Baseten、高品質音声クローニング向け Qwen3-TTS のファインチューニング手法を公開
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Baseten Engineering
Baseten Engineering は Qwen3-TTS の高品質な音声クローニングを実現するため、大規模データセットを用いたファインチューニング手法と、ICL やスピーカーエンベッディングとの比較分析を公開した。
AI深層分析を開く2026年8月4日 10:43
AI深層分析
キーポイント
Qwen3-TTS のファインチューニング手法の公開
Baseten Engineering は、単一話者向けのファインチューニング済みチェックポイントを作成するための公式トレーニングレシピを修正し、ml-cookbook で公開した。
音声クローニングの3つのアプローチ比較
記事では、in-context learning (ICL)、スピーカーエンベッディングのみ、ファインチューニングという3つの手法を、コストや品質の観点から詳細に比較している。
各モードの技術的特徴とトレードオフ
ICL は事前トークン数が増加し非決定的な欠点がある一方、スピーカーエンベッディングは TTFA が短いが音声の捉え方に限界があり、ファインチューニングはオーバーヘッドを減らしつつ高品質なアライメントを実現する。
プロフェッショナルクローニングの実現条件
高品質なクローニングには、声優の起用や大規模なデータセットのカレーションを含む事前準備が必要であり、これは即座に実行可能な「インスタントクローニング」とは異なる。
教師あり微調整によるデータ拡張
大量のテキストと音声のペアを用いた教師あり微調整(SFT)を行い、モデルを生成する際にサブセットにわたる累積話者埋め込みを条件付けする。
重要な引用
Closed-source providers typically call this "professional voice cloning," as opposed to "instant voice cloning."
ICL mode can also cause speaker inconsistency due to inherent non-determinism in attention and the current prompt being generated.
The goal of fine-tuning is to capture a richer text-audio alignment relationship without the additional overhead of ICL-based cloning.
We accomplish this by training on significantly more text-audio pairings via supervised fine-tuning (SFT) and conditioning the model to generate based on an accumulated speaker embedding across a subset of the pairs.
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本記事は、単なるモデル紹介に留まらず、実務レベルでの音声クローニング技術の選択基準を体系的に整理した貴重なリソースである。特にファインチューニングのメリットと、ICL やエンベッディング方式との明確な対比は、実際のシステム設計において即座に活用できる知見と言える。
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人間らしい話し方の癖やニュアンスを捉えた、表現豊かな音声体験を構築するには、多様なシナリオにわたるより豊富で広範なデータセットが必要です。Qwen3-TTS などのモデルは、数秒の音声からゼロショットで声を模倣する驚異的な能力を備えていますが、より高度な声の複製機能を実現するには、発話レベルの例を含む大規模なコーパスを用いたファインチューニングが不可欠です。
クローズドソースのプロバイダーは、これを「インスタント・ボイス・クローニング」と対比させて「プロフェッショナル・ボイス・クローニング」と呼んでいます。これには、声優の起用を含む大規模な事前データセットのカレーションステップが必要となります。
Baseten Training で単一話者用のファインチューニング済みチェックポイントを作成し、それを Baseten Cloud 上で専用デプロイメントとして簡単に展開できるようにするため、公式の Qwen3-TTS 学習レシピを改変した版を ml-cookbook で公開しています。
音声複製の三つのアプローチ:ICL vs. speaker-embedding-only vs. fine-tuning
Qwen3-TTS は強力な声の複製機能を前提に設計されていますが、モデルから最高の品質とパフォーマンスを引き出すにはファインチューニングが必要です。Qwen3-TTS には、主に二つのインスタント・ボイス・クローニングモードがあります:in-context learning (ICL) と speaker-embedding-only です。
コンテキスト内学習(ICL)
ICL モードでは、参照音声と参照テキストをトークン化し、すべてのリクエストのプレフィックスとして追加します。これにより、推論時に参照音声とテキストの関係性を学習させることができますが、より強力な音声条件付けを行うためには、膨大な事前填充オーバーヘッド(約 100 トークン以上)が必要となります。
