北京天坛的声现象

在首都北京的东南部，有一个著名的天坛公园。它原本是明清两代皇帝祭天祈福的祭坛。它最初建于1420年，明朝永乐十八年。天坛是中国最壮观和独特的古建筑之一。然而，从声学上讲，我们最感兴趣的是回音壁、三重石和圆形土墩。天坛的第一个声学奇迹是回音壁。回音壁为圆形墙，高3.72米，直径61.5米。回音壁内的圆形场地上，北面是一座圆形建筑，名为“黄琼宇”，与回音壁内壁的最短距离为2.5米；；同时，两栋房子从东到西对称建造。当人们进入窃窃私语的墙时，他们经常做的第一件事就是和他们的同伴隔着墙窃窃私语。人们窃窃私语，通常在6米外听不到。然而，在回音壁的一侧，传输要远得多。即使你和你的伴侣在45米的直线距离轻声交谈，他们仍然可以清楚地听到对方，就像你的伴侣在你面前和你说话一样。

这个声学奇迹是如何发生的？原始声音的波长只有10~300厘米，比回音壁的半径小得多。因此，在这种情况下，声波可以被认为是沿直线运动的。声音在甲和乙之间传播，其中一些继续沿着墙壁成束反射，总长度为129米；；它的一部分沿直线直接通过空气传播，整个行程只有45米。因为墙壁非常坚硬光滑，几乎不吸收声音，所以它是一个很好的声音反射器。此外，在回音壁的特定条件下，声波沿墙壁的连续反射是全反射，没有部分穿透到墙壁内部产生折射，因此声音在传播中的衰减非常小。两个人在甲地和乙地轻声耳语，即使走了129米，对方也能清楚地听到穿过墙面的声波，就像打电话一样。然而，直接穿过空气的声波衰减非常快，仅在6米后就消失了，并且不能到达45米外的另一边耳朵。这就是神秘的回音壁的声学原理。天坛的第二个声学奇迹是三阴石。它是在一条白色的石头铺成的道路上，从帝国的拱顶通向城墙的大门。从帝国拱顶的台阶开始，沿着这条路一直数到第三块石头。游客一到，他们就鼓掌欢呼。他们能听到五六声回声。因为这三块石头正好位于回音壁的圆心，掌声在墙壁之间沿着直径向四面八方来回反射。因为墙壁是圆形的，每次声波从墙壁反射回来并会聚在圆圈的中心，它就是回声。只是因为声波在来回反射的过程中逐渐衰减，回声比以前弱，而经过五六次之后，回声太弱了，听不见。天坛的第三个声学奇迹是圆形的土墩。“泥子”是一种古老的圆形字体，而“秋子”最初指的是山丘和土墩。然而，圆形的土墩不是圆形的土墩，而是用青石建造的高平台。这是一座真正的祭天坛。因为古人流传着“天圆地方圆”的错误说法，所以圆丘是用方墙建造的。圆形的土墩是一个三层的石台，每层都有可以上升的台阶。每层楼周围都有石栏杆。最高的楼层离地面5米多，半径15米。人们爬到平台的顶部，站在圆形土堆*的石头上，经常大喊大叫，拍手。这时，他们听到一个响亮的声音。原因是什么？事实证明，平台的顶部并不是真正水平的，而是从中心向四周倾斜。人们站在桌子*大喊大叫，声波从栏杆反射到桌面，然后从桌面反射回耳朵。反之亦然，声波从桌面反射到栏杆上，然后从栏杆反射回耳朵。因为圆形丘的半径较短，回声的延迟时间比原始声音短，从而导致混合。根据测试，从发音到声波回到圆心的时间只有0.07秒。扬声器无法从回声中分辨出它的原始声音，所以当它站在中间的石头上时声音特别大。然而，如果你站在圆圈中心之外说话，或者你站在圆圈中心之外，你不会有这种感觉。