アイカツフレンズ!の録画台の音が宜しくなかったので改善した話

この記事では、お客さんの側としてではなく、店舗スタッフの側として執筆しています。

 

1- 症状

市内のゲーセンにはアイカツの録画台があり、画面を直撮りするのと比較して非常に綺麗に画像を保存することができます。

ですが、音声に常時ノイズが発生しており、無音時に特に顕著に聞こえてきます。

私は3人ほどのチームを組んで一つのプロダクトを作り上げるという授業をうけているのですが、その製作中のプロダクトで発生したノイズに非常に酷似していました。

そのプロダクトのKeynote資料から構成の一部を以下に示します。f:id:kazukiti28:20180709230301p:plain

LattePandaというのは、Intel CPUが載っている小型WindowsPCにArduinoも搭載されているマイコンです。

LattePandaのステレオミニ出力では、小型のスピーカーを駆動するには出力が足りなかったために、増幅する必要がありました。そこで、アンプ基板を組み立てて電源をLattePandaからとってきたところ、出力が無音の状態でもノイズが常に鳴り続ける様になりました。

2- 原因

まあ上の図にも記載してあるのですが、電源のGNDの電位と音声信号のGNDの電位がループしていることが原因です。

LattePandaの電源ラインで電流が流れるとGNDの電位が微妙に変動してしまい、信号のGNDとその変位の差だけが音声信号として現れてきてしまいます。

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上の図は、録画機で録画したファイルから音声のみを抜き出し、アイカツ筐体から出力される音が無音になったときの波形を取り出したものです。

GNDがループしているということは、一つの輪っかが出来上がっているということです。例えばAMラジオのアンテナなどは、ループアンテナと呼ばれ、導線をぐるぐるまきにしたものです。

つまり、GNDの輪っかがAMアンテナのような働きをしてしまい、ノイズを拾ってしまっている。それに加えて筐体基盤に流れる電流に引っ張られて電位の変動を起こし、その差もノイズとして出てきてしまうということです。

上記のような現象を、グランドループと呼びます。

ちなみに、そのゲームセンターのアイカツマシンの構成は以下の図に示すようになっています。

PCからの出力自体はHDMIなのですが、モニタはDVIであるために音声は乗っていません。

ですので,録画機の"マイク入力端子"に接続して音を入れている状態でした。

緑色で示した部分でループができています。

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普通はカーオーディオなどで発生するような問題であるようです。

3- 対策

結論から述べますと、トランスを用いることによりこのループをキャンセルします。

電磁誘導や相互誘導の話はおいておきますが、今回の目的はGNDのループをどこかで切ることですので、磁気を用いて物理的な伝送路をもたずに交流(音声は交流です)を伝送するトランスが適役です。

光デジタルでGNDを分離しても良かったのですが、トランスの方が安上がりだし無駄にA/D変換D/A変換はしたくなかったので…

トランスは変圧器とも呼ばれ、普通は電圧を降圧するのに用いられ、iPadの充電器などにも用いられています。

100Vを5Vにする~などの変圧の比率は、トランスの導線を巻く回数の比率でかわります。今回は別に音量を変更するのにトランスを用いるわけでは無いので、巻数比1:1のトランスを選定します。

ここは無難に、SansuiのST-71と呼ばれる小信号用トランスを利用することにします。

また、トランスのサイズが小さいために少々特性は悪くなりますが、このような既成品があるため用途によりこちらを選択するのも悪くないと思います。

4- 問題

トランスの選定までは問題ありませんでしたが、録画機の音声入力がマイク入力という記載がしてあったために問題が発生です。

通常音声の入力にはライン入力とマイク入力の2つあり、ライン入力とマイク入力のVrms(実効電圧)はだいぶ違います。

また、マイク入力端子にはふつうエレクトレットコンデンサーマイクを駆動するためにDC電圧がいくらか印加してあります。これが再生機器に悪影響を与えて、最悪の場合機器が破損してしまいます。

現に、HAP-S1というオーディオアンプのヘッドホン出力をPCのマイク入力につないでテストをしていたところ、急に音が切れてフロントの液晶に"DCプロテクターが作動しました"と表示されて電源が落ちました。

この機器が保護してくれたおかげで破損は免れましたが、保護機構が無いような機器ですと壊れたら終わりです。

ですので、マイク入力と書いてあるからにはもしもDC電圧が印加されてなくても筐体を破壊するわけにはいきませんのでとりあえずコンデンサを挟んでDCをカットする必要があります。

