Hongenpei

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建築中的聲學

作者：Hongenpei 於 2008-1-7 06:32 發表於最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

通用分類:其它日誌

古代優秀回聲建築

到過北京天壇公圓的人，無不為古代回聲建築群之宏偉、奇妙而讚不絕口，它堪稱為世界級的藝術。天壇公圓內的迴音壁、三音石和圜丘，是我國古代建築聲學領域中的奇葩，是運用聲學原理的絕頂傑作。

迴音壁是直徑為65米的光滑圓壁，當你倚牆細語，它可以將你微弱的聲音沿壁傳播到一、二百米遠的另一端，同時也可以傾聽他人從遠處牆旁傳遞來的聲音。這種奇妙的現象是屬於聲學原理中的聲波反射。聲音在圓形或大凹面體型中會發生沿邊反射。只要你倚俯在她的身旁，儘管是「竊竊私語」，也會被她泄露「天機」。不論是大人小孩，不管是中國人還是來自世界各地的外國人，都會對這神秘而不能理解的奇妙建築發出由衷的讚歎。

所謂三音石，是指壇下的第三塊條石，上寫「三音石」三個大字。站在條石上對天空大喊，你就象站在山谷之中，可聽到連續不斷的迴音。有人稱之為「疊音」。

圜丘，就是在祭天台正中的那塊圓石，也叫「天心石」。當你站在此處對空中大喊，你會感覺到好象把自己的聲音傳遞到宇宙之間，再折射回一道道迴音。有人稱之為「空音」。

以黑龍江大學俞文光教授為首的課題組，運用現代先進測試儀器，曾對天壇聲學現象，進行全面的聲學測試。最後確定並完善了中科院院士湯定元先生關於迴音壁的傳聲機理、三音石的回聲機理，並揭示了天心石的回聲機理。該課題組首次在皇穹宇內發現了另一個新的聲學現象-----「對話石」。當你站在皇穹宇殿前甬道的第18塊青石上說話，聲音竟能清晰地傳到相距各36米遠的東西配殿的東北角和西北角。而在這兩個配殿的東北角和西北角說話，也能於這塊青石上，聽得真真切切，有如電話在握，雖然在說話時，雙方誰都看不見誰。而在其它環境中，保持相同距離和聲強，卻難於聽請彼此話音。據悉，「對話石」是天壇建成500年來首次被偶然發現、命名並被「破譯」其傳聲機理的。

皇穹宇內這塊青石暫被命名為「對話石」，它與已被認可的迴音壁的迴音、三音石的疊音、天心石的空音，組成了天壇公圓皇穹宇的四大聲學現象，供人們研究、欣賞。

中國古代其它迴音建築或聲學奇觀

我們老祖宗留下來的無價瑰寶---迴音建築，遠不止天壇這一處。據現有資料，保留至今的迴音建築，除天壇外，還有四處。

第二處在山西省永濟的普救寺塔，又稱鶯鶯塔。人們將石投於塔前，聲音卻從塔后發出，石頭投在塔后，聲音則又在塔前響起。更為奇特的是，在塔的四周擊石拍手，便可聽到清晰的蛙音回聲；隨著位置的變化，這蛙音回聲也可以發生從空中或地面傳來的變化。鶯鶯塔建於隋唐之際，距今已有1300餘年的歷史。但鶯鶯塔的奇特聲學現象，知其名者眾，曉其理者稀。丁士章教授曾對其進行考察，認為：鶯鶯塔回聲效應複雜，建塔的青磚塗釉材料反射係數高達98%；塔檐每層的磚層數不同；每一層的磚檐距也不同，使磚呈角度不一的曲線狀，達到向一個反向反射的目的。從時間上看，13層塔檐的反射功效，在0.1秒的時間內反射回來，使「拍、拍、拍」的聲音聚成「哇」的聲音。只要在結構和形狀上稍有差錯，就不會發生這種效果。

