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ファミコンをくっきりビデオ&いい感じステレオ出力に改造しました

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これまで実験してきた、ファミコンのくっきりビデオ出力と、音声のステレオ化を、まとめてファミコンの筐体に収まるように改造しました。

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ファミコンがテレビにつながらない

ファミコンにはRF出力しかなく、今のテレビにつなぐことができません。そこで、ビデオ出力と音声出力ができるよう改造していきましょう。

くっきりビデオ出力

ファミコンは、PPUから出ているビデオ信号とCPUから出ている音声信号を、RF回路でRF信号に変換して出力しています。そこで、PPUから出ているビデオ信号を横取りして、ビデオアンプを通すことで、普通のビデオ出力に改造することができます。

波形を見て気づいたのですが、ファミコンのPPUから出ているビデオ信号は、若干波形がなまっています。
fcvideo

こんな感じに、本来カクカクしていないといけない部分が、丸く鈍っています。ということは映像も鈍っていると考えられます。そこで丸まった部分をカクカクになるよう、以下のような回路でフィルターをかけて補正してみました。
fcvideocorrecter

ドラクエIIの映像で違いをみてみましょう。
dq2

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0pFが何もしない普通の映像だと思ってください。数字か大きいほど輪郭がくっきりしていくのがわかります。20pFが程よい感じで、44pFになるとちょっと補正し過ぎといった感じでした。
このフィルタを通したビデオ出力回路を、くっきりビデオ出力回路と名づけました。この回路の実験の詳細はこちらをご覧ください。

いい感じステレオ音声出力

ファミコンの音声はモノラルです。しかしよく回路を見てみると、ファミコンのCPUには2つの音声出力が付いています。CPUの1番ピンがAUX A、2番ピンがAUX Bという名前です。何が違うかというと、音源が違います。

FullSizeRender
AUX Aは、2チャンネルの矩形波の音源が接続されていて、ファミコン特有のピコピコ音が出ます。AUX Bは、三角波、ノイズ、ADPCMの3種類の音源が接続されていて、主にベースの音やドラムの音などが出ます。
これらの音は、ファミコンの回路の中でミックスされていて、モノラルとして出力されています。これらの出力をミックスせずにAUX Aを左チャンネル、AUX Bを右チャンネルの音声とすると、左のスピーカーからはピコピコ音がして、右のスピーカーからはベースやドラムの音が聞こえるようになります。
こんな感じに、聞こえるようになります。

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ステレオ化実験の詳細はこちらをご覧ください。

音源を左右のチャンネルに割り振ることで、ステレオっぽくなりましたが、左右で全く違う音が聞こえると、聞いていて疲れてしまいます。そこで、左の音を右に少し、右の音を左に少し混ぜるようにして、自然なステレオ信号にしてみました。回路はこんな感じです。

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AUX AとAUX Bの信号を抵抗でミックスします。2R:Rとすることで、2:1でミックスされて、だいたい左右30度にそれぞれの音源があるように聞こえます。ファミコンから出ている音声信号が小さかったため、14dB(5倍)のアンプを入れて増幅しています。

2020.2.5 追加

アンプ回路も含めると、回路図はこんな感じになります。

抵抗の種類がなるべく少なくなるように、パラメータを設定してあります。上記の例では1kΩと2.2kΩ、10kΩの3種類だけ用意すれば組み立てられます。さらにR7の1kΩは2.2kΩの抵抗2本並列でも構いません。そうすることで2.2kΩと10kΩの2種類用意するだけで組み立てられます。

もし、音が大きいようであれば、ゲインが小さくなるように、R4,R10の抵抗をより小さいものへ変更してみてください。逆に小さいと感じたならば、R4,R10の抵抗値を大きいものに変更してみてください。ボリュームにするのもいいかもしれません。

2020.2.5 追加終わり

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RF基板のサイズで回路を作る

くっきりビデオ回路と、いい感じステレオ回路、あと電源回路をひとまとめにして、RF基板と同じサイズの基板に仕上げました。映像、音声出力は3.5mmの4極ジャックにして、普通の3.5mmのAVケーブル(↓のようなの)が使えるようにしました。

元あったRF基板とメイン基板とのケーブルを外します。

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作った基板に入れ替えて、配線をすれば完成です。メイン基板には10uFのセラミックコンデンサをつけて縦縞と斜め縞模様のノイズ対策をしています。縞縞対策の詳細はこちらです。

 

PPUやCPUから出ているビデオ信号と音声信号は極細シールド線でつなぎます。このシールド線が細くてしなやかで、狭いところを配線するのにとても便利でした。

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とてもいい感じ

家にある10個くらいのカセット全部でプレイしてみました。テレビはハードオフに売ってしまって家には無いので、キャプチャーケーブル経由でパソコンでプレイしています。

ヘッドホンで聞いてプレイしましたが、ステレオっぽく聞こえていい感じです。縦縞もそれほど気になりません。なかなかいい改造でした。

やってわかったのは、レギュレータがかなり発熱してしまうことと、音声信号に映像に合わせてノイズが入ることです。

発熱は放熱をしっかりする必要があります。もともと付いているRF基板のレギュレータはアルミのシールドが放熱板になっています。それくらい必要なんでしょう。

音声のノイズは、音楽が鳴っている間は全く気にならないですが、無音の時に気になる程度です。どこから来るのか調べたのですが、CPUの音声出力ピンからもともと音声信号に重畳して出ていて対策できませんでした。

この記事の回路がキットになりました!
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