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Die Vectrex

Es liegt schon einige Zeit zurück, dass ich dieses Schätzchen bearbeitet und aufbereitet habe. Einen Beitrag darüber zu schreiben, ist dann wieder ein ganz anderes Thema. Oft habe ich mir gedacht, man könnte die Reparaturen und Aufbereitungen ja gleich mitfilmen und dann einen kleinen Film daraus machen und auf einer Videoplattform veröffentlichen… Na zumindest jetzt, im mittlerweile zweiten Corona Lock down und einer schlaflosen Nacht, sitze ich wieder vorm Rechner und versuche über dieses Stück geniale Hardware ein paar Zeilen zu verfassen. Dieses „geniale Stück Hardware“ habe ich zwar selber nie besessen und auch spät von dessen Existenz erfahren, aber als ich mich dann ein wenig eingelesen hatte, musste ich eines haben – aber natürlich auch zu einem bezahlbaren Preis. Also wie immer, lange nach defekten Geräten gesucht – und da die nur kurze Zeit hergestellt wurden, sind sie auch rar und schwer zu finden. Aber nach langer Suche hatte ich Glück und ein defektes, aber in Teilen vollständiges Gerät gefunden. Wie oben im Titel schon geschrieben, handelt es sich um die (oder auch „den“) Vectrex.

Die Vectrex ist ein Heim-Arcade Automat, mit einer 24cm Monochrombildröhre, einem ausklappbaren und auch herausnehmbaren Joystick. Dieser Spielautomat ist ein vollständiges „stand-alone“ System, das nur mehr eine Energieversorgung aus der Steckdose benötigt und es kann direkt losgelegt werden. Das Spiel der Vectrex nennt sich „MINE STORM“ und ist ein Klon des ASTEROID Spiels. Man hat damals also einen ASTEROIDS Automaten für daheim gekauft. Wenn ich von „damals“ spreche, dann bedeutet das von 1982 bis 1984. Denn die US Firma General Consumers Electronics (GCE) hat 1982 mit dem Verkauf des Automaten begonnen. Zu der Zeit war allerdings auch schon Atari mit dem 2600er auf dem Markt und erfreute sich großer Beliebtheit. Auch der Verkauf des C64 von Commodore stand kurz bevor. Diese Begebenheiten verminderten die Chance auf den großen Durchbruch der Vectrex zumal der Startpreis mit 200$ kein Schnäppchen war. So ging die Vertriebsfirma GCE 1984 pleite. In Europa war „MB“ Milton Bradley ab 1983 Rechteinhaber und vertrieb den Vectrex (oder die?). Um nun nicht nur das integrierte MINE STORM spielen zu müssen, gibt es einen Erweiterungsport, in den Spielemodule in ROM-Form gesteckt werden können. An Spieletiteln gab es ein überschaubare Menge – damit will ich sagen, dass es nicht besonders viele waren. Ein paar davon habe ich in dem Beitrag „Spielemodul für die Vectrex selbstgemacht“ erwähnt. Es existiert aber auch noch heute eine Community, die sich mit der Hardware und Software für die Vectrex beschäftigt und eigene Games entwickelt (sog. Homebrew Games). Auf der Website vectrex.de findet man eine reichhaltige Sammlung an Informationen über die Hardware. Auch Youtuber wie Zerobrain und Wolfgang Robel beschäftigen sich mit dieser Thematik und haben interessante Beiträge dazu veröffentlicht.

Driverboard für Hochspannung und Ablenkung usw.

So – aber nun zur Technik der Konsole. Die Vectrex besteht aus einem schwarzen Kunststoffgehäuse. Darin eingebaut ein CRT (auf Deutsch eine Kathodenstrahlröhre, also Bildröhre) im Hochformat. Ein Board für die Ansteuerung der Röhre mit der Hochspannungserzeugung und Treibern für die Ablenkspulen. Dann gibt’s da einen 50 Hz Netztransformator der als Niederspannungsversorgung der gesamten Elektronik dient. Hier ist anzumerken, dass die Primärseite des Trafos, als die 240VAC Seite direkt mit dem Netzkabel verbunden ist. Der Trafo verbraucht also IMMER Energie. Der kombinierte Lautstärke-Netzdreschalter ist an der Niederspannungsseite angebracht und trennt also nur die Elektronik. Der Trafo bleibt immer am Netz. Also wenn man das Gerät nicht verwendet, dann sollte man auch den Netzstecker ziehen.