與此類似的還有第三處，就是在河南省郟縣的蛤蟆塔，若用手掌拍塔身，隨即發出「呱呱」的蛙鳴聲。

第四處是在四川省潼南縣大佛寺的石琴，俗稱「七步彈琴」。當遊客從大佛閣右側穿過石洞，拾級耳上，步履觸處，咚咚聲響，猶如彈奏古琴。

第五處是在甘肅省嘉峪關內，朝東的大門內牆拐角處，堆放著一堆鵝卵石，撿起石子投向城牆，石子落在卵石上，便發出空山鳥語以及各種清脆的鳥鳴，鳥鳴還帶著山谷的迴音。當地人傳說，這是百鳥飛出關外最後的一次鳴叫。

中國的迴音建築，巧妙地運用迴音原理建造而成，充分體現了古代人的聰明才智和藝術技巧，不得不令人嘆為觀止和由衷的佩服。

前不久，在河北省的贊皇縣境內、太行山脈中的嶂石岩，發現一處巨大的天然迴音壁。迴音壁為一處弧形陡壁，高達100米，弧長300多米，弧度250度。遊人在一端發聲，或呼喊、或鳴掌、或敲擊，隨即在另一端傳回酷似原聲的迴音。

專家們認為：在300年前，山體幾經地殼的巨大變化，形成岩壁。此後，經過漫長濕熱雨林氣候水流作用，逐步使岩壁呈弧形。近二十萬年來的氣候變化，冬季岩隙里的水分結冰膨脹，使岩石裂隙擴大直至發生崩解，離水流中心越近，崩解程度越強，越遠則越弱，終究使迴音壁形成規則弧形。

迴音效果酷似原聲是因為弧形岩壁表面光滑，聲波傳遞迅速，聲音受到弧形岩壁的全反射，空氣中的聲頻幾乎原封不動地傳回原處。

這種大自然的傑作，在我國，還遠不止一處。

浙江省湖州黃龍山有一個聞名的響石山洞。洞中響石一敲，其音如鼓，如流水，餘音裊裊，經久不息，發聲之石稱為石鐘乳。含二氧化碳的地下水對石灰岩的溶蝕、搬運、沉積，可產生石鐘乳、石筍、石柱。那為何獨有石鐘乳有響石之音？這是由於石鐘乳的形成酷似冬天倒掛在屋檐下的冰棱，自上而下生長，倒掛在溶洞頂壁上。水滴從岩洞頂壁流下來，由於釋放出二氧化碳，不斷有碳酸鈣沉積出來，中間是水滴的通道，所以沉積只能在水滴流的四周進行，於是便生成了中間空的石鐘乳。石鐘乳中間的空洞有大有小，形狀也不一致，裡面充滿了空氣，象鍾或喇叭一樣。每當敲擊或有速度高的氣流通過，便會發出聲音。而溶洞又是天然的大音箱，響石一經敲擊，其聲在洞中迂迴振蕩，引起回聲陣陣，音響就更加優美動聽了。

無獨有偶，安徽省靈壁縣原以產名石而得名。靈壁石又名「八音石」，謂擊之有音和鳴。不久前，在靈壁縣九頂山又出一塊珍奇美石。這塊美石長不盈尺，狀似湖中一小舟，顏色青潤，撫之若膚，四周邊沿呈桔黃色波盪紋，石上「峰巒」林立，數之，恰得七十二峰。這些「山峰」布局錯落有致，互相呼應，從不同角度觀賞，均感趣味橫生，真可謂八面來景。更有甚者，這塊靈壁石，若輕輕叩擊，幾乎一峰一音，至少可辨出三十多種美妙的樂音。至今，尚無人揭示其中奧秘，推測可能與不同的共振頻率有關。

我國湖南省慈利縣伏龍山腰,有一眼奇怪的聲控山泉。每到雨季,儘管四周山泉如注,這泉卻滴水不出;每當雷聲轟鳴,清澈的泉水便嘩嘩外流;雷聲一息,又滴水不漏。夏季伏龍山上旱得冒火,方圓數里河乾地裂,而這口山泉附近卻涼風習習。只要人在洞口叫喊,便有清澈的泉水奔涌而出，至今亦無合理解釋.