回音壁的小秘密

2019-09-03 09:55馒头老妖
课堂内外(初中版) 2019年8期
关键词:放映厅回音壁天坛

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。

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