北京天坛回音壁
位于北京的天坛是明代遗留下来的著名建筑,天坛的一部分建筑中有着极高的声学效果,这一不寻常的“祭天”场所在这种声学效果的影响之下,更增添了几分神秘的色彩。其中,天坛建筑物中,最具有声学效应的三个地方是:回音壁、三音石和圜丘。
回音壁是环护皇穹宇的一道圆形围墙人,其高约为6米,圆半径约为32.5米。里面有三座不同的建筑,其中之一便是建筑为圆形的皇穹宇。皇穹宇位于北面正中处位于北面正中处,它与围墙最接受的地方只有2.5米,回音壁只有一个正对着皇穹宇的大门。整个墙壁都堆砌的十分整齐、光滑,是一个极好的声音反射体。如果甲、乙二人相距较过多的话,甲贴近围墙,小声地面向墙壁说话,乙在自己站的地方靠近墙壁可以听得十分清楚。甲就好像站在乙不远处说话一般。
如果甲发出的声音与甲点的切线所成呈现出的角度大于22度的话,声音便会碰到皇穹宇,并进一步地反射到别的地方去,而乙在这种情况下便听不到甲的声音。
皇穹宇正前方的石板路,由北向南的第三块就是“三音石”。
位于皇穹宇台阶下面有一条向南铺着的白三路一直到达围墙的门口。从台阶下向南数,第三块白石便是三音石。在三音石上拍一下掌,便可以听到三到六声的重复音。而且三音石的附近也有着同样的效应,只是声音变得非常模糊了而已。这是由于从三音石中发出去的声音在等距离地传播到围墙之后,被围墙同时反射回了中心点,所以会听到回声。回声再次反射回来时,人们便可以听到第二次我回声了。如此反复下去,便可以听到多次回声了。如果有人在三音石的附近拍掌的话,从那里所传出的声音会一直传播到围墙,无法极时反射到拍掌者人的耳朵中,所以听到的回音地显得比较模糊。
天坛圜丘
圜丘是明、清两代皇帝祭天所在,这是一座全部使用青石建筑的三层圆形高台。每一层的高台都有石栏杆,在栏杆的正对东、东、西、南、北方位处有早就设好的石头阶梯。这些阶梯的最高层离地面约有5米,其半径约为11.4米。高台的台面上铺设的是非常光滑、具有良好反射性能的青石,而且圆心处略高于四周围,呈现为略带倾斜的模样。人如果站在高台的中心说话的话,自己所听到的声音便会比平日更加响亮一些,而且会感觉到,声音好像从地下传过来的。这是因为人发出发的声音会躲到栏杆的下半部,并立即反射回倾斜的青石面上,并立即反射回人耳附近的原因。
回音壁,是天坛中存放皇帝祭祀神牌的皇穹宇外围墙。墙高3.72米,厚0.9米,直径61.5米,周长193.2米。墙壁是用磨砖对缝砌成的,墙头覆着蓝色琉璃瓦。围墙的弧度十分规则,墙面极其光滑整齐,两个人分别站在东、西配殿后,贴墙而立,一个人靠墙向北说话,声波就会沿着墙壁连续折射前进,传到一、二百米的另一端,无论说话声音多小,也可以使对方听得清清楚楚,而且声音悠长,堪称奇趣,给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。所以称之为“回音壁”。
回音壁之所以会有回音效果,是因为皇穹宇围墙的建造暗合了声学传音原理。围墙本身由磨砖对缝砌成,表面的光滑平整与过度柔和的弧度,使得声波呈现为极有规则折射,再上围墙上端覆盖的琉璃瓦对声波的凝集作用,使得回音壁的回音效果大大增强。
造成三音石独特效果的原因则由于其建筑格局中的一些布置与声学原理极为想象,从声波从不同的地方折射回来的速度与层次使得第一、第二和第三块石板处听到回音次数不同。圜丘台现象是声波被阻所产生的回音。从圜丘圆心石上发出的声波在传到四周石栏后,便同时从四周迅速地反射回来,产生了振动较大的声波,再加上圜丘坛的半径很短,所以回声会很快地传播回来。