近日，聲智科技發(fā)表標(biāo)題為“A Survey on World Models Grounded in Acoustic Physical Information”的聲學(xué)世界模型綜述文章，調(diào)研了全球研究的進(jìn)展和挑戰(zhàn)并提出了新的研究思路。當(dāng)AI不再只是“看”書本，而是開始“聽”萬物，一個(gè)充滿物理直覺的智能新時(shí)代正在到來。

想象一下，一個(gè)絕頂聰明的學(xué)生，讀遍了天下所有的書（就像今天的大語言模型），卻從未踏入過真實(shí)世界。他知道“蘋果會(huì)掉下來”，卻無法僅憑聲音判斷蘋果是掉在了草地、水面還是水泥地上。要讓AI真正理解我們這個(gè)世界，就必須為它裝上感官，尤其是——耳朵。

聲音，遠(yuǎn)不止是旋律與噪聲。它像一部無形的“物理紀(jì)錄片”，記錄著每一次碰撞、每一次摩擦、每一次流動(dòng)。當(dāng)AI學(xué)會(huì)解讀這部紀(jì)錄片，它就擁有了所謂的聲學(xué)世界模型（Acoustic World Model）——一個(gè)能感知、理解并預(yù)測(cè)物理事件的“聽覺大腦”。

從“閱讀理解”到“聽音識(shí)物”

AI認(rèn)知的飛躍

傳統(tǒng)的AI，如ChatGPT這類大型語言模型，是“看”文字的專家，但在物理世界面前，它們就像上述那位書呆子。而一個(gè)孩童，恰恰相反，他們通過敲敲打打、聆聽回響，早早地就掌握了關(guān)于世界的“物理直覺”。

聲學(xué)，正是彌補(bǔ)AI這一認(rèn)知空白的完美途徑。它像一雙無形的眼睛和一只敏銳的聽診器，賦予AI三大超能力：

1.物理世界的“聽診器”：聲音在不同物體中的傳播方式天差地別。敲擊西瓜時(shí)，清脆或沉悶的聲音能告訴我們它的成熟度；同樣，AI通過分析聲波的傳播速度和衰減，就能“聽”出墻壁是空心還是實(shí)心，材料是金屬還是塑料，甚至能發(fā)現(xiàn)機(jī)器內(nèi)部肉眼看不見的微小裂縫。

2.事件因果的“轉(zhuǎn)述者”：每一次玻璃破碎、每一次緊急剎車、每一次水滴入海，都會(huì)產(chǎn)生獨(dú)一無二的聲音“指紋”。這些聲音直接反映了能量如何轉(zhuǎn)換、物體如何運(yùn)動(dòng)。AI 通過學(xué)習(xí)這些“聲音指紋”，就能建立起因果鏈條：聽到刺耳的金屬摩擦聲，就能推斷出“零件可能即將損壞”。

3.空間感知的“回聲定位”：就像蝙蝠在黑暗中依靠回聲捕獵，AI也能利用麥克風(fēng)陣列，通過計(jì)算聲音到達(dá)不同麥克風(fēng)的時(shí)間差（TDOA）或相位差（PDOA），即便在伸手不見五指的濃煙或黑暗環(huán)境中，也能精準(zhǔn)地構(gòu)建出三維空間地圖，分辨出障礙物的位置和形狀。

AI的“聽覺中樞”

四大核心技術(shù)揭秘解

要讓AI真正“聽懂”，光有數(shù)據(jù)還不夠，還需要聰明的算法來構(gòu)建它的“聽覺中樞”。以下是四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

1.讓AI遵守物理規(guī)則：物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINN）

應(yīng)用描述：好比教學(xué)生解題，不僅要讓他看答案（學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)），更要讓他必須使用牛頓定律、波動(dòng)方程等公式（物理定律）來演算。

基本原理：我們將聲波傳播的偏微分方程作為一種“懲罰規(guī)則”寫入AI模型中。如果AI的預(yù)測(cè)結(jié)果違反了物理定律，就會(huì)被“扣分”。這樣訓(xùn)練出的AI，即使遇到從未聽過的場(chǎng)景，也能因?yàn)樽裱讓游锢硪?guī)律而做出可靠的判斷，大大減少了對(duì)海量標(biāo)注數(shù)據(jù)的依賴。

2.教AI舉一反三：傅里葉神經(jīng)算子（FNO）

應(yīng)用描述：如果PINN是每次都老老實(shí)實(shí)地套公式解題，那FNO就是學(xué)會(huì)了“解題方法論”。它不再關(guān)注某個(gè)特定房間的聲場(chǎng)，而是直接學(xué)習(xí)聲音傳播這個(gè)“變換”本身。

