨著兩種選擇，一是因為國內對日的戰事正緊，美國的同學勸他不要回國，願意把自己的獎學金給他，讓他做愛做的科學研究；二是國民黨政府要在美國購買武器，希望得到既懂技術又懂英語的在美留學生幫助。馬大猷徵求了在國內的恩師朱物華的意見，恩師希望他到已併入西南聯大的清華大學工學院任教，由於年邁的母親尚困在淪陷區，為了國家和家人，馬大猷決定啟程回國。
　　馬大猷回國途中，正值紐約舉辦世界博覽會，他在參觀時特別注意貝爾實驗室的“語言演示器”，那是世界上最早的語言合成器，馬大猷說 ”它比現在會說話的電腦差遠了，但這個開始很重要，對後來語音電腦的發展影響也很大”。同時馬大猷在鹽湖城還參觀了摩門教堂，該教堂是世界建築聲學中一處有名的建築，全部採用木結構，不用釘子，可容5,000人，即便是講壇上掉了一根針，後面的地方都聽得清清楚楚。馬大猷心存敬慕，默記在懷，這次邂逅也為他多年後主持北京人民大會堂的聲學設計工作，成功地完成使命，預留了伏筆。

 

最年輕的西南聯大教授
 　　由於當時中國正值對日戰爭，馬大猷一路輾轉，最後從越南的海防港進入昆明西南聯大任教。馬大猷教書受到學生和老師的一致好評，27歲就成為西南聯大工學院的教授，是西南聯大當時最年輕的教授。西南聯大工學院在昆明的院部，是借用大理一位商人出資興建的“迤西會館”，馬大猷住的那個小院因為登樓就可以看見蒼山洱海，故而稱為“望蒼樓”。
　　馬大猷以西南聯大一名教師的身份和氣質，吸引了年輕的白族姑娘醫科學生王榮和的芳心，兩人結成了伴侶。這位心地善良的白族姑娘，成為馬大猷一生不可或缺的“守護神”。一直和馬大猷相親相愛，攜手至今的王榮和說：”我當年就覺得他真不錯，那麼年輕就已經當了教授，那時我最崇拜的就是老師。”。
 　　馬大猷在美國時所學課程多與無線電通信有關，馬大猷回國後就想為抗日戰爭出些力，但事與願違，國民黨政府竟無人過問。馬大猷自己做科學研究的幾年中，他做了顫動回聲、聲場起伏現象等論文，大部分都是在國外發表。1943年，馬大猷被美國聲學會選為會士，成為中國科學家在該學會的第一位會士。
　　如西南聯大校歌所唱的那樣，“千秋恥，終當雪，中興業，須人傑。”，當時中國政府所在大後方地區，工業薄弱，技術水準低，滿腔報國熱血的馬大猷和同事們談論時，都認識到工程教育的重要性。抗日戰爭勝利後，年方31歲的馬大猷出任北京大學工學院首任院長。

 

