Hands-on：安裝 Piper TTS 做文字轉語音

2026-05-12

本篇紀錄裝 Piper TTS 並用它合成英文語音、再用 Whisper 轉回文字做 round-trip 驗證。選 Piper 而非雲端 TTS（OpenAI / ElevenLabs）的理由：

完全本地、隱私邊界乾淨。
ONNX runtime、Apple Silicon 跑得動、不依賴 GPU。
模型小（low quality ~17-65 MB、medium ~50 MB、high ~125 MB）、適合 minimal 驗證。
CLI-first、stdin 餵文字、stdout 或檔案輸出 WAV、容易串 pipeline。

驗證日期：2026-05-12 Piper 版本：透過 pip 安裝 示範 voice：en_US-lessac-low.onnx（63 MB、英文女聲、low quality）實測：4 秒文字合成 < 1 秒、品質夠日常用

前置設定

項目	檢查指令	預期
Python	`python3 --version`	3.11+
pip	`pip3 --version`	25+
磁碟空間	`df -h ~`	至少 200 MB（Piper + 一個 voice）

Piper 跟 Whisper 一樣分離 binary 跟 model：先裝 runtime、再下載 voice。

安裝 Piper

piper-tts 沒有 Homebrew formula、用 pip 裝：

1pip3 install piper-tts --break-system-packages

PEP 668 是 macOS / Homebrew Python 的 external-management 機制、保護系統 Python 不被 pip 安裝污染；--break-system-packages 是 bypass flag、跳過該檢查直接裝。比較乾淨的做法是用 venv：

1python3 -m venv ~/.piper-venv
2source ~/.piper-venv/bin/activate
3pip install piper-tts

但裝完 PATH 要指到 venv 的 piper、稍麻煩。本 demo 用 --break-system-packages 簡化。實際生產建議用 venv 或 pipx。

驗證 binary 在 PATH：

1which piper
2# /opt/homebrew/bin/piper（若 pip3 來自 Homebrew Python）
3# 或 ~/Library/Python/3.x/bin/piper（若 pip3 來自系統 Python）
4
5piper --help | head -10

which piper 找不到時、檢查兩個 bin 目錄哪邊有檔案、把該目錄加進 PATH。

下載 Voice Model

Piper 用 ONNX 格式的 voice model、每個 voice 是一對 .onnx（model 權重）+ .onnx.json（metadata、含採樣率、phoneme map）。

從 Hugging Face rhasspy/piper-voices repo 拉：

1mkdir -p ~/.piper-voices
2cd ~/.piper-voices
3
4# 英文女聲、low quality（小、快）
5curl -L -o en_US-lessac-low.onnx \
6  "https://huggingface.co/rhasspy/piper-voices/resolve/v1.0.0/en/en_US/lessac/low/en_US-lessac-low.onnx"
7curl -L -o en_US-lessac-low.onnx.json \
8  "https://huggingface.co/rhasspy/piper-voices/resolve/v1.0.0/en/en_US/lessac/low/en_US-lessac-low.onnx.json"

可用 voice quality 等級：

Quality	大小	用途
`low`	17-65 MB	快、品質粗糙、適合 prototype
`medium`	50-100 MB	平衡、日常用
`high`	100-200 MB	品質佳、合成略慢
`x_low`	< 20 MB	極小、品質明顯差、適合受限環境

語言 / 地區覆蓋（部分）：

Locale	Voice 範例
`en_US`	lessac、ryan、amy、libritts
`en_GB`	alan、cori、jenny
`zh_CN`	huayan（北京話）
`ja_JP`（社群）	較少
`de_DE` / `fr_FR` / `es_ES` 等	各有多個

完整清單在 rhasspy/piper-voices 的 VOICES.md。

驗證下載：

1ls -lh ~/.piper-voices/
2# en_US-lessac-low.onnx       63M
3# en_US-lessac-low.onnx.json  4.9K

跑第一次合成

1echo "Hello from Piper TTS, this is a synthesized voice test." \
2  | piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-low.onnx -f /tmp/piper-out.wav

說明：

文字從 stdin 進、是 Piper 的標準輸入方式。
-m：voice model .onnx path。Piper 自動找同目錄的 .onnx.json。
-f：output WAV path。不指定的話直接寫 stdout（可以 pipe 到 aplay / afplay 即時播放）。

預期輸出：

1ls -lh /tmp/piper-out.wav
2# 128 KB

驗證 WAV 規格：

1file /tmp/piper-out.wav
2# RIFF (little-endian) data, WAVE audio, Microsoft PCM, 16 bit, mono 16000 Hz
3
4ffprobe -loglevel error -show_format /tmp/piper-out.wav | grep duration
5# duration=3.984000

