这个重要声学难题，中国科学家解决了！ | 科技自立自强之路

在会议大厅

人们希望语音流畅、清晰可闻

在音乐厅

人们希望余音绕梁、三日不绝

到了剧院影院

人们又希望声效逼真、身临其境

不同建筑场所需要不同的音质和吸声设计

而提到吸声结构

就绕不开中国现代声学的重要开创者和奠基人、

中国科学院院士、

中国科学院声学研究所（以下简称声学所）

研究员马大猷

1966年，马大猷提出微穿孔板吸声结构设想

后来将其理论分析发表在《中国科学》杂志上

这在国际上掀起了一场吸声材料的革命

也成为了中国现代声学迈向国际的关键一步

1992年，根据这一理论

中国科学家解决了德国议会大厦的声学难题

如今，在人民大会堂等重要建筑中

随处可见微穿孔板结构的身影

▲孔径0.25毫米、不同孔距的微穿孔板。

马大猷的研究起点可以追溯至1965年

我国研制人造卫星的计划（“651工程”）开启

发射人造卫星离不开运载火箭

而火箭噪声又不可避免

噪声会使火箭蒙皮出现声疲劳、损坏仪器设备

当时普遍采用穿孔板加吸声材料进行降噪处理

人们在板材上均匀地开一些厘米级的孔，即穿孔板

再将玻璃棉、矿渣棉等材料固定在板材后

可到了火箭发射的地下竖井中

这种办法完全行不通

发射伴随着

高温、烈焰、高压、高湿和腐蚀性气体

顷刻间就会使吸声材料化为乌有

▲马大猷（右）指导博士生田静进行噪声分析工作。

负责卫星声环境实验的马大猷

在考察甘肃酒泉的发射基地后

急于开展吸声结构研究

一有时间他就思考：

玻璃棉等多孔性材料本身就是宽频带吸声材料

何必多此一举，再加穿孔板？

穿孔板有时只是发挥保护面板的作用

能否一反常规，使穿孔板本身解决吸声问题？

研究证明

穿孔板结构的孔径越大、声阻抗越小

反之声阻抗越大

而它的声质量大致只和穿孔率有关

因此，通过控制孔径大小和穿孔率

就可以控制其声阻抗和声质量

进而控制穿孔板的吸声效果

经过反复推演

马大猷提出了“微穿孔板”结构的概念：

把孔径减小到丝米级（1丝米等于0.1毫米）

就可以获得足够的声阻抗

使其成为良好的宽频带吸声结构

不需要另加多孔性材料

他判断

在任何板材上打出微孔都能达到吸声的目的

后来马大猷带领着科研人员

试验了多种板材、多种厚度和多种孔径的吸声效果

最终发现

当不锈钢板厚1.5毫米、孔径1毫米

穿孔率为1%～2%时吸声效果最佳

能够实现“三耐”

（耐瞬时高温、耐潮湿、耐强气流冲击）

马大猷将这些理论分析和实验报告

上交给相关部门后

微穿孔板吸声结构投入实际应用

换了特殊板材同样获得成功

▲马大猷（右）进行噪声测量试验。

1975年，马大猷将多年成果撰写成论文

题为《微穿孔板吸声结构的理论和设计》

发表在当年复刊的第一期《中国科学》上

即便推迟了近10年才得以正式发表

微穿孔板理论依然是领先世界的吸声理论

马大猷曾说：

“对于国家战略需求

我们不仅全力以赴提供技术支撑

还无偿提供应用样品

国家战略需求能够想到我们

就是对我们最大的厚爱。”

1999年

人民大会堂万人大礼堂需维修改造

在马大猷微穿孔板吸声结构理论基础上

他的学生们提出了改建音质设计的方案

照此方案实施后

人民大会堂维修改造工程指挥部认为

万人大礼堂音质有很大改善

语言清晰度大幅提高！

▲人民大会堂万人大礼堂。

除了国内工程实践的应用

微穿孔板吸声结构还挽救了德国议会大厦

1992年12月，德国兴建起一座新的议会大厦

为了充分体现开会的透明度

大厦四周全部采用透明玻璃

可是举行第一次会议时

议长仅说了一句话，扩音喇叭就没了声响

这座新议会大厦耗资2.7亿马克

（约合人民币13.5亿元）

却无法解决扩声系统问题

一度成为德国工程界的丑闻

当时恰逢查雪琴等几位中国学者在德交流

发现是由于声音被表面光滑玻璃墙壁不断反弹

产生了声聚焦现象

导致扩声系统自动锁闭

在马大猷微穿孔板吸声结构理论指导下

她们经过研究和测量

在大厦四周的透明玻璃上

打出3万个孔径为0.8毫米的微孔

最终解决了议会大厅的声学难题

▲马大猷（左三）向年轻学生讲解半消声室的功能。本文均为声学所供图

如今

声学所的科研人员们

站在马大猷等前辈的肩膀上

在不断拓展着微穿孔板结构的理论与应用边界

相信他们将会取得越来越多的原创性突破！

阅读全文请见

来源：中国科学报

责任编辑：刘映含