また、ICL モードでは、アテンションの固有の不確実性と現在生成中のプロンプトの影響により、話者の一貫性が損なわれる可能性があります。ただし、長時間でストリーミングを伴わない生成においては、このアプローチは十分に有効です。なぜなら、そのようなケースでは発話ごとに頻繁に条件付けし直す必要がないからです。
話者埋め込みのみを使用するモード
話者埋め込みのみを使用するモードでは、参照音声を経由して小型の話者埋め込みモデル(ECAPA-TDNN)を通過させ、約 10 トークンの埋め込みベクトルを生成します。このベクトルは生成前にプレフィックスとして追加されます。これにより、話者の特徴捕捉能力が若干低下するものの、話者埋め込みの次元数を減らすことで、最初の音声出力までの時間(TTFA)を短縮できます。
一方、小型の話者埋め込みを採用することで、特に並列処理数が増大した場合でも、事前填充オーバーヘッドを大幅に削減できます。
微調整(Fine-tuning)
微調整の目的は、ICL ベースのクローン手法で必要となる追加のオーバーヘッドなしで、より豊かなテキストと音声のアライメント関係をモデルに学習させることです。そのために、教師あり微調整(SFT)を通じて大幅に増やしたテキスト・音声ペアを用いてトレーニングを行い、モデルがこれらのペアの一部にわたって蓄積された話者埋め込みに基づいて生成を行うよう条件付けを行います。

音声クローン作成の 3 つのアプローチにおける入力データの形状は以下の通りです。ICL モードでは、話者埋め込みベクトル、参照音声、参照テキスト、そしてプロンプトとなるテキストを積み重ねて入力します。一方、話者埋め込みのみを使用するモードでは、参照音声とテキストを除外し、埋め込みベクトルとプロンプトのみを利用します。さらに、ファインチューニングでは話者に関する入力を完全に排除します。これは、声のアイデンティティがモデルの重みの中に既に組み込まれているためです。各ステップで下位に行くほど、条件付けに用いる入力(およびその推論時のオーバーヘッド)が削減されていきます。
クローン作成のパラダイムに基づく異なるプロンプト構成
ファインチューニングの実行レシピ
ステップ 1: データセットの構築
TTS のファインチューニングを行うには、通常、単一話者による(音声,テキスト)ペアからなるデータセットが必要です。これを作成するには、対象となる話者に既存の原稿を読み上げさせるか、ループ内に ASR モデルを組み込んで生成する方法があります。後者の場合、入力として必要なのは音声のみです。
長時間の音声ファイルがある場合、文字レベルの時系列情報を出力しながら転写を行います。この時系列情報を用いて、閉じ句読点でテキストと参照音声を分割し、発話単位でのペア学習例を作成します。
音声データ全体が処理されるまで、この手順を繰り返します。公開された例では LJ Speech dataset を使用しました。これは単一話者の音声が約 24 時間収録されたデータセットですが、より現実的な学習のスタート地点として今回は約 1.5 時間のデータのみでファインチューニングを行いました。

データセット構築パイプラインでは、長時間の音声ファイルを Whisper にかけて ASR(自動音声認識)を実行します。これにより文字レベルの時系列情報が得られるため、閉じ括弧などの句読点で音声を分割できます。その結果、各テキストセグメントと対応する音声クリップを対にした表が生成され、トレーニング用のデータとして準備が整います。
ステップ 2: モデルの学習
Qwen3-TTS はマルチコードブック方式を採用し、まず音声特徴量を生成した後に波形へデコードします。生波形のまま直接モデル化するにはサンプリングレートが高すぎるため、サンプルごとに予測するとシーケンス長と計算量が膨大になってしまいます。そのため、上流の残差に対してベクトル量子化を反復適用し、コンパクトな残差ベクトル量子化(RVQ)表現を生成します。具体的には、1 秒あたり 12 コードフレームを出力し、それぞれが 16 のコードブックにまたがる構造になっています。
LLM のトレーニングと同様に、生成された音声とトークン化された正解オーディオの間にクロスエントロピー損失を使用し、これを 2 つのコンポーネントに分割します。1 つは「話者損失(talker loss)」、もう 1 つは「サブ話者損失(sub-talker loss)」です。
話者損失は、音韻やイントネーションなどの主要な内容を担う最初のコードブックにおけるクロスエントロピー値です。一方、サブ話者損失は残りの 15 レイヤーのコードブックを集約したもので、より微細な音声ディテールを捉える役割を果たします。
サブ話者損失の話者損失に対する重み付けは調整可能であり、今後の検討課題となっていますが、今回のレシピではアップストリームデフォルトである 0.3 を採用しました。
また、ターゲット話者のエンベディング(埋め込み)の導出方法も更新しました。単一の参照クリップを使用するのではなく、これを「重心(centroid)」として計算します。具体的には、凍結された話者エンコーダーを 64 個のトレーニングクリップに適用し、得られたエンベディングの平均値を求めます。
単一のクリップは声のアイデンティティに対するノイズの多い推計に過ぎません。同じ話者のクリップごとのエンベディング同士ではコサイン類似度がおよそ 0.7 に留まる一方、それらの重心とは 0.85 以上で一致します。つまり、クリップ間の平均値の方がより安定した目標値となるのです。
ゼロショットクローニングにおける参照クリップの選択への感度は既知の問題ですが、このアプローチはそれを体系的に解決するものです。得られた重心エンベディングは、微調整済みのチェックポイントに直接組み込まれるため、推論時に参照オーディオを処理する必要がなくなります。
