北京天壇三大聲學(xué)奇跡

2023年12月12日發(fā)(作者：好父母勝過(guò)好老師)

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北京天壇三大聲學(xué)奇跡

在首都北京市區(qū)的東南部，座落著一個(gè)馳名中外的天壇公園．那里本來(lái)是明清兩代帝王祭天和祈禱豐年的祭壇，最初建設(shè)于明代永樂(lè)十八年（1420年）．天壇是我國(guó)最壯觀、最有特色的古建筑之一．不過(guò)，從聲學(xué)上看，我們最感興趣的是回音壁、三音石和圜丘．

天壇第一聲學(xué)奇跡是回音壁．回音壁是一個(gè)圓環(huán)形的圍墻，高約3．72m，直徑61．5m．在回音壁內(nèi)的圓形場(chǎng)地上，偏北有一座圓形的建筑物叫“皇穹宇”，它與回音壁內(nèi)壁間的最短距離是2．5 m;同時(shí)東西對(duì)稱(chēng)地蓋著兩座房屋．人們一進(jìn)回音壁，往往第一件事便是與同伴貼著圍墻作遠(yuǎn)距離的耳語(yǔ)．人們講悄悄話，一般在6 m以外就聽(tīng)不見(jiàn)．而在回音壁邊上講，傳播卻要遠(yuǎn)得多．即使你和同伴分別在直線距離為45 m的甲、乙兩處輕聲對(duì)話，彼此還聽(tīng)得清清楚楚，就像同伴在跟前與你說(shuō)話一般．

這個(gè)聲學(xué)奇跡是怎樣形成的呢？原來(lái)語(yǔ)音的波長(zhǎng)只有10～300 cm，比回音壁半徑要小得多，因此在這種場(chǎng)合下可以認(rèn)為聲波是直線前進(jìn)的．語(yǔ)音在甲、乙兩處之間傳播，一部分以束狀沿圍墻連續(xù)反射前進(jìn)，全程有129 m；一部分沿直線直接通過(guò)空氣傳播，全程才45 m．因?yàn)閴γ嫦喈?dāng)堅(jiān)硬光潔，對(duì)聲音的吸收小，是聲音的優(yōu)良反射體；而且在回音壁的具體條件下，聲波沿墻面連續(xù)反射都是全反射，沒(méi)有穿入墻體內(nèi)部發(fā)生折射的部分，所以聲音在傳播中衰減很小．兩個(gè)人在甲、乙兩處發(fā)出輕聲細(xì)語(yǔ)，通過(guò)墻面?zhèn)鞑サ穆暡ǎM管走了129 m，對(duì)方還能聽(tīng)清楚，就像打電話一樣．而直接經(jīng)過(guò)空氣傳播的聲波卻衰減很快，只走6 m就消失了，根本傳不到45 m外的對(duì)方耳朵里．這就是神秘的回音壁的聲學(xué)原理．

天壇的第二聲學(xué)奇跡是三音石．它在從皇穹宇通往圍墻門(mén)口的一條白石鋪成的路上，從皇穹宇臺(tái)階沿這條路數(shù)到第三塊石頭便是．游人們一到這里就鼓掌．鼓掌一下，可以聽(tīng)到五六次回聲．因?yàn)槿羰迷诨匾舯趦?nèi)圓心上．鼓掌聲沿著四面八方的直徑在墻間來(lái)回反射．因?yàn)閲鷫閳A形，每次聲波從圍墻反射回來(lái)在圓心會(huì)聚，便是一次回聲．只是由于聲波在來(lái)回反射的過(guò)程中逐漸衰減，因此回聲一次比一次微弱．五、六次后，回聲就微弱到聽(tīng)不出來(lái)．

天壇的第三聲學(xué)奇跡是圜丘．圜字是圓字的古體，丘字原意是小山、土堆子．不過(guò)，圜丘不是圓形土堆子，而是青石砌成的高臺(tái)，這里是真正的祭天的祭壇．因?yàn)楣湃肆餍兄疤靾A地方”的不正確說(shuō)法，所以圜丘砌成圓的，它外面的圍墻筑成方的．圜丘是三層的石臺(tái)．每層都有臺(tái)階可以拾級(jí)而登．每層臺(tái)的周?chē)加惺瘷跅U．最高層離地5m多，半徑15m．

人們登上臺(tái)頂，站在圜丘的圓心石上，往往又是喊話，又是拍手，這時(shí)聽(tīng)到的聲音特別洪亮．這又是什么緣故呢？原來(lái)臺(tái)頂不是真正水平的，而是從中央往四周坡下去．人們站在臺(tái)中央喊話，聲波從欄桿上反射到臺(tái)面，再?gòu)呐_(tái)面反射回耳邊來(lái)；或者反過(guò)來(lái)，聲波從臺(tái)面反射到欄桿上，再?gòu)臋跅U反射回耳邊來(lái)．又因?yàn)猷髑鸬陌霃捷^短，所以回聲比原聲延遲時(shí)間很短，以致相混．據(jù)測(cè)驗(yàn)，從發(fā)音到聲波再回到圓心的時(shí)間，只有零點(diǎn)零七秒．說(shuō)話者無(wú)法分辨它的原音與回音，所以站在圓心石上聽(tīng)起來(lái)，聲音格外響亮．但是站在圓心以外說(shuō)話，或者站在圓心以外聽(tīng)起來(lái)，就沒(méi)有這種感覺(jué)了．

天壇的聲學(xué)奇跡是我國(guó)古代建筑匠師的卓越創(chuàng)造．

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