院士馬大猷的半世“聲”情

呂 斌

提起馬大猷,許多人都會覺得陌生。但是在聲學(xué)界、物理學(xué)界甚至科技界,他卻赫赫有名。他的個人經(jīng)歷充滿了“第一”:他是哈佛大學(xué)歷史上第一個僅用兩年時間就拿到博士學(xué)位的人;27歲時,他成為上世紀(jì)40年代全中國最年輕的教授;1955年,40歲的他成為最年輕的中國科學(xué)院學(xué)部委員(院士)之一。他的學(xué)術(shù)生涯更是充滿“第一”:這位以“科學(xué)救國”為己任、于上世紀(jì)40年代回國的老科學(xué)家,不僅在基礎(chǔ)研究上取得許多世界水平的成果,更是開創(chuàng)了中國的聲學(xué)研究———在他和其他科學(xué)家的帶領(lǐng)下,建造了中國第一個聲學(xué)實(shí)驗室、水聲實(shí)驗室、高聲強(qiáng)實(shí)驗室。當(dāng)年,周總理親自點(diǎn)將,由他主持完成了北京人民大會堂的音響設(shè)計;他90歲時上書溫家寶總理,就基礎(chǔ)研究和自主創(chuàng)新等問題諫言獻(xiàn)策,耄耋之年的老院士,通過特有的方式,向社會表達(dá)著自己對科技發(fā)展的意見,為加強(qiáng)基礎(chǔ)研究而鼓與呼?！傲⑸頍o愧于天地,志趨不忘為人民”,概括了這位老科學(xué)家的人生總結(jié)。

清貧亂世艱難求學(xué)

1915年馬大猷出生在北京,父親給他起的小名叫“雄才”,上學(xué)了就叫“大猷”,其實(shí)“大猷”也是“雄才大略”之意。馬大猷的學(xué)生時代,正是日本侵略者向中國步步進(jìn)逼的歷史時期。在當(dāng)時風(fēng)起云涌的學(xué)生運(yùn)動中,少年馬大猷的心中激起了“科學(xué)救國”的熱情。中學(xué)畢業(yè)后,馬大猷報考了北京大學(xué)物理系和清華大學(xué)機(jī)械工程系,由于成績特別突出,北大和清華兩校都錄取了他。由于機(jī)械工程更接近實(shí)踐,馬大猷傾向于上清華大學(xué),但接到清華大學(xué)通知書后,估計每年費(fèi)用要達(dá)到260元。馬大猷家境貧寒,父親早逝,完全靠母親含辛茹苦撫養(yǎng)他和兩個妹妹成人,260元每年的花費(fèi)對于他這樣的家庭實(shí)在是太沉重而無法負(fù)擔(dān),在北京大學(xué),每學(xué)期只要交費(fèi)10元,而且可能得到獎學(xué)金,還可以做家庭教師掙錢糊口。所以馬大猷最終只好割愛,上不起“富清華”,就上了“窮北大”。到了北京大學(xué)物理系以后,馬大猷得到了薩本棟、葉企孫、江澤涵、任之恭等老師的指導(dǎo)和培養(yǎng)。很巧的是,在馬大猷讀三四年級的時候,吳大猷先生學(xué)成回國,首次在北京大學(xué)的物理系和化學(xué)系開設(shè)量子力學(xué)課,馬大猷就成了他的學(xué)生,留下了一段“師生大猷”的往事。

1936年馬大猷大學(xué)畢業(yè)時,正好清華大學(xué)招考留美公費(fèi)生,物理學(xué)方面的專業(yè)是電聲學(xué),非常符合他的理想,于是他就去投考了,不久清華大學(xué)就通知他被錄取。由于按規(guī)定出國之前要在國內(nèi)準(zhǔn)備一年,1936年9月,馬大猷回到北京大學(xué)物理系準(zhǔn)備口語和研究工作。次年七月,“蘆溝橋事變”爆發(fā),八月初馬大猷和同學(xué)們計議決定只身出走,剛到天津就被日本憲兵扣留了。這一批被關(guān)押的學(xué)生生活條件非常差,幾十個人擠在一間大房子里睡地鋪,不準(zhǔn)多說話,不準(zhǔn)多走動,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,后見到梅貽琦校長,申請暫不出國,參加抗戰(zhàn)。梅校長考慮后,決定馬大猷仍應(yīng)按原計劃出國。不久馬大猷就出發(fā),經(jīng)香港到美國洛杉磯加州大學(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。

