回音建筑
是一种能够使发出的声音产生回音的神奇建筑
天坛作为中国古代四大回音建筑之首
它结构精巧
存在着多种回声现象
下面 我们就来揭开天坛回响的奥秘吧
01
天坛回响在哪里？
什么是天坛
祈谷坛和祈年殿
摄 遗介君
北京天坛是明清两代皇帝祭天、祈谷的场所
始建于明永乐十八年（1420年）
经过明嘉靖和清乾隆两次大的改建和扩建
形成了现今的规模、格局和形制
整体布局呈“回”字形 北圆南方
两道环绕坛墙将坛域分为内坛和外坛
天坛主要由圜丘坛、皇穹宇、祈年殿、皇乾殿、
祈谷坛、神乐署及斋宫组成
其中 祈谷坛和圜丘坛被丹陛桥串联形成南北中轴线
天坛总平面图
绘制 田艺
圜丘坛与皇穹宇
圜丘坛
圜丘坛是明清两代皇帝每年冬至举行祭天大典的场所
始建于明嘉靖九年（1530年）
圜丘坛是一座巨大的圆形汉白玉露天祭台
分为三层
由下至上逐渐内收
坛四周有两重壝墙环护
内圆外方
圜丘坛透视图
绘制 田艺
圆丘坛壝墙及棂星门
摄 遗介君
皇穹宇
皇穹宇是平日里用于供奉祭天大典时
所供奉的神仙牌位的场所
由大殿 东配殿 西配殿及环绕在建筑物周围的
圆形砖墙（即回音壁）组成
皇穹宇大殿是用来供奉“皇天上帝”神版
配祀清代八位祖先之处
皇穹宇鸟瞰图
绘制 丛佳仪
皇穹宇大殿
摄 遗介君
皇穹宇大殿内景及皇天上帝牌位
摄 遗介君
东配殿是用来供奉“大明之神（太阳神）
北斗七星之神 木火土金水之神
二十八星宿之神 周天星辰之神”之处
西配殿是用来供奉“夜明之神（月神）
云师之神 雨师之神
风伯之神 雷师之神”之处
天坛回响有哪些？
天坛回响（即天坛声学现象）是指
回音壁、三音石（包括一音石、二音石、三音石）、
天心石、对话石
四组声学现象。
天坛声学现象
除天心石声学现象发生在圜丘坛上
其余的都发生在皇穹宇内。
02
天坛回响的秘密
秘密1：圜丘坛的回响
/天心石的秘密/
天心石的共鸣
圜丘坛顶层中心的圆形石板称为“天心石”
人若站在天心石上击掌
则可以听到从四面八方传来的两个或三个回声
回声强度逐渐减弱
“天心石”又称为“亿兆景从石”
（“亿兆”形容百姓之多；“景”通“影”，指紧相追随。）
当帝王在天心石上训谕时，多重回声叠加在一起，声
音浑厚响亮，似有万众迎合之势
体现天下百姓对于帝王的一致响应与紧相追随，
象征神权与王权的权威。
天心石怎么发声？
实验研究
1993年，黑龙江大学、天坛公园管理处、哈尔滨理工大学和国家地震局工程力学研究所联合对天坛声学现象进行了实验。研究人员测出人站在天心石上击掌，可得到天心石声脉冲响应图（如图），根据回声定位法，可计算出声波经过的路程。
天心石声脉冲图
绘制 丛佳仪
这个脉冲图说明了什么呢？
经过研究和分析，研究人员得出结论：
人站在天心石上击掌，
第一个回声是击掌声传到围栏下半部没有雕花的石板上
被反射到台面，
再反射返回天心石上人耳处的回声。
由于存在圆形围栏的会聚作用，故第一个回声较强。
天心石第一个回声机理
绘制 李天霓
在天心石上听到的第二个回声是击掌声传到围栏上半部，
被反射后传到天心石另一侧台面上，
又被台面反射到相对的围拦上，
再被围栏反射到天心石上人耳处。
这个回声经历了约为台面直径两倍的路程，
同样也因为有围栏的会聚作用，其声强也较大。
天心石第二个回声机理
绘制 李天霓
第三个回声声强较弱，
一方面是它走过了约三倍台面直径的路程，
声波在传播过程中衰减，而且它并不是直接反射，
而是围栏中部雕花部分的散射波，
经历三倍直径路程后才传到人耳处，
所以在击掌声较轻或环境噪声较大时，
人耳会出现听不到的情况。
天心石第三个回声机理
绘制 李天霓
材料优势
天心石是圜丘坛的正中心，
圜丘坛的三重石栏有序包围着天心石，
这些石栏的材质光滑坚硬，且坛面铺艾叶青石。
当发声者在天心石击掌，声波向四周辐射传播，
遇到表面光滑的石栏和坛面反射效果增强，
在听觉上产生原音被加强的感觉，
这就是为什么在天心石说话声音会更加浑厚洪亮。
天心石回声叠加分析图
绘制 丛佳仪
秘密2：皇穹宇的回响
/皇穹宇的建筑布局/
皇穹宇位于成贞门南侧
圜丘坛的北侧
皇穹宇内主要有三个建筑：大殿、东配殿、西配殿
还有一个圆形的围墙——回音壁
在回音壁南面有三座券门与外界相通
大殿通往正门的甬道由宽度相同
长度不同的20块石板铺成
从殿基开始的第一至第三块石板分别为
一音石、二音石和三音石
第十八块石板为对话石
皇穹宇鸟瞰图
绘制 丛佳仪
/回音壁的秘密/
回音壁的诉说
回音壁是具有回声效果的圆形围墙
人站在回音壁的一端说话
在另外一端可清晰地听到对方的说话
两点之间的直达声音是很小听不到的
这就是回音壁的传声现象
又有人把回音壁叫做传声墙
回音壁怎么发声？
皇穹宇内所有声学现象都与回音壁相关
圆形墙面对声音的反射会聚作用
是产生各种声学现象的主因
实验研究
