马大猷(1915年3月—2012年7月),物理学家、无线电学家和教育家,中国科学院院士(1955年当选第一批中国科学院数理学部学部委员),房间声学简正波理论的奠基人之一,我国现代声学的奠基人。主要从事物理声学、建筑声学和噪声控制方面的研究。1978年获全国科学大会奖。1981年获国家自然科学奖三等奖。1997年获德国弗朗霍夫学会颁发的金质奖章和 ALFA 奖。1998年获何梁何利基金科学与技术进步奖。
马大猷在学生时代便善于思考讲究方法。高中毕业后,他同时考取了清华和北大,但由于他早年丧父、家境贫寒,所以最终选择了花费较少的北京大学物理系。大学毕业后,他考取清华留美公费生,所学专业是由我国资深物理学家叶企孙教授设定的电声学专业,是我国第一位声学专业的留学生。他不负众望,回国后多年终于在国家制定 12年科学远景规划“向科学进军”中,实现了他对中国现代声学的奠基。
1937年年末,他在加州大学洛杉矶分校留学读书时,遇到了刚刚写好博士论文的博尔特(出生在中国清华园)。此时,英国著名声学家瑞利爵士的著作《声的理论》已成为经典,其中有一个公式用于表示简正波在房间中的分布,可是当房间的尺度和声波的波长可以相比的时候,瑞利的这个公式就不适用了。博尔特在博士论文中对此进行了补充修正,大家都十分赞赏他的成果。马大猷看过以后,总觉得他得出的公式很好,但就是太复杂了,他认为表达自然规律最好是简洁明了。于是,他便抓住这一问题深入探讨。经过多日的深思熟虑,有一天他突发灵感,建立起一个三维的频率空间,每一个简正频率在这个空间中就是一个点,计算这些点数就得到简正频率在房间中的分布了。他这一方法所得到的结果,与博尔特新公式的结果是一致的。马大猷的公式简洁明了、便于计算,被收入教科书。他留学伊始便取得这样惊人的好成绩,主要在于他物理、数学的基础好,并且善于思考、勇于创新。
1938年,他转入哈佛大学物理系,与导师亨特和师兄白瑞纳克共同验证简正波理论。经过艰辛的实验和繁复的数学计算,1939年他们发表了相关论文,这被认为是建筑声学从几何声学和统计声学发展进入波动声学的里程碑。他们的论文成为房间声学简正波理论的奠基之作,马大猷也就成为简正波理论的奠基人之一。可是,马大猷并没有将这项工作作为他博士论文的主要内容,而是进一步把原来的边界条件发展成为矩形房间非均匀边界。他认为这样更接近实际情况。
1959年人民大会堂开始建设,其中有一座万人大礼堂是核心建筑,供人民代表大会开会和文艺演出之用。这是世界上最大的会堂式建筑,如何保证开会时语音清晰、演出时音质良好,便是一个没有先例的极为困难的问题。马大猷义不容辞地承担了这项艰巨的任务。人民大会堂的建设是作为一项政治任务来进行的。施工期很短,施工条件和建筑材料也受到一定局限,领导的要求也会变化,因而,建筑设计也就会经常变化,声学设计只能跟着建筑设计走。
当时,国内没有建筑音质设计的专业人员,马大猷便组织国内高等院校有关建筑物理专家和电声学专家,以及刚刚组建的电子所建筑声学组人员一起攻关。中国建筑科学研究院设计建造了大小两种比例尺寸(1:10 和 1:40)的大礼堂模型; 电子所的人员研制了各种测量工具。在模型中利用脉冲声,来考察声波的反射情况。由于声学界对厅堂的音质评价只靠混响时间这种单一评价标准感到不足,所以马大猷还在完成任务的同时,领导大家一起研究探讨房间音质的第二评价标准。为测量声场扩散,研制了指向性传声器和声透镜等。现场测量都只能在夜间停止施工时进行。与此同时,还开展了混响时间对语言清晰度影响的研究。对大礼堂内部进行必要和可能的声学处理,同时采用由马大猷设计的两套扩声系统: 小扬声器分散系统和三路立体声集中系统。扩声系统在中华人民共和国成立 10 周年庆典时投入使用,取得了令人满意的效果。通过完成这项极具挑战性的任务,我国的建筑声学和音质设计专业人员队伍也成长起来了。
马大猷很重视声学标准的研究和建立,他组织成立了全国声学标准化委员会。对国内制定的或等效采用国际的声学标准,他都认真组织审查,从不马虎。在改革开放以前,我国的实验设备与国际上一些知名实验室的设备差距较大,等效采用国际标准组织(ISO)建立的声学标准,是最简单省事的办法。可是他没有这样做,而是要根据国内实际情况进行研究。尤其是对一些有关声学的基础数据,如听觉绝对阈限、语言清晰度测试方法和清晰度指数等,他都更加关注。这方面的国家标准,都是在不同的研究单位经过多次实验后,经过全国声学标准化委员会讨论,才决定或是等效采用国际标准或是由国内自己制定。
