近代建筑声学在中国的奠基(二)

——以清华大礼堂听音问题校正为中心的考察

●姚雅欣 杨舰 田芊

  三、清华大学留美公费生制度培养的电音学人才

  1929年秋清华大学开办研究院,先行成立物理研究所,主任由物理学系主任叶企孙兼任,“室内余音”列为物理研究所的主要研究课题。 然而现实问题是,物理学系教授各有专门的研究范围,叶企孙研究磁学,吴有训研究X射线,萨本栋、任之恭研究电振动及电波,周培源研究相对论及量子论,赵忠尧、霍秉权研究原子核物理学, 建筑声学研究显然缺少专门人才。20世纪30年代,声学与现代科学技术进步息息相关,国际上建筑声学学科业已形成,与电声学、语言通讯成为国际声学前沿,集中了一批知名的声学专家从事研究。跟踪世界建筑声学的最新进展,培养中国自己的建筑声学人才,成为叶企孙积极筹划的问题。

  随着1929年清华留美预备生制度的结束,1933年开始实行清华大学留美公费生制度,在全国范围内考选具备研究基础者派遣留学。叶企孙将学科优先发展与国家社会需求相结合,正如赵忠尧先生回忆,“他从我国科学事业长远发展的需要和近期国家的急需,特别是面临日寇侵略的形势的要求出发,广泛听取有识之士的意见,高瞻远瞩地选择确定了招考的专业及名额。” 1936年招收第四届留美公费生时,特别在物理学门中强调“注重电音学”(Electro-acoustics), 北京大学物理学系毕业生马大猷考取此名额。

  根据《国立清华大学考选留美公费生规程》和《留美公费生管理规程》规定,“公费生录取后,于必要时须依照考试委员会之规定留国半年至一年,作研究调查或实习工作,以求获得充分准备,并明了国家之需要。其工作成绩,经指导员审查认可后资送出国。”

  1936年11月至1937年6月马大猷在国内作研究调查,由北京大学物理学系朱物华教授(1923年以第一名考取清华留美专科生资格)和清华大学物理学系任之恭教授联合指导。他通读了1929年至1936年间发表于《美国声学学会会刊》的论文,通过检索《科学摘要》更广泛地阅读声学论文, 对国际声学现状和发展趋势有了全面把握,撰写综述报告《声学的发展和展望》,还运用阴极光示波器对中国语言的波形及频率进行傅立叶分析,获得了几千个实验数据。马大猷得以兼容北京大学物理学系和清华大学物理学系在无线电、应用电学研究方面的优势,为赴美研习建筑声学做了充分的准备。

  1937年12月,马大猷赴美国加州大学洛杉矶分校(UCLA),师从物理学系主任国际声学权威努特森(V.O.Knudsen)教授攻读建筑声学专业研究生,很快加入房间内简正波数目与频率关系的研究。他从简正波频率空间的物理图像出发,对三个扇形面和三条轴线上的频率点容积的算法进行校正,完成论文《低频范围矩形室简正方式的分布》,简化了研究组同人波尔特推导出的公式,成为波动声学的一个基本公式,并写入声学教科书。

  1938年9月,马大猷进入建筑声学的发源地——哈佛大学物理学系,师从亨特副教授(F.V.Hunt)(图6),运用波动声学方法研究矩形房间中声衰变过程。1939年,马大猷、亨特导师和同为研究生的白瑞纳克(Leo.L.Beranek,1914年—,当代著名声学家)合作发表研究成果《矩形房间中声衰变分析》,提出声吸收与声波的入射角度有关,根据声波衰变过程对简正波进行分类,然后分别考虑其衰变过程的思想,给出分析混响时间的新方法。 它克服了仅依据实验(塞宾)或运用统计声学方法(德国科学家耶格,A.Jaeger)导出的塞宾公式,一方面无法适用于吸声量很大的房间,另一方面忽略声衰变细节的不足,被公认为是继赛宾之后建筑声学发展的新里程碑,使建筑声学由半经验的统计方法走向精确的波动声学方法。由此,马大猷获得哈佛大学硕士学位。

  同时,清华大学公费留美规定的两年期限将满,马大猷的研究工作仍在深入。1939年1月18日他致信梅贻琦校长:“兹以两年期限将满,盼继一年,以竟未完成之工作,并将得机会入关于电音仪器之工厂取得实际经验,特此呈请于公费期限延长一年。”此后,马大猷呈报梅贻琦校长1939年度研究工作计划:“1939年6月至9月,去Ballantine实验室实习实用音学;1939年9月至1940年6月,在哈佛大学从Pierce及Hunt教授研究超音波及建筑音学。” 在延期一年的时间里,马大猷将室内均匀边界的假定扩展到声学性质不均匀的边界条件下,继续运用简正波理论,经实验验证取得了很好的结果,并获得哈佛大学博士学位。1930年代末,矩形房间简正波理论是国际建筑声学界最具影响的开创性工作,清华大学留美公费生马大猷直接参与到这一前沿领域的研究中,并成为室内声场简正波理论的奠基者之一。

  国际上最前沿的建筑声学研究理应随着马大猷的回国而在中国展开,遗憾的是被抗日战争无情地中断。1940年8月,马大猷回国任西南联合大学电机系副教授,他只有在电机系教学工作之余,凭个人力量继续声学研究,完成了颤动回声、声场起伏现象、国语中的语音分配、声频振荡分析等声学基础问题的研究,成果在国外发表,而其创造性的建筑声学研究无法在国内实现。惟有在1941年4月清华大学工学院主办的《研究丛刊》上,发表论文“建筑声学之发展”,详细论述国际上建筑声学的发展趋势。“建筑声学在理论上及实用上已臻全盛时期,以后之发展当为理论之简单化及实际问题上之尽量应用,吸音物质之有标准的制造及精密测量,以及在其他工业上,如飞机、汽车之制造等应用。”他在最后特别指出,“我国在抗战时期,当亦无暇顾及此升平时期之学问。惟其时于吾人生活极有影响,吾人对之渐加注意亦仅迟早之事耳。” 这些关于建筑声学发展的前瞻性话语,在当时中国无异于空谷足音。

  直到新中国成立后的1955年,马大猷加入中国科学院应用物理研究所重新开始声学研究,并在周恩来总理直接领导的“科学技术十二年远景规划”制订中,提出发展中国声学的建议,才重新激活叶企孙开创的中国建筑声学研究和马大猷在国际建筑声学领域的建树,在人民大会堂万人礼堂音质设计、建设中国建筑声学学科体系的实践中发挥基础性作用。

  来源:《中国科技史杂志》2006(6):353-364.

2007年07月17日 13:37:39  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新