庆祖国70周年,声学事业与祖国共成长!

2019-12-26

 1978年湖北随州出土曾侯乙编钟,引起国内外音乐界和声学界的震惊。曾侯乙编钟是中国目前为止发现的数量最多、音律最全的一套编钟,它代表了中国先秦时代青铜铸造技术的最高水平,同时也反映了2000年前中国超高的音乐声学水平。

中国古代声学技术源远流长,早在《管子地员篇》就记载了先贤们对音律的认知,而经汉代京房、晋代荀勖、唐代崔遵度、宋代沈括、明代朱载堉至清代徐寿,中国已经发展出了一系列对音乐和声学的认知体系。其中朱载堉是世界上第一个精确计算出十二平均律的人,并且对管口校正做了理论和实验研究。清朝徐寿则因用实验重复了朱载堉关于管口校正的研究,并推翻约翰丁铎尔在《声学》中的定论,纠正了伯努利定律,其成果被英国Nature杂志以《声学在中国》为题刊登,并称赞到:“我们看到,一个古老的定律的现代的科学修正,已由中国人独立解决了,而且是用那么简单的原始的器材证明的。”

Nature报道徐寿的研究成果

1912年这座历经风霜的古老封建帝国轰然倒塌,随之而来的是军阀割据混战及日本入侵。这段时间的中国处于极度动荡时期,中国的自然科学几乎停滞不前,中国声学也错过了很多发展良机。


1949中华人民共和国正式成立,普天同庆,全国上下一片新气象。新中国的成立,为中国的科学研究提供了保障。


新中国成立后,在党和国家的大力支持下,以马大猷、王德昭、魏荣爵、应崇福等为代表的老一辈声学家在一穷二白的环境下,历尽千辛万苦开创中国声学基业。中国的声学研究开始步入正轨并逐渐发展壮大。

艰难困苦,玉汝于成!


在过去的70年中,新中国在经济、科技、商业等方面都取得了瞩目的成就。中国的声学研究也在老一辈声学家的带领下,瞄准国家需求,紧跟国际步伐,演奏着一段段壮丽的旋律。追寻这70年来中国声学与祖国共同成长的足迹,禁不住让人热血澎湃。


1954年魏荣爵教授创建南京大学声学教研室,创建中国第一个声学专业,建立了南京大学的消声实验室和混响实验室,后来发展成为今天的南京大学声学研究所。


50年代,魏荣爵提出用语噪声测量汉语平均谱的方法。他多次对汉语清晰度、平均功率谱、混响性质、京剧戏曲语言等进行测试。在此基础上,他又研究出噪声对汉语语言通讯的掩蔽影响,提出用计算机在噪声背景中提取语言信息的方法。


1956年初,新中国制定了《十二年科学技术远景规划》,并将声学规划列入其中。


1956应崇福年与合作者研究了各向同性固体中球形散射体对超声波的散射现象,开创了国内外固体中超声波散射的研究工作。


1956年9月,中国科学院电子研究所成立,并设立了声学组,随后声学组又发展成为水声学、电声和建筑声学、超声学等三个研究室,由汪德昭、马大猷、应崇福分别担任室主任。该年在马大猷的主持下,设计了达到国际水平的中国第一座声学实验室和声学实验水池。

1957年,魏荣爵在民主德国德累斯顿国际建筑与房屋声学会议上作了题为《汉语混响性质》的论文报告,引起国际学者的浓厚兴趣。之后他研制了中国第一台将语言变成图像的可见语图仪,推动了中国实验语言学研究的开展。


1958年,在聂荣臻元帅亲自提名下,汪德昭开始主持新中国国防水声学研究的创建工作。他所带领的团队经过7年的艰苦奋斗,在浅海声场研究领域开辟了一条颇具中国特色的道路,为新中国的海上长城打下坚实的基础。


1958中国科学院向中央提交了组建声学研究队伍的请示。在由毛主席圈阅并由周总理、邓小平总书记批准下,中国科学院在各个高校中先后抽调了一百名品学兼优的高年级学生从事声学研究,组建了第一支专业声学研究队伍。

