回音壁的小秘密

饅頭老妖

在首都北京有個(gè)地標(biāo)性建筑一天壇，過去曾是皇帝祭天的地方。天壇圜丘周圍那一圈圓形的墻壁，則有個(gè)很有趣的名字：回音壁。

去看過的同學(xué)們，大概都知道這個(gè)回音壁的厲害：站在“天心石”上小聲吼一下，就會聽到回聲仿佛從四面八方涌來，比自己的聲音還要洪亮，有“一呼百應(yīng)”的效果。這種種神奇的現(xiàn)象，如果到現(xiàn)場體會一下，絕對終生難忘。那么，這座始建于明代、擴(kuò)建于清代的回音壁，究竟是如何產(chǎn)生這些神奇的功效的呢？

★讓聲波乖乖聽話

我們都知道，當(dāng)聲波產(chǎn)生之后，會向四面八方散射。因此，當(dāng)某人說話時(shí)，無論你在他的側(cè)面、前面還是后面，都能聽到。光線也是同理。然而，如果我們給燈加上一個(gè)凹面鏡，燈光就只會朝著一個(gè)方向發(fā)散了。這就像是我們熟悉的手電筒或聚光燈，光源發(fā)出來的大部分光線，都被聚攏成一道光束，射向正前方。當(dāng)某人拿著手電筒照亮?xí)r，站在他的后方，幾乎是看不到光的吧？

而天壇回音壁的設(shè)計(jì)者，也運(yùn)用了類似的原理。當(dāng)在特定位置發(fā)出聲音時(shí)，聲波向四面八方散射;而當(dāng)聲波打在環(huán)形的墻壁上，就如同光線照到了凹面鏡上，反射回來的聲波，大部分就會聚集在“焦點(diǎn)”之上。如果此刻發(fā)出聲音的人，正好站在這個(gè)“焦點(diǎn)”上，聽到的就會是強(qiáng)度更洪亮的聲音，這就是“天心石”的大致原理。

至于“回音壁”的原理就更簡單了：貼著一側(cè)墻壁說話，一部分聲波朝身后發(fā)散（這部分聲波會很快衰減，稍遠(yuǎn)就無法聽到了），另一部分聲波被墻壁反射，因?yàn)槿肷浣菢O大，反射角也會很大，幾次反射之后，就會形成類似“圓的內(nèi)接多邊形"的路徑，從而抵達(dá)墻壁另一邊的聽者的耳朵里。

★聲波的反射還能干啥？

對于聲波的反射原理，還有一個(gè)相當(dāng)常見的運(yùn)用：

電影院的放映廳，是一個(gè)相對密閉的系統(tǒng)，幾乎沒有門窗。當(dāng)電影的聲效從音箱發(fā)出時(shí)，如果任由聲波在屋里不斷的反射，形成多個(gè)回聲，那場面就會很滑稽了：主角的一聲“啊！”，卻變成了“啊～啊～啊～”

因此，電影放映廳的墻壁，都經(jīng)過聲學(xué)的設(shè)計(jì)，往往是傾斜的，盡可能地讓聲波在反射后不匯聚在一點(diǎn);墻面上還會故意做出凹凸不平的效果，讓聲波被反射時(shí)耗盡能量，這些都是為了降低回聲的效果。下次去看電影時(shí)，不妨留意一下哦！

另外，第一次世界大戰(zhàn)中，英國人也用類似回音壁的原理，在海灘上建造了巨大的“聽音站”，又稱為“聲鏡”（SoundMirrors）：這些圓弧形或半球形的墻壁，朝向敵人的方向，當(dāng)敵人的飛機(jī)從遠(yuǎn)處飛來時(shí)，微弱的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音，就會被光滑的水泥墻壁匯聚到焦點(diǎn)上，從而產(chǎn)生數(shù)十倍的放大效果，讓監(jiān)聽人員能夠聽到并及時(shí)發(fā)出空襲警報(bào)。

總之，在物理學(xué)上看來，回音壁并不神秘;但在四百多年前，我們的祖先就能夠發(fā)現(xiàn)并運(yùn)用這些原理，也是一件非常了不起的事情啦！

回音壁的傳說

相傳，有一次乾隆皇帝想出宮走走，來到了天壇。夭壇是祭天祈福的，一年才來一次，他就想去看看。走進(jìn)回音壁時(shí)，乾隆感到有點(diǎn)累了，于是靠墻休息。他剛坐下，就聽到凄慘的青蛙在叫，打擾了他休息。同行的侍衛(wèi)就去趕青蛙，發(fā)現(xiàn)原來是一條蛇在吃青蛙。兩個(gè)侍衛(wèi)在那里議論怎么辦，害怕驚擾圣上。在他們討論時(shí)，聲音非常響亮地傳到了乾隆耳朵里。乾隆下令打死那條蛇，自己出去回避。乾隆也驚喜地發(fā)現(xiàn)了回音壁的奧妙，這里便因此得名。事實(shí)上，這里面涉及到了聲音的反射、聲音傳播介質(zhì)，以及發(fā)聲的物體在震動(dòng)等聲學(xué)原理。

墻壁的光滑程度，決定了聲波每次反射時(shí)的能量損失的大小。修筑回音壁用的是一種叫作“澄漿磚”的磚塊，表面非常平整;砌磚時(shí)也要求嚴(yán)絲合縫，從而保證了墻壁整體的光滑程度，盡可能的降低了聲音反射時(shí)的損失。