马年夜猷(右) 引导其玻士生田静举行噪声阐发事情。

马年夜猷（右）举行噪声丈量实验。

孔径0.25毫米、差别孔距的微穿孔板。

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

于集会年夜厅，人们但愿语音流利、清楚可闻；于音乐厅，人们但愿余音绕梁、三日不绝；到了剧院影院，人们但愿声效传神、设身处地……

差别的修建场合需要差别的音质设计，响应的就需要与之婚配的吸声设计。而提到吸声布局，就绕不开中国现代声学的主要开创者以及奠定人——中国科学院院士、中国科学院声学研究所（如下简称声学所）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，厥后将其理论阐发揭晓于《中国科学》期刊上。这一理论厥后于国际上掀起了一场吸声质料革命，有数研究者纷纷插手微穿孔板的研究与运用中。这同样成为了中国现代声学迈向国际的要害一步。

如今，于人平易近年夜礼堂等主要修建中，随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。

于甘肃酒泉卫星发射中央，年已经半百的马年夜猷带着3位年青科研职员，拉起被冻硬了的电缆线，警惕布设着一台户别传声器，将其安设于距发射架50米外之处。

跟着“焚烧”的一声令下，火箭腾飞，轰鸣声不绝在耳。同时，整个发射实验历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规划获得中心专门委员会核准，称为“651项目”，中国科学院卖力卫星以及地面跟踪体系的研制。由于马年夜猷此前曾经介入中国科学院卫星研制“581使命”，以是此次的卫星声情况试验事情由他负担。

发射人造卫星离不开运载火箭，而火箭的噪声又不成防止。发射时，大声强的噪声会形成火箭蒙皮声疲惫，毁坏仪器装备。其时，外洋已经有不少由此激发的变乱。马年夜猷等人此次西行，恰是为了阐发研究火箭发射噪声，并找到改良措施。

于发射基地事情时期，马年夜猷相识到，其时发财国度的战略火箭部署已经从地面转入地下，发射体式格局由地面发射改成地下竖井发射，由此带来的噪声问题越发严峻。为了久远部署，需要提早研究井下噪声的节制要领。

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。外洋竖井发射自己就是为了隐藏，是以内里甚么样无从通晓。

“发射基地约请咱们到场不久后的下一次发射，可马师长教师急在开展研究事情，因而于测患上声级做好灌音后，就决议当即返京。”其时与马年夜猷同去的声学所研究员张家騄回忆说。

2 年夜道至简

其时，海内外遍及接纳穿孔板加吸声质料举行降噪处置惩罚。人们于板材上匀称地开一些厘米级的孔，将博璃棉、矿渣棉等纤维性以及多孔性质料固定于板材暗地里，造成平凡穿孔板吸声布局。

实在，穿孔板自己是一种共振吸声布局，具备必然的吸声威力，但于现实运用时每每需要依赖吸声质料加强吸声效果。

因为空气具备黏滞性，当声波颠末穿孔板的孔时，空气孕育发生阻力，耗损部门声波能量。其余的声波经由过程年夜孔进入纤维质料、多孔质料，撞击到其不法则外貌，孕育发生散射作用，孔洞以及孔壁也会惹起声波屡次反射以及折射，于质料内部举行屡次流传以及耗散。同时，声波与孔洞壁面及质料内的骨架发生磨擦，将声能转化为热能，这会再次耗损部门声波能量。二者联合，可以或许有用降低声波的反射，起到吸声降噪、改良声学情况的作用。

而到了火箭发射的地下竖井中，这类措施彻底行欠亨。发射陪同着高温、炎火、高压、高湿以及腐化性气体，霎时间就会使这些吸声质料子虚乌有。此外，针对于现实运用中的差别需求，详细加几多吸声质料也没有理论引导，只能凭经验试错。

从酒泉回京后，马年夜猷急在开展吸声布局研究。一有时间，他就思索：多孔性质料自己就是宽频带吸声质料，何须节外生枝，再加穿孔板？穿孔板有时只是阐扬掩护面板的作用。可否一反通例，使穿孔板自己解决吸声问题？

马年夜猷以为，这于理论上彻底可行。假如穿孔板布局的声阻抗以及年夜气中的声阻抗相婚配，不需要另加吸声质料，也能得到较好的吸声效果。同时，为了加宽吸声频带，须只管即便降低穿孔板布局的声品质。

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，它的声品质就大抵只以及穿孔率有关。是以，经由过程节制孔径巨细以及穿孔率，就能够节制其声阻抗以及声品质，进而节制穿孔板的吸声效果。

颠末重复的理论推理，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，就能够得到充足的声阻抗，使其成为精良的宽频带吸声布局，不需要另加多孔性质料。这就是微穿孔板的观点。

他判定，于任何板材上打出微孔，都能到达吸声的目的。

“马师长教师常对于咱们说，‘处置惩罚问题要捉住问题的本色’‘年夜道至简’。”曾经追随马年夜猷持久事情的声学所研究员戴根华暗示，“虽然穿孔板的观点早已经有之，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，假如没有对于声学素质问题的持久研究以及创举性思维，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，接下来就需要试验验证。

各人起首于每一片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，速率迟缓。厥后，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，这才使速率有了较年夜晋升。

每一当成好了差别孔径以及穿孔率的微穿孔板，马年夜猷就会按照差别声音情况，先于驻波管中丈量，然后拿到混响室丈量。

戴根华回忆：“昔时于混响室做试验时，至少需要3平方米到4平方米的微穿孔板样品。哄骗旌旗灯号发生器孕育发生声旌旗灯号，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，再由记载仪记载下来，末了经由过程计较获得样品的吸声量以及吸声系数。”

厥后，马年夜猷索性带着团队成员于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先后的混响时间，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、不锈钢板等板材于孔径0.75毫米，板材厚度1毫米、0.5毫米，每一平方米穿3万个、8万个孔时的吸声效果。

他们终极发明，当不锈钢板厚1.5毫米、孔径1毫米、穿孔率为1%到2%时吸声效果最好，可以或许耐瞬时高温、耐湿润、耐强气流打击。而为了到达这“三耐”，他们还于微穿孔板前加装了孔径4毫米至5毫米、穿孔率15%的掩护性年夜穿孔板。

厥后，马年夜猷将其理论阐发以及试验验证造成总结陈诉，并对于微穿孔板打造历程提出详细提议，上交给相干部分。微穿孔板吸声布局投入现实运用后，换了非凡板材一样得到乐成。

1975年，马年夜猷将多年景果撰写成论文《微穿孔板吸声布局的理论以及设计》，揭晓于昔时复刊的第一期《中国科学》上。

即便推延了近10年论文才患上以正式揭晓，微穿孔板理论依然是领先世界的吸声理论。这一理论简直立，令人们于运用时没必要举行年夜量试验以及计较，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。为了便在项目运用，马年夜猷还把这些计较公式变换成简略单纯图表，利便设计项目师查阅，免除重复运算的贫苦。

“其时咱们没有专利掩护意识，宣布了道理以及做法后，海内有很多企业以及工场出产微穿孔板。”戴根华说。

“咱们昔时对于微穿孔板吸声布局举行技能攻关时，底子没想过要任何回报，这是中国科学院的传统。”马年夜猷曾经说，“对于在国度战略需求，咱们不只会竭尽全力提供技能支撑，还会无偿提供给用样品。国度战略需求可以或许想到咱们，就是对于咱们最年夜的厚爱。”

4 改造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。厥后的几十年，他都于不停摸索，将其成长深化。

1983年，马年夜猷提出一种间接、简朴丈量微穿孔板声阻抗的要领，比已经无方法更为简洁、正确，利便人们正确预计微穿孔板吸声布局的事情机能；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。

于大声强情况中，穿孔内的质点速率与声速比拟，可以到达相称高的数值，于是会影响微穿孔板的声阻抗以及其他特征。1996年，马年夜猷基在大声强情况下微穿孔板的运用研究，提出了革新要领。

最初提出微穿孔板布局理论时，为了攻破微穿孔板于现实运用中机械加工前提的限定，马年夜猷对于基本方程中的逾越函数做了类似处置惩罚。跟着其运用愈来愈广泛，1997年，他进一步成长了微穿孔板吸声布局的正确理论以及设计，使其运用潜力进一步晋升。

