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中国科学院院士马大猷:搞科研基础定要扎实
作者:OE Fan    资料来源:腾讯科技    点击数:    更新时间:2007-12-21    
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在中国科学院声学研究所,有一位91高龄的马大猷老先生,他用毕生的心血研究声学领域的各种现场。他发明了微穿孔吸声体,研制了小孔消声器,有效的降低气流噪声.继续发展了微穿孔吸声体的理论并发现了它的新特性和新应用。


【郭桐兴】各位观众,各位网友,大家上午好!欢迎大家光临院士访谈栏目,首先,请允许我介绍今天我们邀请到的马大猷先生。马老,您好!欢迎您!马大猷先生是中国科学院资深院士。1915年3月1日生于北京,原籍广东潮阳。1936年,北京大学理学学士。1939年,美国哈佛大学硕士,1940年,哲学博士。

【郭桐兴】现任中国科学院院士,1955年当选。中国科学院声学研究所研究员,中国声学学会名誉理事长,国家声学标准化技术委员会主任委员,《声学学报》[中英文]主编,曾任:1940年至1946年,任国立清华大学和西南联合大学副教授、教授。1946年至1952年,任哈尔滨工业大学教授兼教务长。1952年至1955年,任中国科学院研究员。1955年至现在,先后兼任电子研究所副所长,声学研究所副所长。1958年至1966年,任中国科学技术大学教授。1980年至1985年,任中国科学技术大学研究生院常务副院长。1987年至1993年,任国际声学委员会委员,中国声学学会副理事长,名誉理事长,中国电子学会副理事长,中国计量测试学会副理事长,中国环境科学学会副理事长等职。受奖情况:1978年,获全国科学大会奖。1980年,获中国科学院重大成果奖。1981年,获国家自然科学奖。1997年,获德国夫琅和费协会金质奖章及建筑物理研究所ALFA奖。1998年,获何梁何利科学进步奖。


首先我们想请马老谈一谈,声学在实际工作和生活中的应用,还有您的微穿孔板理论。

【马大猷】我讲讲微穿孔板,在1966年,声学研究所收到一个国家任务,国家要建设发射导弹的地下井,因发射导弹产生的噪声非常大,如果不做相当处理,可能从井底就把导弹仪器都破坏了,所以要求我们解决地下井里边的吸声构造问题,这个问题不是新问题。在外国已经有,不过我们研究了以后,认为外国用的办法不是很好,因为它用的是玻璃棉,玻璃棉是很便宜的,但是很容易坏。需要用很复杂的保护装置,以免它被破坏。并且,即使如此,试演一次就会有若干片坏了。我们就考虑吸收声音主要是由于铅性的材料里边有小的空和孔,空气在孔和空中间来回振动,于是被吸收掉了。微孔微细是吸声的主要的东西,那么我们何必用玻璃棉来做呢?我想在一个板上穿上很小的孔,就应该够了。经过相当考虑,认为,可以用小于毫米的孔完成吸收的工作。

【郭桐兴】您说的是孔的直径小于一毫米?

【马大猷】后来估计了一下,需要在十平米的试样上穿30万个0.8毫米直径的小孔,这工作是非常复杂,非常多的。可是在那个时候,正是文化大革命刚开始的时候,大家还不了解,1966年12月,文化大革命已经开始了,但是大家都觉得这是很重要的革命,大家工作积极性非常高。所以在整个研究室里,十几个人白天、晚上都来参加工作。开头的时候就是用钻来钻。钻几十万个孔的确是很费劲的,有的同志发明了可以像球鞋匠缝鞋一样的机器。这个想法是非常巧妙的,于是就用这种穿孔来做,就穿了30万个孔。实际比30万个还要多,还做一些小的样品在实验室里做测量,就这样,任务就完成了。


【郭桐兴】您说它的面积是多少?

【马大猷】10平方米,30万个孔。为什么要10平方米呢?因为你要把微穿孔板放到实验室测量,实验室里需要国际标准是10平方米。这样量出来才靠得住。要是小样品,就靠不住,就不准确了。我们就在一个月以内,把试验都做了,做好了仔细的测量,得到它的特性,并且写出了报告。大家又回去参加革命了。在测量的时候,发现特性是很好,吸收的范围也很广,但是在实际用起来,真正用的时候,所需要的频率范围还要更广一些。所以,就把十平方米的样品排成两片,做成双层的微穿孔板的吸收体。双层的有两个共振频率,这两个共振频率不相同,结果把整个的频率就拉宽了。得到的结果非常好。后来在那个时候,做科学研究工作跟现在不一样,那时候有人来要求我们做科学研究,那是看得起我们,我们是非常感谢。我们科学院自己赔钱,自己花功夫,自己把设备做出来,并且送给人家。可人家也没说什么话,他说他保密,就不说了。到后来,才知道,这个工作很成功,真正用到实际发射去了。这时候正是文化革命中间,所有的学报都关掉,停止了。所以也没地方去说去。做完了就完了。


