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长篇人物通讯:骏马谋大略长啸声自远
发布时间: 2021-09-29 04:59

  春日的阳光照着宽敞的客厅,照着客厅里整齐的书架,照着书架上缤纷的贺卡。这么多的贺卡!

  马大猷先生已有近七十年的科研教学生涯,桃李满天下,每年新春,朋友、同事、弟子的贺年卡都会像雪片一样飞来,让他喜悦,也让他欣慰。今年3月1日是马大猷先生九十寿辰,各地寄来的贺卡更是美不胜收。

  “我祖籍广东潮阳县上寨村,村里人都姓马,我名字是父亲取的,小名‘雄才’,上学了叫‘大猷’,在本村我这个辈分的男性名字里,都是‘大’字起的头,其实‘大猷’也是‘雄才大略’之意。”

  春节前,记者来到马大猷先生刚乔迁不久的家里采访,马先生从小时的取名说起,对他立志声学科研的一生娓娓道来,记者透过漫长的九十年历史烟云,仿佛看到一匹骏马在昂首奔腾,奋蹄谋大略,长啸声自远。

  马大猷先生对声学的热爱,似乎从孩提时代就开始。他1915年3月1日生于北京。父亲马有略,曾考上清末的举人,后为日本明治大学法学学士,任职北洋政府农商部“办事”。即便如此,父亲也因政府的经常欠薪,有时要去当铺典当,所以,马大猷先生从小就知道了贫穷滋味。与父亲一起客居潮州会馆,马大猷记得很清楚的是童年后院里的臭椿树,以及南院里的石榴和夹竹桃。

  每到初秋,遍地蝉声,激发了马大猷的浓郁兴趣。在动物世界里,蝉,是佼佼的善歌者,并以特有的生活习性和退化了的鼓膜发声器,发出高亢而动听的鸣声为人们所熟悉。有关蝉类鸣声和发声的研究,也早就引起生物学和声学家们的极大关注。

  马大猷先生到美国学习时,如今普遍应用的石英振荡器的发明人G.w.Pierce教授已退休,邀请两位博士生在暑假期间帮他采集、分析秋虫的鸣声,马大猷曾去参观他们的工作,同样对秋虫的鸣声产生了研究的好感。

  或许是童年志趣的潜移默化,留学生涯中的难忘印记,马大猷先生在已过耄耋的2000年,欣然为中科院生物物理研究所研究员蒋锦昌《蝉的鸣声和发声》一书作序,称该书“对蝉的发声机理和对几克的小虫能发出宏大的鸣声,作出了解释,是声学的重要发展”。

  当然,马大猷早年受声学的“启蒙”远不止于此。进入北京大学,马大猷因罗常培教授和同学的影响,也成了音乐的痴迷者。他不仅吹笛子,拉二胡,还唱昆曲;他收藏了许多唱片,有在中国流传甚广的《渔光曲》,也有反映黑人受压迫奴役的世界名曲《老人河》。“那时,北京大学有个全校公用的浴室,我经常和同学在浴室里唱歌,因为浴室不太大,有声音的反射,混响的时间长,在这里唱歌有墙壁的回音,就像有许多人在支持并呼应,所以我特别喜欢在这里沐浴时唱歌。”马大猷回忆道。

  美国洛杉矶加州大学物理系主任努特森教授是国际声学权威之一,1937年底,马大猷听从前辈吴有训先生的建议,到加州大学当努特森的研究生。

  努特森的另一位学生博鲁特比马大猷早到加州大学,马大猷和他切磋的时间最多,并一起开展了合作研究。有一次,博鲁特因为推导出了个适合于声频范围内简正波频率分布的新公式,所有人都为此祝贺。从小爱思考的马大猷,养成了“鸡蛋里挑骨头”的钻研性格。他思前想后:难道博鲁特公式就无懈可击?科学的本意不就是倡导“简单”、“和谐”?那种繁杂的公式本身不就是缺陷?马大猷为此感到非常困惑,悄然离开了庆贺的现场。

  第二天,马大猷草草用过早餐,便一个人独思博鲁特公式。忽然,他灵机一动:何不用频率空间的体积计算,以求出简正频率的数目?

