縦動画の字幕に合わせて VOICEVOX の声を置き、区間を声の長さに伸ばして、BGM を下げつつ -16 LUFS にそろえる（Python＋ffmpeg）

字幕つきの縦動画（1080×1920・30fps、30秒前後）を何本も作っています。映像は台本の JSON から書き出す仕組みがすでにあるので、そこに読み上げ音声と BGM を足す make_voice.py（340行ほど）を書きました。

難しかったのは、声の長さが字幕の表示時間に収まらないことです。字幕は「読む速さ」で時間を決めていたので、声に出すと足りない場所がほとんどでした。そこで、声を縮めるのではなく、声が入るように映像の区間のほうを伸ばすことにしました。

この記事で書くこと：

• VOICEVOX ENGINE の HTTP API（audio_query → synthesis、speedScale、accent_phrases で読みを確かめる）
• 字幕ごとの区間を、声の長さに合わせて伸ばす計算
• BGM を声の下だけ下げる（ダッキング）、loudnorm を2回使って -16 LUFS にそろえる
• 読み間違いの直し方（「行」「千件」「20日分」など）
• ハマったこと（一時 PNG でディスクがいっぱい、空の wav キャッシュ）

確認した環境：macOS 14、Python 3.12（numpy）、VOICEVOX ENGINE 0.26.0（VOICEVOX アプリに入っているもの）、ffmpeg 7.1。

1. 全体の流れ

1本の動画につき、次の順で処理します。

1. 読み上げ文のテキストを読む（1行＝字幕1つ）。なければ字幕から下書きを作る
2. 読み上げ文ごとに VOICEVOX で wav を作る（同じ文・同じ速さならキャッシュを使う）
3. 字幕の区間を、声が入る長さまで伸ばした台本を作る
4. 伸ばした台本で映像を書き出す（既存の仕組み）
5. 声を置いた音と BGM を numpy でまぜ、ダッキングする
6. ffmpeg の loudnorm で測って → そろえて、映像と合わせる（AAC 192k・faststart）
7. 確認用の表（report.txt）と、1秒ごとのコマを並べた確認シートを出す

読み上げ文のファイルは、こういう形です。| の左が元の台本の字幕の秒、右が読み上げる文です。

0-1.8|書類が、千枚。この中から、1枚を探す。
1.8-5.2|前から、1枚ずつ、順番に見ていくと…
16.6-18.7|せんけんなら、最大、10回で見つかる。

字幕と読み上げ文を分けたのは、画面の文字と読みを別々に直したいからです。画面は「千件」のまま、声だけ「せんけん」にできます（5章）。

使い方は2段です。まず --kana で読みだけ確かめ、直し終わったら全部を回します。

python3 make_voice.py scripts/12_password_length.json --kana   # 1) 読みの確認だけ（数秒）
python3 make_voice.py scripts/12_password_length.json          # 2) 全部（書き出し込みで数分）

2. VOICEVOX ENGINE の HTTP API

VOICEVOX アプリを入れると、音声合成のエンジンが http://127.0.0.1:50021 で動きます。アプリを開いていないときは、make_voice.py がエンジン単体を起動して /version が返るまで待ちます。

声を作るのは2回の POST です。

1. POST /audio_query?text=...&speaker=14 … 文から「読み・アクセント・長さ」の JSON（AudioQuery）を作る
2. POST /synthesis?speaker=14 … その JSON を本文に送ると、wav が返る

speaker=14 は「冥鳴ひまり（ノーマル）」のスタイル ID です。

def post(path, params, body=None):
    url = ENGINE + path + '?' + urllib.parse.urlencode(params)
    data = json.dumps(body).encode() if body is not None else b''
    req = urllib.request.Request(url, data=data, method='POST', headers={'Content-Type': 'application/json'})
    return urllib.request.urlopen(req, timeout=120).read()


def audio_query(text):
    return json.loads(post('/audio_query', {'text': text, 'speaker': SPEAKER}))

audio_query で返った JSON を、synthesis に送る前に書き換えられます。ここで速さやサンプリングレートを決めます。

def synth(text, speed, cache_dir):
    """読み上げ文 → 48kHz モノラルの numpy（前後の無音は切る）。同じ文・速さなら作り直さない"""
    key = hashlib.sha1(f'{SPEAKER}|{speed}|{text}'.encode()).hexdigest()[:16]
    wav = os.path.join(cache_dir, f'v_{key}.wav')
    if not os.path.exists(wav) or os.path.getsize(wav) == 0:   # 途中で止まった空ファイルは作り直す
        q = audio_query(text)
        q.update(speedScale=speed, prePhonemeLength=0.05, postPhonemeLength=0.1, outputSamplingRate=SR, outputStereo=False)
        open(wav, 'wb').write(post('/synthesis', {'speaker': SPEAKER}, q))
    x = load(wav, 1)[:, 0]
    thr = 10 ** (-50 / 20); idx = np.where(np.abs(x) > thr)[0]
    a, b = max(0, idx[0] - int(.01 * SR)), min(len(x), idx[-1] + int(.03 * SR))
    return x[a:b]

• speedScale：話す速さ。1.1 にしています（オプションで 1.0〜1.15）
• prePhonemeLength / postPhonemeLength：文の前後の無音（秒）。間は自分で置くので短めに
• outputSamplingRate=48000：動画の音声に合わせて 48kHz
• 返った音は、-50dB より小さい前後を切ります。あとの「区間を伸ばす計算」で、声の長さを正確に使いたいからです
• キャッシュ名は「話者・速さ・文」のハッシュです。読みを1文だけ直したとき、ほかの文は作り直しません

accent_phrases で読みを確かめる

audio_query の JSON には、エンジンが付けた読みが入っています。kana は AquesTalk 風の記法（' がアクセント、/ が区切り、_ が無声化）、accent_phrases[].moras[] は1拍（モーラ）ずつの読みです。

make_voice.py の --kana は kana をファイルに書き出すだけですが、拍ごとに見たいときは次の小さいスクリプトを使いました。

import json, sys, urllib.parse, urllib.request

ENGINE = 'http://127.0.0.1:50021'
SPEAKER = 14  # 冥鳴ひまり（ノーマル）

def audio_query(text):
    url = ENGINE + '/audio_query?' + urllib.parse.urlencode({'text': text, 'speaker': SPEAKER})
    req = urllib.request.Request(url, data=b'', method='POST')
    return json.loads(urllib.request.urlopen(req, timeout=60).read())

for text in sys.argv[1:]:
    q = audio_query(text)
    moras = ['/'.join(m['text'] for m in ap['moras']) for ap in q['accent_phrases']]
    print(text)
    print('  kana :', q['kana'])
    print('  moras:', ' | '.join(moras))

千件なら、最大、10回で見つかる。
  kana : セン'ゲンナラ、サイダイ'、ジュッ'カイデ/ミ_ツカル'
  moras: セ/ン/ゲ/ン/ナ/ラ | サ/イ/ダ/イ | ジュ/ッ/カ/イ/デ | ミ/ツ/カ/ル

「千件」が「センゲン」になっているのが分かります。直し方は5章で書きます。

3. 声の長さに合わせて区間を伸ばす

決まり

字幕 k の区間を「字幕 k の t0 から、次の字幕の t0 まで（最後は動画の終わりまで）」とします。この区間に

• 字幕が出てから話し始めるまで 0.15秒
• 声の長さ
• 次の字幕までの間 0.3秒（最後の字幕だけ余韻の 0.9秒）

が入らなければ、入る長さまで伸ばします。縮めはしません。もともと長い区間は、そのままです。

LEAD, GAP, TAIL = 0.15, 0.30, 0.9   # 字幕が出てから話し始めるまで／次の字幕までの間／最後の余韻

計算

plan() の中心はこの部分です。bounds は字幕の t0 を並べ、最後に元の長さを足したものです。seg_voice[k] は字幕 k に対応する読み上げ文で、r['d'] が声の長さ（秒）です。

    nb = [0.0]; segs = []
    for k in range(len(subs)):
        L = bounds[k + 1] - bounds[k]; last = k == len(subs) - 1
        r = seg_voice.get(k)
        newL = max(L, LEAD + r['d'] + (TAIL if last else GAP)) if r else L
        nb.append(round(nb[-1] + newL, 2)); segs.append((bounds[k], bounds[k + 1], nb[k], nb[k + 1]))
        if r: r.update(oa=bounds[k], ob=bounds[k + 1], na=nb[k], nb=nb[k + 1], place=round(H + nb[k] + LEAD, 3))

• newL：伸ばしたあとの区間の長さ。max なので縮まない
• nb：新しい区間の境目を、頭から積み上げたもの
• place：声を置く時刻。新しい区間の頭＋0.15秒（H は冒頭の問いの長さで、ない台本では 0）

台本の中の「秒」を動かす

区間を伸ばすと、字幕だけでなく、図のアニメーションの開始時刻なども一緒に動かす必要があります。古い秒を新しい秒に変える関数 remap を作り、区間の中では比例で動かします。

    def remap(t):
        if t >= bounds[-1]: return round(t - bounds[-1] + nb[-1], 3)
        if t <= 0: return t
        for oa, ob, na, nb_ in segs:
            if t <= ob: return round(na + (t - oa) * (nb_ - na) / (ob - oa), 3) if ob > oa else na

