大家都知道有奇字的成语，山谷中的一声随意大喊有奇字的成语，很快就会传来刚才那一模一样的回声，这种声音的反射现象早就为我们的古人所知晓。南北朝时期的文人周兴嗣，更在他那洋洋千字的《千字文》中，较为形象地用："空谷传声，虚堂习听。"八个字，在文字上借助声音这一反射现象来教诲人。

的确，"空谷传声"这一大自然中的声音反射，不但早就为我们的祖先所熟悉，而且还在启发中远远超越了自然界原本的魅力，创造出无数的精彩篇章。

几多奥秘访天坛

（一）

富有代表性的是：首都北京的天坛公园中，有着好多引人入胜的历史人文景观。而最为我们感兴趣的倒是其中的回音壁、三音石、对话石和圜丘，因为，它们在科学的角度上，无疑是当时应用物理学的顶峰，尽管最初目的是服务于封建王朝的皇权。

被称为回音壁的皇穹宇围垣，它那奇特的传声效果曾经颇使好多人困惑过。自古以来，人们一直未能给出一个严谨的科学说法。直至1953年，物理学家汤定元院士对它的建筑声学效果进行了考察，之一次给天坛建筑群的各种声学现象作出了科学解释：认为其中皇穹宇的围垣表面，由于十分光洁平滑，难以使声波为墙体所吸收，通过反射形成了令人惊讶的现象。

皇穹宇（摄自北京天坛公园）

回音壁作为皇穹宇围垣，墙高3.72米，厚0.9米，直径65.2米，周长达204.73米。墙壁由质地坚硬的山东临清 "澄浆砖"对缝严密砌成。它的表面极其平滑，加上圆周弧度规整，声波能在上面发生一连串的有规则折射。所以当甲乙两人分别在天坛东、西配殿的后边，一个人贴墙向北说话，声波就沿着墙壁连续折射前进，传到一、二百米外的另一端，不管这边声音有多小，那边的人也能听得清清楚楚，悠长的声音给人造成了一种所谓的"天人感应"神秘气氛，所以被人谓之"回音壁"。

回音壁的回音原理其实很简单，因为语音波长只有10～300厘米，远比回音壁的半径要小，因此可认为声波是直线前进的，由于皇穹宇围垣弧度满足了声音的传播要求，语音在甲、乙两人之间的传播，一部分成了束状，沿围垣连续折射前进，全程约129米；另一部分则沿直线直接经空气传播，全程才65米。由于墙面坚硬光洁，对声波吸收很小，成了声音的优良反射体，声波沿弧形墙面的连续折射都是全反射，使得声音在传播过程中衰减很小。两个人在甲、乙处发出轻声细语的声波，通过墙面尽管走了129米，对方仍能听得清清楚楚。而那些直接经空气传播的声波却因衰减过快，只走6米多就消失了，根本传不到65米外对方的耳朵中。

（二）

天坛的第二个声学奇迹是三音石，三音石被古人称作三才石，喻意"天、地、人"三才。

三音石位于皇穹宇殿门外中的甬道上，它又称"天闻若雷石"。丹陛前可以看到有一块石头标志，上面书有："三音石"，沿着白石甬道往南数到第三块石板便是。游人只要站在三音石上面，用力鼓一下掌，可连续听到好多次的回声。

三音石（摄自北京天坛公园）

三音石正好位于整个回音壁内圆的圆心上，加上回音壁坚硬光滑，能很好地反射声音，当站在位于圆心的三音石上拍手，就能听到十分清晰的回声，而且显得特别响亮。正由于掌声在回音壁与三音石之间能够多次来回反射会聚，形成了一次又一次的回声，不过声波在来回反射过程中会逐渐衰减，五、六次后，回声就微弱到听不出来了。要知道，这里除你拍手的那次声音是原始声音外，其余的都是回声。所以，这种现象在古人心目中，被称之为人间偶语，天闻若雷，寓意人世间的一言一行都会为天神所洞察，从而起到某种震慑作用。

（三）

除了上述现象外，1994年，一批科技工作者对天坛诸多的声学现象作进一步研究时，竟然又发现一种以前未曾遇到过的奇趣声学现象：当沿着三音石标志所在石甬道朝南，数到第十八块白石板，人站到石板上边低声讲话，在离他直线距离约36米的东配殿东北角（或西配殿的西北角）的屋角处竟然可以清晰地听得到，反过来，那配殿屋角处发出的声音，这边石板上同样也能听得清清楚楚，也就是说，他们之间可以直接对话。现在，这块白石被称之为对话石，这第三种声学现象也就被命名为对话石声学现象了。

