天坛公园回音壁应用的声学原理
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/22 21:23:18
天坛公园回音壁应用的声学原理
天坛公园回音壁应用的声学原理
天坛公园回音壁应用的声学原理
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10～300 cm,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129 m；一部分沿直线直接通过空气传播,全程才45 m．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6 m就消失了,根本传不到45 m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．