回音壁的小秘密

饅頭老妖

在首都北京有個地標性建筑一天壇，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，則有個很有趣的名字：回音壁。

去看過的同學們，大概都知道這個回音壁的厲害：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”的效果。這種種神奇的現象，如果到現場體會一下，絕對終生難忘。那么，這座始建于明代、擴建于清代的回音壁，究竟是如何產生這些神奇的功效的呢？

★讓聲波乖乖聽話

我們都知道，當聲波產生之后，會向四面八方散射。因此，當某人說話時，無論你在他的側面、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凹面鏡，燈光就只會朝著一個方向發散了。這就像是我們熟悉的手電筒或聚光燈，光源發出來的大部分光線，都被聚攏成一道光束，射向正前方。當某人拿著手電筒照亮時，站在他的后方，幾乎是看不到光的吧？

而天壇回音壁的設計者，也運用了類似的原理。當在特定位置發出聲音時，聲波向四面八方散射;而當聲波打在環形的墻壁上，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”之上。如果此刻發出聲音的人，正好站在這個“焦點”上，聽到的就會是強度更洪亮的聲音，這就是“天心石”的大致原理。

至于“回音壁”的原理就更簡單了：貼著一側墻壁說話，一部分聲波朝身后發散（這部分聲波會很快衰減，稍遠就無法聽到了），另一部分聲波被墻壁反射，因為入射角極大，反射角也會很大，幾次反射之后，就會形成類似“圓的內接多邊形"的路徑，從而抵達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，還有一個相當常見的運用：

電影院的放映廳，是一個相對密閉的系統，幾乎沒有門窗。當電影的聲效從音箱發出時，如果任由聲波在屋里不斷的反射，形成多個回聲，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，都經過聲學的設計，往往是傾斜的，盡可能地讓聲波在反射后不匯聚在一點;墻面上還會故意做出凹凸不平的效果，讓聲波被反射時耗盡能量，這些都是為了降低回聲的效果。下次去看電影時，不妨留意一下哦！

另外，第一次世界大戰中，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，當敵人的飛機從遠處飛來時，微弱的發動機噪音，就會被光滑的水泥墻壁匯聚到焦點上，從而產生數十倍的放大效果，讓監聽人員能夠聽到并及時發出空襲警報。

總之，在物理學上看來，回音壁并不神秘;但在四百多年前，我們的祖先就能夠發現并運用這些原理，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。走進回音壁時，乾隆感到有點累了，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。同行的侍衛就去趕青蛙，發現原來是一條蛇在吃青蛙。兩個侍衛在那里議論怎么辦，害怕驚擾圣上。在他們討論時，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。乾隆也驚喜地發現了回音壁的奧妙，這里便因此得名。事實上，這里面涉及到了聲音的反射、聲音傳播介質，以及發聲的物體在震動等聲學原理。

墻壁的光滑程度，決定了聲波每次反射時的能量損失的大小。修筑回音壁用的是一種叫作“澄漿磚”的磚塊，表面非常平整;砌磚時也要求嚴絲合縫，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的損失。