简介

发展历程(马大猷时代 田 静时代)

简要历史

简介

中国科学院噪声与振动重点实验室在噪声与振动研究领域，围绕国家安全、经济建设和社会和谐发展需求，以基础性前沿科学问题研究为先导，以战略高技术研究发展为推动力，以关键技术突破为主体，以系统集成创新和工程应用为落脚点，以声学标准和计量研究为支撑，为国家战略和社会发展提供新知识、核心关键技术和解决方案，提升国际科技竞争力，在国际学术舞台上发挥窗口作用，为噪声与振动研究发展的人才储备提供支持。

实验室立足声学研究所现有的噪声与振动相关研究积累、实验条件和人才队伍，重点开展噪声源特性与传播途径、声学材料和结构特性、噪声与振动控制技术、噪声监测与分析技术等方向的研究工作。通过平台建设、人才引进与培养，不断提高研究队伍素质和持续创新能力，既能解决国家在经济建设、国家安全和社会发展中提出的具有基础性、战略性、前瞻性的噪声与振动控制问题，又能在相关学科和技术领域前沿取得突出成果；联合相关领域的国家创新体系其他单元共同开展创新研究，建设综合性开放型实验室。

实验室从成立以来，经过了几十年的发展，形成了特色研究方向，包括噪声控制材料和结构、环境声学、强声学与次声学研究，在国内处于学科引领地位，并形成了国际竞争力。“十一五”以来，实验室在保持特色研究的基础上，面向国家重要社会发展需求和军事战略需求，发展了声学材料、机电设备及管路噪声控制、声场智能控制与声信号处理等重点研究方向。

发展历程

1958年，中国科学院电子学研究所正式成立，创立了由马大猷先生担任主任的通用声学研究室，编号为第九研究室，主要从事空气声学方面的研究。1964年，从电子学研究所分离，与另外两个研究室一起成立中国科学院声学研究所，仍然编号为第九研究室。声学所在文化大革命的动乱中遭分解，第九研究室并入中国科学院物理学研究所。1979年中国科学院声学所恢复建制，该研究室编号仍为第九研究室。

2000年，在中国科学院知识创新工程中，实验室凝练科技目标，改名为基础声学实验室。2006年，实验室进一步凝练科技目标，明确科研方向，将基础声学实验室分为噪声与振动实验室和通信声学实验室。2008年在噪声与振动实验室和通信声学实验室的基础上，开始建设中国科学院噪声与振动重点实验室，2009年获得批复。

马大猷时代

1958年起，马大猷先生的领导下，实验室开展汉语语音分析和特征研究，汉语语音识别和合成，实用语音产品的研制和开发，在我国率先（在国际上也是比较早的）开展了语言声学研究，为我国语言科学与语言技术的发展，为我国汉语语言信息处理研究达到国际水平奠定了基础。

1959年，实验室马大猷先生的带领下承担了人民大会堂的音质设计任务，组织了北京各大学、建筑、广播系统中的声学专家，提出设计要求，进行模拟试验、测量和检定工作，开展了系统的建筑声学研究，提出了分散声源和联结立体声系统以解决这巨大厅堂（90000m，最多能容10000人）中的扩声问题，顶上和墙面用穿孔板吸声处理以减少回声，并控制混响时间到1.8秒，以适合音乐的需要，分散声源用于听报告。这是当时世界上最大的为正式活动而建的厅堂。人民大会堂的建成不仅是世界建筑史上的奇迹，而且开创了声学理论实际应用于空间如此巨大的厅堂之先河，使中国的建筑声学跻身于世界先进之林。

从1958年开始，实验室在马大猷先生的领导下开展了低频声学和大气声学记录分析系统的研究。1961年，提出开展核爆炸侦察和声学探测。1963年香山次声实验（核爆炸侦察）站建成，1964年组织了核爆炸侦察研究，进入了次声频段的研究范围，不但研究了国内外的核试验，还对火山爆发、地震、台风、导弹发射等所产生的次声做了研究。1965年主持测量声学、侦察核爆炸任务，用次声测定大气层核爆炸的地点、时间、当量。1982年完成核爆炸产生次声波在大气中传播理论、数据处理和电容传声器次声探测系统。1984年获中国科学院重大科技成果一等奖。

1966年，马大猷先生的带领下，实验室承担了导弹发射井吸声系统的任务。针对导弹发射时所产生的噪声功率达1亿瓦，还伴有高温、潮湿等问题，提出了直接在金属板上钻穿微孔以完成声吸收作用的想法，并开展了大量实验，证实了设想可行，据此作出了设计要求，在实际发射中发挥了很好的作用。并在1975年发展成为完整的“微穿孔板吸声理论”。1992年，在德国夫琅和费建筑物理研究所工作的我国访问学者，应用该理论，设计了有机玻璃微穿孔板，安装在玻璃窗前，既解决了德国新建的圆形透明议会大厅的回声问题，又保持了透明度，在国际上成为重大新闻，以至近年来国际声学界掀起了一轮“微穿孔板”热潮。马大猷先生也因此于1997年获得了德国夫琅和费协会金质奖章及建筑物理所ALFA奖。

