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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

コメント

  1. 排熱について
    純正ACアダプター10V850mA→シリーズレギュレータ78M05ですと効率が悪すぎます
    スイッチング5V1Aを直結か、\100均シガープラグ→USB5Vを使い5Vを作りましょう

    それから音声ノイズですが、以前の映像と同じくPPUを取り外し、
    PPU上下シールド→GNDすれば収まるかもしれません

    • コメントありがとうございます。
      DCDCだと熱は出なさそうですね。シガーUSBは入手がしやすくていいかもしれないです。
      音のノイズは、RF接続で遊んでいる時にも聞こえていた音なので、なれるのかもしれません。
      ICの両面からシールドするのが最上級の対策かもしれません。でも一旦ICを抜くというのは作業のハードルが高いです。
      映像も音声もICの中でマイコンと同居しているのですから、ノイズが入っても仕方ないですね。

  2. 多分ですが、任天堂がCPU,PPUをRicohに製作依頼時、
    極限までコストカットの弊害でシールドをしなかったと思います
    後期型ファミコン(VCCI対応)ですと基板がシールド対策されていますので、
    CPU,PPU共にノイズ対策されていると思います
    前期型は付近のTV(1-3ch),ラジオ(FM,AM)に結構ノイズが入りましたが、
    後期型は近付けなければ気になりませんでした

    また、PPU取り外しですが、ホットプレートリフローを使っているのでしたら
    少々強引ですが、ハンダが溶けるよりも少々温度を高めにして
    PPUの左右をマイナスでこじって取り外します
    ※電解C、水晶等、耐久性のない部品は予め取り外す
    チップ部品を使っていないので、この様な強引な方法が使えます

    以前はバーナーを使って基板を焦がして結構駄目にしましたが、
    ヒートガンorトースター(温度管理要)orホットプレート(温度管理要)
    結構おすすめです

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