人教版八年級上冊物理 第1節 聲音的產生與傳播北京天壇三大聲學奇跡

2023年12月12日發(作者：樹葉的畫法)

-

北京天壇三大聲學奇跡

在首都北京市區的東南部，座落著一個馳名中外的天壇公園．那里本來是明清兩代帝王祭天和祈禱豐年的祭壇，最初建設于明代永樂十八年（1420年）．天壇是我國最壯觀、最有特色的古建筑之一．不過，從聲學上看，我們最感興趣的是回音壁、三音石和圜丘．

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

這個聲學奇跡是怎樣形成的呢？原來語音的波長只有10～300 cm，比回音壁半徑要小得多，因此在這種場合下可以認為聲波是直線前進的．語音在甲、乙兩處之間傳播，一部分以束狀沿圍墻連續反射前進，全程有129 m；一部分沿直線直接通過空氣傳播，全程才45 m．因為墻面相當堅硬光潔，對聲音的吸收小，是聲音的優良反射體；而且在回音壁的具體條件下，聲波沿墻面連續反射都是全反射，沒有穿入墻體內部發生折射的部分，所以聲音在傳播中衰減很小．兩個人在甲、乙兩處發出輕聲細語，通過墻面傳播的聲波，盡管走了129 m，對方還能聽清楚，就像打電話一樣．而直接經過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外的對方耳朵里．這就是神秘的回音壁的聲學原理．

天壇的第二聲學奇跡是三音石．它在從皇穹宇通往圍墻門口的一條白石鋪成的路上，從皇穹宇臺階沿這條路數到第三塊石頭便是．游人們一到這里就鼓掌．鼓掌一下，可以聽到五六次回聲．因為三音石正好在回音壁內圓心上．鼓掌聲沿著四面八方的直徑在墻間來回反射．因為圍墻為圓形，每次聲波從圍墻反射回來在圓心會聚，便是一次回聲．只是由于聲波在來回反射的過程中逐漸衰減，因此回聲一次比一次微弱．五、六次后，回聲就微弱到聽不出來．

天壇的第三聲學奇跡是圜丘．圜字是圓字的古體，丘字原意是小山、土堆子．不過，圜丘不是圓形土堆子，而是青石砌成的高臺，這里是真正的祭天的祭壇．因為古人流行著“天圓地方”的不正確說法，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．每層都有臺階可以拾級而登．每層臺的周圍都有石欄桿．最高層離地5m多，半徑15m．

人們登上臺頂，站在圜丘的圓心石上，往往又是喊話，又是拍手，這時聽到的聲音特別洪亮．這又是什么緣故呢？原來臺頂不是真正水平的，而是從中央往四周坡下去．人們站在臺中央喊話，聲波從欄桿上反射到臺面，再從臺面反射回耳邊來；或者反過來，聲波從臺面反射到欄桿上，再從欄桿反射回耳邊來．又因為圜丘的半徑較短，所以回聲比原聲延遲時間很短，以致相混．據測驗，從發音到聲波再回到圓心的時間，只有零點零七秒．說話者無法分辨它的原音與回音，所以站在圓心石上聽起來，聲音格外響亮．但是站在圓心以外說話，或者站在圓心以外聽起來，就沒有這種感覺了．

天壇的聲學奇跡是我國古代建筑匠師的卓越創造．

-