论文材料：圜丘的声学原理.doc

圜丘坛在天坛南部，是皇帝冬至日祭天的地方，故又称“祭天台”、“拜天台”。始建于明嘉靖九年(1530年)，按照南京式样建造，用蓝色琉璃砖砌成。清乾隆十四年(1749年)扩建，栏板、望柱改用汉白玉，坛面铺石用文叶青石。坛为露天三层圆形，象征天。它为三层汉白玉雕砌的露天圆台，坛面、栏板、栏柱为艾叶青石雕成，两道外方里圆的围墙象征着“天圆地方”。由于是祭天坛，圜丘的整个结构是对数学的巧妙运用，坛面、台阶、栏杆的石制构件，都取九或九的倍数，即阳数，用以象征天。坛中心的圆形石板，叫天心石，站在上面高喊或发出敲击声，周围即起回音，自己听起来声音很大，好似一呼百应。古代把一、三、五、七、九单数称为“阳数”，又叫“天数”，而九则是阳数之极。所以，圆丘的层数、台面的直径、墁砌的石块、四周的栏板均用天数，表示天体至高至大。坛圆形三层，最高一层台面直径是九丈，名“一九”中间一层十五丈，名“三五”最下一层二十一丈，名“三七”。第一层台面中央嵌一块圆形石板，叫“天心石”。站在天心石上高呼，回音很大，好似一呼百应。四周围绕有九重石块，第一圈是九块扇形板，为一重;第二四十八块，为第一圈的倍数，尔后依次按九的倍数递加，至第九圈为八十一块，称九重。每层四面有台阶，各九级。一层栏板七十二块，二层一百零八块，三层一百八十块，共三百六十块，正合周天三百六十度。圜丘外面有两重谴墙，均为蓝琉璃筒瓦通脊顶，墙身涂朱。内墙是圆形，四面各有棂星门，都是六柱三门。内墙外面东南有燔柴炉一个、瘗坎一个、燎炉五个、西南有三个灯杆。外墙是方形，在东、西门的左、右，各设一个燎炉。北门外是皇穹宇，东门外东北角有神库、神厨各五间，林亭一个，祭器库、乐器库、棕荐库各三间。又东有宰牲亭、林亭一个。谴外内坛墙有四个门，东叫“泰元”，南叫“昭亨”，西叫“广利”，北叫“成贞”。昭亨门外东、西还各有一座石坊，由于祭天是在黎明前进行，灯竿高悬大灯笼，名曰“天灯”，用来照明。同时在各个燎炉焚烧松柏木、檀香木，香烟缭绕，火光可以照亮全坛，仪式非常隆重壮观。站在圜丘台中间的圆心石上轻轻唤一声，就立即从四面八方传来回声，好似众人齐鸣，一呼百应。封建帝王附会说这是皇天上帝在向凡人发出“圣谕”。其实，这种现象是声波被阻的回音。从圆心石发出的声波传到四周的石栏以后，就同时从四周迅速反射回来，声波振动较大;又由于圜丘坛的半径较短，所以回声很快。据测试，从发音到声波返回到圆心的时间，总共只有0.07秒，所以站在圆心石上的人听起来，声音格外响亮。因此，圜丘坛上的圆心石又称为“亿兆景从石”。