天壇圜丘的聲學(xué)原理

1、.天壇圜丘的聲學(xué)原理圜丘壇在天壇南部，是皇帝冬至日祭天的地方，故又稱“祭天臺(tái)、“拜天臺(tái)。始建于明嘉靖九年1530年，按照南京式樣建造，用藍(lán)色琉璃磚砌成。清乾隆十四年1749年擴(kuò)建，欄板、望柱改用漢白玉，壇面鋪石用文葉青石。壇為露天三層圓形，象征天。它為三層漢白玉雕砌的露天圓臺(tái)，壇面、欄板、欄柱為艾葉青石雕成，兩道外方里圓的圍墻象征著“天圓地方。由于是祭天壇，圜丘的整個(gè)構(gòu)造是對(duì)數(shù)學(xué)的巧妙運(yùn)用，壇面、臺(tái)階、欄桿的石制構(gòu)件，都取九或九的倍數(shù)，即陽數(shù)，用以象征天。壇中心的圓形石板，叫天心石，站在上面高喊或發(fā)出敲擊聲，周圍即起回音，自己聽起來聲音很大，好似一呼百應(yīng)。古代把一、三、五、七、九單數(shù)稱為“陽數(shù)

2、，又叫“天數(shù)，而九那么是陽數(shù)之極。所以，圓丘的層數(shù)、臺(tái)面的直徑、墁砌的石塊、四周的欄板均用天數(shù)，表示天體至高至大。壇圓形三層，最高一層臺(tái)面直徑是九丈，名“一九；中間一層十五丈，名“三五；最下一層二十一丈，名“三七。第一層臺(tái)面中央嵌一塊圓形石板，叫“天心石。站在天心石上高呼，回音很大，好似一呼百應(yīng)。四周圍繞有九重石塊，第一圈是九塊扇形板，為一重；第二四十八塊，為第一圈的倍數(shù)，此后依次按九的倍數(shù)遞加，至第九圈為八十一塊，稱九重。每層四面有臺(tái)階，各九級(jí)。一層欄板七十二塊，二層一百零八塊，三層一百八十塊，共三百六十塊，正合周天三百六十度。圜丘外面有兩重譴墻，均為藍(lán)琉璃筒瓦通脊頂，墻身涂朱。內(nèi)墻是圓形，

3、四面各有欞星門，都是六柱三門。內(nèi)墻外面東南有燔柴爐一個(gè)、瘞坎一個(gè)、燎爐五個(gè)、西南有三個(gè)燈桿。外墻是方形，在東、西門的左、右，各設(shè)一個(gè)燎爐。北門外是皇穹宇，東門外東北角有神庫、神廚各五間，林亭一個(gè)，祭器庫、樂器庫、棕薦庫各三間。又東有宰牲亭、林亭一個(gè)。譴外內(nèi)壇墻有四個(gè)門，東叫“泰元，南叫“昭亨，西叫“廣利，北叫“成貞。昭亨門外東、西還各有一座石坊，由于祭天是在黎明前進(jìn)展，燈竿高懸大燈籠，名曰“天燈，用來照明。同時(shí)在各個(gè)燎爐燃燒松柏木、檀香木，香煙繚繞，火光可以照亮全壇，儀式非常隆重壯觀。站在圜丘臺(tái)中間的圓心石上輕輕喚一聲，就立即從四面八方傳來回聲，好似眾人齊鳴，一呼百應(yīng)。封建帝王附會(huì)說這是皇天上帝在向凡人發(fā)出“圣諭。其實(shí)，這種現(xiàn)象是聲波被阻的回音。從圓心石發(fā)出的聲波傳到四周的石欄以后，就同時(shí)從四周迅速反射回來，聲波振動(dòng)較大；又由于圜丘壇的半徑較短，所以回聲很快。據(jù)測(cè)試，從發(fā)音到聲波返回到圓心的時(shí)間，總共只有0.