前作の６６号機が柔らかな美しい音のシステムであったので、次はハードでダイナミックなスピーカーシステムにしたいと考えていた。
そんなとき、SUNVALLEY audioのブログでBELLTECHというメーカーのバーチカルツインシステムが紹介されていた。この写真を見たときに、これだ！とインスパイアされた。
　バーチカルツインデザインは私も４４号機（LEGOスピーカーの製作　第３４報）で採用したことがあるが、２本のウーハーユニットでトゥイーターユニットを上下に挟み、仮想的な同軸スピーカーユニットとしての効果を狙った方式である。
　一般的に２ウェイ方式ではウーハーとトゥイーターの搭載位置の違いから、音声信号の位相に乱れが生じて音像定位が損なわれたり、音場感が低下したりするという問題がある。
これを解決する手段として同軸ユニット（トゥイーターをウーハーの前面中心にマウントする方式）があるが、トゥイーターが振動しやすいという問題や意匠的な点（好みによる）から採用したスピーカーシステムは比較的少ない。（LEGOスピーカー作例では３１号機など）
この同軸ユニットのメリットを仮想的に実現する方式がバーチカルツインデザインなのである。
　４４号機ではダブルバスレフ方式の採用や、リアマウントの音場型サブトゥイーターの追加など実験的要素が多く、本格的なバーチカルツイン方式ではなかった。
今回はこの方式を本格的に実践するのだ。

　さっそく構造図を描いてみた。（図１）
　FOSTEXの強力な10cmウーハー２本にソフトドームトゥイーターが挟まれたバーチカルツインデザイン。
特徴はトゥイーター部分が絞り込まれたスリムシェイプデザインである。これは高音域のエッジでの回折音低減に効果があるだろう。バーチカルツイン方式の狙いは明確な音像定位にあるので、このような工夫は重要であると考えられる。もちろん、エッジはスロープブロックでカットする。
凹面を持つ複雑な構造の本体フレームになるが、LEGOならばバッチリ実現できる。さらに、この構造はフレームの補強にもなるのだ。
　シンプルなバスレフ方式とするが、前作６６号機で成功したリアパネルの上面開口ダクト構造として、リアパネルの補強とデバイディングネットワーク素子固定を兼ねる最適化設計。
　非常に重い強力ウーハーを２本も固定するバッフルパネルは、一体構造では製作が困難と考えられる。そこで分割して製作するのだが、このためにバッフルパネルの固定支柱を２本、内部に設ける。これは内容積を喰ってしまうが止むを得ない。この６７号機のコンセプトはハードでダイナミックな音なので、徹底した補強構造としたいのだ。
　吸音材はスポンジボール４個とし、この寸法で実効内容積は約５リットル、バスレフダクト長16cmからバスレフ共振周波数は60Hzと計算している。

　使用するスピーカーユニットを選定する。まずはウーハーユニットである。
ウーハーにはFOSTEXの強力な10cmウーハーFW108HSを選んだ。５９号機で使用したFW108Nの後継機種である。ペーパーコーンの材質が改良されているようだ。
大型の強力なマグネットを搭載したパワフルなウーハーユニットである。
10cmウーハーはウーハーとしては小型であり、振動板の面積も小さいが、その分レスポンスが良いという利点がある。また、バーチカルツインデザインではスリムに仕上げたいので10cmユニットは適したサイズなのである。本機にはこのウーハーを使いたかったのだ。これを２本搭載するのだから壮観である。コストはかかるが・・・。
　トゥイーターユニットには同じくFOSTEXのソフトドームトゥイーターFT28Dを使う。
デザイン的な統一感もあるが、この矩形のフランジがバーチカルツインにとても都合が良いのである。２本のウーハーに挟まれるトゥイーターはできるだけ小さいほうがマウント距離を小さくでき、仮想同軸ユニットとして一体感が向上できる。
しかし、スピーカーユニットを近接して配置することは、構造的に強度を得ることが難しくなり、ここが今回のモデルの製作ポイントになる。
マグネットもとても大きく、パワフルなウーハーに負けない高音が期待できるトゥイーターである。