台本 JSON の中で「秒」を表すキー（t0・t1・start・end など）を集合で持っておき、JSON をたどって remap をかけます。一方、typeT・dur は「t0 からの秒」（相対）なので動かしません。知らないキーで秒らしい名前（〜T や t数字）が出てきたら、動かさずに名前を表示するようにしました。黙って動かす・黙って残す、のどちらも事故のもとだったからです。

結果

二分探索の説明動画（字幕9つ）の report.txt です。元の長さ 24.00秒が、33.06秒になりました。

元の長さ 24.00秒 → 新しい長さ 33.06秒（MP4 33.06秒）

#	文	置いた時刻	区間（元→新）	声の長さ	字幕の表示	収まり
1	書類が、千枚。この中から、1枚を探す。	0.15	0.00-1.80 → 0.00-4.00	3.55	0.00-4.00	OK
2	前から、1枚ずつ、順番に見ていくと…	4.15	1.80-5.20 → 4.00-7.51	3.06	4.00-7.51	OK
3	探しものが一番最後なら、最悪、千回。	7.66	5.20-8.00 → 7.51-11.33	3.37	7.51-11.33	OK
4	小さい順に並んでいれば、真ん中を見て、半分を捨てる。	11.48	8.00-10.40 → 11.33-15.58	3.80	11.33-15.58	OK
5	見るたびに、残りが、半分になる。	15.73	10.40-14.30 → 15.58-19.48	2.56	15.58-19.48	OK
6	10回で、1件まで、しぼれた。	19.63	14.30-16.60 → 19.48-22.40	2.47	19.48-22.40	OK
7	せんけんなら、最大、10回で見つかる。	22.55	16.60-18.70 → 22.40-25.59	2.74	22.40-25.59	OK
8	件数が千倍になっても、回数は、10回増えるだけ。	25.74	18.70-20.90 → 25.59-29.87	3.83	25.59-29.68	OK
9	並んでいるから、半分を捨てられる。	30.02	20.90-24.00 → 29.87-33.06	2.14	29.87-33.06	OK

1行目を例にすると、元の区間は 1.80秒、声は 3.55秒です。0.15＋3.55＋0.30＝4.00秒が必要なので、区間は 0.00〜4.00秒に伸びています。5行目は元の区間が 3.90秒あって、声（2.56秒）が入るので伸ばしていません。

「収まり」は、声の終わりが字幕の表示時間の中（0.05秒まで許す）に入っているかどうかです。これまでに作った21本は、すべて OK でした。

4. ダッキングと loudnorm 2パス

声を置く・BGM を下げる

声を置く場所も BGM の音量も、すべて自分で決めた時刻なので、音は numpy でまぜています。ffmpeg のフィルタで書くなら adelay（遅らせる）＋ amix（まぜる）、ダッキングは sidechaincompress（声の大きさに反応して BGM を下げる）や volume の式になります。ただ、声のある時刻は分かっているので、反応を待つコンプレッサーより、時刻どおりの音量カーブのほうが狙いどおりになります。サンプル単位でずれないことも確かめやすくなります。

まず、声だけのトラックと BGM だけのトラックを、それぞれ -16 LUFS にそろえます（測り方は次の節と同じ loudnorm の測定値）。そのうえで、BGM の音量カーブを作ります。

BED, DUCK, RAMP = -12.0, -20.0, 0.15   # BGM：声のない所 -12dB、声の下 -20dB（-16 LUFS にそろえたBGMから）

    t = np.arange(N) / SR; g = np.full(N, BED)
    for r in rows:
        a, b = r['place'] - 0.1, r['place'] + r['spoken'] + 0.1
        down = np.clip((t - (a - RAMP)) / RAMP, 0, 1); up = np.clip(((b + RAMP) - t) / RAMP, 0, 1)
        g = np.minimum(g, BED + (DUCK - BED) * np.minimum(down, up))
    gain = 10 ** (g / 20) * np.clip(t / 0.5, 0, 1) * np.clip((total - t) / 0.8, 0, 1)
    mix = narr[:, None] + bgm * gain[:, None]

• 声のない所は -12dB、声の前後 0.1秒を含む範囲は -20dB
• 下げる・上げるは 0.15秒かけて直線で動かす（down と up）
• 声が続くときは np.minimum で低いほうを取るので、文と文の間で BGM が一瞬だけ戻ることがない
• 頭の 0.5秒でフェードイン、最後の 0.8秒でフェードアウト