【郭桐兴】您这个论文也没有地方去发表。

【马大猷】到了1975年恢复学术刊物了,要求我们写出报告来,这时候才发表。

【郭桐兴】等于推迟了好多年。

【马大猷】一直推迟了差不多十年。发表以后,影响很大,我们国家有许多工厂都做了。因为这个方法很简单,我们写的入门介绍很清楚,所以用不着做什么就可以直接去制造了。现在有一个科学成果还要收费,我们那时也没有地方收费去,人家也不给。

【郭桐兴】我看您一度获奖,有几个奖项也跟微穿孔板理论有关。

【马大猷】也有这个。又过了差不多20年,到1993年,德国建设了一个新的议会大厦,一个会议厅周围都是玻璃,人可以从外边随便看,这是表示议会讨论是开放的。并且用最新技术装备起来,主席讲话在会议中间,圆的中心,宣布开会了以后,从四面八方反射回来的声音,就像几百人跟他吵架一样,开不下去了,没法儿开会。所以立刻就搬家,搬回到老的会议厅开会了。新的会议厅就没有应用。

【郭桐兴】原因就是产生了噪音。

【马大猷】发射的声音用放大,放得很好。出去了以后,墙上的玻璃是完全反射体,把声音完全又反射回来了,到了另外一边,那边又反射回来了,来回反射好多次,吵得非常厉害。根本听什么都听不见了。

【郭桐兴】我听说采用了您这个微穿孔板理论以后,效果得到了很好的改善。

【马大猷】是。

【郭桐兴】您介绍介绍这个情况好吗?

【马大猷】回来以后,因为我发表了微穿孔板的理论,那时候在德国建筑物理研究所,正好凑巧我们有的同志在那儿做研究,这个同志就想起来,我的微穿孔板,不过这个要求很严格。假如做吸声材料,你得要结实,你搁到房子里边,得靠得住。所以要求板至少是五毫米,后来用有机玻璃了,有机玻璃板上面穿点八毫米的孔。在那个时候,只能用激光来打,一个一个打。因此,成本非常高,每一个平方米的微穿孔板用五厘米厚的有机玻璃。激光穿孔,需要一万块马克,德国的马克等于中国的五块人民币,每一平方米要五万块钱,因为它是国家的重要组成部分。保证国会能够开会,要多少钱都给。因此,它就有机会实现这个计划。以后,在有机玻璃上穿孔,后来技术上有进步,从一万块一平方米的高价降到300块。有许多火车站,重大的会议场所,都用了玻璃顶,因为火车站面积非常大,一般在火车站里边需要点灯,都看不见。用的电也是非常不得了。所以玻璃的顶对火车站改进了非常多。一方面是节省了电费,而且实际看起来更好。


【郭桐兴】既节约能源又美观。

【马大猷】好多国家都来找他,请他们帮着我做这个东西。


【郭桐兴】这儿有几张图,让我们看一看。这一张是德国波恩联邦议会大厦,采用的是马老的微穿孔板理论,最后解决了噪音问题。在德国反映非常好,就因为这个,马老在97年的时候获得了德国夫琅和费协会金质奖章以及建筑物理研究所ALFA奖。另外,还有几个可以看一下,这是在波恩信息公司内开放型的办公室,发声并吸声,这是沙发。这儿还有一个,这是在柏林,德国历史博物馆内院的透明的微穿孔薄膜,挂在玻璃的拱形顶下。

【马大猷】微穿孔板也促进了工业发展,并且提出了很高的前途,因为用薄膜,都只是暂时的,时间长了就坏了。所以许多地方希望用玻璃,有机玻璃的穿孔太贵了,希望用玻璃。不过玻璃上面穿孔很困难,一直到现在没有能够解决。所以如果有人能够在玻璃上面穿孔,那这就是不得了的贡献。

【郭桐兴】现在在玻璃上穿孔的技术还没有解决,只能是用在有机玻璃上?

