【中国科学报】微穿孔板：解决世界声学难题的中国方案

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，人们希望声效逼真、身临其境……

不同的建筑场所需要不同的音质设计，相应的就需要与之匹配的吸声设计。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的设想，后来将其理论分析发表在《中国科学》期刊上。这一理论后来在国际上掀起了一场吸声材料革命，无数研究者纷纷加入微穿孔板的研究与应用中。这也成为了中国现代声学迈向国际的关键一步。

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。

1 火箭发射噪声问题亟待解决

11月的戈壁滩，寒风凛冽、沙砾漫天。

在甘肃酒泉卫星发射中心，年已半百的马大猷带着3位年轻科研人员，拉起被冻硬了的电缆线，小心布设着一台户外传声器，将其安置在距发射架50米外的地方。

随着“点火”的一声令下，火箭起飞，轰鸣声不绝于耳。同时，整个发射试验过程的声音都被录音机录了下来。

1965年，研制我国第一颗人造卫星的计划得到中央专门委员会批准，称为“651工程”，中国科学院负责卫星和地面跟踪系统的研制。因为马大猷此前曾参与中国科学院卫星研制“581任务”，所以这次的卫星声环境实验工作由他承担。

发射人造卫星离不开运载火箭，而火箭的噪声又不可避免。发射时，高声强的噪声会造成火箭蒙皮声疲劳，损坏仪器设备。当时，国外已有不少由此引发的事故。马大猷等人这次西行，正是为了分析研究火箭发射噪声，并找到改善办法。

在发射基地工作期间，马大猷了解到，当时发达国家的战略火箭部署已从地面转入地下，发射方式由地面发射改为地下竖井发射，由此带来的噪声问题更加严重。为了长远部署，需要提前研究井下噪声的控制方法。

这是一项全新的研究任务，既没有现成样品可供参考，也没有现场资料可查。国外竖井发射本身就是为了隐蔽，因此里面什么样无从知晓。

“发射基地邀请我们参加不久后的下一次发射，可马先生急于开展研究工作，于是在测得声级做好录音后，就决定立即返京。”当时与马大猷同去的声学所研究员张家騄回忆说。

2 大道至简

当时，国内外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，将玻璃棉、矿渣棉等纤维性和多孔性材料固定在板材背后，形成普通穿孔板吸声结构。

其实，穿孔板本身是一种共振吸声结构，具有一定的吸声能力，但在实际应用时往往需要依靠吸声材料增强吸声效果。

由于空气具有黏滞性，当声波经过穿孔板的孔时，空气产生阻力，消耗部分声波能量。其余的声波通过大孔进入纤维材料、多孔材料，撞击到其不规则表面，产生散射作用，孔洞和孔壁也会引起声波多次反射和折射，在材料内部进行多次传播和耗散。同时，声波与孔洞壁面及材料内的骨架发生摩擦，将声能转化为热能，这会再次消耗部分声波能量。两者结合，能够有效降低声波的反射，起到吸声降噪、改善声学环境的作用。

而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，顷刻间就会使这些吸声材料化为乌有。此外，针对实际应用中的不同需求，具体加多少吸声材料也没有理论指导，只能凭经验试错。

从酒泉回京后，马大猷急于开展吸声结构研究。一有时间，他就思考：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？