公開されたレシピに、線形ウォームアップと余弦学習率減衰を追加しました。TTS のファインチューニングも他のモダリティと同様、学習率に対して敏感です。1e-5 を超える値は小規模な音声データセットにおいて話者の品質を低下させる傾向があり、平坦なスケジュールでは初期段階で(話者ヘッドがまだ適応している最中)オーバーシュートし、後期には過学習を引き起こします。ウォームアップと余弦減衰を組み合わせることで両端の挙動を滑らかにし、事前学習済みの音声能力を損なうことなく、モデルが対象の話者に適応するのを助けます。

話者用とサブ話者用のコードブック全体でのファインチューニング損失計算。正解音声は凍結された RVQ トークナイザーでトークン化され、正解テキストと話者埋め込みベクトルが TTS モデルに入力されます。クロスエントロピー損失により、これら2つのコードブック出力セットが比較されます。コードブック0(話者用)は主要な音韻および抑揚信号を担い、コードブック1〜15(サブ話者用で、1つのMTPモジュールによって生成される)はより微細な音声ディテールを捉えます。両方の損失項は並列に計算され、トレーニング中は個別に重み付けされます。
微調整の実践
ゼロショット音声クローニングと微調整の品質差を比較するため、LJ Speech データセットの一部(800 クリップ、約1.5時間)を用いて実験を行いました。これは、実際の音声製品が直面するデータ制約のある環境を模した設定です。単一話者のクリーンな音声を数時間収集すること自体が、多くの場合大きな労力を要します。
この微調整は、H100 1 台で8エポックにわたり約1時間で完了しました。微調整後のモデルは TTFA(Time to First Audio)が約130msとなり、話者エンベディングのみを使用した場合と同等の性能を達成しています。これは、推論時に参照音声の処理コストがかかる ICL(In-Context Learning:約154ms)よりも約16%高速です。
1.5時間の音声を対象とした微調整では、類似度や MOS 形式の評価においてゼロショットを劇的に上回る結果にはなりません。しかし、その意義は運用面と知覚面の両方にあります。運用面では、参照音声が不要で、スケールしても遅延が安定します。知覚面では、クローニング音が平坦になりがちなプロンプトにおいて、より豊かな表現力が得られます。データセットが数時間を超えて拡大すれば、さらに改善の余地があります。
微調整により、自然さや表現力に明確な向上が見られた例をいくつか紹介します。
ワンショット(ゼロショット)
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微調整後
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さらに感情豊かに:
ワンショット(ゼロショット)
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微調整後
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より抑揚を効かせて:
ワンショット(ゼロショット)
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微調整後
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テキスト音声合成の微調整結果をさらに向上させるには
SFT(Supervised Fine-Tuning:教師あり微調整)以外にも、ポストトレーニングループに RL(強化学習)による報酬信号(DPO や GRPO など)を組み込むことへの関心が高まっています。
音声評価は、LLM-as-judge などの自動化された評価手法において困難な領域であり、多くの場合、より広範な人間による評価にボトルネックとなっています。EmergentTTS や TTSDSv2 といった自動指標は、同じ音声サンプルに対する人間の評価と強く相関することを目指しています。これらの指標を活用することで、微調整プロセスをさらに強化し、単純なクロスエントロピー目標ではなく、人間の嗜好に最適化されたチェックポイントを作成することが可能になります。
また、発音や感情表現など、より細やかな制御への需要が高まっています。これらは通常クローズドソースの API 機能として提供されており、既存のオープンソースモデルにこれらの機能を微調整して組み込む技術を開発することは、有望な研究分野です。
独自の音声モデルを微調整する
Qwen3-TTS の微調整レシピは、ml-cookbook に公開されており、Baseten Training で直接セルフデプロイが可能です。Baseten Training で生成されたチェックポイントは、Truss config から直接参照できるため、トレーニングから推論までのワークフローをシームレスに実現できます。
TTS モデルの微調整についてご質問がある場合やサポートが必要な場合は、エンジニアにご相談ください。お問い合わせ までご連絡ください。
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Building expressive speech experiences that capture the mannerisms and nuance of human speech requires richer, more extensive datasets across a wide range of speech scenarios. Models like Qwen3-TTS already ship with a remarkable ability to perform zero-shot voice cloning from a few seconds of audio. But richer cloning capabilities require fine-tuning over a larger corpus of utterance-level examples.