＜FW108HS主な仕様＞
　・インピーダンス：8Ω
　・最低共振周波数：65Hz
　・再生周波数帯域：fo～15kHz
　・出力音圧レベル：84.5dB/w(1m)
　・入力（MUS.）：50W
　・mo：6g
　・Qo：0.46
　・マグネット質量：500g
　・質量：1.7kg
　・推奨クロスオーバー周波数：4kHz以下

＜FT28D主な仕様＞
　・インピーダンス：8Ω
　・再生周波数帯域：1kHz～50kHz
　・出力音圧レベル：90dB/W(1m)
　・入力（MUS.）：40W
　・マグネット質量：228.3g
　・質量：528g
　・推奨クロスオーバー周波数：2kHz以上
　

　スピーカーユニットが決定したのでデバイディングネットワークを考えてみよう。
今回はウーハーを２本使用するのでパラレルに接続してインピーダンスは半分の4Ωになり、能率は6dB向上して90dB/Wとなる。これはトゥイーターユニットと同等な能率である。しかし、実際はウーハーには挿入するコイルの損失もあり、一般的にトゥイーターの方が能率は高めなので、落ち着いた音調を狙って-2dBのアッテネータを軽くトゥイーターに挿入することにした。これは8Ωのトゥイーターユニットに対して2.2Ωの抵抗器を１本入れるだけである。これによりトゥイーター側のインピーダンスは約10Ωになる。
　抵抗器１本の簡易アッテネータでは減衰量がトゥイーターのインピーダンスで変動するので正確ではないが、トゥイーターではインピーダンスが比較的安定しているので問題は少ない。また、ドームトゥイーターは低音域入力に対しての耐圧もあるので、容易なLC１素子による6dB/octの回路で遮断特性は良いだろう。このためトゥイーター側の位相が反転する点は注意したい。
　クロスオーバー周波数の設定はウーハーの高音域での分割振動が8kHz付近に見え、メーカー推奨が4kHz以下であること。これと、トゥイーターのメーカー推奨が2kHz以上であることから、おおよそ3kHzに計算する。
おおよそなのはコイルやコンデンサーは入手できる製品の素子定数が決まっているので、正確に求めても意味がないからだ。
　ウーハーユニットの3kHz付近のインピーダンス値は仕様特性図から12Ω程度（Lなので上昇する、２本パラで6Ω）と読み取れる。これで計算すると、HPF（ハイパスフィルタ）のコンデンサーは4.7uF、LPFのコイルは0.33mHが妥当であることが導かれた。
図２に設計したデバイディングネットワークを示す。

＜６７号機　基本仕様＞
　・方式：２ウェイバーチカルツイン方式システム
　・組み立て方法：ホリゾンタルタイプ（水平組み立て）
　・エンクロージャ方式：リアトップダクト・バスレフ方式
　・使用ユニット：ウーハー　FOSTEX FW108HS（10cmペーパーコーン）2本
　　　　　　　　　トゥイーター　FOSTEX FT28D（ソフトドーム）
　・外形寸法：W144mm　H368mm　D214mm
　・内容積：実効約5リットル
　・バスレフダクト長：16cm
　・バスレフ周波数：60Hz
　・クロスオーバー周波数：3kHz（-6dB/oct）
　・トゥイーターアッテネーター：-2dB
　・システムインピーダンス：4Ω
　・質量：6.6kg
　

　写真４に準備した全部品（１台分）を示す。本機は比較的大型モデルなので部品点数も多い。まずは個々のパーツを解説しよう。
　写真５～７は本機の特徴的な構造体であるフレームである。このような形を正確に造る事はLEGOでは容易い。トゥイーター搭載部のくぼみは意匠のポイントだけでなく、フレームの強度向上にもなっている。裏側上面にはバスレフポートの切込みが見える。
内面には当然マスキングテープ処理をしてあり、密閉性を高めると同時に制振性にも効果が期待できる。