如果人站在图中的A处面对墙体轻声说话，站在图中的B处的人则可听到清晰的说话声。根据回声定位法，通过对下图及相关数据的分析和计算，标号为1的声波即为A到B的直达声波，标号为2的声波是由A处经回音壁北侧墙体多次全反射到达B处的反射声波。
回音壁的传声机理：
当一个人在靠近皇穹宇圆形内墙面的某个地方说话时，
声音是沿着圆形围墙表面传播的，
是从围墙的一端经连续多次在内墙面的全反射
传递到另一端的，
使得人在围墙的任何一处都能听得到。
回音壁回声机理
绘制 李天霓
回音壁声脉冲图
绘制 马丹娅
材料优势
回音壁采用山东临清特产优质“澄浆砖”
运用磨砖对缝的方法砌成，墙头覆着蓝色琉璃瓦
正因为墙体致密坚硬
不易吸收声波且围墙的弧度十分规则
墙面极其光滑整齐
所以对声波的反射是十分规则而强烈的
回音壁磨砖对缝图
摄 遗介君
绘制 王威
“澄浆砖”与普通砖材质对比示意图
绘制 王威
“澄浆砖”：密致紧实；普通砖：孔隙较多
/三音石（包括一、二音石）的秘密/
三音石（包括一、二音石）的告白
一、二和三音石是指天坛皇穹宇殿前甬道上
由北往南的三块石板
站在第一块石板上击掌，可听到一次回声，称为一音石
站在第二块石板上击掌，可听到两次回声，称为二音石
站在第三块石板上击掌，可听到三次回声，称为三音石
“三音石”又称为“天若闻雷石”
正所谓：“人间私语，天若闻雷”
在人间窃窃私语，在天上就像打雷那么响
当人站在三音石上说话时
多重回声叠加在一起
声音被放大 洪亮浑厚
仿佛天帝和皇帝都可以听到
以此警示世人谨言慎行对帝王忠诚
甬道及一、二、三音石位置图
绘制 李天霓 王威
三音石（包括一、二音石）怎么发声？
一音石与二音石
一音石：
站在甬道北端的第一块石板上击掌
掌声向四周传播
一部分声音传递到回音壁
反射后传到对面回音壁 再次反射
经过一个三角形的三边后返回到一音石上
这就是一音石上听到的第一个回声
一音石回声机理
绘制 李天霓
二音石：
站在甬道北端第二块石板上击掌
掌声向四周传播
一部分声音传递到东、西配殿
被配殿的殿墙和墙基反射后 返回二音石
这就是听到的第一个回声
另一部分声音传递到回音壁
反射后又传到对面回音壁
再次反射
经过一个三角形的三边后返回到二音石上
这就是二音石的第二个回声
二音石回声机理
绘制 李天霓
三音石
站在甬道北端第三块石板上击掌
掌声向四周传播 可以听到三个回声
第一个是东、西配殿的殿墙和墙基的反射叠加形成的
第二个回声是回音壁第一次反射和会聚
第三个回声是回音壁第二次反射和会聚
三音石回声机理
绘制 李天霓
/对话石的秘密/
对话石的耳语
所谓的“对话石”声学现象是指
人站在皇穹宇殿前的甬道上由北往南数第18块石板上说话
另外一个人站在东配殿的东北角或者站在西配殿的西北角
两人的直线距离比较远
因中间隔着东、西配殿直达声传不到
但都可以清晰的听到站在第18块石板上人的说话声
并可以清晰地进行对话
反之亦然。
所以称甬道由北往南数第18块石板为“对话石”
对话石位置
绘制 李天霓 王威
对话石怎么发声？
若有人站在对话石A处说话
可以与站在距此约36米远的东配殿
东北角B处的另一人互相通话
对话石声学现象是由于回音壁有效墙面（图中O1O2）
对声波的反射会聚作用而形成的
对称位置东配殿东北角B’处传声机理相同。
对话石回声机理
绘制 李天霓
由于回音壁的反射和会聚作用
使得听到的回声比原声声强更大。
（如图“对话石声脉冲图中”2号声波）
对话石声脉冲图
绘制 李天霓
03
天坛回响未解之谜——四音石
/四音石的细语/
因为一音石、二音石及三音石声学现象的发现
研究人员大胆猜测
会不会存在四音石声学现象呢？
为此研究人员进行实验后发现
确实有四音石存在
即：站在殿前甬道上由北往南数第四块石板上击掌
可听到四次回声
/四音石怎么发声/
站在甬道北端第四块石板上击掌
掌声向四周传播
可以听到四个回声
第一个回声是
由东、西配殿的殿墙和墙基反射波叠加形成的
其他三个回声机理
在1999年研究人员进行研究时
由于经费问题无法继续研究 目前尚不清楚
有待进一步研究
『遗介有话说』
正因为这些神奇的声学现象
天坛成为我国四大回音建筑之首
1998年被列入“世界文化遗产”
你是不是也想亲自来见识一下这天坛回响的奇妙呢？
然而，凝聚着古代工匠巧思匠心的天坛
建筑墙面上满是刻着的尽是 “到此一游”
前一短时间更是有天坛成贞门附近“老坛墙”上
被游客深浅不一地刻上了姓名、生日等字样的新闻
世界文化遗产是如此
那其他更低级别的建筑遗产的命运如何？
伟大的建筑来自伟大的民族
伟大的民族才有伟大的文化
他们都不允许任何的破坏
因为，不破坏就是最大的保护！
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