學(xué)識興國成績斐然

到美國半年后,馬大猷轉(zhuǎn)到了哈佛。在哈佛,他做了兩件研究工作,一是參加導(dǎo)師韓特和他的助教白瑞奈克的“矩形室中聲衰變的分析”,二是完成博士論文“矩形室內(nèi)的非均勻聲邊界”。由于這些工作的完成,馬大猷被授予碩士和哲學(xué)博士學(xué)位。1940年,馬大猷獲得了哈佛大學(xué)博士學(xué)位,成為該校歷史上第一個用兩年時間就獲得博士學(xué)位的人。此時馬大猷在美國的去留成了人們關(guān)注的問題,許多人以為,已經(jīng)在美國聲學(xué)界嶄露頭角、站穩(wěn)了腳跟的他一定會留下來大展宏圖。然而馬大猷卻像他的許多師長一樣,選擇了歸國效力的道路。半個多世紀(jì)之后,馬大猷回憶起當(dāng)年的選擇,深情無悔地說:“發(fā)展中國的聲學(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)?！瘪R大猷回國后,開始希望能為抗戰(zhàn)需要研究一些科學(xué)技術(shù)問題,終因沒有研究課題,遂致力于教學(xué)工作。他先是在西南聯(lián)大工學(xué)院電機(jī)系任教授,時年25歲,是該校最年輕的兩名教授之一。幾年后,北京大學(xué)籌備創(chuàng)辦工學(xué)院,31歲的馬大猷被聘為籌備主任,后來又成為北大工學(xué)院的首任院長。在當(dāng)時全國著名的工學(xué)院中,他是最年輕的一位院長。

1959年,周恩來總理親自點(diǎn)將,由44歲的馬大猷承擔(dān)了人民大會堂的音響設(shè)計和施工任務(wù)。

當(dāng)馬大猷第一次看到人民大會堂的設(shè)計圖紙時,他被水天一色、滿天星斗的穹頂設(shè)計所震撼,同時也馬上意識到橢圓形設(shè)計給聲學(xué)設(shè)計所帶來的麻煩?！奥曇魝鞑r最怕彎曲,一彎曲就發(fā)出回聲。在這個9萬平方米的弧形空間里,聲音從四面八方反射回來,會造成巨大的回聲,整個大廳會陷入吵架一般的嗡嗡聲中,什么都聽不清楚?！倍嗣翊髸帽仨氃凇笆弧敝巴旯?留給馬大猷解決問題的時間只有七八個月。

馬大猷的設(shè)計構(gòu)想是:不靠幾個大喇叭擴(kuò)音,而是用一套分散式聲源,在臺下每兩個座位前設(shè)置一個揚(yáng)聲器,這樣聽臺上講話就像從面前傳來一樣清晰,避免了巨大的回聲。但是考慮到人民大會堂經(jīng)常舉辦大型文藝活動,欣賞音樂要求音效設(shè)計要有一定的保真度,如果僅靠座位前的揚(yáng)聲器,效果不會很好。于是,馬大猷又設(shè)計了一個半分散式聲源。大會堂主席臺32米寬,左右兩個聲道中間再加一個聲道,傳播時間控制在1/20秒內(nèi),聲音聽起來就是連續(xù)的,即使是坐在最后一排的聽眾也不會受回聲的干擾。