  马大猷很快推导出一个简捷的公式,急匆匆跑到教室,向同学们和盘端出他的推算。大家惊呆了,顷刻响起热烈的掌声。博鲁特也走近他,向他祝贺,承认马大猷这一开创性方法比自己的“更为有用”。

  经过反复推敲,马大猷的论文在1938年秋天美国声学学会的年会上宣读,引起了强烈反响。从此,在世界声学史上,马大猷这一公式被认定是“波动声学的一个基本公式”。

  后来在哈佛大学,马大猷学习物理系和通信系的课程,参加了导师韩特和他的助教白瑞奈克的“矩形室中声衰变的分析”研究。

  我国“余音绕梁,三日不绝”的描写,甚至可以上推至战国时期,虽说的是音乐的美妙,但余音就是混响,当时已成日常知识。梁代的《千字文》内“虚堂习听”也是混响的描写。但直到20世纪30年代,混响在世界上只有近似的理论,严格的理论自韩特等的工作始。

  “这个工作很重要!”时隔一个甲子,马大猷先生仍这样强调。马大猷的博士论文《矩形室内的非均匀声边界》,也是上一工作的继续。由于这些出色工作的完成,马大猷被授予哲学博士学位。

  这是1940年,哈佛博士毕业的马大猷面临着两种选择,一是因为国内的战事正紧,美国的同学劝他不要回国,愿意把自己的奖学金给他,他爱做啥科研就做啥;二是政府要在美国购买武器,希望既懂技术又懂英语的在美留学生帮助。马大猷征求了在国内的恩师朱物华的意见,恩师告诉他不要为政府做事,希望他到已并入西南联大的清华大学工学院任教。老母尚在沦陷区被困,为国为家,马大猷决定立即启程回国。

  马大猷回国途中,纽约正开世界博览会,他在参观时特别注意贝尔实验室的“语言演示器”,那是世界上最早的语言合成器,“它比现在会说话的计算机差远了,但这个开始很重要,对后来语音计算机的发展影响也很大。”马大猷说。

  马大猷还在盐湖城参观了摩门教堂。该教堂全是木结构,不用钉子,可容5000人,即便是讲坛上掉了一根针,后面的地方都听得清清楚楚,是世界建筑声学中一处有名的建筑。马大猷心存敬慕,默记在怀,这也为他多年后主持北京人民大会堂的声学设计,留下了触类旁通的成功伏笔。

  在1956年的十二年科学规划讨论会上,周恩来总理与马大猷(左二)及梁思成、孟昭英亲切交谈。

  马大猷教书受到学生和老师的一致好评,27岁就成为西南联大工学院的教授,是西南联大当时最年轻的教授。西南联大工学院在昆明的院部,借用的是一位大理商人出资兴建的“迤西会馆”,马大猷住的那个小院因为登楼就可以看见苍山洱海,故而称为“望苍楼”。

  马大猷以西南联大一名教师的普通身份,吸引了年轻的白族姑娘王荣和,两人结成了伴侣。这位心地善良的医科学生,成为了他终生的“守护神”。一直和马大猷相亲相爱,携手至今的王荣和说:“我当年就觉得他真不错,那么年轻就已经当了教授,那时我最崇拜的就是老师。”

  马大猷在美国时所学课程多与无线电通信有关,马大猷回国后就想为抗日战争出些力,但事与愿违,腐败的政府竟无人过问。马大猷自己做科学研究,几年中,他做了颤动回声、声场起伏现象等论文,大部分都是在国外发表。

  1943年,马大猷被美国声学会选为会士,成为中国科学家在该学会的第一位会士。

  如西南联大校歌所唱的那样,“千秋耻,终当雪,中兴业,须人杰。”当时“大后方”工业薄弱,技术水平低,满腔报国热血的马大猷和同事们谈论,都认识到工程教育的重要性。

  为迎接1959年国庆,北京兴建十大建筑,人民大会堂音质问题交给了马大猷先生负责。马大猷组织北京高校、建筑、广播系统中的声学专家进行研究,开展了设计和试验。

  大会堂的内部结构、穹顶形状、回声等属于建筑声学,要考虑到电声学。以前有一种错误的认识,以为将大会堂这样的建筑建好,安上两个大喇叭,装上扩音器就行。实际情况决不是这么简单,扩音出来的声音经过墙壁和空间反射,产生混响,传到后面仍是嗡嗡什么也听不清。