1966年，马大猷先生的领导下，实验室开展了高声强实验室的设计、建筑和安装工作，建成了能产生160分贝的混响室和170分贝的行波管道，经过测试，性能良好。完成了不少材料与航空部件试验，还做了动物试验，实验室迄今仍在发挥作用。

1965年，马大猷先生组织设计了2000声瓦的电动扬声器和气流扬声器，成为当时国际上功率最大的广播用扬声器。后来又从事了声功率10000瓦的户外广播用气流扬声器的研制，提出了气流扬声器理论。1974年发表的“调制气流声源的原理”对其后多种大功率气动声源的研制和应用产生了重要的指导性意义，其中包括90年代研制的新年钟声播放用的40000声瓦气流扬声器和90年代开始发展，目前广泛应用于锅炉除灰的低频气动声源。

1974年，马大猷先生开始了气流声学研究工作，研制微孔和多孔消声器，降低气流噪声，建立了气流噪声理论的气压理论和噪声功率测量方法，发明了小孔消声器和扩散消声器，广泛应用于国内外发电厂高压蒸汽放空噪声的抑制。并获得1978年的全国科学大会奖和1979年“喷注噪声的基础研究及其控制”荣获的中国科学院成果一等奖。

环境声学的研究和广泛应用是对我国声学和环境保护事业做出的又一重大贡献。1966年，组织了第一次北京市交通噪声调查研究工作。1972年起，开始研究解决地铁噪声问题，找到了电动机设计上的缺陷，经处理后降低噪声10分贝。1973年，在第一次全国环境保护会议上提出除废水、废气、废渣以外，应将噪声污染列为环境污染四害之一。首先在北京、天津等8大城市，开展了环境噪声调查、控制，推动了环境保护研究工作，以后逐渐发展到全国各省市。其中京津渤地区环境噪声评价科研工作，获得了1985年中国科学院科技进步一等奖。

1982年，马大猷先生组织完成了《城市区域环境噪声标准》及测量方法的标准制订工作，以后又组织完成了机场噪声、铁路噪声、工业噪声、施工噪声以及各种噪声源测试等多个相关的国家标准的制、修订，形成了比较完整的环境噪声测量、评价、控制的标准体系。1989年9月26日国务院发布实施了《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》，1989年12月26日第7届全国人民代表大会常务委员会第11次会议通过《中华人民共和国环境保护法》，专门将环境噪声的防治作为一个重要方面。1996年10月29日第八届全国人民代表大会常务委员会第22次会议通过我国首部《环境噪声污染防治法》，使我国的环境噪声防治工作走上了法制化、科学化的轨道。

田 静时代

80年代后期开始，实验室开展了有源噪声控制研究，在田静研究员带领下，开展有源噪声与振动控制研究，完成了国家自然科学基金、预先研究、国际科技合作等20多个项目的研究，曾赴多个国家和地区开展学术交流，发表重要的学术论文与研究报告80篇，从理论、实验及应用几个层面系统地开拓并提升了我国在相关领域的研究水平。

田静研究员提出了有源吸收、存储与反射三种降噪机制，建立了三种机制之间的关系，给出了能量吸收型次级声源的辐射特性，实现了低频三极子次级声源，并用于三维空间的有源降噪实验，得到突出的降噪效果。

田静研究员建立了三维闭空间声场的简正方式有源控制理论，使用单通道反馈系统，实现了有效抑制混响室声场多方式响应的效果。这一理论对于混响声场和结构振动有源控制系统的设计应用均具有重要的指导性意义。

田静研究员系统地研究了有源控制的因果性、鲁棒性、稳定性等内在性质，给出了控制系统的采样频率、滤波器长度、增益裕量、不稳定极点等参数与控制频段、声场冲击响应或噪声自相关函数等特性之间的关系，设计实现了一系列的自适应有源控制系统，在管路噪声与结构振动控制实验中得到了验证和应用。

有源护耳器与电子抗噪声送、受话器的研究结果，被专家评价为“处于国际领先水平”，其中用模拟电路集成实现的商品化的反馈式有源降噪耳机，可以在100-800Hz的频率范围稳定降低噪声15dB左右，其稳定性与降噪效果在国际同类产品中最优。

田静研究员提出并研究了充水管路的管道-水-壳板耦合结构的声辐射问题，创新性地提出忽略管道径向、周向振动向管口壳板的耦合传递以及有效辐射面积的概念，解析地给出并从实验上验证了管口水介质与管口耦合壳板两个辐射途径对声场能量的贡献，为设计实现一种具有重要应用的管路有源消声器奠定了理论基础。