2000年，马年夜猷按照吸声质料靠声波经由过程孔隙与其固体骨架磨擦而丧失能量的道理，将微穿孔板吸声体理论进一步成长为微缝吸声体理论，���使其组织越发多样化。

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年揭晓理论，几十年来对于其不停深切研究，直到80多岁后，他还于不停成长、深化理论研究。”马年夜猷的学生、声学所研究员李晓东说，“只管昔时马师长教师揭晓的是中文论文，但于2000年后其援用率不停上升。国际声学年夜会还设立专题会商微穿孔板理论。”

微穿孔板理论于我国各种项目实践中获得运用，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于人平易近年夜礼堂万人年夜会堂举行维修改造，此中修建声学设计是总体方案的一个主要构成部门。早于人平易近年夜礼堂制作之初，马年夜猷就曾经卖力其音质设计事情，此次维修改造的声学设计使命，天然落于了声学所的肩上。

万人年夜会堂不只容积年夜，并且靠近椭圆，又是穹顶，使原年夜会堂混响时间偏长，反响征象严峻，言语清楚度偏低。其时，中心带领同道对于年夜会堂的维修改造有明确唆使，要求“年夜会堂改造必需连结其原有修建风貌”。这就象征着，年夜会堂容积稳定、形体稳定、内墙与顶“水天一色”气势派头稳定。

因消防要求，改造使用的质料也有明确划定，即表层质料必需为金属，内层质料必需一级防火。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。

“这要求咱们选用的质料必需以消防保险为中央，而音质要比改造前有所改良。这无疑给音质设计事情带来了相称年夜的难度。”李晓东说。

于马年夜猷微穿孔板理论根蒂根基上，他的学生、声学所研究员田静，李晓东等颠末一年多的声场模仿、吸声质料与布局测试、理论计较，正式确定了万人年夜会堂改建音质设计方案。

厥后，颠末集会、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修改造项目批示部以为，改造后的万人年夜会堂音质有很年夜改良，原有太长混响时间变短、严峻反响征象基本消弭，言语清楚度年夜幅提高。

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项目，于外洋激发了微穿孔板研究与运用的热潮。

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通明度，年夜厦附近全数接纳通明博璃。远远看去，年夜厦的中心议会厅就像个伟大的圆柱形博璃罩。

“女士们，师长教师们！”进行第一次集会时，议长刚说了一句话，集会厅里的扩音喇叭就没了音响。集会于天下举行实况转播，人们看到，662位议员愤然退席，回到原议会厅继承开会。

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），检修职员也并未发明电源、声响装备、麦克风的任何问题。这震惊了德国项目界，一度成为德国的丑闻。

本来，这座用博璃围起来的圆形年夜厅，有严峻的声聚焦征象。于议会厅里发言时，声音被附近密度极年夜且外貌平滑的博璃墙壁不停反弹回来，又集中到年夜厅中心——设置讲台、发话器、喇叭之处，使计较机节制的扩声体系主动锁闭。

厥后，相干部分找到了德国弗劳恩霍夫修建物理研究所。其时，恰逢查雪琴等几位中国粹者于该研究所拜候交流。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，于铝板上钻孔做试验，终极发明，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以及丈量事情，于当地一家小厂撑持下，拿出了样品——于每一平方米5毫米厚的无机博璃上，打出3万个孔径为0.8毫米的微孔，造成通明的微穿孔板。他们终极解决了议会年夜厅的声学难题，于德国项目界被传为韵事，德国《图片报》等媒体对于此举行了专题报导。

厥后，为表扬马年夜猷于成立微穿孔板吸声布局设计理论方面取患上的成绩，德国弗劳恩霍夫协会授予马年夜猷金质奖章，并由弗劳恩霍夫修建物理研究所颁布阿尔法（ALFA）奖以及1万马克奖金。

2021年，国际噪声节制项目年夜会评比出7项百年噪声节制成长史上的里程碑式事情，微穿孔板布局的理论与设计就是此中之一。

如今，声学所的科研职员们，站于马年夜猷等先辈的肩膀上，潜心研究、敢于立异，不停拓展着微穿孔板布局的理论与运用界限。

李晓东说：“咱们已经经于微穿孔板理论研究与项目设计中取患上多项结果，到此刻还于不停引发它的运用潜能，信赖将来会取患上愈来愈多的原创性冲破！”

《中国科学报》 (2024-07-01 第4版 专题)