  马大猷先生利用积累的经验,和课题组成员形成基本思路。他们做了两个模型试验,先在中科院声学研究所做一个40:1的小模型,可摆在桌子上用超声波做测量,另外又做了个10:1的大模型,像一间小房子,人可以蹲在里面实验,根据模型测试结果,提出解决声场不均匀及扩声系统反馈作用影响的方案,在人民大会堂安装调试。

  根据马大猷先生的设计构想,人民大会堂先是用一个分散式的声源,不靠几个大喇叭扩音,而是把主席台上的声源分散到台下的座位,每两个座位前置一个扬声器,听台上讲话就像对面传来一样。考虑人民大会堂经常举办音乐会等大型文艺活动,演出声音要有一定保真度,靠座位前扬声器效果不好,于是,又搞了一个半分散式声源。大会堂主席台32米宽,左右两个声道中间再加一个声道,使一个声音叠加一个声音逐渐递增,传播时间控制在1/20秒内,声音听起来是连续的,坐在最后一排的听众既听得清楚,也不会受回声干扰。

  北京人民大会堂建成后做了测量,证明其音质的设计、处理完全成功。这是当时国际上最大的为正式活动而建的会堂,两套声源系统一直使用至今。后来诸如全国人大、全国政协每年要召开的大会等,在使用中都感到很满意,这里举行的大型文艺表演,音乐优美动听,歌唱清晰宏亮,也达到了预期的效果。

  马大猷和课题组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,仅仅用了9个月时间。

  人民大会堂的穹顶要体现水天一色、满天星斗的效果。马大猷说:穹窿顶从声学上讲不是最好的。声音传播时最怕弯曲,一弯曲就发出回声。不过,我们设计的声学系统还是解决了这个问题。

  人民大会堂的建造还有一个难点,就是根本没有机会反复实验,它是一项政治任务,只许成功不能失败。对此,马大猷并不觉得有压力,他原来就有理论基础,相信用分散声源能够解决大会堂声音互相干扰的问题。

  早年马大猷曾去波兰开过国际广播会议,参观过华沙人民宫,对它音质设计的概念留下了很深印象,但并没有得到详细的资料,设计北京人民大会堂,他只有靠务实的理论基础加上张开的想象翅膀。

  人民大会堂的音质设计效果不仅超过了华沙人民宫,近半个世纪过去,它至今仍经得起历史的考验:世界上一直没有比它更大的大会堂,当然,到现在也一直没有超过它的大会堂音质设计。

  人民大会堂的音质设计和安装,是中国声学界的第一次大工程,在这之前,声学从未在这么大的空间里得以应用。而且谁能想到,当时中国的声学研究,才刚刚起步了三四年的时间?这一工程对中国的声学科研队伍来说,也是一次演练和提高水平的难得机会。这一声学工程的建成,使中国的声学研究也得到了世界同行的肯定。

  两德统一后,在首都波恩原议会大厦不远处,又兴建起一座新的议会大厦。为了充分体现政治的“透明度”,以及议会开会的“透明度”,让大厦外所有愿意驻足的人们,都可以朝里头观看个清清楚楚,德国建筑设计师别出心裁,大厦四周全部采用透明的玻璃,把大厦的中央议会厅建得像个巨大的圆柱形玻璃罩子。

  没想到,1992年12月,新议会大厦第一次启用时,就出了个大乱子,不但给建筑总设计师以迎头一棒,也给狂热鼓噪的媒体迎头一瓢冷水。

  那天,国会议员们衣冠楚楚,带着对新大厦竣工后喜悦的神情步入大厦准备开会,女议长西斯穆特春风满面迈上讲台。

  “女士们,先生们!” 女议长刚刚说了这么一句话,会议厅里的扩音喇叭就没了声响,议员们只能看到她嘴巴的张合,却听不清她后几句话是什么,一个个面面相觑。当他们意识到肯定是扩音喇叭出了故障,马上叫来了检修音响的技师。