Mainboard

Um mit der Aufzählung der Innereien fortzufahren: Es fehlt noch das, naja, nicht ganz unwichtige Teil – das Mainboard mit dem „Rechner“. Darauf arbeitet eine 6809 CPU von Motorola. Das ist eine 8Bit CPU die mit einem Takt von 1.6MHz angetrieben wird. Der Takt wird vom On-Chip Oszillator erzeugt, der nur mehr den Quarz an der Außenwelt benötigt. Die genauen technischen Features findet man wie immer im Datenblatt. Zur Sounderzeugung ist ein Dreikanal – Synthesizer – Soundchip verbaut, der AY-3-8910. Leider wurde bei der weiteren Signalverarbeitung gespart und das Audiosignal muss auf dem Weg zum NF-Verstärker so ziemlich alles an eingestrahlten Störungen mitnehmen, was die Leistungsstufen zur Ansteuerung des Bildrohrs so abstrahlen. Das ist aber ein durchaus bekanntes Phänomen. Die Vectrex ist bekannt für die „ich nenne es“ unsaubere, verrauschte Tonausgabe. Daran erkennt man aber auch die Originalität der frühen Konsolen. Angeblich sollen den letzten Generationen vor dem Verkaufsende dieses Problem nicht mehr haben. Ich habe bisher aber nur die verrauschten Vectrexen kennengelernt.

Vom Ton zum Bild. Und das ist auch einer der großen Unterschiede zu herkömmlichen Videospielkonsolen. Eine herkömmliche Spielekonsole wie auch jeder Fernsehempfänger rastert das Bild. Da bedeutet der Elektronenstrahl der Röhre schreibt die Bildinformation Zeile für Zeile auf die Leuchtschichte. Je nach Standard gibt es hier Unterschiede, wie Halbbildverfahren oder Anzahl der Zeilen oder auch Anzahl der Bildwechsel. Aber das Prinzip ist bei allen Rasterschreibern gleich. Links oben wird begonnen, eine Zeile mit den unterschiedlichen Helligkeits- und Farbinformationen zu schreiben. Dann erreicht der Strahl das rechte Ende des Bildrandes und wird dunkel geschaltet um ganz schnell in der nächsten oder (je nach Verfahren) übernächsten Zeile wieder zu beginnen. Beim PAL-System dauerte die Zeit von links nach rechts 64µs und das bei 625 Zeilen. Das bedeutet ein vollständiges Bild war in 0.04s geschrieben. Das wiederum bedeutet in einer Sekunde erreicht man damit eine Anzahl von 25 dargestellten Bildern:

64µs pro Zeile * 625 Zeilen = 0.04s je Bild * 25 Bilder = 1 Sekunde

Soweit so gut. Die Ablenkung des Elektronenstrahls wurde mittels magnetischen Feldern über Spulen am Bildröhrenhals realisiert.

Bei der Vectrex funktioniert das etwas anders. Der Name Vectrex, so mein Ansatz stammt von dem Begriff „Vektor“ also per Definition: Größe, die als ein in bestimmter Richtung mit bestimmter Länge verlaufender Pfeil dargestellt wird und die durch verschiedene Angaben (Richtung, Betrag) festgelegt werden kann. Im Datenblatt der Vectrex liest man bei Bildschirmauflösung 256×256 Positionen. Das bedeutet, der Elektronenstrahl kann ausgehend von seiner Nullposition (also beide Ablenkspulen erzeugen kein Magnetfeld) jeweils in 128 Stufen nach oben, nach unten, nach links und nach rechts abgelenkt werden. (also beide Achsen haben je eine Auflösung von 8 Bit). Wie funktioniert das jetzt? Nehmen wir an ein kleines Dreieck soll im linken oberen Bildschirmbereich dargestellt werden. Wir nehmen an, der linke Bildrand liegt bei x=-128, der rechte bei x=+128, der obere bei  y=-128 und der untere bei y=+128.

Bildröhre der Vectrex

Dazu wird der Elektronenstrahl von seiner Nullposition nach links oben, also zum Beispiel in x=-50 und y=-50 ausgelenkt. Von dort fährt er zum nächsten Punkt des Dreieckes z.B.  -40/-60 und von dort zum nächsten (z.Bsp. -30/-50) und dann wieder zurück zu -50/-50. Während des Anfahrens dieser drei Punkte ist der Elektronenstrahl hell geschaltet. Er zeichnet also das Dreieck. Vom letzten Punkt und auch ersten Punkt des geschlossenen Dreiecks geht’s dann wieder zurück zur Nullposition und das natürlich mit dunkel geschaltetem Elektronenstrahl.  So lange das Dreieck auf dem Bildschirm dargestellt wird, wird der Vorgang mit der maximalen Geschwindigkeit wiederholt um ein schönes, flimmerfreies Dreieck zu sehen.  Jetzt kann man sich denken was passiert, wenn nun ganz viele Symbole gleichzeitig gezeichnet werden sollen. Das geht natürlich nicht. Der Strahl muss alle Symbole nacheinander anfahren und zeichnen. Das bedeutet wiederum je mehr Symbole, umso länger dauert es, bis das Bild fertig gezeichnet ist und im Umkehrschluss umso langsamer wird die Bildwiederholrate. Also je mehr Grafiksymbole, umso mehr Geflimmer.

