天坛，是古代皇帝祭天、祈求五谷丰登的地方。

它体现的“天圆地方”的理念，尤其出名。

天坛的主要建筑如祈年殿、圜丘坛、皇穹宇都是圆形的结构，象征着“天圆”。

可谁能想到，这种象征背后，还隐藏着古代科技的秘密，让天坛拥有了许多声学奇观。

1.回音壁：古代的电话

围绕皇穹宇的围墙，被称为回音壁，它的设计和构造巧妙地运用了声学原理，呈现出了神奇的效果：两个人只要贴着墙轻声说话，就算隔着中间的大殿，也能听得清清楚楚，就像在打电话一样。这种奇妙的现象源于回音壁的精确设计。原来，这围墙不是简单地围成近似的圆，而是建成了一个超级精密的圆形。而墙壁，是用明代山东临清产的澄江砖砌成的，这种砖的质地非常细密，据说“敲之有声，断之无孔”，真是古代材料的神作。无论是硬度、密度，还是它的光滑表面，都为回音壁的声学效果提供了理想的基础，材料的选用再合适不过了。

由于围墙的弧度极其标准，墙面又光滑平整，就形成了一个圆形声场，使得声波沿着墙面反射时，能量损失很小，所以就算是悄悄话，也能传那么远。

在现代冰雕艺术里，人们用具有类似特性的冰砖，结合同样的构造，再现了天坛神奇的声学现象。当然，天气转暖就融化的冰砖，只能短暂复刻古人的巧思，自然没法像澄江砖一样把声学奇观保留几百年了。

2.三音石的回声魔法

在皇穹宇前面，有三块特别的石板，分别叫天石、地石和人石。别看它们平平无奇，站上去说话试试——立刻就能感受到声学设计的“魔法”。

“人石”又被称作三音石，站在上面小声说话，也能听到很大回音。古人把这种现象说成是“人间私语，天闻如雷”，象征人们的声音能传递到天上。虽然古人赋予这种回声神秘的象征意义，但其实，这个效果全靠声波的多重反射。

三音石恰好位于回音壁中心，站在三音石上，说话时，声波在围墙的范围内弹来弹去，沿着回音壁的曲面不断反射，最终传递回石板的位置，陆陆续续回到你耳朵里。

你要是站在石头上拍手一次，甚至能听到三次回声！这三次回声其实都是来自一个声音，只是“兵分几路”后走的路程长短不同，导致到达你耳朵的时间不同。

简单来说，声波经过不同的路径回到圆心，会形成微小的时间差。而你的耳朵会被“欺骗”，分不清相隔太近的回声，会把它们合并成几组响亮的回声。

现代人经过了精准的测量和推算，发现第一个回声，是皇穹宇两个配殿的墙和墙基的反射波叠加形成的，第二、三个回声则是由回音壁围墙的第一、二次反射声波会聚形成的。

这些声学奇观，体现了古代匠人们对声学和材料的深刻理解，循着这些奇妙现象，就能发现古人的巧思。通过巧妙的设计和精湛的工艺，古人不仅创造了具有美学价值的建筑，更运用了科学原理，将自然界的声音传播规律融入到建筑中，以达到美与科技的完美融合。

所以即使是年代久远的古建筑，也有满满的科技元素。

作者：希卡石板修复组
审核：北京交通大学建筑与艺术学院 副教授 刘捷
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 星空计划

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