  当天议会开会的情况是实况转播,女议长虽然多年政坛生涯,但也难免脸上露出些许的尴尬,台下的议员们更是交头接耳,莫衷一是。明白了是扩音喇叭惹的祸,检修音响看来得花点时间,议员们只好退到外头的休息厅去休息片刻。

  让检修音响设备的技师好生奇怪的是:非但中央会议厅电源没问题,音响设备没问题,麦克风也是好端端的!反复试了几次,技师认为议员可以重新回来开会。

  但同样的笑话重新上演。议会不得不宣布半途休会,临时转场到不远处的原议会大厦,继续召开他们那已经不可能“透明”的会议。

  原来,在议会厅里讲话,声音被四周密度极大而且表面光滑的玻璃墙壁不断地反弹回来,形成了强烈的混响,甚至连讲话者本人都听不清自己在说什么。

  有关部门找到弗朗霍夫(Fraunhofer)建筑物理研究所,希望这家德国建筑声学工程的权威机构能解决议会大厦的难题。恰巧查雪琴等几位中国工程师正在与该所开展科研合作,她听说了事情的原委好生奇怪:这等区区小事何足挂齿!

  经过周密计算后,查雪琴和德国人一起,在5毫米厚的有机玻璃上,按一定比例打出直径0.8毫米的微孔,然后把微穿孔板准确地安装在会议厅窗前。结果,会议厅里的声音变得格外清晰。

  德国坊间舆论的褒赞四起,查雪琴等中国工程师用以指导计算过程的微穿孔板消声理论,以及这一理论的创始人马大猷教授的名字,频繁出现于德国的各种媒体。德国工程师联合会会刊尊称马大猷先生为声学大师。不久,弗朗霍夫建筑物理研究所教授福克斯博士专程飞赴北京拜访马大猷先生。

  1966年,上级交给马大猷先生一个课题:研究出一种耐高温、耐水泡的特殊消声材料。当时,建筑上使用的都是由玻璃丝或矿渣棉制成的多孔性消声材料,这种材料遇火就会熔化,遇水即容易腐烂,在一些特殊工程上完全不能使用。根据消除声音的一般原理,马大猷先生作了一个定性判断:在任何板材上打出微孔,应该都能达到消音的目的。

  根据不同的声音环境,需要多大直径的微孔、多厚的板材、多大面积的微穿孔板?每平方米板材上要打出多少微孔?微孔板与墙壁之间保持多大的距离?……这些定量的规律性结论前无古人,只能在黑暗中探索前行。

  由马大猷先生牵头,中科院声学研究所组织了一个小组攻关。他们在每片面积10平方米、大约1毫米厚的铝板上,靠摇动小钻床,一个、一个地打微孔,速度非常之慢,后来,一位工人想起了修鞋匠的修鞋机,换成用修鞋机的细针,一行、一行地扎,一扎就是一长条的铝板。这样,虽然他们的手指扎出了血痕,但工作速度却大大加快。

  不同密度的微穿孔板做好后,马大猷根据不同的声音环境,先在驻波管里测量,然后在混响室里测量,10平方米的一块铝板效果还不太好,就将5平方米的两块铝板层叠起来,做了无数次不同排列组合的实验。

  经过两个多月夜以继日的工作,他们终于取得了实验的成功。马大猷不仅执笔写出总结报告,递交给国防应用部门,还提出了微穿孔板制造过程中的具体意见。微穿孔板技术投入国防实际应用,换了别的特殊板材,同样大获成功。

  马大猷本想趁热打铁,对微穿孔板技术作系统的理论总结。可是“文革”迫使他中止了。实际上,马大猷接到该课题的时候,“文革”就已经开始。马大猷之所以那么拼命,就是因为他执著地认为:既然叫“文革”,对科学家来说,就是要在科学领域里攻克难关,不断取得革命性的突破。“但是,后来大家都去‘革命’了,我也就被‘革命’了。”马大猷风趣地说。

  尽管“文革”风雨如磐,马大猷仍然没有放弃对声学科研的不懈思考。在形势稍有好转的1975年,马大猷阐述微穿孔板理论的第一篇论文,终于在复刊的《中国科学》第一期上发表。微穿孔板理论的确立,使人们在应用微穿孔板时不必做大量繁琐的实验和计算,只需要掌握三个常量,通过一定的公式,即可计算出其它的变量。