1959年10月1日,黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人與來自各國的嘉賓匯聚在人民大會堂,當(dāng)華燈齊放、優(yōu)美的樂聲傳遍整個大廳時,人們?yōu)檫@座恢宏壯麗的建筑發(fā)出了經(jīng)久不息的掌聲。測試證明其音質(zhì)的設(shè)計、處理是完全成功的。在此后每年的全國人大、政協(xié)會議以及各種大型文藝表演中,人民大會堂的音響均達(dá)到了理想的效果,兩套聲源系統(tǒng)也一直使用至今。

人民大會堂音響設(shè)備的設(shè)計和安裝,是中國聲學(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。而且誰能想到,當(dāng)時中國的聲學(xué)研究才經(jīng)歷了三四年的時間。這一聲學(xué)工程的建成,使中國的聲學(xué)研究也得到了世界同行的肯定。

1966年,根據(jù)國家地下導(dǎo)彈發(fā)射井中噪聲控制的要求,馬大猷研制了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),代替國外常用的多孔性吸聲材料,它防火性能強(qiáng),吸聲效果好。以后,他又把微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到民用范圍,成為噪聲控制和改善廳堂音質(zhì)的重要手段,并逐步形成了他的微穿孔板理論及其應(yīng)用方法。

1966年馬大猷接受的另一個任務(wù)是人造地球衛(wèi)星的噪聲試驗。為此,他領(lǐng)導(dǎo)了高聲強(qiáng)實(shí)驗室的設(shè)計、建筑和安裝工作,建成了能產(chǎn)生160分貝的混響室(平常講話是60分貝)和170分貝的行波管道。經(jīng)過測試,性能良好。

1982年,馬大猷還主持完成了核爆炸產(chǎn)生次聲波在大氣層中傳播的理論、數(shù)據(jù)處理和電容傳聲器次聲探測系統(tǒng)的建造。這些重大科研成果,使馬大猷成為我國戰(zhàn)略核武器制造方面的幕后功臣。

1992年12月,在德國首都波恩,新建的聯(lián)邦議會大廳落成了。不料議會第一次在新大廳里開會就出現(xiàn)了令人難堪的場面。當(dāng)時電視臺正進(jìn)行會議的現(xiàn)場直播,大廳里的擴(kuò)聲系統(tǒng)卻突然中斷了工作,工作人員采取了許多應(yīng)急措施卻都無濟(jì)于事。聯(lián)邦議會的602名議員因而忿然退出新大廳,回到老大廳去繼續(xù)開會。這件事震動了德國乃至歐州的建筑界。經(jīng)事后多方調(diào)查原因,發(fā)現(xiàn)新大廳昂貴的電聲設(shè)備本身并無問題,問題出在建筑聲學(xué)上面。大廳存在嚴(yán)重的聲聚焦、聲場不均勻以及擴(kuò)聲系統(tǒng)反饋?zhàn)饔糜绊?使擴(kuò)聲系統(tǒng)受到強(qiáng)聲場反射,造成超負(fù)荷而突然中斷工作。問題找到了,卻找不到解決問題的辦法,耗資高達(dá)2.7億馬克的新大廳面臨報廢的危險。這時,中國訪問學(xué)者查雪琴向德國專家提出可以用微穿孔板理論解決這一難題。中德兩國專家運(yùn)用馬大猷的理論和方法,新議會大廳的聲學(xué)難題很快得到圓滿解決。馬大猷的名字隨之傳遍了德國的工程界和聲學(xué)界。德國發(fā)行量最大的《圖片報》對此作了專題報道,盛贊馬大猷的理論和中國學(xué)者的成就。馬大猷的名字又一次在國際聲學(xué)界引起了轟動。

耄耋院士赤子情懷

在馬大猷看來,一名科學(xué)家應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起雙重使命:一方面要做好自己的科學(xué)研究工作;另一方面還要有強(qiáng)烈的責(zé)任感。自幼家境貧寒的他,自然能夠體察百姓的疾苦,在30多年的政協(xié)委員生涯中,他多次仗義執(zhí)言、直抒胸臆。

