中科院声学所探索声音的奥秘 奏响科学的乐章

　　 注：本文原载于《科技日报》2004年6月27日

　　发强

　　在以“硅谷”著称的中关村，有一幢外表为蓝色玻璃幕墙的五层大楼伫立在中关村三桥的北面，大楼上方镌刻着“中国科学院声学研究所”十个大字。在这里，有一群几十年如

一日、潜心于探索声音奥秘的人，他们的名字或许鲜为公众所知，但是他们的一项项研究成果，却推动着人类文明前进的步伐。

　　中国科学院声学研究所成立于1964年7月1日，主要从事声学和信号信息处理研究。40年来，经过广大声学工作者的奋力拼搏，声学所已经发展成为国内唯一、世界少有的国家级声学综合研究机构，形成了环境声学与噪声控制技术、超声学与声学微系统技术、水声物理与水声探测技术、语言声学与语音信号处理技术、声学制导与数字系统集成技术、数字音视频与宽带网络技术等六大优势学科，其研究水平和实力在国内声学界中处于遥遥领先的地位，在国际上也享有极高的知名度。

　　人民大会堂的音质设计

　　50年代建造的人民大会堂是世界建筑史上的奇迹。它作为当时世界上最大的会场，可以同时容纳一万人开会。然而，由于空间太大，如果不做任何处理，就会存在严重的回声问题，在里边只能听到各种回声的互相干扰，根本没办法开会。

　　中科院院士、中国建筑声学的奠基人马大猷先生受命亲自负责人民大会堂的音质设计。他采用穿孔板吸声、分散声源等办法，不仅有效地解决了大会堂的回声问题，而且使会堂具有优质的音响效果，使人们可以欣赏各种文艺演出。而且，到目前为止，人民大会堂的声学工程设计仍然属于世界一流水准。

　　人民大会堂的音质设计，使世界认识了刚刚起步的中国声学研究。中国建筑声学由此迈出了坚实的一步。

　　90年代中期，德国政府新建了一个议会大厅，围墙是圆形玻璃，周围透明，设计的很好。但是因为声音的聚焦，却无法开会使用。各国声学专家都在寻找解决办法，最后，根据马大猷先生的微穿孔板理论，用打上微孔的有机玻璃板，解决了这个声学问题。“中国人在德国议会大厅打孔”在国际声学界一时传为美谈。

　　探索神奇的海底世界

　　海洋和湖泊占地球表面积的70%以上，它们是人类生产和生活活动的重要空间。海洋中蕴藏着丰富的生物和矿产资源，是人类的自然资源宝库。海洋资源的探测和开发一直是人类孜孜以求的目标之一。

　　海底是一片黑暗的世界。在海洋里面，水下光波和电磁波都衰减得很快，声是唯一有效的、可以远距离传播的能量形式，声波成为海洋信息获取的不可或缺的手段。

　　声学所在长期的水声科学研究工作中，提出并验证了多项独创的理论、技术，其浅海声学研究水平达到国际公认的领先水平，鱼探仪、小孔径声呐、海底地貌探测仪、高分辨率测深侧扫声呐等一系列海洋探测与信息获取设备的研制成功，为国家海洋资源的开发与经济发展做出了突出的贡献。

　　声学所东海站研制的鱼探仪可以准确地探测出鱼群的位置，使捕鱼产量大大增加。高分辨率测深侧扫声呐可以精确绘制出海底的地形地貌，获得2003年度国家技术发明二等奖，达到国际领先水平，可广泛应用于海洋工程、海洋矿产资源开发、油田区域和航道的地形测量、水下管道测量以及海底地形匹配导航系统等方面。

　　将声音带进21世纪的技术

　　声学微机电技术是声学与微机电技术的结合，是声学发展的又一个机遇。它可以把声学器件(如话筒、耳机)做成芯片，把助听器做到米粒大小，甚至未来的灰粒也可能是长耳朵的，可以把声音的信号变成无线电信号传送出去。它在移动通信、无线接入网络传感器系统、医疗以及国家安全等方面具有重要应用价值，发展前景十分广阔。