基本原理：一旦學(xué)會(huì)，面對(duì)新的房間布局或聲源位置，它能極速推算出結(jié)果，就像掌握了乘法口訣，無需再從加法算起。在預(yù)測(cè)大型音樂廳的聲學(xué)效果時(shí)，F(xiàn)NO的速度比傳統(tǒng)方法快上百倍，誤差卻極低。

3.創(chuàng)造聲音的“全息圖”：

神經(jīng)聲場(chǎng)（Neural Acoustic Fields）

應(yīng)用描述：借鑒于視覺領(lǐng)域的NeRF技術(shù)（它能從幾張照片生成一個(gè)可360度查看的3D場(chǎng)景）。

基本原理：神經(jīng)聲場(chǎng)能將整個(gè)空間的聲音信息編碼成一個(gè)輕巧的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。想知道房間里任意一個(gè)點(diǎn)的聲音是什么樣的？模型能像查詢地圖一樣，實(shí)時(shí)“渲染”出來。在VR游戲里，無論你的頭轉(zhuǎn)向何方，聽到的腳步聲、回聲都無比真實(shí)，響應(yīng)時(shí)間快至毫秒級(jí)。

4.AI的自學(xué)成才之路：自監(jiān)督學(xué)習(xí)

應(yīng)用描述：讓AI觀看海量視頻，它的任務(wù)很簡單：遮住視頻畫面，只聽聲音，然后預(yù)測(cè)下一秒會(huì)發(fā)生什么；或者，同時(shí)聽到聲音、看到畫面，學(xué)習(xí)將“狗叫聲”和“狗的圖像”關(guān)聯(lián)起來。

基本原理：通過這種“連連看”式的自學(xué)，AI在無人指導(dǎo)的情況下，就能領(lǐng)悟到物理世界的因果關(guān)系。當(dāng)它在工廠流水線上聽到一種微弱但異常的震動(dòng)時(shí)，即使從未被告知，也能憑借經(jīng)驗(yàn)判斷出這可能預(yù)示著某顆螺絲的松動(dòng)。

未來已來

七個(gè)2030 年的“聲音故事”

聲學(xué)世界模型將如何改變我們的生活？讓我們快進(jìn)到 2030 年：

1.“會(huì)讀心”陪你聊天的耳機(jī)：你戴上它時(shí)，耳機(jī)側(cè)邊的微型麥克風(fēng)陣列和生物傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境音、你的心跳和腦電波。AI“聆聽”并分析你的當(dāng)前情緒與專注度，動(dòng)態(tài)調(diào)整降噪與音效：在嘈雜的街頭，它精準(zhǔn)屏蔽車流噪聲并突出人聲指令；在健身房，它增強(qiáng)節(jié)奏感強(qiáng)的低音鼓點(diǎn)，自動(dòng)匹配你當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏。基于神經(jīng)聲場(chǎng)和骨傳導(dǎo)混合技術(shù)，耳機(jī)能在保障外部安全感知的同時(shí)，將虛擬聲源精確地投射至三維空間。它還具備實(shí)時(shí)同聲傳譯與語義增強(qiáng)功能，為跨語言對(duì)話提供0.2秒內(nèi)的母語字幕和音調(diào)糾正。無論是工作、運(yùn)動(dòng)還是社交，這款耳機(jī)都能成為你的私域音頻管家，實(shí)現(xiàn)無縫、智能、沉浸的聽覺體驗(yàn)。

2.“悄悄服務(wù)”的機(jī)器人：清晨，你家的機(jī)器人不再是橫沖直撞的“噪聲制造者”。它會(huì)先用聲波“掃描”一遍房間，預(yù)測(cè)出自己的馬達(dá)聲在何處會(huì)形成惱人的混響。然后，它會(huì)智能規(guī)劃一條路徑，既能高效服務(wù)，又能確保噪聲在你的臥室門口始終低于35分貝。

3.會(huì)“聽聲”的自動(dòng)駕駛:通過在車身布置麥克風(fēng)陣列，車輛獲得一條低成本、全向的聲學(xué)感知通道：它能先于視覺與雷達(dá)捕捉救援車警笛、摩托轟鳴或孩童呼喊等關(guān)鍵聲源，彌補(bǔ)盲區(qū)，實(shí)時(shí)分辨干燥、濕滑、結(jié)冰或碎石路面的輪胎-路面噪聲，為牽引與制動(dòng)系統(tǒng)提供精準(zhǔn)依據(jù)；同時(shí)持續(xù)聆聽自身發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車與懸架的聲紋，及時(shí)識(shí)別細(xì)微異常，預(yù)警潛在故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，從而全面提升行車安全與可靠性。