Die X/Y Daten werden digital als jeweils 8Bit Werte erzeugt und über zwei 8 Bit DA-Wandler (Digital/Analog) in eine analoge Spannung umgewandelt. Diese Spannung wird an das nichtlineare Verhalten der Ablenkelektronik angepasst (mittel OP-Amp Integratoren) und einer zweikanaligen Verstärkerstufe zugeführt, die auch Frequenzen im höheren Kiloherz-Bereich schafft und im Stande ist, die Ablenkspulen, also Induktive Lasten zu treiben. Und was bietet sich hier an: Eine Audioendstufe aus einem Audioverstärker. Und genau so wurde es hier gelöst. Unter dem Kühlkörper befindet sich ein LM379 ein Dual 6W Audioverstärker IC von National Semiconductor. Ein nettes Detail am Rande: Der Hochspannungstransformator wird von einem NE555 IC-getaktet…

Um nun die Spiele auf der Vectrex auch bedienen zu können, ist ein abnehmbarer Controller – also Joystick – mit vier Tasten in Form der unteren Frontabdeckung integriert. Der Zweiachsen – Stick besteht aus zwei Potentiometern mit denen eine feine, „quasi stufenlose“ Kontrolle der Spieleobjekte möglich ist.

Nun ja, und eine solche Konsole, oder Home Arcade, oder einfach nur ein solch ein Schätzchen habe ich nach ewiger Suche günstig gefunden. Natürlich mit ein paar Problemchen. Wichtig war mir zuallererst einmal, dass alles vollständig ist und nach Möglichkeit keine Teile fehlen. Von außen betrachtet, war auch, bis auf ein abgeschnittenes Netzkabel, alles da. Der Controller war komplett – auch das Spiral – Anschlusskabel fehlte nicht und war in einem guten Zustand. Leider hatte schon jemand am Controllergehäuse herumgebastelt und versucht, die beiden Gehäusehälften mit einem Schraubendreher auseinander zu hebeln, aber er hatte scheinbar nicht bedacht, dass unter dem oberen Aufkleber etliche Schrauben zu finden sind, die alles zusammenhalten. Dem entsprechend sieht das Gehäuse heute auch aus. – leider-

Gehäuseschale des Controllers mit Beschädigung durch Schraubendreherhebeln

Die Vectrex hatte aufgrund der Staubansammlung und des Modergeruches die letzten 35 Jahre scheinbar in einem Keller oder Dachboden verbracht. So war mein Plan nun, einmal das ganze Gerät komplett zu zerlegen und dabei gleich die Vollständigkeit zu überprüfen. Schon beim Öffnen der Gehäuseschrauben fiel mir auf, dass ein paar Schrauben fehlten. Also war da auch schon jemand drinnen. Nach der kompletten Demontage war erst einmal eine intensive Reinigung angesagt. Genauer gesagt war es eher eine Waschung. So musste von der Bildröhre, der Ablenkeinheit bis hin zu den Boards alles ins Seifenbad. Nach der Trocknung kann sich das Ergebnis auch sehen lassen. Die Teile sehen wieder aus wie neu. Jetzt konnte mit den Reparaturen begonnen werden.

Es stellte sich schlussendlich heraus, dass bis auf ein paar Kleinigkeiten soweit keine größeren Probleme vorlagen. Zuerst mal war der Netzschalter an den Kontakten so verharzt, dass an beiden Polen kein geschlossener Kontakt mehr zu erreichen war. Dann gab es keine Hochspannung an der Röhre – hier war der Transistor BU407 defekt und schaltete nur mehr ganz müde bis gar nicht durch. Die diversen Potis benötigten ein wenig Zuneigung und der eine oder andere Kondensator musste noch erneuert werden. Aber das war´s dann auch schon. Nachfolgend lade ich noch ein paar Bilder zu den Reinigungs- und Reparaturarbeiten hoch.