  马大猷先生还让记者看了两尊火箭模型,那是国防军工部门赠送给他作为纪念的礼物,一尊是金色的,一尊是银色的,在书架上闪闪发光。

  “我国航天科研突飞猛进,他们想起当年应用的微穿孔板理论和技术,两次专门派人送来了火箭模型。”马大猷先生说:“我们当初对微穿孔板技术攻关时,根本就没有想到任何‘回报’,这也是中国科学院的传统。对于国家战略需求,我们不仅全力以赴提供技术支撑条件,还无偿提供应用样品,国家战略需求中能够想到我们,就是对我们的最大厚爱。”

  即便由于“文革”的原因,马大猷对微穿孔理论的系统总结,推迟了近十年才得以正式发表,在世界上也是最早提出的理论。由于“文革”的闭关锁国,以及当初学术交流上的一些停滞,国外对我国微穿孔板技术理论的不甚明了也情有可原。

  “后来德国邀请我去接受颁奖,我也没有当成大不了的事。”马大猷先生对记者说,“查雪琴她们来请教过问题,我当初也没有特别在意。我们要为世界科学发展做出应有的贡献,而不要太计较国外承认不承认。”

  早就听说马大猷先生晚年耳朵不太好,但整个下午的采访,他不但毫无疲倦之意,而且记者也没有感到他听力的不便,只是问起来,他才说:“是的,我得戴上助听器才行。”

  马大猷先生告诉记者,那是1961年的一天,他带学生到北京的西郊机场做噪声实验,因为噪声控制与飞机制造有关。实验中用铁锤敲打钢板,发出震耳欲聋的声音,他当时感到耳朵受了巨大噪声的刺激,而后左耳听觉就不太好了,再过几年,右耳朵的听力也在逐年下降。到“”后期,他不得不在北京同仁医院配了一副助听器。

  “现在戴的这个助听器,我自己还特别调整过,就在2000赫处调高。而一般助听器都是整体调高,或者整体调低。”果然像马大猷的弟子们对记者所提醒的那样,他一谈起自己的专业就兴致盎然,“我测过自己的听力并画了图表曲线赫时与正常人的听力差不多,到2000赫至3000赫时,就下降了几乎70分贝,这就是因为我当年做飞机噪声试验时,在2000赫至3000赫的这一区间的听力受了损伤。2000赫对人的听力是个非常重要的参数。”

  “国外的助听器现在已经有了很大的改进,由传统模拟式的改成了数字式。”马大猷先生说,“它把人的听力范围分成2000赫、2500赫、3000赫等几段,每一段都变成数字信号,因为数字信号只有‘1’和‘0’,这样的好处是能够消除噪声干扰,可以更清晰地接收语音,进行人际语言交流。”

  在马大猷先生家与其说是采访,毋宁说是在聆听一次声学基本知识的讲座。见到马大猷先生之前,我本想问他一个问题:到了90岁的高龄,他不仅每周要三次到研究所上班,要指导中青年科学家做研究,而且亲自承担如声学非线性研究这样的重大课题;作为一位派人士,他还积极地参政议政,对净化学术环境提出了许多宝贵意见……他是怎样做到“耳聪”、“目明”?他是怎样做到乐此不疲?随着采访中对声学知识的点点了解,走入了马大猷先生的内心世界,记者的疑窦逐渐在消失。

  马大猷曾在一篇自述中说:“我最大的兴趣就是工作,也就是进行声学研究,可以说,我的工作与兴趣是一致的,进行声学研究是由我的兴趣所致,同时带给我很多乐趣,解决重要的科学难题,攻破研究中的障碍,这就是我生活中最大的快乐。”

  记者过后回味对马大猷先生的采访,竟然也发现了先生一个“错误”的观点。他说数字助听器可以极大程度上矫正听觉,记者窃以为:人们只有像一辈子对声学研究孜孜以求的他那样,做到“最大的兴趣就是工作”,才能抵抗尘世的喧嚣与干扰,才能保持耳根的清净与聪颖。

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