北京天坛的三大声学奇迹

　　著名的文物古建专家罗哲文先生曾题词赞曰：“天坛是中国独一无二，世界独一无二的古典建筑杰作。”在天坛的众多建筑里，最著名的是圜丘坛，形似圆形的祭坛，其屋顶覆盖着蓝色琉璃瓦，象征着天空。在每年冬至之际，中国古代皇帝会在天坛举行隆重的祭天仪式，向上天祈求丰收和国泰民安。

　　在圜丘坛的这组建筑中，有三种奇特的声音现象，被称为“天坛的三大声学奇迹”。

　　01.回音壁

　　第一声学奇迹是回音壁，这是很多人到天坛后都会去体验的“打卡项目”，当你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，两个人把耳朵靠近墙，就可以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，有一种“天人感应”的神秘氛围。

　　回音壁是皇穹宇院落的围墙，墙面由质地细密坚硬的澄浆砖采用磨砖对缝的方法砌成，墙头覆盖蓝色的琉璃瓦。整座圆形围墙弧度十分规则，墙面光滑整齐。

　　声音沿着皇穹宇围墙内部规则的弧度，经过连续多次的反射，便能从院落的一端传播到另一端。

　　02.三音石

　　第二声学奇迹是三音石，当人站在皇穹宇殿前御路的第三块石板上拍一下手掌，就能听到三次回声，非常神奇！

　　三音石的声学原理其实非常简单，第一声回声是由东配殿与西配殿的墙和墙基对声音反射而形成的；之后第一声回音继续向四周扩散，再次碰到围墙之后声音又返回到三音石上，产生了第二声回音，第三次回音以此类推。

　　三音石上发出的声音照此于院内往返可以在三音石所在的位置产生多个回音，但是随着声音的消散，人的耳朵可以分辨出的只有前三声回音。

　　最早对天坛声学现象进行研究的，是汤定元先生。在他的科普文章《天坛中的几个建筑物声学问题》一文中，对天坛公园中回音壁、三音石、圜丘声学现象的形成机理提出了科学论断。

　　汤定元先生的科学假说一直被作为天坛建筑声学现象的权威解释。直到20世纪90年代，天坛与黑龙江大学古建筑声学研究组合作，对天坛建筑中的声学现象进行了科学测试与分析，进一步完善了汤定元先生的假说。

　　03.对话石

　　与此同时，专家学者们还在皇穹宇院子内发现了“对话石”，这就是天坛的第三声学奇迹。当人站在皇穹宇殿前的第18块石板上说话，则站在距此约36米远的东配殿东北角或西配殿西北角的另一个人，可以清晰地听到在第18块石板上的人的说话声。

　　其实，这是因为声音发出之后经过围墙的反射，在特定位置汇聚，使得相互见不到面的人可以利用声音的反射相互对话。

　　相传天坛的回音，寓意为一呼百应，象征和标志着封建王朝至高无上的统治地位。在科技不发达的古代却能完成这样伟大的声学杰作，这不仅是人类建筑艺术的瑰宝，更体现了中国人的聪明才智。

　　04.天坛声学现象的现代应用

　　天坛的声学原理其实在现代也有所体现，在剧场、音乐厅等封闭的空间，声波在四壁上不断反射，即使在声源停止发射后，声音还会持续一段时间，即为混响。

　　不同用途的厅堂，最佳混响时间不同，它与厅堂的容积密切相关。厅堂容积大，混响时间和；反之，混响时间知。不同的音乐对混响时间也有各自的要求，音乐厅要求长混响，室内乐稍低，而合唱、独奏和重奏更低些。