BGM は、権利を持っている手持ちの曲の歌のない区間（38.8秒ぶん）を使っています。動画のほうが長いときは、同じ区間を 2秒の等パワーのクロスフェード（cos と sin）でつないで延ばします。

loudnorm を2回使う

どの動画も同じ大きさで聞こえるように、目標を I=-16 LUFS・TP=-1.5 dBTP・LRA=11 にそろえました。

loudnorm は1回だけ使うと、ダイナミックモード（音量を時間ごとに上げ下げする）になります。せっかく作ったダッキングの差を崩したくないので、1回目で測り、2回目でその測定値を渡して linear=true にします。

1回目（測るだけ）：

def loudness(path, extra_af=''):
    af = (extra_af + ',' if extra_af else '') + f'loudnorm=I={TARGET_I}:TP={TARGET_TP}:LRA={TARGET_LRA}:print_format=json'
    e = subprocess.run([FFMPEG, '-hide_banner', '-nostats', '-i', path, '-vn', '-af', af, '-f', 'null', '-'], capture_output=True, text=True).stderr
    return json.loads(e[e.rindex('{'):e.rindex('}') + 1])

print_format=json にすると、標準エラーの最後に JSON が出ます。最後の {〜} を切り出して読みます。

2回目（測定値を渡して、映像と合わせて書き出す）：

    m1 = loudness(mixwav)
    ln = (f"loudnorm=I={TARGET_I}:TP={TARGET_TP}:LRA={TARGET_LRA}:measured_I={m1['input_i']}:measured_TP={m1['input_tp']}:"
          f"measured_LRA={m1['input_lra']}:measured_thresh={m1['input_thresh']}:offset={m1['target_offset']}:linear=true:print_format=json")

この ln を -af に渡し、映像は -c:v copy、音は -ar 48000 -c:a aac -b:a 192k、最後に -movflags +faststart を付けて MP4 にします。loudnorm は内部で 192kHz にアップサンプルするので、-ar を付けないと出力のサンプリングレートが変わってしまいます。

書き出した MP4 を、もう一度 loudness() で測り直して report.txt に残します。パスワードの長さの動画の例です。

loudnorm 1回目（まぜた直後）: I=-13.00 TP=0.02 LRA=2.60
loudnorm 2回目（書き出し時）: 出力 I=-15.93 TP=-3.00 LRA=2.30 方式=linear
できあがりMP4を測り直し: I=-16.02 TP=-2.99 LRA=2.50
確認シートで字幕と声が合わない秒: なし

「方式=linear」は、2回目の JSON の normalization_type です。ここが dynamic になっていたら、測定値の渡し方か、TP の余裕が足りないことを疑います。

21本の測り直しの値は、I が -16.00〜-16.02 LUFS、TP が -2.96〜-4.77 dBTP の範囲でした。

5. 読み間違いの直し方

VOICEVOX は漢字の読みを自動で付けます。たいていは正しいのですが、数字と助数詞・同じ字で読みが違う語で、ときどき外れます。--kana で kana を見て、外れていたら読み上げ文のほうだけひらがなにします。

書いた文	エンジンの読み	直した文	直したあとの読み
千件なら、最大、10回で見つかる。	セン'ゲンナラ…	せんけんなら、最大、10回で見つかる。	センケンナラ'…
違う行なら、自動で合流。	チガウ'/クダリナラ…	違うぎょうなら、自動で合流。	チガウ'/ギョ'ウナラ…
20日分の売上。	ハ_ツカ'ブンノ/ウリアゲ'	（直さない）	—

• 「千件」：「センゲン」と濁ってしまうので「せんけん」と書きます
• 「行」：「違う行」は「クダリ」と読まれました。git の行の話なので「ぎょう」と書きます。同じ動画では「にぎょうめ」「おなじぎょう」のように、行はすべてひらがなにしました
• 「20日分」：「ハツカブン」と正しく読まれたので、漢字のままにしています

逆に、ひらがなにすると崩れることもあります。

8文字と比べて
  kana : ハチ'モジト/クラベテ'
はちもじと比べて
  kana : ワ'/チモジト'/クラベテ'

「はちもじと」は、先頭の「は」が助詞の「ワ」として読まれてしまいました。ここは「8文字」のまま残します。ほかにも「みっつめ」や「イースリー」で切れ目がおかしくなったので、そういうときは数字・漢字に戻すか、読点で区切ります。