大會堂聲學設計保持世界紀錄

　　中華人民共和國政府為迎接1959年國慶，北京興建十大建築，人民大會堂音質問題便交給了馬大猷先生負責。馬大猷迅速地組織北京高校、建築、廣播系統中的聲學專家成立工作小組，進行研究、開展了設計和試驗工作。
 　　人民大會堂的內部結構、穹頂形狀、回聲等屬於建築聲學，要考慮到電聲學。以前有一種錯誤的認識，以為將大會堂這樣的建築蓋好，裝上兩個大喇叭和擴大器就行。實際情況決不是這麼簡單，喇叭放出來的聲音經過牆壁反射，在空間中反覆傳遞產生混響，傳到後面的聲音變成是嗡嗡什麼也聽不清。
 　　馬大猷先生運用過去積累的經驗，和課題組成員討論決定了模型試驗的基本方針。他們做了兩種比例的人民大會堂模型來試驗，先在中國科學院聲學研究所做一個40：1的小比例模型，可擺在桌子上用超音波做測量，另外又做了一個10：1的大比例模型，像一間小房子一樣，人們可以蹲在模型裡面做實驗，最後根據模型測試結果，對於聲場不均勻及擴聲系統回饋作用影響的提出解決方案，而後在人民大會堂進行系統安裝以及調試工作。
 　　根據馬大猷先生的初步設計構想，人民大會堂採用一個分散式的聲音源，而不像傳統靠幾個大喇叭來擴音，藉由分散式的聲音源將臺上的聲音分散到台下的座位，實際的做法就是在每兩個座位前置一個小型揚聲器，如此對於聽眾的感受，聲音就像從臺上傳來一樣。其次考慮人民大會堂經常舉辦音樂會等大型文藝活動，演出聲音要有一定保真度，靠座位小型前揚聲器效果不好，於是設計上又增加了一個半分散式聲音源，實做時在大會堂主席臺32米寬的左右兩側增加兩個聲道和中間位置再加一個聲道，使一個聲音疊加一個聲音逐漸遞增，傳播時間控制在1／20秒內，讓聲音聽起來是連續的，如此坐在最後一排的聽眾也能聽得清楚，不會受回聲干擾。
 　　北京人民大會堂建成後做了測量，證明其音質的設計、處理的效果非常成功。北京人民大會堂是當時國際上最大的為正式活動而建的大會堂，兩套聲源系統一直使用至今。後來中國政府諸如全國人大、全國政協等每年要召開的大會固定場所，使用的結果都讓人感到十分滿意。此外在人民大會堂內所舉行的大型文藝表演，音樂優美動聽，歌唱清晰宏亮，聲音的品質也都達到預期的效果。令人驚奇的是，馬大猷先生和他的課題組從提出概念、設計模型，到最後完成大會堂的音響設備安裝調試，僅僅用了9個月時間。
 　　人民大會堂的穹頂要體現水天一色、滿天星斗的效果。馬大猷說 “穹窿頂從聲學上講不是最好的。聲音傳播時最怕彎曲，一彎曲就發出回聲。不過，我們設計的聲學系統還是解決了這個問題”。人民大會堂的建造還有一個難點，就是根本沒有機會和時間來反覆嚐試，它是一項重要任務，只許成功不許失敗。對此，馬大猷並不覺得有壓力，他原來就有理論基礎，相信用分散聲源能夠解決大會堂聲音互相干擾的問題。
　　早年馬大猷曾去波蘭開過國際廣播會議，參觀過華沙人民宮，對它音質設計的概念留下了很深印象，但並沒有得到詳細的資料，設計北京人民大會堂，他只有靠務實的理論基礎加上張開的想像翅膀，結果人民大會堂的音質設計效果不僅超過了華沙人民宮，近半個世紀過去，它至今仍經得起歷史的考驗，世界上一直沒有比它更大的大會堂，當然，到現在也一直沒有超過它的大會堂音質設計。
　　人民大會堂的音質設計和安裝，是中國聲學界的第一次大工程，在這之前，聲學從未在這麼大的空間裡得以應用，而且誰能想到，當時中國的聲學研究，才剛剛起步了三、四年的時間？這一工程對中國的聲學研究隊伍來說，也是一次重要的嚐試和提高水準的難得機會。這一聲學工程的建成，使中國的聲學研究也得到了世界同行的肯定。

 

讓德國議會大廈擁有“透明度”