田静研究员系统地开展了有源结构振动控制的研究，设计实现了波形控制法与模态控制法的各种控制系统，并用于支撑基座、梁和板等典型结构的振动传递或隔声控制，得到了多个共振频率分离谱20-40dB和宽带10dB左右的减振效果。相关成果已经得到重要应用。

“九五”以来，田静研究员的负责下，实验室完成了包括国家自然科学基金重大研究计划、国家863计划和中科院创新重大和方向性项目等8项研究项目，在硅微传声器与集成化网络传感器节点研制、随机阵列传声器定位算法、目标探测与分类等方面均取得重要进展。

田静研究员提出的圆形振膜、边缘减薄的活塞振膜等新型硅微传声器设计，有效地减小了硅微振膜的残余应力集中，提高灵敏度20dB以上、成品率2倍以上。相关研究发表学术论文8篇，申请专利13项。在硅微传声器专利技术拥有量上，中科院声学所居世界第9位，国内科研机构的第1位，所掌握的核心技术为发展我国自主的硅微传声器产业奠定了良好的基础。

田静研究员提出声学网络传感器概念，实现了硅微传声器的功能感知、信号预处理通信模块的SiP集成，形成小尺度网络传感器节点。为解决声学传感器对环境敏感的难题，创造性地提出了在线自标校和灵敏度补偿方法，实现了长期无人值守的声学网络传感器。集成振动与声学网络传感器节点已经应用于实现某类噪声振动监测系统。

田静研究员提出了随机分布式声学传感网概念，建立了多传感器、多模通信、多拓扑结构的网络架构，发展了多源目标探测、识别和定位方法，解决了海量数据汇聚、多传感器信息融合、多子软组合等关键问题，相关技术已经应用于某重要项目。

田静研究员的负责下，实验室在“十五”至“十一五”期间开展了声学功能材料低频吸声研究，承担完成了国家重大基础研究、预先研究等多个研究项目，提升了我国对该类功能材料低频吸声机理的系统性认识，提出了实现低频薄层材料强吸声的新技术途径，使其有效吸声频率向低频扩展了若干个倍频程。主要研究成果包括：

为实现低频声波的有效吸收，系统地提出并主持研究了频率转移、纵横波转换、漫散射、机电转换和声涡转换等五种低频声波能量耗散机制，定量分析了各种能量机制对低频吸声的贡献。建立了材料力学参数及其声学参数之间的关系，给出了满足多种应用约束条件的强色散材料力学参数的范围，形成了该类功能材料低频吸声的系统理论，使得我国该功能材料的研制从经验性研仿进入到参数可控的自主研制实现。

在该理论指导下，联合运用共振、粘滞、强色散、强非线性和波形转换等多种机制，提出了局部共振与高损耗材料结合等实现低频薄层强吸声的技术路线，应用于预先研究，研制出的样品实现了典型环境条件下的低频宽带高吸收，具有重大应用价值。

研制建立了高围压条件下的宽频带材料动态力学参数测试平台，突破了材料参数测试的技术瓶颈，揭示了环境温度、压力特别是背衬对材料低频吸声性能影响规律，形成了从材料弹性模量设计、声学结构设计、配方和工艺设计到测试验证等一体化设计实现能力。

1999-2001年间，田静研究员主持下，实验室完成了多项国家重大和重点工程项目。其中包括世界最大礼堂——人民大会堂万人大礼堂改造工程音质设计任务。采用了厅堂音质计算机仿真设计、微穿孔材料吸声设计、吸声体预成型等新技术。礼堂音质改善效果显著，得到了包括党和国家领导人在内的使用者认可。

2002至2008年间，田静研究员主持完成了我国第一艘大型小水线面双体科学考察船“实验1”号的建设任务。负责项目论证和全船设计建造的全过程管理，主持了减振降噪、动力总成等主要性能的总体方案和技术指标论证，提出应用了多层减振、弹性支撑等具体的技术措施。该船“整体性能良好，减振降噪效果优良，是我国科考船建设和海洋科考研究的一个重大里程碑”。

简要历史

1958年，中国科学院电子学研究所正式成立，创立了由马大猷先生担任主任的通用声学研究室，编号为第九研究室，主要从事空气声学方面的研究。1964年，与另外两个研究室一起成立中国科学院声学研究所，仍然编号为第九研究室。

2000年，在中国科学院知识创新工程中，实验室凝练科技目标，改名为基础声学实验室。2006年，实验室进一步凝练科技目标，明确科研方向，将基础声学实验室分为噪声与振动实验室和通信声学实验室。2008年在噪声与振动实验室和通信声学实验室的基础上，开始建设中国科学院噪声与振动重点实验室，2009年获得批复。