此前,著名声学专家查雪琴教授应邀到天津大学建筑学院向天津声学界作了三天讲座。讲建筑声学、吸声与扩散等,并有大量实例。查教授讲课时思路活跃、条理清晰、深入浅出,听者更是全神贯注,受益非浅。我与查教授也是老朋友,很久不见,这次相会,格外高兴。查教授谈笑风生、快人快语的好习惯依然如故。查教授将她精心译校的《噪声控制与声舒适》一书相赠,我也将《扬声器探索》等两本书送给她。


1.png


查教授一个重要贡献是解决了德国联邦议会大厦的声学难题,此事早已听说,但辗转传说,粗而不详。这次查教授真人真讲,一手资料。现转述与朋友们分享。


02-750.jpg


1992年,德国在波恩新建了一个联邦议会大厦。12月份启用,谁知议长刚说了几句话就没有声音了。最初以为是扩声系统发生了故障,只好请全体议员退席,紧急召来厂家的技术人员抢修。几个小时后,技术人员说没问题,可以继续开会,然而不到两分钟又没有声音了。由于这次会议是通过电视向全国转播的,所以德国的观众都看到了这一情况,第二天德国各报纷纷载文说:这是一场丑闻。


2.png


事后的分析表明:导致这次事故的原因不是设备故障,而是室内声学设计失误。原来,设计者想把这座大厦搞成一座前所未有、独具特色的建筑物,所以设计得很特别:它是圆形的,直径41米。墙壁全部是玻璃,以象征“政治透明度”。屋顶是半透明的,以便自然采光。正前方的墙上挂着德国国徽(鹰),称为“鹰墙”,讲话者的位置大致在大厅的中央,距圆心很近。此外,为了避免在电视镜头中出现音箱,所以把音箱挂得很高。扩声系统是电脑控制的,一旦发生反馈就会自动跳闸,以避免出现令人不快的啸叫声。

如果把这些设计要求中的每一项单独拿出来分析,都是合理的。但由于没有人把它们综合起来考虑,于是就出了问题:音箱挂得高,辐射面就大,而玻璃的反射系数是很大的,室内的声反射非常严重。由于墙壁是圆形的,所有的反射声恰好聚焦在讲话者(也就是传声器)的位置上,从而形成了强反馈,导致扩声系统跳闸。事后召集了各行各业的专家坐下来开会,研究原因和解决办法。有趣的是德国人也会“踢皮球”,在分析原因的时候互相指责:搞室内声学的人说是扩声系统的问题,搞扩声系统的人说是室内声学的问题,后来又联合起来说是建筑设计的问题。搞建筑设计的人马上在报纸上发表了一篇文章,说从来没有先把扩声系统搞好再盖房子的,总是先建好房子,然后再搞扩声系统。意思是说:应该是你的扩声系统适应我的房子而不能要我的房子去适应你的扩声系统。

争来争去,责任问题只好不了了之。接下来就是如何解决这个问题。专家们采取了多种办法:扬声器全部换成指向性更强的产品,以减小辐射面,在“鹰墙”上钻孔、加玻璃棉,以增大吸声系数;屋顶上允许加吸音材料的地方加了一些吸音材料;墙的上部加了两层玻璃反射板,上层的反射板朝上,把声音反射到屋顶的吸声材料区而吸掉,下层的反射板朝下,把声音反射到听众席以避免在传声器附近造成声聚焦,改变听众席的倾斜角;走路的通道铺上地毯等。

3.png


但是,有一个问题却使他们为难了:整个大厦有24个玻璃门,总面积100多平方米。这些玻璃门所产生的声反射是不可忽视的,但既不能在门上加玻璃棉,也不能加反射板,用常规手段无法解决这一问题。

当时我刚到德国,研究所的所长问我有没有办法?我说:利用中国著名科学家马大猷教授的“微穿孔板吸声构造”的理论就可以解决。其基本方法是根据所需的吸收频率及吸收系数,在玻璃板上按一定的孔距和孔径打孔,使玻璃面由反射面变成吸收面。

这一构造的另一优点是不需要矿物纤维,用玻璃棉作吸声材料有很多问题:玻璃棉是否会致癌姑且不论,它的再循环再回收等许多方面也是有问题的。近年来许多人都在研究无矿物纤维的吸声材料,而马教授的理论是最完善的。遗憾的是:对于这样一种理论,德国人居然没听说过。

为了验证马教授的理论,首先用钢板作了一套试样,拿到试验室里进行测量。测量结果与事先的计算结果吻合得非常之好,使所有搞声学的人看了都感到吃惊,因为从来没有见过计算与实验结果能够如此吻合。这说明马先生的理论是非常完善和准确的。按照过去的理论,共振型吸声构造的共振频率是可以比较精确地算出来的,难的是吸声系数和吸收频带的宽度,由于牵扯到声阻尼等一系列复杂问题,所以很难算准。穿孔板也是一种共振型的吸声材料。利用马先生的理论就可以算得很准,甚至可以用测量结果来校对工厂的加工精度。有一次我们要求制作的穿孔板孔距为3.5毫米,孔径为0.6毫米。做好后进行测量,发现声学特性与原设计不符。测量了一下该加工件的几何尺寸,发现误差很大:孔距实际为3.32毫米,孔径也小了。把这两个尺寸代入公式重新计算,结果就和测量值完全一样了。

初步试验成功后,所长问我:能不能用玻璃?我说:当然可以!因为这个理论有一个特点,就是声学特性与所用材料基本无关。当然,由于金属与非金属材料的导热系数不同,吸声特性也会有一些差别,但这种差别也是可以计算出来的。

为了验证,还需要再做一个试样。然而,德国人对经费的控制是很严格的:你没有项目就没有钱,没有钱就不能花钱。我当时刚到德国,当然没有项目,所以没钱向工厂订购。为此,我只好和同事康健自己动手。

为便于加工,我们用有机玻璃做试样,在20×20厘米的面积上要打几万个孔。我的手脚快,亲自来加工:戴上老花眼镜,坐在钻台前面就干了起来,八个小时没动地方,终于干完了。接着就是进行声学测量、写实验报告……星期四接受的任务,到星期一就全部完成了。星期三,试样和报告全部按期送到了波恩。在诸多竞争者中,最终是这一方案被采纳了,应用于议会大厦的改造并获得了成功。

事后,德国的《工程师报》载文说:“中国人成就了德国的联邦议会大厦”。《图片报》则说:“一个小个子中国女人在我们的联邦议会大厦上钻了上百万个孔”。我个人觉得:不能接受这种说法。因为议会大厦的声学改造采取了多方面的措施,我的措施只是其中一项。但是,其它措施都是常规的,而“钻孔”的措施是非常规的。

最初我写论文的时候是想好好地介绍一下这种吸声构造的原理,现在既然出现了这些论调,我决定把论文的内容改一改,改成论证为什么说这个理论是中国人的。我从一百多年前英国人开始研究微细管的声吸收开始,论述了如何逐步发展到马先生的理论的过程。还论证了当前其他人一些表面上类似的理论在机理上却是完全不同的,因此证明了这个理论就是中国人的。

在服从真理这一点上,德国人还是蛮可爱的。我的报告被安排在当天的最后一篇,厅堂里座无虚席,连台阶上都坐满了人。报告一结束,许多人走上台来向我表示祝贺,说这下我们信服了。查教授长了中国声学界的志气。

验证码: