基本介紹
- 中文名：中國科學院噪聲與振動重點實驗室
- 建立時間：2008年
- 行政隸屬：中國科學院
- 機構特點：中國科學院重點實驗室
簡介,發展歷程,馬大猷時代,田 靜時代,簡要歷史,
簡介
實驗室立足聲學研究所現有的噪聲與振動相關研究積累、實驗條件和人才隊伍，重點開展噪聲源特性與傳播途徑、聲學材料和結構特性、噪聲與振動控制技術、噪聲監測與分析技術等方向的研究工作。通過平台建設、人才引進與培養，不斷提高研究隊伍素質和持續創新能力，既能解決國家在經濟建設、國家安全和社會發展中提出的具有基礎性、戰略性、前瞻性的噪聲與振動控制問題，又能在相關學科和技術領域前沿取得突出成果；聯合相關領域的國家創新體系其他單元共同開展創新研究，建設綜合性開放型實驗室。
實驗室從成立以來，經過了幾十年的發展，形成了特色研究方向，包括噪聲控制材料和結構、環境聲學、強聲學與次聲學研究，在國內處於學科引領地位，並形成了國際競爭力。“十一五”以來，實驗室在保持特色研究的基礎上，面向國家重要社會發展需求和軍事戰略需求，發展了聲學材料、機電設備及管路噪聲控制、聲場智慧型控制與聲信號處理等重點研究方向。
發展歷程
從電子學研究所分離與另外兩個研究室一起成立中國科學院聲學研究所，仍然編號為第九研究室。聲學所在文化大革命的動亂中遭分解，第九研究室併入中國科學院物理學研究所。1979年中國科學院聲學所恢復建制，該研究室編號仍為第九研究室。
馬大猷時代
1958年起，馬大猷先生的領導下，實驗室開展漢語語音分析和特徵研究，漢語語音識別和合成，實用語音產品的研製和開發，在我國率先（在國際上也是比較早的）開展了語言聲學研究，為我國語言科學與語言技術的發展，為我國漢語語言信息處理研究達到國際水平奠定了基礎。
1959年，實驗室馬大猷先生的帶領下承擔了人民大會堂的音質設計任務，組織了北京各大學、建築、廣播系統中的聲學專家，提出設計要求，進行模擬試驗、測量和檢定工作，開展了系統的建築聲學研究，提出了分散聲源和聯結立體聲系統以解決這巨大廳堂（90000m，最多能容10000人）中的擴聲問題，頂上和牆面用穿孔板吸聲處理以減少回聲，並控制混響時間到1.8秒，以適合音樂的需要，分散聲源用於聽報告。這是當時世界上最大的為正式活動而建的廳堂。人民大會堂的建成不僅是世界建築史上的奇蹟，而且開創了聲學理論實際套用於空間如此巨大的廳堂之先河，使中國的建築聲學躋身於世界先進之林。
從1958年開始，實驗室在馬大猷先生的領導下開展了低頻聲學和大氣聲學記錄分析系統的研究。1961年，提出開展核爆炸偵察和聲學探測。1963年香山次聲實驗（核爆炸偵察）站建成，1964年組織了核爆炸偵察研究，進入了次聲頻段的研究範圍，不但研究了國內外的核試驗，還對火山爆發、地震、颱風、飛彈發射等所產生的次聲做了研究。1965年主持測量聲學、偵察核爆炸任務，用次聲測定大氣層核爆炸的地點、時間、當量。1982年完成核爆炸產生次聲波在大氣中傳播理論、數據處理和電容傳聲器次聲探測系統。1984年獲中國科學院重大科技成果一等獎。
1966年，馬大猷先生的帶領下，實驗室承擔了飛彈發射井吸聲系統的任務。針對飛彈發射時所產生的噪聲功率達1億瓦，還伴有高溫、潮濕等問題，提出了直接在金屬板上鑽穿微孔以完成聲吸收作用的想法，並開展了大量實驗，證實了構想可行，據此作出了設計要求，在實際發射中發揮了很好的作用。並在1975年發展成為完整的“微穿孔板吸聲理論”。1992年，在德國夫琅和費建築物理研究所工作的我國訪問學者，套用該理論，設計了有機玻璃微穿孔板，安裝在玻璃窗前，既解決了德國新建的圓形透明議會大廳的回聲問題，又保持了透明度，在國際上成為重大新聞，以至國際聲學界掀起了一輪“微穿孔板”熱潮。馬大猷先生也因此於1997年獲得了德國夫琅和費協會金質獎章及建築物理所ALFA獎。
1966年，馬大猷先生的領導下，實驗室開展了高聲強實驗室的設計、建築和安裝工作，建成了能產生160分貝的混響室和170分貝的行波管道，經過測試，性能良好。完成了不少材料與航空部件試驗，還做了動物試驗，實驗室迄今仍在發揮作用。
1965年，馬大猷先生組織設計了2000聲瓦的電動揚聲器和氣流揚聲器，成為當時國際上功率最大的廣播用揚聲器。後來又從事了聲功率10000瓦的戶外廣播用氣流揚聲器的研製，提出了氣流揚聲器理論。1974年發表的“調製氣流聲源的原理”對其後多種大功率氣動聲源的研製和套用產生了重要的指導性意義，其中包括90年代研製的新年鐘聲播放用的40000聲瓦氣流揚聲器和90年代開始發展，廣泛套用於鍋爐除灰的低頻氣動聲源。
1974年，馬大猷先生開始了氣流聲學研究工作，研製微孔和多孔消聲器，降低氣流噪聲，建立了氣流噪聲理論的氣壓理論和噪聲功率測量方法，發明了小孔消聲器和擴散消聲器，廣泛套用於國內外發電廠高壓蒸汽放空噪聲的抑制。並獲得1978年的全國科學大會獎和1979年“噴注噪聲的基礎研究及其控制”榮獲的中國科學院成果一等獎。
環境聲學的研究和廣泛套用是對我國聲學和環境保護事業做出的又一重大貢獻。1966年，組織了第一次北京市交通噪聲調查研究工作。1972年起，開始研究解決捷運噪聲問題，找到了電動機設計上的缺陷，經處理後降低噪聲10分貝。1973年，在第一次全國環境保護會議上提出除廢水、廢氣、廢渣以外，應將噪聲污染列為環境污染四害之一。首先在北京、天津等8大城市，開展了環境噪聲調查、控制，推動了環境保護研究工作，以後逐漸發展到全國各省市。其中京津渤地區環境噪聲評價科研工作，獲得了1985年中國科學院科技進步一等獎。
1982年，馬大猷先生組織完成了《城市區域環境噪聲標準》及測量方法的標準制訂工作，以後又組織完成了機場噪聲、鐵路噪聲、工業噪聲、施工噪聲以及各種噪聲源測試等多個相關的國家標準的制、修訂，形成了比較完整的環境噪聲測量、評價、控制的標準體系。1989年9月26日國務院發布實施了《中華人民共和國環境噪聲污染防治條例》，1989年12月26日第7屆全國人民代表大會常務委員會第11次會議通過《中華人民共和國環境保護法》，專門將環境噪聲的防治作為一個重要方面。1996年10月29日第八屆全國人民代表大會常務委員會第22次會議通過我國首部《環境噪聲污染防治法》，使我國的環境噪聲防治工作走上了法制化、科學化的軌道。
田 靜時代
80年代後期開始，實驗室開展了有源噪聲控制研究，在田靜研究員帶領下，開展有源噪聲與振動控制研究，完成了國家自然科學基金、預先研究、國際科技合作等20多個項目的研究，曾赴多個國家和地區開展學術交流，發表重要的學術論文與研究報告80篇，從理論、實驗及套用幾個層面系統地開拓並提升了我國在相關領域的研究水平。
田靜研究員提出了有源吸收、存儲與反射三種降噪機制，建立了三種機制之間的關係，給出了能量吸收型次級聲源的輻射特性，實現了低頻三極子次級聲源，並用於三維空間的有源降噪實驗，得到突出的降噪效果。
田靜研究員建立了三維閉空間聲場的簡正方式有源控制理論，使用單通道反饋系統，實現了有效抑制混響室聲場多方式回響的效果。這一理論對於混響聲場和結構振動有源控制系統的設計套用均具有重要的指導性意義。
田靜研究員系統地研究了有源控制的因果性、魯棒性、穩定性等內在性質，給出了控制系統的採樣頻率、濾波器長度、增益裕量、不穩定極點等參數與控制頻段、聲場衝擊回響或噪聲自相關函式等特性之間的關係，設計實現了一系列的自適應有源控制系統，在管路噪聲與結構振動控制實驗中得到了驗證和套用。
有源護耳器與電子抗噪聲送、受話器的研究結果，被專家評價為“處於國際領先水平”，其中用模擬電路集成實現的商品化的反饋式有源降噪耳機，可以在100-800Hz的頻率範圍穩定降低噪聲15dB左右，其穩定性與降噪效果在國際同類產品中最優。
