皇穹宇院落是天坛的重要建筑之一，但在游客当中更习惯称它为——回音壁，究其原因，是因为这座院落的围墙可以产生奇妙的声学现象。
皇穹宇鸟瞰图
现在留存下来的皇穹宇院落围墙是清乾隆年间的古迹，墙面由质地细密坚硬的澄浆砖采用磨砖对缝的方法砌成，墙头覆盖蓝色的琉璃瓦。整座圆形围墙弧度十分规则，墙面光滑整齐，对围墙内部发出的声波产生了良好的反射效果。因此，在皇穹宇院内产生了奇妙的声学现象，皇穹宇的院墙也因三音石、对话石以及沿围墙内侧能传播声音而被称为“回音壁”。
皇穹宇院落围墙（回音壁）
早在天坛作为公园面向公众开放之后，人们便发现了皇穹宇院内的声学奇迹，并提出了声学现象产生原因的假说。
《天坛志略》
曾作为《清史稿》校刊总阅的金梁先生在其着作——《天坛志略》上记载了皇穹宇院内的声学现象“我们站在皇穹宇正殿门外丹陛桥的下面，甬道正中，面向殿门方向说话，不论是大声或小声，不可声音太小，则立时殿内连续回答你两声或三声，并且回答的声音很大很宏亮”。同时，金梁先生在书中对声学现象产生的原因提出了假说。金梁先生认为，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儿石板上。
位于天津市的金梁故居
《天坛志略》的记载让天坛皇穹宇院落产生的声学现象戴上了一层神秘的面纱，尽管书中的记载与经过现代科学检测的声学原理并不是完全相符，但是，这段关于天坛建筑声学现象的记载开启了人们对于这些奇妙现象的探索与研究。
20世纪50年代初期，当时在中国科学院应用物理研究所工作，后被评为中国科学院院士的汤定元先生在对天坛建筑的声学现象进行研究的基础上提出科学假说。
汤定元先生
汤定元先生在《天坛中几个建筑物的声学问题》一文中认为：皇穹宇院内的声学现象主要有两个，一个是三音石，还有一个是回音壁。
位于皇穹宇殿前的三音石标志
在三音石声学原理的问题上，汤定元先生指出：这是一个简单的声音反射现象，声音从皇穹宇殿前的第三块儿石板（即三音石）上发出并向四周扩散，碰到围墙之后返回到三音石上，产生了第一声回音；之后第一声回音继续向四周扩散，再次碰到围墙之后声音又返回到三音石上，产生了第二声回音……三音石上发出的声音照此于院内往返可以在三音石所在的位置产生多个回音，但是随着声音的消散，人的耳朵可以分辨出的只有前三声回音。
回音壁
对于回音壁声学现象产生的原理，汤定元先生认为：这一现象是声音反射所产生的。两个人分别站在皇穹宇院内东、西两侧围墙下，面向北说话，均可以清楚地听到对方所说的内容。这是因为声音沿着皇穹宇围墙内部规则的弧度，经过连续多次的反射，从院落的一端传播到另一端。
汤定元的假说发表于
《物理通报》1953年2月号上
汤定元先生的科学假说一直被作为天坛建筑声学现象的权威解释。直到20世纪90年代，天坛与黑龙江大学古建筑声学研究组合作，对天坛建筑中的声学现象进行了科学测试与分析，进一步完善了汤定元先生的假说，为天坛建筑声学现象研究提供了科学依据。
科学的测试与分析，为我们解开了皇穹宇院内建筑回音现象产生的奥秘，完善了三音石、回音壁声学理论。
三音石声学原理图示
科学的声学测试显示：三音石产生的第一声回音不是假说中提出的由围墙对声音反射而形成的，而是东配殿与西配殿的墙和墙基对声音反射而形成的；第二声与第三声回音产生的原因如假说中提出的一样，是由围墙对声音反射而形成的。
回音壁声学原理图示
皇穹宇院围墙可以传播声音的原因是墙面平整且圆弧规则，声音由一侧发出之后经墙面的多次反射沿着多边形的路线传播到另一侧。
对话石声学原理图示
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，站在这块儿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。
回音壁景区
皇穹宇院内建筑的这些“黑科技”展现了我国古代建筑设计者精妙的设计思路和手工匠人高超的工艺水平，当您来到皇穹宇，在体验我国传统敬天尊祖思想的同时不妨感受一下这些“黑科技”带来的独特体验。
注：部分图片来源于网络。
