建築上的聲學知識

北京天壇是著名的明代建築。其中皇穹宇建於明嘉靖九年(1530年)，原名泰神殿，1535年改名爲今。天壇的部分建築具有較高的聲學效果，使這一不尋常的“祭天”的場所，更增添了神祕的色彩。

天壇建築物中最具聲學效應的是：迴音壁、三音石和圜丘。

迴音壁是環護皇穹宇(安放祭天牌位的所在)的一道圓形圍牆，高約6米，圓半徑約32.5米。內有三座建築，其中之一是圓形的皇穹宇，位於北面正中，它與圍牆最接近的地方只有2.5米。迴音壁只一個門，正對皇穹宇。整個牆壁都砌得十分整齊、光滑，是一個良好的聲音反射體。如有甲、乙二人相距較遠，甲貼近圍牆，面向牆壁小聲講話，乙靠近牆壁可以聽得很清楚，聲音就像從乙的附近傳來的。只要甲發出的聲音與甲點的切線所成的角度大於22℃時，聲音就要碰到皇穹宇反射到別處去，乙就聽不清或聽不到。

在皇穹宇臺階下向南鋪有一條白石路直到圍牆門口。從臺階下向南數第三塊白石正當圍牆中心，傳說在這塊白石上拍一下掌，可以聽到三響，所以這塊位於中心的白石就叫三音石。事實上，情況不完全是這樣。在三音石上拍一下掌，可以聽到不止三響，而是五響、六響，而且三音石附近也有同樣的效應，只是聲音模糊一些。這是因爲從三音石發出的聲音，等距離地傳播到圍牆，被圍牆同時反射回中心，所以聽到了回聲。回聲又傳播出去再反射回來，於是聽到第二次回聲。如此反覆下去，可以聽到不止三次回聲，直至聲能在傳播和反射過程中逐漸被牆壁和空氣吸收，聲強減弱而聽不見。如果拍掌的人在三音石附近，從那裏發出的聲音，傳播到圍牆，不能都反射到拍掌人的耳朵附近來，因此聽到的迴音就比較模糊。

圜丘是明、清兩代皇帝祭天的地方。它是一座用青石建築的三層圓形高臺。高臺每層周圍都有石欄杆。在欄杆正對東、西、南、北方位處鋪設有石階梯。最高層離地面約5米。半徑約11.4米。高臺面鋪的是非常光滑、反射性能良好的青石，而且圓心處略高於四周，成一微有傾斜的檯面。人若站在高臺中心說話，自己聽到的聲音就比平時聽到的要響亮得多，並且感到聲音好像是從地下傳來的。這是因爲人發出的聲音碰到欄杆的下半部時，立即反射至傾斜的青石臺面，再反射到人耳附近的緣故。