Closed-source providers typically call this "professional voice cloning," as opposed to "instant voice cloning." It requires a larger upfront dataset curation step, including sourcing a voice actor.
We’ve published a modified version of the official published Qwen3-TTS training recipe in our ml-cookbook for creating single-speaker fine-tuned checkpoints on Baseten Training, which can then be easily deployed on Baseten Cloud as a dedicated deployment.
Three approaches to voice cloning: ICL vs. speaker-embedding-only vs. fine-tuning
Qwen3-TTS was designed with strong voice cloning capabilities in mind, but extracting the best quality and performance from the model requires fine-tuning. Qwen3-TTS has two primary instant voice cloning modes: in-context learning (ICL) and speaker-embedding-only.
In-context learning (ICL)
ICL mode tokenizes your reference audio and reference text and includes them as a prefix for every request. This teaches the relationship between reference audio and reference text at inference time, but it costs a considerable prefill overhead (~100s of tokens) for stronger voice conditioning.
ICL mode can also cause speaker inconsistency due to inherent non-determinism in attention and the current prompt being generated. For longer, non-streaming generations, this is often a solid approach, since those cases avoid frequent reconditioning per utterance.
Speaker-embedding-only mode
Speaker-embedding-only mode passes your reference audio through a smaller speaker embedding model (ECAPA-TDNN) that produces a roughly 10-token embedding, added as a prefix before generation. This yields lower time to first audio (TTFA) at the expense of better speaker capture due to the reduced dimensionality of the speaker embedding. However, the smaller speaker embedding means lower prefill overhead, especially at higher concurrency.
Fine-tuning
The goal of fine-tuning is to capture a richer text-audio alignment relationship without the additional overhead of ICL-based cloning. We accomplish this by training on significantly more text-audio pairings via supervised fine-tuning (SFT) and conditioning the model to generate based on an accumulated speaker embedding across a subset of the pairs.
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The input "shapes" for the three voice cloning approaches: ICL mode stacks a speaker embedding, reference audio, reference text, and the text prompt; speaker-embedding-only mode drops the reference audio and text, using just the embedding plus prompt; and fine-tuning drops the speaker input entirely, since voice identity is baked into the model weights. Each step down removes conditioning inputs (and their inference overhead).
Different prompt constructions based on cloning paradigm
Fine-tuning recipe
Step 1: Building the dataset
Performing TTS fine-tuning commonly requires a dataset of single-speaker (audio, text) pairs. You can produce these by having the target speaker read a pre-existing transcript, or by generating the dataset with an ASR model in the loop, which only requires audio as input.
Given a long-form audio file, we transcribe it while simultaneously emitting character-level timestamps. These timestamps let us split the transcript and reference audio at closing punctuation, producing utterance-level paired training examples.
We repeat this until the full audio is processed. For the published example, we used the LJ Speech dataset, which contains roughly 24 hours of single-speaker audio (but we fine-tuned on only about 1.5 hours as a more realistic starting point).
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The dataset-building pipeline: a long-form audio file runs through Whisper for ASR, which produces character-level timestamps used to split the audio at closing punctuation. The result is a table of utterance-level pairs, matching each transcript segment to its corresponding audio clip, ready for training.