曾經(jīng)有一個時期,北京許多交通要道上都矗立著一個表牌,上面顯示著交通噪聲的強(qiáng)度,并且制定了交通噪聲的限制強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)———60分貝。這和馬大猷不無關(guān)系,環(huán)境聲學(xué)的研究和廣泛應(yīng)用是馬大猷對國家和人民的又一大貢獻(xiàn)。

其實(shí),早在上世紀(jì)50年代,他就提出了環(huán)境噪音管理的概念,這與百姓生活息息相關(guān)。1966年,馬大猷就組織進(jìn)行了第一次北京市交通噪聲調(diào)查研究工作,撰寫出論文。1972年,他開始研究解決地鐵噪聲問題,找到了電動機(jī)設(shè)計上的缺陷,經(jīng)處理后降低了噪聲。1973年,他參加第一次全國環(huán)境保護(hù)會議,提出除廢水、廢氣、廢渣以外,應(yīng)增加噪聲為環(huán)境污染“四害”之一,并首先在北京、天津等8個大城市,領(lǐng)導(dǎo)開展了環(huán)境噪聲調(diào)查、控制,推動了環(huán)境保護(hù)研究工作,以后逐漸發(fā)展到全國各省市。其中京津渤地區(qū)環(huán)境噪聲評價科研工作,獲得了1985年中國科學(xué)院科技進(jìn)步一等獎。同時,他還親自領(lǐng)導(dǎo)編寫教材,先后編著出版了《環(huán)境物理學(xué)》、《環(huán)境聲學(xué)》、《噪聲控制學(xué)》等,為全國各地的環(huán)境保護(hù)部門培訓(xùn)了大批環(huán)境噪聲科研和管理方面的人才。1982年,他組織完成了《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》及測量方法的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作,之后又陸續(xù)組織完成了機(jī)場噪聲、鐵路噪聲、工業(yè)噪聲、施工噪聲以及各種噪聲源測試等多個相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂、修訂,形成了比較完整的環(huán)境噪聲測量、評價、控制的標(biāo)準(zhǔn)體系。

馬大猷一生致力于把嘈雜的聲音變得清晰悅耳,可有誰知道,他自己卻因此再也無法感受聲音的美妙。說起自己聽力下降,馬老回憶說,1961年的一天,他帶學(xué)生到北京的西郊飛機(jī)場做噪聲實(shí)驗,因為噪聲控制與飛機(jī)制造有關(guān)。實(shí)驗中用鐵錘敲打鋼板,發(fā)出震耳欲聾的聲音,他當(dāng)時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,右耳的聽力也在逐年下降。到“文化大革命”后期,他不得不去醫(yī)院配了一副助聽器。

如今已94歲高齡的馬大猷,不僅每周要到研究所上班,還要指導(dǎo)中青年科學(xué)家做研究,而且親自承擔(dān)了一些重大課題。馬老曾在一篇自述中說:“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?！背诉M(jìn)行科學(xué)研究,馬老的心血就都給予了他的學(xué)生。馬老說:“對于學(xué)生,長期以來,我始終按世界一流水平來要求,不通融,不馬虎,不為社會風(fēng)氣所動搖?！瘪R大猷還對青年人提出一些具體的希望和建議:“青年人是我們的希望,是今后的專家,解決今后的一切問題,最重要的就是打好基礎(chǔ),認(rèn)真學(xué)習(xí)?！本涂茖W(xué)研究尤其是基礎(chǔ)研究,馬大猷院士也提出了幾點(diǎn)具體建議:要鼓勵創(chuàng)新,提出新問題,深入思考,大膽設(shè)想;要鼓勵自由探索,鼓勵討論和學(xué)術(shù)交流;同行評議可聘請三五位資歷較高的同行科學(xué)家進(jìn)行,不開會,書面評議,完全以業(yè)績?yōu)橹?絕對保密。

山高自有人行路,水深不乏破浪舟!祝愿馬老,壯心不已,更催征驥!