16-bit PCM、16 kHz mono——跟 Whisper 期望的輸入規格一致、可以直接 round-trip。

播放確認：

1afplay /tmp/piper-out.wav

常用選項

選項	作用
`-m MODEL`	voice model `.onnx` 路徑（必填）
`-c CONFIG`	metadata json 路徑（預設自動找同名 `.onnx.json`）
`-i FILE`	輸入文字檔（替代 stdin）
`-f OUTPUT`	輸出 WAV 路徑
`-d DIR`	輸出目錄（多句時自動分檔）
`--length-scale FACTOR`	速度調整（< 1 加速、> 1 減速、預設 1.0）
`--volume FACTOR`	音量調整（0.0-1.0）
`-s SPEAKER`	多 speaker model 選 speaker（如 libritts）
`--cuda`	用 CUDA（Apple Silicon 用不到、留 default）

典型應用：

 1# 從文字檔合成
 2piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-low.onnx \
 3  -i article.txt \
 4  -f narration.wav
 5
 6# 多句子分檔
 7piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-medium.onnx \
 8  -i script.txt \
 9  -d ~/audio-output/ \
10  --output-dir-naming text
11
12# 慢速朗讀（學習用）
13piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-low.onnx \
14  --length-scale 1.4 \
15  -f slow.wav <<< "Slowly read this sentence."

Round-Trip 驗證

確認 TTS + STT 整條串得起來：

1# 1. Piper TTS：文字 → WAV
2echo "The quick brown fox jumps over the lazy dog." \
3  | piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-low.onnx -f /tmp/test.wav
4
5# 2. Whisper STT：WAV → 文字
6whisper-cli -m ~/.whisper-models/ggml-tiny.en.bin -f /tmp/test.wav -nt

預期 Whisper 回應接近原文字（可能大小寫 / 標點稍變）。Round-trip 成功表示：

Piper 輸出格式（16kHz mono WAV）符合 Whisper 輸入需求。
兩個模型對英文的訓練分佈相容。

跟 LLM 串接：「LLM 說話」的 minimal pipeline

 1# 1. LLM 生成回答
 2ANSWER=$(curl -s http://localhost:11434/v1/chat/completions \
 3  -H "Content-Type: application/json" \
 4  -d '{
 5    "model": "gemma3:1b",
 6    "messages": [{"role":"user","content":"Tell me a one-sentence joke."}],
 7    "stream": false
 8  }' | python3 -c "import json,sys; print(json.load(sys.stdin)['choices'][0]['message']['content'])")
 9
10# 2. Piper 把回答念出來
11echo "$ANSWER" | piper -m ~/.piper-voices/en_US-lessac-low.onnx -f /tmp/llm-says.wav
12
13# 3. 播放
14afplay /tmp/llm-says.wav

三行 shell 完成「Local LLM 講笑話」整條 pipeline、無雲端、無 GPU。

常見坑

中文 / 多語言

en_US-lessac-low 是英文 voice、餵中文會發音怪。中文要下載 zh_CN-huayan-*：

1curl -L -o ~/.piper-voices/zh_CN-huayan-medium.onnx \
2  "https://huggingface.co/rhasspy/piper-voices/resolve/v1.0.0/zh/zh_CN/huayan/medium/zh_CN-huayan-medium.onnx"
3curl -L -o ~/.piper-voices/zh_CN-huayan-medium.onnx.json \
4  "https://huggingface.co/rhasspy/piper-voices/resolve/v1.0.0/zh/zh_CN/huayan/medium/zh_CN-huayan-medium.onnx.json"
5
6echo "你好，這是 Piper TTS 的中文測試。" \
7  | piper -m ~/.piper-voices/zh_CN-huayan-medium.onnx -f /tmp/zh-out.wav

zh_CN 預設是北京話腔調。

`--break-system-packages` 警告

macOS 系統 Python 3.13+ 預設禁止 pip 直接裝。安全做法用 venv 或 pipx；不想搞 venv 就用 --break-system-packages flag（會跳警告但能裝）。長期建議遷到 venv、避免污染系統 Python。

Voice quality 不夠

low quality 的 voice 適合驗證 / prototype、實際用 medium 或 high。低品質 voice 在長段文字會聽起來機械、自然度差。

Sample rate mismatch

Voice metadata（.onnx.json 內 sample_rate）決定輸出 sample rate、不同 voice 可能不同（多數 22050 或 16000）。Whisper 期望 16000、若 Piper 輸出 22050、可能需要 ffmpeg 降採樣：

1ffmpeg -i piper-out.wav -ar 16000 piper-out-16k.wav

en_US-lessac-low 本來就是 16k、沒這問題。

何時這篇會過時

pip install piper-tts 安裝方式可能演化（轉純 binary release？）、但 ONNX model + CLI invocation 形式應該穩定。
Voice model 格式（ONNX）是 web 通用標準、未來增加 quality / locale、現有 voice 不會被 deprecate。
Hugging Face rhasspy/piper-voices repo 是 maintainer 官方、不會消失。

讀的時候若 pip install 失敗、查 piper GitHub 最新 install 路徑；voice 列表看 piper-voices repo。

跟其他 hands-on 章節的關係：完整 hands-on 系列見 Hands-on 章節索引、語音 round-trip 對接見 Whisper STT、跨服務 lifecycle 與記憶體管理見 Resource management。

#llm #hands-on #tts #piper