人民大会堂的音响设计者:声学泰斗马大猷

他是一位享誉世界的声学泰斗。

他二十五岁时便成为哈佛大学第一位仅用两年时间就拿到博士学位的人。

他被周总理亲自点将,主持完成了北京人民大会堂的音响设计。

他在中国第一个提出与人们生活息息相关的噪声污染问题。

北京中关村,马大猷院士的家,整洁而简朴。面积三十多平方米的书房,被两排倚墙而立的书柜“挤”小了很多。九十多岁高龄的马大猷,白发如银,微笑着缓步走来,向笔者伸出热情的双手……

哈佛大学首位仅用两年时间拿到博士学位的人

“我祖籍广东潮阳县上寨村,村里人都姓马,我的名字是父亲给起的,小名‘雄才’,上学了就叫‘大猷’,在本村我这个辈分的男性名字里,都是‘大’字起头,其实‘大猷’也是‘雄才大略’之意……” 马老从小时的起名说起,对他立志声学科研的一生娓娓道来。

马大猷的青少年时期,正是我国内忧外患的年代。他目睹了日本侵略者的残暴,更痛感国家贫弱招致的苦难,由此树立起“科学救国”的信念。他以优异的成绩考取了北京大学物理系,毕业之后,又凭借自己的勤奋和聪颖,考上了清华大学留美公费生。

马大猷留学美国期间在加州和哈佛大学崭露头角。

1940年,他获得哈佛大学博士学位时,年仅二十五岁。在哈佛大学三百多年的历史中,本科毕业生能在两年时间内连续获得硕士和博士学位,前所未有。在学习期间,他还取得了美国声学界瞩目的成就,确立了他在现代声学研究中的历史地位。但马大猷时刻挂念着日寇铁蹄下的祖国河山。他又何尝不知道国内工业基础薄弱、科研水平低,迫切需要各种人才复兴民族大业呢?

不久,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,并愿意把自己的奖学金给他,留下继续搞科研;二是国民党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。马大猷征求在国内的恩师朱物华的意见,恩师告诉他不要为国民党政府做事,希望他到当时已并入西南联大的清华大学工学院任教。此时他的老母尚在沦陷区被困,为了国为了家,马大猷决定立即启程回国。

告别哈佛的学友师长,马大猷风尘仆仆地踏上了归国的旅程。

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了贝尔实验室的“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,可容五千人,即便是讲坛上掉了一根针,后面的人都能听到,这是世界声学意义上一座有名的建筑,马大猷心存敬慕,默记在心。这也为他多年后主持北京人民大会堂的音响设计,埋下了成功的伏笔。

半个多世纪之后,马老回忆起当年的选择,依然深情无悔:“发展中国的声学事业,是恩师为我指出的专业方向,也是我愿意毕生为之奋斗的目标。当时获得博士学位后马上回国,主要是感到国家和民族正在遭受灾难,需要我马上回去尽一份力。”

人民大会堂的音响设计保持了世界纪录

1959年,周恩来总理亲自点将,由四十四岁的马大猷承担人民大会堂的音响设计和施工任务。

不久,担任中国科学院电子所副所长的马大猷组织北京高校、建筑、广播系统中的有关专家会聚在一起,研究讨论人民大会堂的音响设计和施工方案。

这是马大猷第一次看到设计图纸。他被水天一色、满天星斗的穹顶设计所震撼,同时也马上意识到椭圆形的建筑设计给音响设计所带来的麻烦。

“声音传播时最怕弯曲,一弯曲就发出回声。在这个九万平方米的弧形空间里,声音从四面八方反射回来,会造成巨大的回声,整个大厅会陷入吵架一般的嗡嗡声中,什么都听不清楚。”而人民大会堂必须在“十一”之前完工,留给马大猷解决问题的时间只有七八个月。

马大猷的设计构想是:不靠几个大喇叭扩音,而是用一套分散式声源,在台下每两个座位前设置一个扬声器,这样听台上讲话就像从面前传来一样清晰,避免了巨大的回声。考虑到人民大会堂经常举办大型文艺活动,欣赏音乐要求音效有一定的保真度,如果仅靠座位前的扬声器,效果不会很好。于是,马大猷又设计了一个半分散式声源。大会堂主席台三十二米宽,左右两个声道中间再加一个声道,传播时间控制在二十分之一秒内,声音听起来就是连续的,即使是坐在最后一排的听众也不会受回声的干扰。

1959年10月1日,党和国家领导人与来自各国的嘉宾会聚在人民大会堂。当华灯齐放、优美的乐声传遍整个大厅时,人们为这座恢弘壮丽的建筑发出了经久不息的掌声。

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,仅仅用了九个月时间。人民大会堂的音响设计和安装,是新中国声学界的第一次大工程,测试证明其音响的设计、处理是完全成功的。在此后每年的全国人大、政协会议以及各种大型文艺表演中,人民大会堂的音响均达到了理想的效果,两套声源系统也一直使用至今。

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,对其音响设计留下了很深的印象,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。

人民大会堂的音响设计效果超过了华沙人民宫,近半个世纪过去了,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响设计。

人民大会堂音响设备的设计和安装,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三四年的时间,这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,使中国的声学研究得到了世界同行的肯定。

自20世纪60年代开始,马大猷以高度的社会责任感和强烈的爱国心,围绕着国家发展“两弹一星”的战略目标,开展了一系列声学方面的高端研究工作:

1961年,他总结了50年代领导开展低频和大气声学记录分析系统研究的经验成果,向中科院写出报告,提出开展核爆破侦察和声学探测的科研任务。

在他的主持下,我国第一个次声实验室,即核爆破侦察站于1963年在京郊香山建成。

1964年,在我国第一颗原子弹爆炸成功的同时,马大猷组织了核爆破侦察研究,用次声测定大气层核爆炸的地点、时间和当量。

1966年,马大猷又承担了导弹发射井吸声系统的设计。 这些重大科研成果,使马大猷成为我国战略核武器制造方面的幕后功臣。

提出噪声为环境污染“四害”之一

曾经有一个时期,北京许多交通要道上都矗立着一个表牌,上面显示着交通噪声的强度,并且制定了交通噪声的限制强度标准——六十分贝。这和马大猷不无关系,环境声学的研究和广泛应用是马大猷对国家和人民的又一大贡献。 此后,国家发布了多项防治环境噪声方面的法律法规,使我国的环境噪声防治工作走上了法制化、科学化的轨道。这些法规、条例中都包含了马大猷的大量心血。■