　本機の製作で検討したのはバッフルパネルの構造である。
強度を考えると分厚い１枚パネルにしたいところではあるが、重さ1.7Kgあるウーハーユニットを２本も取り付けたら、いくら補強をしても細長い目の字枠では１枚板で作業できない。そこで作業性の向上を考えてウーハー用バッフルパネル２枚とトゥイーター用パネルの１枚に分割することにした。これで重いウーハーでも作業は容易になるが、固定方法に工夫が必要になった。
　組み立て時には前面から押し付けて固定することになるので、中央部が中空だと問題なのである。構造図にも描いたが、このために３枚のパネル間に２本の丈夫な支柱を立てている。これは必然の構造であるが、このように組み立て方法を検討しながらの設計が大切なのである。どんなに複雑な構造でもLEGOブロックなので精度高く造ることができる。
　写真８、９はウーハーパネルというよりウーハー枠であるが、下側のパネルには６７号機のエンブレムを付けている。

　写真１０はトゥイーターパネルであるが、ここで問題が生じた。
本機では２本のウーハーに挟まれるトゥイーターをできるだけ近接して固定したい。このため、トゥイーターパネルは限界まで細く造りたいのだが、トゥイーターユニットの形状に合わせてLEGOブロックに加工が必要となった。
LEGOブロックの加工をできるだけ行いたくないのは強度が極端に低下するからだ。異音や空気漏れの原因にもなる。そこで、今回はLEGO製作でいつも参考にさせていただいている方のFaceBookで紹介されていた「お湯でやわらかくなる粘土」というものを使ってみた。本来は玩具であるが（LEGOもだが）とても軽い樹脂で、お湯に浸けると簡単にやわらかくなり、数十秒で硬化する。いそいで作業が必要だが、適度にちぎって補強が必要な部分に押し付けるとうまい具合に補強された。充填材として申し分ない効果である。
これはとても便利な素材で今後もいろいろと利用できそうだ。（写真１１）

　リアパネルは垂直に設けられたバスレフダクトの溝構造が特徴的だ。（写真１２）
細長い本機のリアパネルでは曲げ剛性の低下が問題であるが、このダクト構造の効果で十分な強度が得られている。ただし、ダクト構造は設計上、長さ16cmでパネル長の半分しかないので、下部中央には補強リブを追加している。
　このバスレフダクト構造の欠点はダクト長の調整が困難であることだが、バスレフ共振周波数は計算でわかっているので調整は不要と判断している。
穴はターミナル用の２箇所のみで密閉性も高い。
　写真１３の小さな板はバスレフダクトのフタであるが、デバイディングネットワークの素子固定を兼ねる重要な部品である。

　写真１４は2種類の長さの支柱。写真１５はその他の部品で、吸音材のスポンジボール、デバイディングネットワーク素子と配線材、インシュレーター、ターミナル、ネジ類である。

　組み立て作業は、まずは２枚のウーハーパネルから行う。
使用するウーハーユニットの固定穴は８箇所だが、ボルトは４本なのでウーハーの取り付け穴を４箇所塞ぐ必要がある。ここには円形のフタを両面テープで貼り付けるが、これもLEGOブロックなのである。（写真１６）
　ウーハーユニットを４本のM4ボルト＆ダブルナットでしっかりと固定する。（写真１７～２０）
このウーハーユニットはとても重いが、独立したモジュール構造にしたので扱いは容易である。

　次にトゥイーターパネルにトゥイーターユニットを取り付ける。（写真２１、２２）
ここでワイヤーも接続してしまうが、写真で見るとわかるようにユニットの接続端子との隙間が少なく、トゥイーターユニットを固定してからの接続が困難なので先に付けておくのである。
今回はウーハーとの搭載位置をできるだけ近づけたかったのでちょっと無理な設計をしたが、パネルにユニットがうまく収まった。

　前作の６６号機からの採用である、リアパネルの上面開口バスレフダクトによるデバイディングネットワーク素子のダクトパネル実装を行う。（写真２３、２４）
このダクトパネルとターミナルをリアパネルに固定してリアパネルが完成する。（写真２５、２６）
　これが高い構造的強度と実装スペースの効率的確保、そして密閉性の低下を防ぐLEGOスピーカーにおける最適化構造なのである。

