回音壁的小秘密

馒头老妖

在首都北京有个地标性建筑一天坛，过去曾是皇帝祭天的地方。天坛圜丘周围那一圈圆形的墙壁，则有个很有趣的名字：回音壁。

去看过的同学们，大概都知道这个回音壁的厉害：站在“天心石”上小声吼一下，就会听到回声仿佛从四面八方涌来，比自己的声音还要洪亮，有“一呼百应”的效果。这种种神奇的现象，如果到现场体会一下，绝对终生难忘。那么，这座始建于明代、扩建于清代的回音壁，究竟是如何产生这些神奇的功效的呢？

★让声波乖乖听话

我们都知道，当声波产生之后，会向四面八方散射。因此，当某人说话时，无论你在他的侧面、前面还是后面，都能听到。光线也是同理。然而，如果我们给灯加上一个凹面镜，灯光就只会朝着一个方向发散了。这就像是我们熟悉的手电筒或聚光灯，光源发出来的大部分光线，都被聚拢成一道光束，射向正前方。当某人拿着手电筒照亮时，站在他的后方，几乎是看不到光的吧？

而天坛回音壁的设计者，也运用了类似的原理。当在特定位置发出声音时，声波向四面八方散射;而当声波打在环形的墙壁上，就如同光线照到了凹面镜上，反射回来的声波，大部分就会聚集在“焦点”之上。如果此刻发出声音的人，正好站在这个“焦点”上，听到的就会是强度更洪亮的声音，这就是“天心石”的大致原理。

至于“回音壁”的原理就更简单了：贴着一侧墙壁说话，一部分声波朝身后发散（这部分声波会很快衰减，稍远就无法听到了），另一部分声波被墙壁反射，因为入射角极大，反射角也会很大，几次反射之后，就会形成类似“圆的内接多边形"的路径，从而抵达墙壁另一边的听者的耳朵里。

★声波的反射还能干啥？

对于声波的反射原理，还有一个相当常见的运用：

电影院的放映厅，是一个相对密闭的系统，几乎没有门窗。当电影的声效从音箱发出时，如果任由声波在屋里不断的反射，形成多个回声，那场面就会很滑稽了：主角的一声“啊！”，却变成了“啊～啊～啊～”

因此，电影放映厅的墙壁，都经过声学的设计，往往是倾斜的，尽可能地让声波在反射后不汇聚在一点;墙面上还会故意做出凹凸不平的效果，让声波被反射时耗尽能量，这些都是为了降低回声的效果。下次去看电影时，不妨留意一下哦！

另外，第一次世界大战中，英国人也用类似回音壁的原理，在海滩上建造了巨大的“听音站”，又称为“声镜”（SoundMirrors）：这些圆弧形或半球形的墻壁，朝向敌人的方向，当敌人的飞机从远处飞来时，微弱的发动机噪音，就会被光滑的水泥墙壁汇聚到焦点上，从而产生数十倍的放大效果，让监听人员能够听到并及时发出空袭警报。

总之，在物理学上看来，回音壁并不神秘;但在四百多年前，我们的祖先就能够发现并运用这些原理，也是一件非常了不起的事情啦！

回音壁的传说

相传，有一次乾隆皇帝想出宫走走，来到了天坛。夭坛是祭天祈福的，一年才来一次，他就想去看看。走进回音壁时，乾隆感到有点累了，于是靠墙休息。他刚坐下，就听到凄惨的青蛙在叫，打扰了他休息。同行的侍卫就去赶青蛙，发现原来是一条蛇在吃青蛙。两个侍卫在那里议论怎么办，害怕惊扰圣上。在他们讨论时，声音非常响亮地传到了乾隆耳朵里。乾隆下令打死那条蛇，自己出去回避。乾隆也惊喜地发现了回音壁的奥妙，这里便因此得名。事实上，这里面涉及到了声音的反射、声音传播介质，以及发声的物体在震动等声学原理。

墙壁的光滑程度，决定了声波每次反射时的能量损失的大小。修筑回音壁用的是一种叫作“澄浆砖”的砖块，表面非常平整;砌砖时也要求严丝合缝，从而保证了墙壁整体的光滑程度，尽可能的降低了声音反射时的损失。