1964年经聂荣臻副总理批准成立了中国科学院声学研究所,汪德昭担任所长、马大猷担任副所长。


1964年,中国第一颗原子弹爆破成功,马大猷组织和爆破侦察研究,用次声测定大气层核爆炸的地点、时间和当量。随后中国科学院声学所在次声波方面的研究取得了一系列成果,特别是在21世纪初取得了重大进展,如在地震、火山、泥石流、流星雨、滑坡、台风、大气化学或核爆炸等的次声测量方面取得了一系列研究,先后捕捉到于田地震、汶川地震、玉树地震、周口地震、印尼地震、日本地震等发生前后的次声波信号。


中科院声学所研制的INSAS2008型电容式次声传感器的灵敏度可达350 mv/Pa,带宽400 s~40 Hz,在1000s 的灵敏度可达100mv/Pa,能够满足各类自然事件次声源的测量需要。

声学所在2011年捕捉到日本地震后的次声波


1966年,马大猷提出微孔穿板理论,该理论在1992年帮助德国前首都波恩联邦议会大厅解决了很严重的声学问题,从而使马大猷及微穿孔板理论享誉欧美世界。


在20世纪80、90年代,陈通、戴念祖等开展了一系列对中国传统乐器发声原理的研究,奠定了中国民族乐器声学研究的基础。


1989年9月26日国务院发布了《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》。《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》是中国防治噪声污染的主要法规,宗旨是防治环境噪声污染,保障人们有良好的生活环境,保护人体健康。1997年3月1日《中华人民共和国环境噪声污染防治法》颁布施行,《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》同时废止。


90年代,应崇福对压电超声换能器的特性进行了一系列研究,从理论上和实验上证实了一种叫“应电压”的效应(以其名命名),这个效应是换能器所发射声波波形中首脉冲的起因。


2000年刘正猷与合作者提出了产生声波带隙的局部共振机制新机制,突破了Bragg带隙机制的局限,打破了小尺度结构不能控制长波长声波的观念。该工作成果刊登于国际顶级期刊Science上,被英国PhysicsWeb网站评为2000年物理学十大亮点之一。


刘正猷关于局域共振的研究成果拉开了声学超材料这个新兴领域研究热潮的序幕。在此后的近20年中,中国声学研究者先后在该领域多次取得了重大突破,相关研究成果多次刊登于Nature,Science,Physical Review Letters, Physical Review X, Nature Communications 等多个国际顶级期刊。这标志着中国声学研究者在声学超材料这个新兴领域成绩斐然。


2008年北京奥运会研发了奥运语音导航系统 中科信利语音实验室开发的“嵌入式语音识别系统”为2008年北京奥运会研发了奥运语音导航系统,可以使计算机“听懂”不同的语言,为参赛运动员和观众及时提供各种帮助。


2011年7月21日凌晨3点,中国“蛟龙号”载人潜水艇进行5000米海试,并成功下潜,经过5个多小时的水下作业,2011年7月21日8点首次深潜圆满成功。“蛟龙”号的水声通信系统由水声通信机和6971水声电话两套系统构成,具有先进的水声通信和海底微貌探测能力,可以高速传输图像和语音,探测海底的小目标

潜航员在“蛟龙”舱内手持著名书法家欧德顺的甲骨文作品《蛟龙》


     2018年中国船舶重工集团有限公司打造出潜艇克星“中国海眼”系统。海眼系统被誉为国之重器,是一项尖端的水声远程探测技术,攻克了6项世界级难题。它可以探测到500km以外的水下目标,能够将海底动态一览无余,从而防御潜艇攻击,为我国海上“领土”提供坚实后盾。


   中国声学除了在学术研究上取得种种突破之外,在商业应用方面也取得了非凡的成就。中国先后涌现了一大批优秀的声学企业,这些企业为祖国的发展、国民幸福指数的提升做出了极大的贡献。


    在祖国70年的成长过程中,中国声学人不畏艰辛,艰苦奋斗,攀登着一座座声学高峰,谱写着一段段声学乐章,演绎着可歌可泣的声学发展史。回顾历史是为了更好的立足当下、放眼未来。可以预见,在不久的将来,中国必将继续铸造辉煌,中国的经济、科技也会在前人积累的基础上继续突打破新的记录。