4.會(huì)“說話”的智慧公路：路面下嵌著無數(shù)微型聲學(xué)傳感器，它們持續(xù)“聆聽”著輪胎壓過路面的聲音。一旦某段路面的聲音“頻譜”連續(xù)幾小時(shí)出現(xiàn)異常，表明出現(xiàn)了微小裂縫。云端AI會(huì)立刻調(diào)度無人維修車，在裂縫擴(kuò)大前就完成瀝青的“自愈”修復(fù)。

5.空中交通的“聲學(xué)交警”：夜空中，電動(dòng)飛行出租車（eVTOL）安靜地穿梭。地面上，一個(gè)由無數(shù)麥克風(fēng)組成的網(wǎng)絡(luò)，正實(shí)時(shí)捕捉每架飛機(jī)的“聲紋”。AI“空管”會(huì)像指揮交響樂一樣，動(dòng)態(tài)調(diào)整各航線的飛行高度與速度，將噪聲均勻地“涂抹”開，讓城市在享受空中便利的同時(shí)，也能擁有一片寧靜的夜空。

6.沉浸式的空間聲電影院：你戴上XR眼鏡，走進(jìn)虛擬的“經(jīng)典影廳”。當(dāng)你走近大銀幕時(shí)，耳畔會(huì)響起電影中最經(jīng)典的對(duì)白或旁白。基于神經(jīng)聲場(chǎng)技術(shù)，聲音會(huì)根據(jù)虛擬影廳的墻面材質(zhì)、天花板造型和座椅布局，實(shí)時(shí)渲染出精準(zhǔn)的環(huán)繞聲效與混響，讓你仿佛置身于豪華巨幕大廳，感受每一次低音震撼與聲浪環(huán)繞的澎湃體驗(yàn)。

7.會(huì)“探秘”的無人游艇：當(dāng)你駕駛休閑游艇悠游地中海，它即插式寬帶聲吶與“沉船拓?fù)洹盇I會(huì)在每一次巡航時(shí)輕掃海床；伴隨的無人探海艇則深入高風(fēng)險(xiǎn)水域做密網(wǎng)覆掃。所有聲學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳云端，AI能把埋沙古船的輪廓與普通礁石一一分辨，并即時(shí)標(biāo)注在探險(xiǎn)地圖上，供科研船精準(zhǔn)打撈。昔日動(dòng)輒百萬美元的深海勘探，如今化作一次周末航行的副產(chǎn)品，讓每位航海者都成為“時(shí)光尋寶人”。

挑戰(zhàn)與思考

傾聽世界，也需心存敬畏

這項(xiàng)技術(shù)前景無限，但也伴隨著挑戰(zhàn)與倫理考量：

1.技術(shù)挑戰(zhàn)：如何在小小的AI耳機(jī)芯片上，實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的實(shí)時(shí)計(jì)算？如何讓模型在嘈雜的街頭、面對(duì)從未聽過的怪異聲源時(shí)，依然保持穩(wěn)定？

2.隱私風(fēng)險(xiǎn)：聲音的穿透性是雙刃劍。它能“聽”到墻后的情況，也可能侵犯個(gè)人隱私。因此，技術(shù)必須內(nèi)置“隱私保護(hù)”機(jī)制，例如通過差分隱私技術(shù)，在保留“事件”（如摔倒）信息的同時(shí)，抹去“身份”（是誰）的特征。

3.責(zé)任邊界：在自動(dòng)駕駛中，如果AI根據(jù)“聽到”的爆胎聲做出緊急避讓，但判斷失誤引發(fā)了事故，責(zé)任該如何界定？我們必須確保AI的每一次“聽覺決策”都有跡可循，建立可解釋、可追責(zé)的推理路徑。

讓AI以"耳"觀世界

當(dāng)聲學(xué)世界模型將無形的聲波，翻譯成AI能理解的物理腳本，機(jī)器獲得的將不再是冷冰冰的模式識(shí)別，而是對(duì)世界運(yùn)行規(guī)律的深刻“直覺”。

未來的智能體，將在聲音的漣漪中感知環(huán)境、預(yù)測(cè)未來；未來的城市，將用聲波進(jìn)行自我體檢與修復(fù)。這不僅是讓機(jī)器學(xué)會(huì)了“聽”，更是我們教會(huì)了智能體如何去“聆聽”這個(gè)世界。一場(chǎng)由聲音驅(qū)動(dòng)的物理智能革命，正奏響序曲。