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        天壇和鶯鶯塔【點擊數:


        古代人常常應用聲音的一些特性建造一些特殊的建筑物。在山谷中的寺廟有很好的回聲效果,宮殿的高長門洞有一定的混響,以此增加它們肅穆威嚴氣氛。北京天壇和山西永濟縣的鶯鶯塔是迄今保存完好的具有聲音效果的建筑。

        天壇始建于1420年,是明清兩代帝王祭天的地方。其中的回音壁和圜丘建于1530年。

        “回音壁”是一座高約六米的圓形圍墻,半徑32.5米。圍墻內有三座建筑物,其中一座叫皇穹宇,處于北面,最接近圍墻,距圍墻最近處約2.5米。整個圍墻整齊光滑,是優良的聲音反射體。在墻壁近旁即使相距較遠的二個人都可以小聲交談。(如圖3-4),甲緊貼圍墻向北小聲說話,乙不僅聽得清楚,而且還誤以為是從丙處發出的聲音。這聲音不從甲直線傳到乙,而是繞圍墻一周傳播的。只要甲說話聲對著圍墻甲點切線的入射角小于22度,聲波就總是受圍墻的反射,而不受皇穹宇的散射。


        圖3-4 回音壁聲音反射示意圖

        皇穹宇南面路上第三塊石板,正處在圍墻中央,傳說在這里拍一掌可聽到三響,故稱其為“三音石”。事實上,不止聽到三響,可有五六響。在三音石周圍也有同樣的效應,只是模糊些。之所以能聽到幾響,是因為掌聲等距地傳播到圍墻之后,被圍墻同時反射回中央,于是人們聽到第一響回聲;這第一次回聲又照樣傳播出去,并被圍墻反射回來,于是聽到第二響。這樣往返幾次,直到聲能被墻壁和空氣完全吸收為止。

        回音壁南面有一座由青石砌成的圓形平臺,叫圜丘。它最高層離地面約五米,半徑約11.5米。除東西南北四個出入口外,周邊都圍有青石欄桿。整個圜丘包括地面都是由反射性能良好的青石和大理石砌成的。平臺并不平,而是從圓心向周邊稍有傾斜的臺面。它的聲學奧妙就在這里。當人站在臺中心叫一聲,他自己聽到的聲音比平常的聲音響。而且似乎是從他腳底石板下傳上來的。這是由于聲波被青石欄桿反射到稍有傾斜的臺面,再從臺面反射到人耳的緣故(圖3-5)。

        臺中心 欄桿


        圖3-5 圜丘聲音反射示意圖

        鶯鶯塔即普救寺舍利塔。因古典文學名著《西廂記》中故事發生在此,故又稱為鶯鶯塔。初建于唐武則天時期,為七層的中空方形磚塔。后毀于明嘉靖三十四年(公元1555年)大地震。震后八年按原貌修復,并將塔高增至13層50米。該塔最為明顯的聲學效應是,在距塔身10米內擊石拍掌,30米外會聽到蛙鳴聲;在距塔身15米左右擊石拍掌,卻聽到蛙聲從塔底傳出;距塔2.5公里村莊的鑼鼓聲、歌聲,在塔下都能聽見;遠處村民的說話聲,也會被塔聚焦放大。諸如此類奇特的聲學效應,原來是由于塔身的形體造成的:內部中空;外部每一層都有寬大的倒層式塔檐。前者具有諧振腔作用,可以將外來聲音放大;后者可以將聲音反射回地面,相距稍有差別的13層塔檐的總反射會聚于人的耳朵而形成蛙鳴之感(圖3-6)。


        圖3-6 鶯鶯塔塔檐聲音反射示意圖


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