　　兩德統一後，在首都波昂原議會大廈不遠處，又興建起一座新的議會大廈。為了充分體現政治的“透明度”，以及議會開會的“透明度”，而讓大廈外所有願意駐足的人們都可以朝裏觀看議員問政情形，德國建築設計師別出心裁，大廈四周設計全部採用透明的玻璃，把大廈的中央議會廳建得像個巨大的圓柱形玻璃罩子。沒想到1992年12月，新議會大廈第一次啟用時，就出現了問題，給了建築總設計師以及原先鼓噪的媒體迎頭一瓢冷水。原來在議會廳裡講話，聲音被四周面光滑的玻璃牆壁不斷地來回反射，形成了強烈的混響，甚至連講話者本人都聽不清自己在說什麼。第一次的議會因此不得不宣佈半途休會，臨時轉場到不遠處的原議會大廈，繼續召開他們那已經不可能“透明”的會議。
 　　為了解決新議會大廈的聲學問題，有關部門找到弗朗霍夫（Fraunhofer）建築物理研究所，希望這家德國建築聲學工程的權威機構能解決議會大廈的難題。恰巧查雪琴等幾位中國工程師正在與該所開展科學研究合作，她聽說了事情的原委，想起了馬大猷先生的微穿孔板吸音理論，在經過仔細計算後，查雪琴和德國人一起動手，在5毫米厚的有機玻璃上，按一定比例打出直徑0.8毫米的微孔，然後把微穿孔板準確地安裝到會議廳玻璃窗前，結果會議廳裏的聲音變得格外清晰，同時也保有新建會議廳對於”透明度”的需求。對此德國坊間輿論的褒贊聲四起，查雪琴等中國工程師用以指導計算過程的微穿孔板吸音理論，以及這一理論的創始人馬大猷教授的名字，頻繁出現於德國的各種媒體上，德國工程師聯合會會刊尊稱馬大猷先生為聲學大師，不久弗朗霍夫建築物理研究所教授福克斯博士專程飛赴北京拜訪馬大猷先生。

 

微穿孔板技術穿透了時空

　　1966年，上級交給馬大猷先生一個課題：研究出一種耐高溫、耐水性的特殊消聲材料。當時，建築上使用的都是由玻璃絲或礦渣棉製成的多孔性吸音材料，這種材料遇火就會熔化，遇水即容易劣化，在一些特殊工程上完全不能使用。根據吸音的一般原理，馬大猷先生作了一個定性判斷：在任何板材上打出微孔，應該都能達到吸音的目的。
　　但根據不同的聲音環境，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？微孔板與牆壁之間保持多大的距離？……這些定量的規律性結論前無古人，對此由馬大猷先生起頭，中科院聲學研究所組織了一個小組攻關試製，待不同密度的微穿孔板做好後，馬大猷根據不同的聲音環境，先在駐波管裏測量，然後在混響室裏測量，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，做了無數次不同排列組合的實驗，經過兩個多月夜以繼日的工作，終於得了成功的試製品。馬大猷不僅執筆寫出總結報告，遞交給中國國防應用部門，還提出了微穿孔板製造過程中的具體意見。
 　　馬大猷先生本想趁熱打鐵，對微穿孔板技術作系統的理論總結。可是“文革”迫使他中止了。實際上，馬大猷接到該課題的時候，“文革”就已經開始。馬大猷之所以那麼拼命，就是因為他執著地認為：既然叫“文革”，對科學家來說，就是要在科學領域裡攻克難關，不斷取得革命性的突破。“但是，後來大家都去‘革命’了，我也就被‘革命’了。”馬大猷風趣地說。儘管“文革”風雨如磐，馬大猷仍然沒有放棄對聲學科研的不懈思考。在形勢稍有好轉的1975年，馬大猷闡述微穿孔板理論的第一篇論文，終於在復刊的《中國科學》第一期上發表。微穿孔板理論的確立，使人們在應用微穿孔板時不必做大量繁瑣的實驗和計算，只需要掌握三個常量，通過一定的公式，即可計算出其他的變數。
　　馬大猷先生介紹說 “前幾年北京人民大會堂改造，也用上了微穿孔板技術。”。此外馬大猷先生還讓記者看了兩尊火箭模型，那是國防軍工部門贈送給他作為紀念的禮物，一尊是金色的，一尊是銀色的，在書架上閃閃發光。“中國航太科研突飛猛進，他們想起當年應用的微穿孔板理論和技術，兩次專門派人送來了火箭模型。”馬大猷先生說：“我們當初對微穿孔板技術攻關時，根本就沒有想到任何‘回報’，這也是中國科學院的傳統。對於國家戰略需求，我們不僅全力以赴提供技術支撐條件，還無償提供應用樣品，國家戰略需求中能夠想到我們，就是對我們的最大厚愛。”
　　即便由於“文革”的原因，馬大猷對微穿孔理論的系統總結，推遲了近十年才得以正式發表，在世界上也是最早提出的理論。由於“文革”的閉關鎖國，以及當初學術交流上的一些停滯，國外對中國微穿孔板技術理論的不甚明瞭也情有可原。“後來德國邀請我去接受頒獎，我也沒有當成大不了的事。”馬大猷先生對記者說，“查雪琴她們來請教過問題，我當初也沒有特別在意。我們要為世界科學發展做出應有的貢獻，而不要太計較國外承認不承認。”。