決まりとしては、

1. 数字・記号・英字は、読みをひらがな・カタカナで書く（3バイト→さんバイト、UTF-8→ユーティーエフエイト、.exe→ドット、イーエックスイー）
2. --kana で読みを見る
3. おかしい所だけ直す。ひらがなで崩れたら、元の表記か読点に戻す
4. 直したら、もう一度 --kana

の繰り返しです。--kana は合成をしないので数秒で終わります。

6. ハマったこと

一時 PNG でディスクがいっぱいになる

映像は、ブラウザで1コマずつ描いて連番 PNG にしてから、ffmpeg で MP4 にしています。1080×1920 の PNG は1コマ 1.2〜1.4MB ほどあり、33秒の動画（約990コマ）で 約1.3GB、44秒なら1.8GB 近くになります。

声を入れると動画が 1.2〜2倍に伸びるうえ、何本か同時に書き出すと、空きが数GBのディスクではすぐに足りなくなりました。

• PNG のフォルダは、MP4 にしたらすぐ消す（残すのはオプションを付けたときだけ）
• 同時に書き出す本数は、空き容量を見て決める
• 声だけ直したときは --no-render で、前回の映像を使い回す（音だけ作り直す）

空の wav がキャッシュとして残る

合成の途中で止めると、wav が 0バイトのまま残ることがありました。最初は os.path.exists(wav) だけでキャッシュを判定していたので、次の実行で空のファイルを読みにいって失敗します。

    if not os.path.exists(wav) or os.path.getsize(wav) == 0:   # 途中で止まった空ファイルは作り直す

サイズが 0 のときも作り直すようにしました。

確認シート

最後に、1秒ごとのコマを6列に並べた画像を出しています。各コマの下に「何秒・どの字幕が出ているか・どの声が鳴っているか」を書き、合わない秒は赤にします。report.txt の表と合わせて、書き出した動画を全部見なくても、ずれがないかを確かめられます。

7. クレジットと利用規約

声は VOICEVOX の「冥鳴ひまり（ノーマル）」を使っています。

• VOICEVOX の利用規約では、商用・非商用を問わず使えますが、VOICEVOX を使ったことが分かるクレジット表記が必要です。あわせて、各音声ライブラリ（キャラクター）の規約にも従う必要があります
  • VOICEVOX 利用規約：https://voicevox.hiroshiba.jp/term/
  • VOICEVOX Q&A（「VOICEVOX:キャラクター名」の表記、動画では概要欄や動画内に記載）：https://voicevox.hiroshiba.jp/qa/
• 冥鳴ひまりは、商用・非商用ともに利用でき、利用の際はクレジット表記が必要です。表記は VOICEVOX:冥鳴ひまり にしています。公序良俗に反する使い方などは禁止されています
  • 冥鳴ひまり（VOICEVOX）：https://voicevox.hiroshiba.jp/product/meimei_himari/
  • 冥鳴ひまり 利用規約：https://www.meimeihimari.com/terms-of-use

make_voice.py は、投稿文の最後の行に VOICEVOX:冥鳴ひまり がなければ足したファイルを作るようにしています。付け忘れを防ぐためです。

なお、macOS の say コマンドの声（システム音声）は、使用許諾契約で「個人的な非商用の利用」に限られ、公開や商用での利用は認められていません（macOS Sonoma の使用許諾契約 2.F「Voices; Live Captions」：https://www.apple.com/legal/sla/docs/macOSSonoma.pdf ）。試作には便利ですが、公開する動画には使っていません。

まとめ

• VOICEVOX ENGINE は audio_query → synthesis の2回の POST。speedScale などは AudioQuery を書き換えて渡す
• 読みは kana や accent_phrases[].moras で確かめ、外れた所だけ読み上げ文をひらがなにする（画面の字幕はそのまま）
• 声を縮めずに、区間を「0.15秒＋声＋0.3秒」まで伸ばす。台本の中の秒は区間ごとに比例で動かす
• 声の時刻は分かっているので、ダッキングは時刻どおりの音量カーブで作る
• loudnorm は 1回目で測り、2回目で measured_* と linear=true。21本とも -16.00〜-16.02 LUFS
• 一時 PNG は 1本で 1GB を超えるので、すぐ消す。空のキャッシュはサイズも見る

参考：

• ffmpeg フィルタのドキュメント（loudnorm）：https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#loudnorm
• ffmpeg フィルタのドキュメント（adelay / amix / sidechaincompress / volume）：https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#adelay ・ https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#amix ・ https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#sidechaincompress ・ https://ffmpeg.org/ffmpeg-filters.html#volume
• VOICEVOX ENGINE（HTTP API）：https://github.com/VOICEVOX/voicevox_engine

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