天壇，是古代皇帝祭天、祈求五谷豐登的地方。

它體現的“天圓地方”的理念，尤其出名。

天壇的主要建筑如祈年殿、圜丘壇、皇穹宇都是圓形的結構，象征著“天圓”。

可誰能想到，這種象征背后，還隱藏著古代科技的秘密，讓天壇擁有了許多聲學奇觀。

1.回音壁：古代的電話

圍繞皇穹宇的圍墻，被稱為回音壁，它的設計和構造巧妙地運用了聲學原理，呈現出了神奇的效果：兩個人只要貼著墻輕聲說話，就算隔著中間的大殿，也能聽得清清楚楚，就像在打電話一樣。這種奇妙的現象源于回音壁的精確設計。原來，這圍墻不是簡單地圍成近似的圓，而是建成了一個超級精密的圓形。而墻壁，是用明代山東臨清產的澄江磚砌成的，這種磚的質地非常細密，據說“敲之有聲，斷之無孔”，真是古代材料的神作。無論是硬度、密度，還是它的光滑表面，都為回音壁的聲學效果提供了理想的基礎，材料的選用再合適不過了。

由于圍墻的弧度極其標準，墻面又光滑平整，就形成了一個圓形聲場，使得聲波沿著墻面反射時，能量損失很小，所以就算是悄悄話，也能傳那么遠。

在現代冰雕藝術里，人們用具有類似特性的冰磚，結合同樣的構造，再現了天壇神奇的聲學現象。當然，天氣轉暖就融化的冰磚，只能短暫復刻古人的巧思，自然沒法像澄江磚一樣把聲學奇觀保留幾百年了。

2.三音石的回聲魔法

在皇穹宇前面，有三塊特別的石板，分別叫天石、地石和人石。別看它們平平無奇，站上去說話試試——立刻就能感受到聲學設計的“魔法”。

“人石”又被稱作三音石，站在上面小聲說話，也能聽到很大回音。古人把這種現象說成是“人間私語，天聞如雷”，象征人們的聲音能傳遞到天上。雖然古人賦予這種回聲神秘的象征意義，但其實，這個效果全靠聲波的多重反射。

三音石恰好位于回音壁中心，站在三音石上，說話時，聲波在圍墻的范圍內彈來彈去，沿著回音壁的曲面不斷反射，最終傳遞回石板的位置，陸陸續續回到你耳朵里。

你要是站在石頭上拍手一次，甚至能聽到三次回聲！這三次回聲其實都是來自一個聲音，只是“兵分幾路”后走的路程長短不同，導致到達你耳朵的時間不同。

簡單來說，聲波經過不同的路徑回到圓心，會形成微小的時間差。而你的耳朵會被“欺騙”，分不清相隔太近的回聲，會把它們合并成幾組響亮的回聲。

現代人經過了精準的測量和推算，發現第一個回聲，是皇穹宇兩個配殿的墻和墻基的反射波疊加形成的，第二、三個回聲則是由回音壁圍墻的第一、二次反射聲波會聚形成的。

這些聲學奇觀，體現了古代匠人們對聲學和材料的深刻理解，循著這些奇妙現象，就能發現古人的巧思。通過巧妙的設計和精湛的工藝，古人不僅創造了具有美學價值的建筑，更運用了科學原理，將自然界的聲音傳播規律融入到建筑中，以達到美與科技的完美融合。

所以即使是年代久遠的古建筑，也有滿滿的科技元素。

作者：希卡石板修復組

審核：北京交通大學建筑與藝術學院 副教授 劉捷

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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