Step 2: Training the model
Qwen3-TTS uses a multi-codebook approach to produce audio features that are then decoded into a waveform. Raw waveform audio is too high-rate to model directly; predicting it sample by sample would explode sequence lengths and compute. Instead, vector quantization is applied iteratively to the upstream residuals to produce a compact residual vector-quantized (RVQ) representation: 12 codec frames per second, each spanning 16 codebooks.
As in LLM training, we use cross-entropy loss between the tokenized ground-truth audio and generated speech, split into two components: talker loss and sub-talker loss. Talker loss is the cross-entropy at the first codebook, which carries most of the phonetic and prosodic content. Sub-talker loss aggregates the remaining 15 codebook layers, which capture more fine-grained acoustic detail. The weighting of sub-talker loss relative to talker loss is tunable and an area for further exploration; our recipe used the upstream default of 0.3.
We also updated how the target speaker embedding is derived. Instead of using a single reference clip, we compute it as a centroid: the frozen speaker encoder runs over 64 training clips, and the embeddings are averaged. A single clip is a noisy estimate of voice identity. Per-clip embeddings of the same speaker typically agree at roughly 0.7 cosine similarity with each other, but at 0.85+ with their centroid, so the mean across clips is a more stable target. Sensitivity to the selected reference clip is a known issue with zero-shot cloning, and this approach helps address it systematically. The centroid embedding is then baked directly into the fine-tuned checkpoint, eliminating the need for any reference audio processing at inference time.
We extended the published recipe with linear warmup and cosine learning-rate decay. TTS fine-tuning, like other modalities, is sensitive to learning rate. Values above 1e-5 tend to degrade speaker quality on smaller voice datasets, and a flat schedule both overshoots early (while the speaker head is still adapting) and overfits late. Warmup plus cosine decay smooths both ends, helping the model adapt to the target speaker without degrading its pretrained speech capabilities.
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Fine-tuning loss computation across talker and sub-talker codebooks. Ground-truth speech is tokenized by a frozen RVQ tokenizer, while ground-truth text plus the speaker embedding feed the TTS model, and cross-entropy loss compares the two sets of codebook outputs. Codebook 0 (talker) carries the main phonetic and prosodic signal, while codebooks 1–15 (sub-talker, generated by one MTP module) capture finer acoustic detail. Both loss terms are computed in parallel and weighted separately during training.
Fine-tuning in action
To illustrate the quality difference between zero-shot voice cloning and fine-tuning, we ran the recipe on a slice of the LJ Speech dataset (800 clips, about 1.5 hours) to resemble the data-constrained settings most voice products actually operate in, where collecting even a few hours of clean, single-speaker audio is a considerable effort.
The fine-tuning run took about 1 hour on a single H100 for 8 epochs. The fine-tuned model achieves a TTFA of roughly 130 ms, matching speaker-embedding-only performance and about 16% faster than ICL (roughly 154 ms), which pays a prefill cost to process reference audio at inference time.
Fine-tuning on 1.5 hours of audio didn't materially beat zero-shot on similarity or MOS-style quality. The case for it is operational (no reference audio, stable latency at scale) and perceptual (better expressiveness on prompts where cloning sounds flat), with room to improve as your dataset grows beyond a few hours of speech.
Some examples where fine-tuning had meaningful improvements on perceived naturalness and expressiveness:
One-shot
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Fine-tuned
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And with more emotion:
One-shot
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Fine-tuned
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And more prosody:
One-shot
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Fine-tuned
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How to further improve text-to-speech fine-tuning results
Beyond SFT, there's growing interest in incorporating RL reward signals (DPO, GRPO) into the post-training loop.
Voice has been a difficult domain for automated evals like LLM-as-judge and is often bottlenecked by more extensive human evals. Automated metrics like EmergentTTS and TTSDSv2 aim to correlate strongly with human ratings on the same audio samples. These can further enhance fine-tuning runs, optimizing checkpoints for human preference rather than a naive cross-entropy objective.
We're also seeing growing demand for richer control over pronunciation and emotion. These are typically closed-source API features, and developing techniques to fine-tune them into existing open-source models is a promising research direction.
Fine-tune your own speech models
We have a Qwen3-TTS fine-tuning recipe published in our ml-cookbook, and you can self-deploy it directly on Baseten Training. Checkpoints produced from Baseten Training can also be referenced directly from a Truss config, for a seamless training-to-inference workflow.
If you have any questions or need support fine-tuning your TTS models, reach out to talk to our engineers.
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