　本機ではここからの組み立て順序が重要である。パズルの様な構造なのでこの順番でないと組み立てができないのだ。
はじめにトゥイーターパネルをフレームに取り付ける。（写真２７、２８）
トゥイーターパネルは小さく軽いので作業は容易だ。これでウーハーパネルを取り付けるフレーム部分が完成するが、この状態では中央の固定部分が中空なので、上から押し付けたウーハーパネルの固定ができないのである。

　次は支柱を２本立てたリアパネルの組み立てである。（写真２９、３０）
１本はバスレフダクトパネル上に立つので長さが短い。これでダクトの振動も抑えられるだろう。支柱は折れないようにマスキングテープで補強してある。

　リアパネル接続部に先にトゥイーターの配線を済ませてから、ウーハー用の２組の配線を引き出してリアパネルをフレームに取り付ける。（写真３１、３２）

　これで支柱が入ったのでフレーム前面の強度もバッチリだ。ウーハーパネル２枚の取り付けが可能となる。
このような複雑な構造体こそLEGOブロックの真骨頂である。
　吸音材のスポンジボールを収めて２枚のウーハーパネルを取り付ければ組み立て作業は完了である。（写真３３、３４）
　さすがに強力な10cmウーハーを２本も搭載した本機はずしりと重い。この重さも音質的には好適だろう。

　組み立ての完了した６７号機。（写真３５、３６）
特徴的なトゥイーター部の絞込みデザインとバーチカルツインレイアウトでとても精悍なイメージになった。
バッフルパネルが極小面積のこのデザインは音質的なメリットも大きいだろう。
フロントヘビーのとても重いスピーカーシステムになったが、筐体の複雑な構造の効果で強度は高い。リアトップに見える上面開口のバスレフダクトも、ほぼ正方形サイズで効率が良さそうだ。

　まずは特性測定から行う。
インピーダンス特性を図３に示す。とてもきれいな２山の低域特性であり、エンクロージャの密閉性が保たれ、バスレフ動作が正常に機能していることが解る。
　システムの最低共振周波数はピークを推定して、おおよそ70Hzでウーハーユニットの単体foである65Hzからの上昇は比較的少ない。5リットルのエンクロージャにしては良好である。
バスレフ共振周波数は60Hzであり、設計値と良く一致している。システムインピーダンスは4Ω、クロスオーバー周波数が3kHz付近にあり、デバイディングネットワークも問題ない事が読み取れる。

　周波数特性（図４）ではバーチカルツイン配置の良さが表れて、中高音域がきれいに伸びている。ウーハーとトゥイーターの3kHz付近のクロスオーバー周波数においてもつながりは良好な様子である。
これはインパルス応答（図５）にも現れており、クロスオーバー付近の乱れは見事に少ない。また、特に高音域の反射の少なさが際立っている。これは幅を狭めたスリムバッフルパネルデザインの効果であると確認できる。

　その音には驚いた。（写真３７）
LEGOスピーカー歴代、最高にパワフル＆ダイナミックな音である。
さすがは強力ウーハーを２発も搭載しただけのことはある。もちろんバーチカルツインデザインの効果で音像定位も抜群。音場感の広がりも良い。だが、それよりもアタックの効いた音質が特徴的なのだ。特にジャズを大音量で聴きたくなる。
　前作６６号機とはまったく対照的でとても面白い。これだからスピーカーシステムの自作はやめられないのだ！！

　ところが・・・
調子に乗ってすごい音量で聴いていたらエンクロージャがビリビリと異音を発生し出した。
まあ、5リットルしかない小さなLEGO製のハコにこれだけの駆動力を載せたのだから無理もないのだが。やはり通常の補強方法では十分ではなかった。
常識的な音量で聴く分には問題は無いのだから失敗作という訳ではないが、本機はLEGOスピーカーの限界も教えてくれたのである。

　こういった大音量指向というベクトルのスピーカーシステムはLEGOでは造れないのであろうか？　たしかにブロックの接合体ではフニャフニャになり強大な背圧の圧力には耐えられない。柔らか指向のシステムならば良いのだが。
新たな問題の発生は開発テーマの発見でもある。
この課題を克服することこそが技術なのである。

次回につづく・・・（2019.01.06）