また、録画機で録音した音声の音圧も少々高めでした。

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ですので、アッテネータ(減衰器)も挟むことにします。

他の店舗の録画台がどうなのかわかりませんけど、普通はHDMIに音声乗っけるコンバータを使うっぽいですね。

9月9日ごろにプリチャン録画台化のためにその結合コンバータを1万円ちょっとで買ったのですが、プリチャンは光デジタル出力があって、そのコンバータにも光デジタル入力があったのですごく簡単に録画台化することができました。

でもそれも9月24日現在Amazonで取り扱いがなくなってさてこれからどうしようって感じです。

他の店舗とかはどうしているのでしょうか。

5- 制作

ちょうどレーザー加工機を使える環境にいるので、外装はアクリル板で制作しました。

アクリル板の接着は、薬品を用いてアクリルを溶かして接着できるアクリサンデーの接着剤を使用しました。

アクリル専用接着剤

アクリル専用接着剤

 

アッテネータに関してですが、減衰量はおおよそ4dBほどでちょうどいいと踏んだため、以下に示す構成で制作を進めました。

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右側が筐体の出力側、左側が録画機への入力側です。

以下に示す図のような構成で制作を進めます。

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ST-71の入力である一次側の赤と緑のうち、赤を信号、緑をGNDとして割り当てたとき、出力である二次側の出力は白が信号、黒は未使用、緑がGNDとなります。

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簡単な回路図を以下に示します.

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iPad Pro便利ですね.Autodesk Eagleとか入れてるには入れてるんですけれど,PC上で回路図を描くメリットが生まれるほどの大規模な回路をまだ設計していないので,今の所手書きの方が早くていい感じです.

6- 接続と検証

アイカツマシンの筐体の端子類は筐体フロント側に向いているため、背面に這わすことを考えるとケーブルは長めにとっておいたほうが良いです。

また、スピーカー入力のためにアイカツマシン裏にRCAジャックが載っているヒートシンクのついたオーディオボードがありますので、おそらく基盤の音声出力は既に使用済みであることが想定されます。ですので、ステレオミニ分配ケーブルを用いて筐体出力と録画機用を用意しておく必要があります。

再掲となりますが、これが対策前

 これが今回の回路を組み込んだ対策後になります。

どちらかというと据え置きのオーディオなどよりかはiPhoneなどのスピーカーで聞いてもらえればすぐに違いを感じることができるかと思います。

また、波形も再掲で対策前がこちらで、

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対策後がこちらです。

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微妙に0dBあたってしまってクリッピング扱いになってしまっている場所がありますが、許容範囲内でしょう。

また、無音の場所は本当に信号が何も記録されていないことがわかります。

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後は、裏側に設置して終了です。

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後から気づいたんですけど、僕が来る前に、マイク入力端子のレベルに合わせるために本体の音量をめちゃめちゃ落とした結果スピーカーからの音がメチャ小さくなる問題が発生してマイクアンプを間に噛ませてたっぽいのでこれも取り外しました。

7- 締め

ということで、アイカツフレンズの録画台の不満を解消した話でした。

手引き記事とかではなくて、そういうことをしましたって記事ですので、実際に回路に組み込む際には本当にグランドループが原因なのかとかを見極めて適切な部品を使用するようにしましょう。

使ったものをリストで示しておくので、もしこういうものを作ろうとしているときには役立ててください。

・Sansui ST-71…2個

akizukidenshi.com

・両面スルーホールユニバーサル基板 2*8*1枚

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電解コンデンサー47μF35V85℃(ルビコンPK)*2個

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・抵抗類(200Ω/1kΩ)各1本*2

akizukidenshi.com

・ステレオミニケーブル

ELECOM AV-352 オーディオケーブル

ELECOM AV-352 オーディオケーブル

 

 

今回の回路作成に当たり、@fixerさんや@yuki_ellieさんに大変お世話になりました。この場を借りてお礼申し上げます。

 

東京以外のゲームセンターを見ても、アイカツフレンズの録画台がある店舗もなかなか無い中(真偽は不明ですが)、1080p(30fps)/720p(60fps)の録画が可能で音にもこだわったアイカツフレンズの録画台は山口県タイトーにて稼働中です。

できれば電解コンデンサMUSE KZとかにしても良かったかなとか思いましたが、数百円の買い物にもう送料600円かけたくないのでそこは妥協しました。