【马大猷】在玻璃上,在他们这个研究所征求解决的方案,一直没有人能够回答。从这个看起来,科学成果也是有点偶然性,正好遇到德国国会有的是钱,能够实现,并且宣传出去使大家知道微穿孔板,不光是用有机玻璃,用别的材料也有,科学的成就有点偶然性。现在研究微穿孔的进一步发展,从1966年到现在是40年,得到很多应用,以后还会得到更多的应用。我现在介绍一点科学知识,声学到底是怎么回事,声学是跟工业上边的一些东西完全不一样,它的能量非常有限,一个人讲话,平常人的讲话是40微瓦。

【马大猷】微瓦是一百万分之一瓦,40微瓦是非常有限的。如果一个人使劲喊,拼命喊,可以喊到一个毫瓦,在中国,京戏非常了不得,京戏的演员,从几岁起就开始训练,所以他的发声的力量比任何人都强。在我们做测量的时候,有一个很有名的京戏演员,叫李多魁,一个黑头使劲唱出来,是100毫瓦。这些微瓦是什么意思呢?就是说,假如所有的北京人,大家一起大声喊,发声的功率、能量是1000瓦。跟一个空调机的机器的功率一样。要是中国人一起来讲话,加起来是40千瓦,可以开一个小汽车,不过在另外一方面,有的机器的噪声又相当大。一个大型火箭,现在我们到报纸上看到宇宙飞船,发出去到太空,从太空站接触,这样发射的东西,它在发射的时候,它的功率是一亿瓦。一个喷气客机是一百万瓦。一个载重汽车,可能是一万瓦。就是一个大型火箭所发出的噪声的能量可以用来开动一架喷气飞机。

【马大猷】一架喷气飞机在起飞的时候,它发动的能量可以开动一辆汽车。所以大的方面也还是相当大的。有这样大的范围,声学的应用就非常广,现在讲声学应用的问题,声学应用,最常用的,最重要的是噪声控制。平常人讲话,交换情况,用的能量都不太大。平常人的讲话是65分贝,这样听起来正合适。如果到了80、90分贝,还是可以容忍,还可以接受。90分贝,如果是长期工作,就要产生耳聋。是一个积累性的。

【郭桐兴】您打个比方好吗?

【马大猷】好象是在一个纺织厂,织布机,一般都到110分贝。

【郭桐兴】一般在那个环境下工作一般要把耳朵堵起来,有的纺织工都戴着耳塞。

【马大猷】我们也做了很多工作,工人们不是特别爱戴,觉得麻烦,我们只好讲讲,你不戴不要紧,白天这么吵,晚上睡一觉,听觉就恢复了。假如天天如此,就不大容易恢复了。并且听力受到影响以后,就不能够恢复,没有任何药,任何运动能够使听力恢复。报纸上我们看到整篇卖助听器,说治耳聋,治耳鸣,耳鸣就是耳朵自己叫,这个话都是骗人的,不可能治耳聋,也不可能治耳鸣。它只能够改善,只能够减少一点。耳聋就是里边的神经受到影响,不能够再生。

【郭桐兴】您讲这个很有意思。现在很多人一般上了年纪以后,产生耳鸣、耳聋,而且还有好多助听器的生产厂家,推销说,有的是通过耳骨振动然后把声音传导到人的神经系统。实际上只能起到一个改善听力的作用,根本解决耳聋问题是不可能的。

【马大猷】耳聋的问题得加紧宣传。已经耳聋了,就没有办法恢复了,所以要注意。噪声控制就是把人们不需要的声音,控制掉。也有人对这有意见,你说噪声是不需要的声音,这不是有点主观吗。我就说,噪声就是主观,要是没有人来听,这个算不了什么。只是因为人来听,它才是噪声。


【郭桐兴】居民区对面有盖楼的,晚上12点以后,大家睡得正好的时候,那儿大汽锤叮咣,这就是噪音。如果周围没有居民居住,这就无所谓了。

【马大猷】噪声不光是不好听的声音,只要我在这儿做文章,旁边一个人在那儿唱戏,这就是干扰,让我写不下去了。唱戏对我就是噪声。

【郭桐兴】唱戏是一种艺术,可以使大家得到欣赏和愉悦。但是不需要的时候干扰、影响人的正常生活,这就属于噪音了。

【马大猷】声学院除了考虑噪声的问题,还考虑好的声音。我们平常在一个厅堂开会,这个厅堂里需要能够听得很清楚。看电影也要听得讲话,剧院要听到唱戏,就是听的问题。在听的问题里问题是什么呢?主要的问题是混响。混响我们平常有时候说,余音绕梁、三日不绝。当然这是春秋时代的事了,有一个声音在那儿,不立刻就完,还继续响。这个原因是什么呢?因为在屋子里边发出声音来,这个声音来回在墙中来回反射,不立刻就消灭,可以反射很多次。

再一个,刚才我讲厅堂,电影院基本是讲话的,剧院要听到歌唱,也要讲话。在这里边,余音、混响时间是从点八秒到1.2秒。


【郭桐兴】您说像音乐厅和礼堂,它的声音效果也需要设计。要达到一个什么质量标准,也是有规定的?