　　2000年7月，声学所承担了科学院知识创新工程重要方向项目“声学微机电器件与模块”的研制，2002年，声学所又承担了国家863计划项目“硅微麦克风的实用化研究”，经过科研人员几年的努力，于近日分别顺利通过了科学院高技术局和863微机电领域专家组组织的验收。项目成功研制了整体性能达到国际先进水平的“硅微电容传声器”,并在实用化方面走到了国际前列。

　　声学所通过该项目的实施，提出并阐明了“声学微机电系统”的概念，从而凝练而成一个全新的学科方向――声学微机电系统，在国内首先掌握了硅微传声器的小批量生产工艺。2004年2月，《科学美国人》发表专文称之为“将声音带进21世纪的技术”。

　　让机器理解人的语言

　　语言，是人类交流最便捷有效的工具，是人类思维的载体。

　　计算机问世以后，西方最早提出了用计算机处理人类语言的想法。随着时间的推移，产生过许多相关的理论和技术，但迄今还没有取得实质性的突破。让计算机理解人类的语言，成为世界性的难题。

　　1958年，声学所率先在国内开始了对语言和语音的研究。1979年发明了声码器，第一次在国内用机器语言完成了对汉语发音模式的模仿，获得国家发明二等奖。

　　声学所在长期语言研究的基础上，独创性的提出了概念层次网络理论，将人们对于语言的理解方法及概念符号化，从语言的深层――概念层面上，把握其脉络性，并进而通过对联想脉络的操纵，完成对自然语言的理解处理。这一理论的最终目标是使计算机能够象人一样进行语言理解和推论，从而实现对信息的自动分类与控制，可以对各种信息存储媒介和传输渠道的实时跟踪、分析。

　　声学所在语音识别、语音合成和语音编码技术方面，也始终处于国内技术发展的前列。由原英特尔中国研究院研发团队为主体组建的中科信利语音实验室在“嵌入式语音识别系统”的开发上取得了新的突破，专为2008奥运会研发的奥运语音导航系统，可以使计算机“听懂”不同的语言，为参赛运动员和广大观众及时提供各种帮助。

　　　全力参与信息时代竞争

　　在信息时代，计算机和网络技术的开发是科技竞争的制高点。

　　声学所一直把面向国际科技前沿，面向国家战略需求作为研究工作的出发点，是国内应用和研究数字信号处理技术最早的单位之一，现已形成了从核心芯片设计，到信号处理系统的一整套软硬件系统，可广泛应用于航天、航空、航海、通信、测量仪器仪表、自动控制等诸多领域，在大型医疗设备开发、振动测量、系统集成、软件无线电、数字图象处理等方面也有极大的发展空间。

　　声学所致力于开发新一代的网络技术与设备，并与兄弟院所合作，共同搭建示范网络。声学所把重点放在“有线无线宽带IPv6接入技术”的研究上，自主开发了IPv6/IPv4双协议栈，并在基于高性能网络处理器的硬件平台上实现了IPv6/IPv4双协议栈接入路由器，该路由器不仅同时具有IPv6和IPv4网络接入能力和IPv4向IPv6的过渡机制，而且具有认证、授权和计费功能，并为下一代网络中的全IP通信模式提供了移动性支持，为新一代网络的实用化奠定基础。

　　大音希声，大象无形。作为声学研究领域的国家队，中国科学院声学研究所一直把满足国家需求，解决国家问题，代表国家水平，作为自己的使命。为国民经济建设、国防安全和社会进步做出了大量基础性、战略性和前瞻性的贡献。自1979年以来，共获得400多项科研成果，其中，获国家级奖30余项，部、院、省级奖200余项。

　　“国家的声学所，国际的科学家”，这是声学所在新的发展时期提出的组织目标。展望未来，声学所将不断开拓创新，努力提高研发能力，拓展领域，提供优质服务，培养优秀人才，为21世纪中华民族的伟大复兴做出持续不断的新的贡献。