建筑中的声学

           古代优秀回声建筑

到过北京天坛公圆的人，无不为古代回声建筑群之宏伟、奇妙而赞不绝口，它堪称为世界级的艺术。天坛公圆内的回音壁、三音石和圜丘，是我国古代建筑声学领域中的奇葩，是运用声学原理的绝顶杰作。

回音壁是直径为65米的光滑圆壁，当你倚墙细语，它可以将你微弱的声音沿壁传播到一、二百米远的另一端，同时也可以倾听他人从远处墙旁传递来的声音。这种奇妙的现象是属于声学原理中的声波反射。声音在圆形或大凹面体型中会发生沿边反射。只要你倚俯在她的身旁，尽管是“窃窃私语”，也会被她泄露“天机”。不论是大人小孩，不管是中国人还是来自世界各地的外国人，都会对这神秘而不能理解的奇妙建筑发出由衷的赞叹。

所谓三音石，是指坛下的第三块条石，上写“三音石”三个大字。站在条石上对天空大喊，你就象站在山谷之中，可听到连续不断的回音。有人称之为“叠音”。

圜丘，就是在祭天台正中的那块圆石，也叫“天心石”。当你站在此处对空中大喊，你会感觉到好象把自己的声音传递到宇宙之间，再折射回一道道回音。有人称之为“空音”。

以黑龙江大学俞文光教授为首的课题组，运用现代先进测试仪器，曾对天坛声学现象，进行全面的声学测试。最后确定并完善了中科院院士汤定元先生关于回音壁的传声机理、三音石的回声机理，并揭示了天心石的回声机理。该课题组首次在皇穹宇内发现了另一个新的声学现象-----“对话石”。当你站在皇穹宇殿前甬道的第18块青石上说话，声音竟能清晰地传到相距各36米远的东西配殿的东北角和西北角。而在这两个配殿的东北角和西北角说话，也能于这块青石上，听得真真切切，有如电话在握，虽然在说话时，双方谁都看不见谁。而在其它环境中，保持相同距离和声强，却难于听请彼此话音。据悉，“对话石”是天坛建成500年来首次被偶然发现、命名并被“破译”其传声机理的。

皇穹宇内这块青石暂被命名为“对话石”，它与已被认可的回音壁的回音、三音石的叠音、天心石的空音，组成了天坛公圆皇穹宇的四大声学现象，供人们研究、欣赏。

 中国古代其它回音建筑或声学奇观

    我们老祖宗留下来的无价瑰宝---回音建筑，远不止天坛这一处。据现有资料，保留至今的回音建筑，除天坛外，还有四处。

    第二处在山西省永济的普救寺塔，又称莺莺塔。人们将石投于塔前，声音却从塔后发出，石头投在塔后，声音则又在塔前响起。更为奇特的是，在塔的四周击石拍手，便可听到清晰的蛙音回声；随着位置的变化，这蛙音回声也可以发生从空中或地面传来的变化。莺莺塔建于隋唐之际，距今已有1300余年的历史。但莺莺塔的奇特声学现象，知其名者众，晓其理者稀。丁士章教授曾对其进行考察，认为：莺莺塔回声效应复杂，建塔的青砖涂釉材料反射系数高达98%；塔檐每层的砖层数不同；每一层的砖檐距也不同，使砖呈角度不一的曲线状，达到向一个反向反射的目的。从时间上看，13层塔檐的反射功效，在0.1秒的时间内反射回来，使“拍、拍、拍”的声音聚成“哇”的声音。只要在结构和形状上稍有差错，就不会发生这种效果。

    与此类似的还有第三处，就是在河南省郏县的蛤蟆塔，若用手掌拍塔身，随即发出“呱呱”的蛙鸣声。

第四处是在四川省潼南县大佛寺的石琴，俗称“七步弹琴”。当游客从大佛阁右侧穿过石洞，拾级耳上，步履触处，咚咚声响，犹如弹奏古琴。

第五处是在甘肃省嘉峪关内，朝东的大门内墙拐角处，堆放着一堆鹅卵石，捡起石子投向城墙，石子落在卵石上，便发出空山鸟语以及各种清脆的鸟鸣，鸟鸣还带着山谷的回音。当地人传说，这是百鸟飞出关外最后的一次鸣叫。

 中国的回音建筑，巧妙地运用回音原理建造而成，充分体现了古代人的聪明才智和艺术技巧，不得不令人叹为观止和由衷的佩服。

     前不久，在河北省的赞皇县境内、太行山脉中的嶂石岩，发现一处巨大的天然回音壁。回音壁为一处弧形陡壁，高达100米，弧长300多米，弧度250度。游人在一端发声，或呼喊、或鸣掌、或敲击，随即在另一端传回酷似原声的回音。

    专家们认为：在300年前，山体几经地壳的巨大变化，形成岩壁。此后，经过漫长湿热雨林气候水流作用，逐步使岩壁呈弧形。近二十万年来的气候变化，冬季岩隙里的水分结冰膨胀，使岩石裂隙扩大直至发生崩解，离水流中心越近，崩解程度越强，越远则越弱，终究使回音壁形成规则弧形。

     回音效果酷似原声是因为弧形岩壁表面光滑，声波传递迅速，声音受到弧形岩壁的全反射，空气中的声频几乎原封不动地传回原处。

    这种大自然的杰作，在我国，还远不止一处。

浙江省湖州黄龙山有一个闻名的响石山洞。洞中响石一敲，其音如鼓，如流水，余音袅袅，经久不息，发声之石称为石钟乳。含二氧化碳的地下水对石灰岩的溶蚀、搬运、沉积，可产生石钟乳、石笋、石柱。那为何独有石钟乳有响石之音？这是由于石钟乳的形成酷似冬天倒挂在屋檐下的冰棱，自上而下生长，倒挂在溶洞顶壁上。水滴从岩洞顶壁流下来，由于释放出二氧化碳，不断有碳酸钙沉积出来，中间是水滴的通道，所以沉积只能在水滴流的四周进行，于是便生成了中间空的石钟乳。石钟乳中间的空洞有大有小，形状也不一致，里面充满了空气，象钟或喇叭一样。每当敲击或有速度高的气流通过，便会发出声音。而溶洞又是天然的大音箱，响石一经敲击，其声在洞中迂回振荡，引起回声阵阵，音响就更加优美动听了。

无独有偶， 安徽省灵壁县原以产名石而得名。灵壁石又名“八音石”，谓击之有音和鸣。不久前，在灵壁县九顶山又出一块珍奇美石。这块美石长不盈尺，状似湖中一小舟，颜色青润，抚之若肤，四周边沿呈桔黄色波荡纹，石上“峰峦”林立，数之，恰得七十二峰。这些“山峰”布局错落有致，互相呼应，从不同角度观赏，均感趣味横生，真可谓八面来景。更有甚者，这块灵壁石，若轻轻叩击，几乎一峰一音，至少可辨出三十多种美妙的乐音。至今，尚无人揭示其中奥秘，推测可能与不同的共振频率有关。

 我国湖南省慈利县伏龙山腰,有一眼奇怪的声控山泉。每到雨季,尽管四周山泉如注,这泉却滴水不出;每当雷声轰鸣,清澈的泉水便哗哗外流;雷声一息,又滴水不漏。夏季伏龙山上旱得冒火,方圆数里河干地裂,而这口山泉附近却凉风习习。只要人在洞口叫喊,便有清澈的泉水奔涌而出，至今亦无合理解释.