【马大猷】质量就是混响,需要声音更强,就1.2秒。在音乐厅就允许得更大,音乐厅,因为一个乐队演起来,声音很强大,并且一般青年听音乐,听得声音大才过瘾。所以在这里,也要考虑。

【郭桐兴】马老,我看您的简介里,59年,您就参加了负责人大会堂的音质设计工作。实际上音乐厅也好,大会堂也好,根据场所的大小,需要达到一个什么样的音响效果,达到什么样的音响标准,事先要有一个设计吗?

【马大猷】大会堂混响的时间差不多是同音乐厅要求差不多。因为里边还有音乐,还有表演,一秒二到两秒。在人民大会堂混响是1.8秒,在大会堂里边,这个问题还更多了。因为你光是控制混响还不行,那么大,最远的距离,一个听众离舞台到60、70米,有时候几乎喊那儿都听不见了,声音变小了。像厅堂或者是其他场所就要考虑电声的问题。电声就是平常讲音响,音响是日本人的叫法,它已经变了很多了。实际这是电声。电声的要求是要求在一个会场里,至少达到一定的声音的强度。就像刚才说的大声讲话这个强度,这个强度差不多就是这样的。在一个大型的会议厅里要求达到声音的强度大概是80分贝。不要到90分贝,使人受不利影响。

【郭桐兴】假如在一个礼堂里,任何一个位置,音响效果都要求大概达到80分贝左右。

【马大猷】在人民大会堂有两个电声系统,一个系统是在每一个座位前边有个小的扬声器,前后都一样,所以在舞台上,有人讲话,每个人面前听到小扬声器的声音,都差不多。所以就很满意。另外一个系统是为演出、表演。表演就是在舞台上边有三个,实际是三个就够了,也可以五个。


【马大猷】三个扬声器同时发出声音来。这时听到很满意,后来实验的结果,讲话还不错。这样,怎么样保证声音不互相干扰,就是刚才说的用这三个扬声器。假如只是一个或者两个,那就能听到反射回来的回响,跟在山上喊一个声音听到回响感觉一样。可是好几个扬声器,这个声音第一个来了,还没完,又来第二个,又来第三个,都连到一起了,就好象把一个声音拉长了,不觉得有回声。所以就解决了声音的问题。在平常,交通工程是对噪声控制最注意的。因为什么呢?因为火车开得越来越快了,以前,火车是一点钟120公里,现在到几百公里了,200公里就是高速了,特别高的要到350公里甚至500公里,火车上边降低噪声,这是很重要的。火车上的噪声主要是轮轨噪声。车轮在轨道上滚,互相作用产生的声音,这方面需要给大家介绍一下。汽车也是很重要的,汽车发明已经100多年了,但是噪声真正解决还是最近五十年代以后的事。

【马大猷】在一九一几年已经有了汽车了,可是没有多少人买。特别有钱的人才买,摆阔,表示他很有钱,显示身份、地位。有的地方,美国芝加哥在一九一几年下过命令,谁要出来开汽车,需要在一个星期以前通知,人坐汽车当然要小心了,人坐汽车,大家都抢前边的座位,后面的座位不光是吵,而且开动的时候几乎是跳起来了。飞机也是,以前那种小的飞机,噪声也很大,但是飞行时间短,一小段。现在,一下就几百人,一飞飞几千公里。噪声大了就受不了了,在这方面,也是很重要的。

【马大猷】下面我讲讲科学研究的问题。要解决这些问题,需要科学研究。科学研究主要的是基础研究,什么叫做基础研究呢?是研究未知的东西,不知道怎么解决的问题要研究。已经知道的问题,没有必要研究,何必浪费时间呢?并且一般人研究出来的结果都发表在杂志上,都可以看。有时候国内常常讲,我做了研究,补了空白,这是胡说八道了。外国人发表的东西,你也照样可以用,你为什么重新还再来一回呢?这是浪费时间的。

