声屏障的最佳位置：内能衰减服从斯托克斯-克希霍夫吸收的曲率最大点

宋轶黎

(浙江省丽水生态环境监测中心，浙江 丽水 323000)

1 引言

声屏障技术是控制噪声污染的重要手段之一。研究隔音材料，从而提高隔音效果一直是国内外主流的研究方向[1～6]，但针对声屏障的最佳位置的研究依旧较少。虽然也有部分学者利用数学建模等方法完成了交通声屏障最佳位置及尺寸的确定[7～10]，但因未经原理分析，适用面窄。

本文利用实验数据初步验证了声屏障最合理的摆放位置为内能衰减服从斯托克斯-克希霍夫吸收的曲率最大点，并从原理上解释了声屏障在不同距离下的表现效果，为今后的理论及实践研究提供参考。

增值税的价外计税、避免重复征税的税制设计是国家从宏观管理经济良性运行采用的措施，而对每个流转环节的单个独立企业，一般并不关注重复征税的问题，企业管理者需要考虑的是税款的缴纳对资金的占用及其在与交易对手商品价格博弈中的影响，进而对企业利润的影响。实务中企业运用的各种增值税税收筹划手段,如一般纳税人与小规模纳税人主体资格的选择、不同计税方式的选择、对供应方开票类型的选择等等，其根源在于增值税的多少直接关系到企业的利益。因此，增值税如同企业存货的进价、职工薪酬一样属于企业的一项费用。

2 实际声衰减曲线对斯托克斯-克希霍夫公式的偏离

声波向外进行辐射，时刻都伴随着内能的损耗，这部分损耗的能量主要以热能的形式被介质吸收。该过程称为声衰减，亦称声吸收。引起声吸收的主要原因为介质的粘滞导致的切变及容变应力，以及热梯度引起的热传导过程(弛豫效应等[11，12]对固液传播影响较大，本文不作讨论)。

微元dxdydz的切变及容变应力即为速度对微元在对应方向上的偏微分量和粘滞系数或弹性形变系数的积，通过3个方向上的应力矢量和速度差的内积得到媒介粘滞引起的内能损耗率为式(1)。而热通量和温度梯度有着线性关系(系数为热导率)，利用热力学定律可以得到热传导引起的内能损耗率为式(2)。最终得到经典声吸收斯托克斯-克希霍夫方程[11]，如式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

关于远场区的偏离原因，笔者认为还应从应力和热传导损耗入手。远场区声强度有了极大程度减小，因此，切变及容变相对空气自身分子运动已不显著，因此粘性衰减减缓；而温度梯度gradT也已不再显著，声波的熵变已不能独立计算，而应将分子热运动纳入考虑。综合二者，可见远场区声衰减程度确应减缓，偏离经典声吸收公式(图1)。

主成分分析是通过原有变量线性组合出新变量（即主成分）来反映事物发展的主要方向，该分析中4个轴上的特征值分别为0.363、0.169、0.124、0.082（表2），4个成分对样方数据的总累积贡献量为73.8%。前两个轴对物种变量的解释量最大，分别为36.3%和16.9%，可以作为主成分轴。

根据拟合公式：E=0.65·e-0.185x，对其曲率K求导，可得曲率最大点约为8.4 cm。对比可知，内能衰减曲率最大点和声屏障最佳位置之间有着较好的一致性。

可见，声屏障的距离确实对屏蔽效果存在影响，而且在过渡区屏蔽效果最好，约9 cm处屏蔽效果达到最佳。

(4)

由式(4)可知，声波内能随声源距离呈指数下降，而实验结果在近场区也很好地符合了这样的关系，但远场区却存在偏离，如图1所示，表示了大中小3种不同音量大小的声源的内能衰减曲线，及与公式拟合的曲线对比。

1.2.1 对照组 常规护理，包括术前访视、术前准备、入室的安抚、麻醉护理、体位管理、医护配合，对于冲洗液需要控制好温度。术中密切监测患者的生命体征，出现异常，遵医嘱给予静脉用药等干预，纠正呼吸循环紊乱。出现术中出血等并发症，配合医师做好救治。糖尿病对象，需要在术前确认血糖控制情况，胰岛素控制血糖的疗效。血糖达标的对象常规口服二甲双胍和（或）阿卡波糖控制血糖，高血糖（＞8.3 mmol/L)的对象给予胰岛素控制血糖，低血糖（＜5.1 mmol/L）输液纠正，将血糖控制在5.6～11.2 mmol/L。

图1 不同大小声源实际衰减情况及与理论拟合曲线对比

3 内能衰减曲线曲率最大点和声屏障最佳位置的一致性

为何声屏障在过渡区表现最佳，笔者认为，由于近场区温度梯度大，衰减过程也接近线性，其衰减有序；远场区温度梯度小，衰减过程也接近线性；而过渡区温度梯度相比近场区混乱，相比远场区则大，因此在该区域中摆放声屏障能极大程度加大熵增，促进能量转化。

由此可得以下两个结论：第一，同声源不同发出功率，其内能衰减曲线表现基本一致。第二，近场区较好地吻合了斯托克斯-克希霍夫公式，但远场区存在偏离，当内能下降至约为初始内能15%时(以拟合曲线和y轴交点0.65模拟内能初始量)，内能衰减大幅减缓。

图2 不同位置声屏障表现

Y o u n g是他给自己起的名字，他说他早把两个方块字组成的名字忘了。因为他们家在他出生前就移民美国了。所以他只知道他爹姓杨，江浙人士，别的一概不知，说也不想听。

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由前文可知，声波在近声源场内能衰减剧烈，而在远场区内能衰减平缓，而二者之间还存在着一段过渡区。声屏障如果分别放置于这3个区域中，其表现效果应属不同。因此，本文通过实验研究了声屏障和声源间的距离的阻隔效果，如图2所示。

4 声源叠加能损

经过多次双等大非相干声源叠加实验，其中67%的数据相差3.0 dB，而33%的数据相差2.9 dB，该数据和理论值3.0分贝基本一致。因此，不同声源叠加的能损不大，叠加热效应不显著。

5 结论

通过对声波内能损耗的探究，得到了以下3个方面的结论：

(1)声波内能衰减在近声源场区较好地服从斯托克斯-克希霍夫吸收公式，但远场区衰减减缓。

(2)内能吸收曲率最大点和声屏障最佳位置之间有着较好的一致性。因此，通过理论计算得出声屏障最佳位置可行。

(3)声源叠加引起的能损不大，叠加的热效应不显著。