马大猷在教学工作中既严格要求学生更严格要求自己。他在西南联合大学教书时就是出了名的严师。在声学所做他的研究生,各门课程考试以 80 分为及格标准,达不到要重考; 学位论文则以要有创造性和新结果才能通过。他认为研究生毕业以后,就应该具有独立从事科学研究的能力,所以在读书时就要要求高一点。20 世纪 60年代,经他审阅的一名研究生的毕业论文中没有引用一篇必读的著名文献,他就让这名研究生重新加以补充。作为一位论文评阅人,如果没有认真负责的态度和广博的学识,是做不到这一点的。他除了本身的研究工作以外,还主编两份学术期刊(《声学学报》中文版和英文版),审稿意见他都要过目,重要问题从不放过。
对于伪科学和科学谣传,他不但态度鲜明地加以批评,还亲自通过实验来证伪。20 世纪 60年代,在国内外有的报刊上曾出现所谓次声(频率低于 20 赫兹的声波)武器可致人死亡的报道。马大猷在声学所高声强实验室内,亲自用大白鼠做实验: 在 150 分贝声强下连续曝露 3 小时,只造成失聪、心律失常、体温升高,而生理组织没有损伤。150 分贝的声强需要极大的声功率才能达到,在一般的环境里极难达到。这足以证明那些报道不实。
马大猷不仅在科学研究工作中坚持严谨求实,在社会生活中也同样坚持严谨求实。严谨求实是他一以贯之的人生态度。他是一位爱国惜民、仗义执言的科学家,不是埋头书斋和实验室中不问世事的学者,而是深切关心国事民情的现代知识分子。大学时代参加一二·九运动,国外留学时支持宋庆龄发起的“一碗饭”活动。
1962年国家遭遇自然困难时期,党中央在广州召开科技工作者和文艺工作者参加的“广州会议”。其中,全国科学技术工作会议由中央科学小组组长聂荣臻主持。到会的科技界代表有400多人,都是著名科学家和高级技术人员及各省市负责科技工作的领导。聂荣臻在开幕讲话中特别强调,要尊重科学,尊重事实,大家有什么说什么,要三不: 不扣帽子,不抓辫子,不打棍子——敢不敢说真话是衡量科学家的标准。敢于坚持真理,最后一定受人尊敬。出于对国家大事的关心和对共产党的信任,马大猷在讨论会上首先发言。他说: “昨天聂总报告‘三不’,不扣帽子,可是我们头上就有一顶大帽子——资产阶级知识分子。如果凭为谁服务来判断,那就不能说我们还在为资产阶级服务; 如果说有资产阶级思想或思想方法是资产阶级的,所以是资产阶级知识分子,那么脑子里的东西不是实物,是没法对证的。这个问题谁能从理论上说清楚？”这个问题立刻引起了广泛的共鸣。因为他道出了知识分子的心声。后来,周恩来总理来到了广州,他在会上做了报告,宣布我国的知识分子已经是属于劳动人民的知识分子了,一般不再是资产阶级的知识分子了。于是,时任副总理陈毅便在广州的两个会议上宣布,要为知识分子“脱帽加冕”。这是一个令人关注的全国有名的政治事件。于是马大猷便获得了“一‘马’当先‘脱帽加冕’”的美誉。
随着人类工业现代化的发展,给生活环境造成了污染; 一些发达国家已深受其害,纷纷采取控制措施加以改善。1965年,马大猷便在声学研究所举办噪声训练班,培养噪声控制专业人员。1972年,第一届联合国人类环境会议在瑞典斯德哥尔摩召开,促进了中国环境保护意识的觉醒。
1973年召开的第一次全国环境保护会议,翻开了中国现代化环境保护的新篇章。马大猷在这次会议上提出: 除废气、废水、废渣之外,还应当把噪声也作为公害加以处理。他呼吁社会重视噪声问题。1974年,中国科学院声学研究所便组织人力,在京津地区对八大城区进行环境噪声调查。马大猷不但亲自走上街头测量交通噪声,还深入工厂、机场等强声源所在地现场测量,从而造成他听力受损。
马大猷在 90 多岁时,仍在关注中国科学事业的发展。他根据自己 60 多年的科学研究和教学工作经验,写出十几篇文章,提出自己对科教兴国的意见和建议。2005年8月1日他还给温家宝总理写了一封信,并附上他写的两篇文章。温家宝总理 8月9日便作了批示,对马大猷关心科学发展的精神表示赞扬,也对他的具体意见加以肯定。
转载自科学技术文献出版社《科学家精神·求实篇》