 

一輩子的“興趣”讓他耳聰目明

　　早就聽說馬大猷先生晚年耳朵不太好，但整個下午的採訪，他不但毫無疲倦之意，而且記者也沒有感到他聽力的不便，只是問起來，他才說：“是的，我得戴上助聽器才行。”。馬大猷先生告訴記者，那是1961年的一天，他帶學生到北京的西郊機場做噪音實驗，因為噪音防制與飛機製造有關。實驗中用鐵錘敲打鋼板，發出震耳欲聾的聲音，他當時感到耳朵受了巨大噪音的刺激，而後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”後期，他不得不在北京同仁醫院配了一副助聽器。
　　“現在戴的這個助聽器，我自己還特別調整過，就在2,000 Hz處調高。而一般助聽器都是整體調高，或者整體調低。”果然像馬大猷的弟子們對記者所提醒的那樣，他一談起自己的專業就興致盎然，“我測過自己的聽力並畫了圖表曲線，對於聲音頻率為100 Hz時與正常人的聽力差不多，到2,000 Hz至3,000 Hz時，就下降了幾乎70分貝，這就是因為我當年做飛機噪音試驗時，在2,000 Hz至3,000 Hz的這一區間的聽力受了損傷。2,000 Hz對人的聽力是個非常重要的聲音頻率範圍。”，“國外的助聽器現在已經有了很大的改進，由傳統類比式的改成了數位式。”馬大猷先生說，“它把人的聽力範圍分成2,000 Hz、2,500 Hz、3,000 Hz等幾段，每一段都變成數位信號，因為數位信號只有‘1’和‘0’，這樣的好處是能夠消除雜訊干擾，可以更清晰地接收語音，進行人際語言交流。”
　　在馬大猷先生家與其說是採訪，毋寧說是在聆聽一次聲學基本知識的講座。見到馬大猷先生之前，我本想問他一個問題：到了90歲的高齡，他不僅每週要三次到研究所上班，要指導中青年科學家做研究，而且親自承擔如聲學非線性研究這樣的重大研究課題；作為一位民主黨派人士，他還積極地參政、議政，對淨化學術環境提出了許多寶貴意見……他是怎樣做到“耳聰”、“目明”？他是怎樣做到樂此不疲？隨著採訪中對聲學知識的點點瞭解，走入了馬大猷先生的內心世界，記者的疑竇逐漸消失。
　　馬大猷曾在一篇自述中說：“我最大的興趣就是工作，也就是進行聲學研究，可以說，我的工作與興趣是一致的，進行聲學研究是由我的興趣所致，同時帶給我很多樂趣，解決重要的科學難題，攻破研究中的障礙，這就是我生活中最大的快樂。”
　　記者過後回味對馬大猷先生的採訪，竟然也發現了先生一個“錯誤”的觀點。他說數位助聽器可以極大程度上矯正聽覺，記者竊以為：人們只有像一輩子如他那樣，對聲學研究孜孜以求做到“最大的興趣就是工作”，才能抵抗塵世的喧囂與干擾，才能保持耳根的清淨與聰穎。

 

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