【郭桐兴】实际上在国际上,其他国家有人已经发现了,之后,你说填补了国内的空白。

【马大猷】不是研究,是抄,是引进,是用。既然研究就要研究新的。所以,这个工作就很重要了,科学研究需要什么呢?需要兴趣、基础。你对科学问题有兴趣,有好奇心,想要知道它到底是怎么回事,有创造力,想自己出个主意,有想象力,能够想出一个办法来。这是研究工作的主要的部分。需要兴趣和基础,你什么基础都没有,你研究什么呢?一个小孩就没法儿研究了。必须得有基础。一方面,有物理学,数学这些学术上的基础,另外,还有各方面的知识都可以用到研究工作上去。假如是基础不够,你的想法就有局限,在我们国家,特别是在工业方面,讲创新,讲得很多,可是创不了新,拿不出来新的东西。怎么回事呢?就是缺乏技术。工程方面的人,大学教的就是具体怎么办?没讲它的原理和基础。所以学生只能够照着原有的办法来做。这个基础是非常重要的。在我们国家研究工作有很好的结果,应用的工作也有不错,但是发展工作很差。研究出来一个结果,不能够把结果用到实际。把结果用到实际就是开发。


【郭桐兴】科技成果和实际的生产没有很好的结合在一起。


马老,刚才您谈的有关基础研究这方面的问题,去年的时候,马老曾经在8月份的时候给温家宝总理写了一封信,我看新华社有一个报道,谈到了,马老给总理提个醒,家宝总理对您还是非常赞赏,对您关于基础研究和自主创新的观点令人感佩,非常赞成您的意见。当时在科技界,在全国引起了很大的反响。马老是耄耋之年,仍然关心着国家的一些大事,可见您的一片赤子之心!现在科学技术研究的成果跟实际生产的环节并没有很好的衔接起来。目前这是社会上一大问题,您能谈谈您对这个问题的看法吗?

【马大猷】整个的教育制度要考虑,工程学校,工程大学不能够只去教运用的问题,要从基础做起。一个工程师不懂得基础,就没有发展。所以我建议,现在有的工程师,是不是给他们一些基础加强,基础加强很简单,就是把大学科学的课程给他们再好好学学。

【郭桐兴】重新再复习一遍?

【马大猷】好象对于大部分工业来说,主要是物理。数学是处理方法,是工具,可是基本是在物理,甚至于生物。生物也是讲基因,慢慢讲到物理方面。物理的人一个很大的发展就向生物类发展,生物也向物理类发展。当然并不是所有都是这样的,有的是化学,假如是化学做药,做化学品等等,主要是化学的问题。

【郭桐兴】现在需要的是复合性人才,有很多学科是交叉的。要求的人才也是复合性的人才,你不能单纯懂物理,你不但要懂物理,包括生物,包括其他的一些东西,都应该知道。知识面尽可能要宽一些。


【马大猷】这个有一个基本概念,有很多人要加强专业,不过在加强专业中,有许多问题。因为你说,现在说是某一个方面很重要,需要培养出大学生来做,可是到了四年以后,这方面就不重要了。又有别的了,那你怎么办?所以现在从学校考虑,主张减少专业,假如把这些基础搞清楚了,专业的东西花不了多少时间就熟悉了。在英国,大学三年毕业,根本不学专业,就是基础。英国也是一个了不起的科学国家,科学贡献还是非常大的。当然专业是需要,那专业怎么去解决呢?那就是说,大学毕业到工厂,你在工厂里训练三年,专业训练,这个训练了不得,就成了一个很高的专家。

【郭桐兴】实际上是给一个理论和实践相结合机会,实习的这个过程,是很重要的一个环节。

因为我们的受众有相当一部分是青少年,最后请您对青年人谈谈您的希望和一些建议好吗?

【马大猷】青年人是我们的希望,是今后的专家,解决今后的一切问题,最重要的就是打好基础,认真学习。中国的教育是天下最有效的教育,有许多人说,中国教育有问题,我不同意。中国教育比任何国家的教育都高,我们从最近的许多报道就看出来了,许多物理的奥林匹克,化学的奥林匹克,数学的奥林匹克,生物学的,中学生都得到奖,并且得到一等奖,金奖。最近报纸还写了,物理上的中国得到五个金奖,三个是香港、澳门、台湾,还有五个是铜奖,也是在香港、澳门,中国没有铜奖,都是金奖。一个国家的学生,完全得到金奖,只有中国是这样的。所以,不要妄自菲薄,中国这种学习方法是非常好的,效率很高,不要觉得自己不行,主要是认真学习,需要增加自己的基础知识,不光是在学校的课堂上,另外别的方面也要学习。我在中学的时候,除了必修课以外,还选修了好多课。后来发现很起作用,很有用。所以,普遍增加知识积累是最重要的。

【郭桐兴】我们今天非常荣幸聆听了马老非常精彩的讲话。我们再一次向您表示感谢!欢迎您来到我们的院士访谈栏目!我们今天的院士访谈到这里就结束了,各位观众,各位网友,在下周同一时间,院士访谈栏目再见!



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