天坛声学示意图（改自 *** ）

（四）

公园内的圜丘（圜丘原意是小山、土堆子），不过，这圜丘已不再是什么圆形土堆子了，而是青石砌成的高台。作为天坛公园中第四种声学奇迹，场面上的声学效果更为宏大，这里才是古代皇帝用于祭天、祈祷丰年的祭坛。圜丘是一座三层高的石台，每层都有台阶可拾级而登，每层的周围都有石栏杆，处于更高层中央的天心石离地面有5米多高，位于直径30米平台的正中央。

当人登上台顶，站到天心石中，只要你喊话或拍手，听到的声音特别洪亮。这又是什么缘故呢有奇字的成语？原来台顶不是真正水平的，从中央往四周有着一定的坡度，人站在天心石上中喊话，声波就会从栏杆上反射回台面，再从台面反射到耳边；或者反过来，声波从台面反射到栏杆上，再从栏杆反射回耳边。加上圜丘半径较短，所以回声比原声的延迟时间要短，以致于两者相混合。据测试，从发音到声波返回圆心的时间，只有0.07秒，说话的人根本无法分辨出它的原音与回声，这时，站在天心石上听起来，声音就格外响亮。但是站在天心石以外说话，或者站在天心石以外听的话，就会失去这种感觉。

圜 丘（摄自北京天坛公园）

另外几处神奇的声学建筑

当然，除了北京，封建时代工匠们的聪明才智，在迎合帝王的君权天授意图之外，同样也悄然服务于宗教，给今天的中华大地，留下了好多奇特的回音建筑物，借着科学给宗教披上了神秘的外衣。

宝轮寺蛤蟆塔：

河南三门峡市附近，有一座建于初唐，高十三层的宝轮寺塔。二十七米高的坚实塔身中虽设有通道可供人攀登至塔顶眺望。但游客们却偏偏喜欢在塔下用拳头击打塔身，或者在离塔十几米处鼓掌，去听一听那一连串的 "咯哇咯哇"声。这类似于哈蟆的清脆悦耳叫声，甚至会随拳头的快速击打，变得越密、越高，尤如雨后湖畔的蛙声一片，所以被人们起了个"哈蟆塔" 的俗称。

潼南大佛阁石琴：

在四川潼南大佛阁右边的上山石道中，建有明宣德年间的所谓 "石琴"，36级的石梯，颇有点像一把巨大的古琴。

这里一级级的阶梯，尤如一根根琴弦，特别是下半部主洞口自下而上的第四级石阶起，直到第十九级的石阶，凡脚步所过之处，均会发出悠扬婉转，音色颇似古琴的声音。其中两侧岩壁更高处的七级石阶发声最响，古人称作"七步弹琴"。

其实，它的奥秘在于：当脚步踏上石阶时所形成的压力，会产生一种强迫振动，导致在空气中形成了类似于琴声的声波。

普救寺莺莺塔 ：

大家总该记得《西厢记》中张生和莺莺的故事吧，殊不知寄托这凄美故事的发生地：山西永济市蒲州普救寺中，同样也有一座神秘的古塔。这古朴典雅的方形密檐式砖塔，原名舍利塔，据说《西厢记》里张生与崔莺莺的爱情故事，就发生在塔的旁边，所以又被叫做"莺莺塔"。

这座初建于隋代的方形十三层古塔，坐落在山西永济蒲州峨嵋岭上，它同样也有一个所谓"普救蟾声"的回音效应：即游人在塔四周，以石相击，同样也能听到从塔上传来"咯哇！咯哇！"的蛙鸣声。它的神奇之处，通过清代文人姚元之的《竹叶亭杂记》，可略见一斑："……于地击石，有声如吠蛤，塔东丈余有微凹，塔后亦然，盖瓦石击久所致。试以石击凹处，有声出塔中，似巨蛙。……击前地，则声在塔底；击后地，则声在塔顶，前后上下，所应不同……"

"普救蟾声"的声学原理在于：一是莺莺塔所处地势高敞，四周平坦无障碍物，可接受大范围内传来的声波。二是自身特殊的建筑结构，莺莺塔每一层塔檐，挑出成了内凹弧形，能使声音反射聚汇，"蛙声"就是十三层塔檐内声音反射聚汇的结果。三是由于塔身和塔檐全部是用青砖叠砌而成，加上风沙长年累月吹拂，表面变得十分光滑，对声波的反射系数竟然高达0.95—0.98，几乎全被反射。也就是说，一个相当窄的击石脉冲，当入射到各层塔檐表面，会分别反射出与原脉冲不完全相同的一系列声波脉冲，当这些脉冲回波集中在100毫秒左右时间内到达人的耳朵，也就产生了与蛙声极为相似的感觉。

真可谓"游人石击地，蛙鸣贯长空"。