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作为世界文化遗产的天坛有无数神奇，其中以五大神奇建筑而闻名中外：一为祈年殿，俗称无梁殿;二为回音壁;三为三音石;四为对话石;五为圜丘坛，即祭天台。围绕着天坛神奇的声音之谜一直为人津津乐道，也凸显出天坛不同凡响的特殊地位。
声之地
说到天坛其实是指圜丘坛，是举行祭天大典的场所，圜丘形圆象天，三层坛制，每层四面出台阶各九级。上层中心为一块圆石，外铺扇面形石块九圈，内圈九块，以九的倍数依次向外延展，栏板、望柱也都用九或九的倍数，为极阳之数，象征“天”数。圜丘坛的中心圆石即是天心石。站在天心石上说话，产生强烈的共鸣效果，耳畔回荡着自己的声音，感觉天地昭昭，天与大地都在感知自己的心声。而在无人的圜丘台上，不论向哪个方向喊话，回声都从四面八方传来，仿佛有许多人站在台的四周同时在应和一样。试想在祭天时，皇帝在天心石上朗读祭文，天地共鸣，似乎皇帝身后有无数人的声音在随声附和，这便是“亿兆景从”的效果。
回音壁在皇穹宇院落内，圜丘坛外北侧，坐北朝南，南面设三座琉璃门，主要建筑有皇穹宇和东西配殿，是供奉圜丘坛祭祀神位的场所。周围是圆形围墙，墙高约3.72米、厚0.9米，当人们分别站在东西配殿的后面靠近墙壁轻声讲话，虽然双方距离相距很远，都可以非常清晰地听见对方讲话的声音，被形象地称为“传声墙”。20世纪70年代，美国国务卿基辛格博士在乔冠华外长陪同下游览回音壁时，也反复尝试，兴趣盎然，称赞回音壁“传声墙”的效果很好，风趣地说可以通过它来谈判。
皇穹宇殿前甬路从北面数，前三块石板即为“三音石”。当站在第一块石板上击一下掌能听见一声回音;当站在第二块石板上击一下掌就可以听见两声回音;当站在第三块石板上击一下掌便听到连续不断的三声回音。这是为什么把这三块石板称为三音石的原因，也有人专门把第三块石板称为“三音石”。
皇穹宇的这些奇妙的声学现象使游天坛者流连忘返，特别是孩子们要反复尝试，并探索这些声音发出的秘密所在。
声之源
这些奇妙的声音现象早就引起学者与声学专家的重视，清末民初金梁所著《天坛志略》上记载了皇穹宇院内的声学现象，认为皇穹宇院内可以产生回音需满足四个条件：第一，必须开着殿门;第二，由殿门到殿内正北面的神龛前不准堆放障碍物;第三，殿窗必须关上且需要糊上窗纸;第四，人说话时必须站在殿前甬路的第三块石板上，其实并不尽然。1953年中科院院士汤定元先生发表了《天坛中几个建筑物的声学问题》，对天心石、回音壁、三音石三个声学现象的形成机理，提出了很有见地的科学猜想，有别于金梁的《天坛志略》所言，对天坛的发声现象都做了比较科学的解释。他认为，从天心石发出声音，向各方扩散，经周围栏板反射回来的声音走了同样的距离，正好在中心集合;皇穹宇围垣周密，表面光洁，使声波不被墙体吸纳，进而发生反射，产生了回音。其实这些是没有经过科学仪器测定的，还是建立在假说的设定上。1993年，天坛公园与黑龙江大学合作，使用声级计、频谱分析及记录仪等现代先进的科学仪器和现代科技手段，对天坛声学建筑进行了测试与研究，得出了让人信服的结论：圜丘的台面、栏板、望柱是很好的声音反射体。在天心石上发出声音，声波一部分经连续反射，汇聚到天心石;一部分经栏板、台面、对侧栏板返回再汇聚到天心石;另一部分声波则经围栏中部凹凸不平的花纹来回三次散射，最终汇聚到天心石。虽然连续形成回声，但是由于说话声与回声间隔很短，所以听起来是强烈的共鸣声。
回音壁能传音是因为它是由山东临清“澄浆砖”磨砖对缝砌筑而成，砖体“敲之有声，断之无孔”，质地坚硬，墙面光滑平整，墙体弧度规则，是良好的声音反射体。声波由一人发出向北经墙面多次连续反射后传给另一人，向南则因有三座琉璃门阻断了声波的反射而难以听到。
三音石基本位于回音壁的圆心，它的第一个回声是两个配殿将声波反射后叠加而成，第二、第三个回声则是回音壁对击声波的第一、第二次反射的汇聚。其实，还有第三、第四次反射，只是声音太弱，人耳难以分辨。“一音石” 的一个微弱回声，是声波被回音壁两次连续反射，经历一个钝角三角形长距离返回到一音石上形成。“二音石”的两个回声，第一个是声波被东西配殿墙反射后在二音石上叠加形成，第二個则与一音石的回声机理相同。
在这次研究的过程中，研究人员还发现了皇穹宇院内第三个声学现象——“对话石”。对话石指的是皇穹宇殿前的第18块石板，站在这块石板上的人可以和站在东配殿东北角或西配殿西北角的人互相对话。这是因为声音发出之后经过围墙的反射，在特定位置汇聚，使得相互见不到面的人可以利用声音的反射相互对话。
声之意
天坛是个神圣的地方，这些奇妙的声学现象是有意为之，还是后来人无意发现的呢？
明朝嘉靖年间建造的圜丘，有记载说已经产生回音，嘉靖朝建圜丘时，将天心石命名“亿兆景从”石，意寓皇帝在此祈求皇天上帝佑护，“亿兆”之人追随其后，皇帝发出的旨意就是天命，所有的人都必须服从。而对皇穹宇的围墙所具有的回音效果未见记载，而有一个传说，是乾隆皇帝在巡视皇穹宇休息时无意间发现回音壁的回声，从此回音壁得名。清乾隆年间扩建圜丘、改建皇穹宇时，人们既然已经知道明朝圜丘有回音现象，那么扩建时是必定要注意这个问题的，乾隆年间的建造水平已经达到相当高的程度，工匠已懂得一定的回音建筑知识、回音效果把握。因而，在材料的选取、工程的实施中都采取了相应的措施，比如回音壁墙体用砖，必须采购于山东临清“澄浆砖”，搭建和整修围墙不仅要磨砖对缝，而且必须平整光滑，不能有任何瑕疵。圜丘、皇穹宇建成圆形所产生的回音现象，正好附和“上天垂象”“亿兆景从”的效果，因此，刻意而为是必然的。但是，作为历史研究的结论是凭史料说话，现在并没有找到能够说明乾隆朝改建圜丘、皇穹宇时是有意营造回音效果的直接依据。只能臆测天坛是皇帝祭天的场所，皇帝在这里与上天交流和沟通，产生这样震天动地的轰鸣回音，恰是皇帝祭祀的最佳效果。