Три предметно-ориентированных языка программирования для цифровой обработки сигналов

В прошлый раз мы рассказывали о книгах ^[1], которые пригодятся специалистам по цифровой обработке сигналов, и обсуждали библиотеки на C++ ^[2] для синтеза звука. Продолжим тему, но поговорим о ЯП под эти задачи — Faust, SOUL и Feldspar.

SOUL

Этот язык программирования ^[3] (и API) представлен инженером Джулианом Сторером ^[4], которому принадлежит проект JUCE ^[5] для разработки GUI приложений и плагинов. Он спроектировал SOUL, чтобы снизить порог вхождения для начинающих в эту сферу и помочь им чуточку быстрее обучаться цифровой обработке сигналов.

Джулиан сравнил свой фреймворк с OpenGLSL или OpenCL ^[6] (но для аудио), поскольку он заточен под написание высокопроизводительного и безопасного кода для обработки звука. В частности, он использует ^[7] язык ассемблера HEART, который можно запускать без «песочницы». SOUL также не применяет ^[8] динамическое выделение памяти и исключает «состояния гонок» (race conditions) — в итоге его скорость выполнения равна или даже превышает показатели C++ на аналогичных задачах. Поскольку код практически не нагружает CPU и оперативную память компьютера, музыканты могут запускать большее число плагинов на DAW ^[9]. В то же время SOUL подходит для разработки видеоигр — свободные вычислительные ресурсы девелоперы могут направить на реализацию других геймплейных аспектов.

Фреймворк SOUL относительно молод, поэтому в работе встречаются баги ^[10]. Ряд пользователей отмечает частые вылеты при попытках загрузить файлы .soul в DAW ^[9]. Однако разработчики быстро реагируют на обращения и исправляют недостатки. Если вас заинтересовал этот проект, вы можете его «пощупать» прямо в браузере — на официальном сайте есть удобная IDE ^[11].

Faust

Это — функциональный язык программирования ^[12], ориентированный на разработку синтезаторов и аудиоэффектов. Его авторы — специалисты из акустической лаборатории Grame Research Labs во Франции, которая в свое время разработала музыкальную нотацию Guido ^[13] (её может читать как компьютер, так и человек).

Одним из главных преимуществ Faust является его мультиплатформенность. Он поддерживает мобильные и десктопные операционные системы, в том числе Linux, где работает с набором звуковых драйверов ALSA ^[14] и сервер-демоном JACK ^[15] для передачи MIDI-данных. Также библиотеки Faust можно загрузить на Raspberry Pi и микроконтроллеры типа Teensy ^[16] и ESP32 ^[17].

Этот ЯП позволяет обрабатывать акустическую информацию «на лету», поэтому подходит для музыкального программирования ^[18]. В то же время его используют в образовательной среде — с финансированием проекта помогло Министерство культуры Франции. Еще с помощью Faust участники проекта AmStramGrame ^[19] создают акустические устройства, а энтузиасты реализуют на Faust необычные музыкальные инструменты. Примером может быть TheBladeAxe ^[20], который похож на гитару, но с iPad’ом вместо грифа, управляющим звучанием устройства. Еще один интересный девайс на базе Faust — Sweeps and Collisions ^[21]. Он представляет собой пластиковый ящик, где перекатываются шарики. Микроконтроллер захватывает этот звук микрофонами, обрабатывает его и воспроизводит с помощью резонаторов.

Но несмотря на частое применение в образовательной сфере, начинающему «музыкальному программисту» синтаксис языка может показаться ^[22] запутанным. Однако опытные специалисты разберутся в нем достаточно быстро — поможет подробная документация ^[23] и бесплатный курс ^[24] от Стэнфордского университета.

Feldspar

Feldspar ^[25] разработали ^[26] инженеры из технических университетов Швеции и компании Ericsson еще в 2009 году. Цель проекта — представить язык, который бы решил проблему «портируемости» и мог работать на большинстве вычислительных систем, которые появятся в будущем. Feldspar построен на базе программных пакетов и библиотек, входящих в состав Haskell Platform ^[27]. Язык обладает высоким уровнем абстракции благодаря векторам (стр.3 ^[28]), при этом Feldspar можно запустить как на 8-разряной встроенной системе, так и на сервере в дата-центре.

Знакомство с языком можно начать с официального руководства ^[28]. Там подробно разобраны все алгоритмы и операторы. У тех, кому привычен синтаксис C (именно на нем написан Haskell), это не вызовет особых сложностей.

Но есть у Feldspar и свои недостатки — поддержку языка прекратили ^[28] в 2011 году, и хотя с тех пор разработчики все же выпустили ^[29] несколько баг-фиксов, о развитии функциональности инструмента говорить не приходится. В то же время Feldspar не всегда справляется с обработкой больших объёмов акустических данных.

Дополнительное чтение по этой теме в нашем «Мире Hi-Fi»:

• Как синтез речи появился на ПК ^[30]

• Как писать музыку на Python — помогут три тематические библиотеки ^[31]

• Влиться в муз. программирование — языки, которые помогут это сделать ^[18]

Другие наши материалы на Хабре:

• Проигрыватели винила в районе двадцати тысяч рублей — три модели ^[32]

• Что происходит в сфере аудиочатов и есть ли у них будущее ^[33]