回音壁的声学原理
回音壁
回音壁是皇穹宇的围墙，高3.72米，厚0.9米，直径61.5米，周长193.2米。回音壁有回音的效果。如果一个人站在东配殿的墙下面朝
北墙轻声说话，而另一个人站在西配殿的墙下面朝北墙轻声说话，两个人把耳朵靠近墙，即可清楚地听见远在另一端的对方的声音，
而且说话的声音回音悠长。
回音壁有回音效果的原因是皇穹宇围墙的建造暗合了声学的传音原理。围墙由磨砖对缝砌成，光滑平整，弧度过度柔和，有利于声波
的规则折射。加之围墙上端覆盖着琉璃瓦使声波不致于散漫地消失，更造成了回音壁的回音效果。
一、北京天坛三大声学奇迹
在首都北京市区的东南部，座落着一个驰名中外的天坛公园。那里本来是明清两代帝王祭天和祈祷丰年的祭坛，最初建设于明代永乐
十八年（1420年）。天坛是我国最壮观、最有特色的古建筑之一。不过，从声学上看，我们最感兴趣的是回音壁、三音石和圜丘。
天坛第一声学奇迹是回音壁。回音壁是一个圆环形的围墙，高约3.72m，直径61.5m。在回音壁内的圆形场地上，偏北有一座圆形的建
筑物叫“皇穹宇”，它与回音壁内壁间的最短距离是2.5 m;同时东西对称地盖着两座房屋。人们一进回音壁，往往第一件事便是与同
伴贴着围墙作远距离的耳语。人们讲悄悄话，一般在6 m以外就听不见。而在回音壁边上讲，传播却要远得多。即使你和同伴分别在
直线距离为45 m的甲、乙两处轻声对话，彼此还听得清清楚楚，就像同伴在跟前与你说话一般。
这个声学奇迹是怎样形成的呢？原来语音的波长只有10～300cm，比回音壁半径要小得多，因此在这种场合下可以认为声波是直线前
进的。语音在甲、乙两处之间传播，一部分以束状沿围墙连续反射前进，全程有129m；一部分沿直线直接通过空气传播，全程才45m
。因为墙面相当坚硬光洁，对声音的吸收小，是声音的优良反射体；而且在回音壁的具体条件下，声波沿墙面连续反射都是全反射，
没有穿入墙体内部发生折射的部分，所以声音在传播中衰减很小。两个人在甲、乙两处发出轻声细语，通过墙面传播的声波，尽管走
了129 m，对方还能听清楚，就像打电话一样。而直接经过空气传播的声波却衰减很快，只走6m就消失了，根本传不到45m外的对方耳
朵里。这就是神秘的回音壁的声学原理。
天坛的第二声学奇迹是三音石。它在从皇穹宇通往围墙门口的一条白石铺成的路上，从皇穹宇台阶沿这条路数到第三块石头便是。游
人们一到这里就鼓掌。鼓掌一下，可以听到五六次回声。因为三音石正好在回音壁内圆心上。鼓掌声沿着四面八方的直径在墙间来回
反射。因为围墙为圆形，每次声波从围墙反射回来在圆心会聚，便是一次回声。只是由于声波在来回反射的过程中逐渐衰减，因此回
声一次比一次微弱。五、六次后，回声就微弱到听不出来。
天坛的第三声学奇迹是圜丘。圜字是圆字的古体，丘字原意是小山、土堆子。不过，圜丘不是圆形土堆子，而是青石砌成的高台，这
里是真正的祭天的祭坛。因为古人流行着“天圆地方”的不正确说法，所以圜丘砌成圆的，它外面的围墙筑成方的。圜丘是三层的石
台。每层都有台阶可以拾级而登。每层台的周围都有石栏杆。最高层离地5m多，半径15m。
人们登上台顶，站在圜丘的圆心石上，往往又是喊话，又是拍手，这时听到的声音特别洪亮。这又是什么缘故呢？原来台顶不是真正
水平的，而是从中央往四周坡下去。人们站在台中央喊话，声波从栏杆上反射到台面，再从台面反射回耳边来；或者反过来，声波从
台面反射到栏杆上，再从栏杆反射回耳边来。又因为圜丘的半径较短，所以回声比原声延迟时间很短，以致相混。据测验，从发音到
声波再回到圆心的时间，只有零点零七秒。说话者无法分辨它的原音与回音，所以站在圆心石上听起来，声音格外响亮。但是站在圆
心以外说话，或者站在圆心以外听起来，就没有这种感觉了。
天坛的声学奇迹是我国古代建筑匠师的卓越创造。
《回音壁的声学原理》相关文档：
回音壁的声学原理10-09
回音壁q700使用说明书11-20