田靜研究員提出並研究了充水管路的管道-水-殼板耦合結構的聲輻射問題，創新性地提出忽略管道徑向、周向振動向管口殼板的耦合傳遞以及有效輻射面積的概念，解析地給出並從實驗上驗證了管口水介質與管口耦合殼板兩個輻射途徑對聲場能量的貢獻，為設計實現一種具有重要套用的管路有源消聲器奠定了理論基礎。
田靜研究員系統地開展了有源結構振動控制的研究，設計實現了波形控制法與模態控制法的各種控制系統，並用於支撐基座、梁和板等典型結構的振動傳遞或隔聲控制，得到了多個共振頻率分離譜20-40dB和寬頻10dB左右的減振效果。相關成果已經得到重要套用。
“九五”以來，田靜研究員的負責下，實驗室完成了包括國家自然科學基金重大研究計畫、國家863計畫和中科院創新重大和方向性項目等8項研究項目，在矽微傳聲器與集成化網路感測器節點研製、隨機陣列傳聲器定位算法、目標探測與分類等方面均取得重要進展。
田靜研究員提出的圓形振膜、邊緣減薄的活塞振膜等新型矽微傳聲器設計，有效地減小了矽微振膜的殘餘應力集中，提高靈敏度20dB以上、成品率2倍以上。相關研究發表學術論文8篇，申請專利13項。在矽微傳聲器專利技術擁有量上，中科院聲學所居世界第9位，國內科研機構的第1位，所掌握的核心技術為發展我國自主的矽微傳聲器產業奠定了良好的基礎。
田靜研究員提出聲學網路感測器概念，實現了矽微傳聲器的功能感知、信號預處理通信模組的SiP集成，形成小尺度網路感測器節點。為解決聲學感測器對環境敏感的難題，創造性地提出了線上自標校和靈敏度補償方法，實現了長期無人值守的聲學網路感測器。集成振動與聲學網路感測器節點已經套用於實現某類噪聲振動監測系統。
田靜研究員提出了隨機分散式聲學感測網概念，建立了多感測器、多模通信、多拓撲結構的網路架構，發展了多源目標探測、識別和定位方法，解決了海量數據匯聚、多感測器信息融合、多子軟組合等關鍵問題，相關技術已經套用於某重要項目。
田靜研究員的負責下，實驗室在“十五”至“十一五”期間開展了聲學功能材料低頻吸聲研究，承擔完成了國家重大基礎研究、預先研究等多個研究項目，提升了我國對該類功能材料低頻吸聲機理的系統性認識，提出了實現低頻薄層材料強吸聲的新技術途徑，使其有效吸聲頻率向低頻擴展了若干個倍頻程。主要研究成果包括：
為實現低頻聲波的有效吸收，系統地提出並主持研究了頻率轉移、縱橫波轉換、漫散射、機電轉換和聲渦轉換等五種低頻聲波能量耗散機制，定量分析了各種能量機制對低頻吸聲的貢獻。建立了材料力學參數及其聲學參數之間的關係，給出了滿足多種套用約束條件的強色散材料力學參數的範圍，形成了該類功能材料低頻吸聲的系統理論，使得我國該功能材料的研製從經驗性研仿進入到參數可控的自主研製實現。
在該理論指導下，聯合運用共振、粘滯、強色散、強非線性和波形轉換等多種機制，提出了局部共振與高損耗材料結合等實現低頻薄層強吸聲的技術路線，套用於預先研究，研製出的樣品實現了典型環境條件下的低頻寬頻高吸收，具有重大套用價值。
研製建立了高圍壓條件下的寬頻帶材料動態力學參數測試平台，突破了材料參數測試的技術瓶頸，揭示了環境溫度、壓力特別是背襯對材料低頻吸聲性能影響規律，形成了從材料彈性模量設計、聲學結構設計、配方和工藝設計到測試驗證等一體化設計實現能力。
1999-2001年間，田靜研究員主持下，實驗室完成了多項國家重大和重點工程項目。其中包括世界最大禮堂——人民大會堂萬人大禮堂改造工程音質設計任務。採用了廳堂音質計算機仿真設計、微穿孔材料吸聲設計、吸聲體預成型等新技術。禮堂音質改善效果顯著，得到了包括黨和國家領導人在內的使用者認可。
2002至2008年間，田靜研究員主持完成了我國第一艘大型小水線面雙體科學考察船“實驗1”號的建設任務。負責項目論證和全船設計建造的全過程管理，主持了減振降噪、動力總成等主要性能的總體方案和技術指標論證，提出套用了多層減振、彈性支撐等具體的技術措施。該船“整體性能良好，減振降噪效果優良，是我國科考船建設和海洋科考研究的一個重大里程碑”。
簡要歷史
與另外兩個研究室一起成立中國科學院聲學研究所，仍然編號為第九研究室。
